Способ повышения надежности информации о местоположении при переходе от региональной, широкомасштабной или глобальной дифференциальной навигации по фазе несущей (wadgps) к локальной кинематической в реальном времени (rtk) навигационной системе

Способ повышения надежности информации о местоположении при переходе от региональной, широкомасштабной или глобальной дифференциальной навигации по фазе несущей (wadgps) к локальной кинематической в реальном времени (rtk) навигационной системе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Эта заявка является частичным продолжением заявки 11/345124 от 31 января 2006 г., которая является частичным продолжением заявки 10/757340 от 13 января 2004 г., включенных в настоящее описание во всей полноте в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится, в общем смысле, к технологиям, связанным с позиционированием и навигацией посредством спутников, и, более конкретно, к разрешению плавающей неоднозначности несущей в региональной, широкомасштабной или глобальной системе позиционирования и/или навигации по фазе несущей.

Уровень техники

Глобальная система позиционирования (GPS) использует спутники в космосе для обнаружения объектов на земле. Согласно GPS сигналы со спутников достигают GPS-приемника и используются для определения местоположения GPS-приемника. В настоящее время для гражданских GPS-приемников доступны два типа GPS-измерений, соответствующих каждому каналу коррелятора с захваченным спутниковым GPS-сигналом. Этими двумя типами GPS-измерений являются измерение псевдодальности и измерение интегрированной фазы несущей для двух сигналов несущих L1 и L2 с частотами 1,5754 ГГц и 1,2276 ГГц или длинами волны 0,1903 м и 0,2442 м соответственно. Измерение псевдодальности (или кодовое измерение) является основной наблюдаемой величиной GPS, доступной GPS-приемникам любого типа. В нем применяются C/A или P-коды, модулированные на сигналах несущих. Измерение регистрирует фактическое время, затраченное на прохождение соответствующего кода от спутника до приемника; т.е. время, когда сигнал достиг приемника согласно часам приемника, минус время, в которое сигнал вышел из спутника согласно часам спутника. Измерение фазы несущей происходит путем интегрирования восстановленной несущей сигнала, когда он поступает в приемник. Таким образом, измерение фазы несущей является также мерой временной разности пробега, определенной временем, когда сигнал покинул спутник согласно часам спутника, и временем, когда он достиг приемника согласно часам приемника. Однако в виду того что исходное число полных циклов в пробеге между спутником и приемником, когда приемник начинает отслеживание фазы несущей сигнала, обычно неизвестно, разница времени пробега может содержать ошибку на множество циклов несущей, т.е. в измерении фазы несущей возникает неоднозначность по числу циклов.

Если GPS-измерения доступны, дальность или расстояние от GPS-приемника до каждого из множества спутников рассчитываются путем умножения времени прохождения сигнала на скорость света. Эти дальности обычно называют псевдодальностями (ложными дальностями), потому что часы приемника обычно имеют существенную временную ошибку, вызывающую общее смещение в измеренном диапазоне. Это общее смещение из-за ошибки часов приемника разрешается вместе с координатами местоположения приемника в рамках нормального навигационного вычисления. Различные прочие факторы также могут приводить к ошибкам или шумам в рассчитанной дальности, включая ошибку эфемерид, ошибку времени часов спутника, атмосферные эффекты, шум приемника и ошибку многолучевого распространения. Согласно автономной GPS-навигации, где пользователь с GPS-приемником получает кодовые дальности и/или дальности фазы несущей относительно нескольких спутников в зоне видимости без согласования с какой-либо опорной станцией, пользователь очень ограничен в возможностях сократить ошибки или шумы в дальностях.

Для устранения или сокращения этих ошибок в GPS-приложениях типично используются дифференциальные операции. Дифференциальные GPS (DGPS) операции типично связаны с центральным опорным GPS-приемником, пользовательским (или навигационным) GPS-приемником и каналом связи между опорным и пользовательским приемниками. Опорный приемник располагается в известном месте, и его известное местоположение используется для генерации коррекций, связанных с некоторыми или всеми из вышеуказанных факторов ошибок. Коррекции предоставляются пользовательскому приемнику, и пользовательский приемник затем использует эти коррекции для того, чтобы надлежащим образом скорректировать свои вычислительные координаты. Коррекции могут быть в виде коррекций к местоположению опорного приемника, определенного в опорной позиции, или в виде коррекций к часам и/или орбите конкретного GPS-спутника. Дифференциальные операции, использующие измерения фазы несущей, часто называют кинематическими в реальном времени (RTK) операциями навигации/позиционирования.

Фундаментальная концепция дифференциального GPS (DGPS) заключается в том, чтобы воспользоваться преимуществом пространственных и временных корреляций ошибок, присущих GPS-измерениям, для подавления шумовых факторов в измерениях псевдодальности и/или фазы несущей, вытекающих из этих факторов ошибок. Однако в то время как ошибка синхронизации часов GPS-спутника, проявляющаяся в смещении измерения псевдодальности или фазы несущей, идеально коррелирует между опорным приемником и пользовательским приемником, большая часть других факторов ошибок либо не коррелируется, либо их корреляция уменьшается в широкомасштабных приложениях, т.е. когда расстояние между опорным и пользовательским приемниками становится большим.

Для преодоления неточности DGPS-системы в широкомасштабных приложениях разработаны различные методы регионального, широкомасштабного или глобального DGPS (далее - широкомасштабные DGPS или WADGPS). WADGPS включает в себя сеть множества опорных станций, осуществляющих связь с вычислительным центром или концентратором. Коррекции ошибок вычисляются в концентраторе на основе известных местоположений опорных станций и измерений, выполненных ими. Затем вычисленные коррекции ошибок передаются пользователям через такой канал связи, как спутник, телефон или радио. При использовании более одной опорной станции WADGPS предоставляет более точные оценки коррекции ошибок.

Таким образом, для получения высокоточной дифференциальной навигации с использованием GPS-измерений фазы несущей разработан ряд различных методов. RTK-метод имеет типичную точность около одного сантиметра. Однако для того чтобы получить эту точность, в дифференциальных измерениях фазы несущей должна быть разрешена полноцикловая неоднозначность. Когда расстояние между пользовательским приемником и опорным приемником (базисное расстояние) невелико, RTK-метод имеет значительное преимущество, потому как в этом случае полноцикловая неоднозначность может быть разрешена не только точно, но и быстро. С другой стороны, когда базисное расстояние больше нескольких десятков километров, определение полноцикловой неоднозначности может стать невозможным, и нормальная RTK-точность недостижима. Другое ограничение RTK-метода в том, что для него необходимо, чтобы между опорным приемником и навигационным приемником поддерживался локальный радиоканал.

WADGPS-методы, которые применяют дифференциальный способ фазы несущей, также могут достигать очень высокой навигационной точности. Дифференциальные WADGPS-методы также характеризуются надежными низкочастотными каналами связи дальнего действия или надежными спутниковыми каналами связи. Таким образом, коррекции, как правило, могут быть переданы навигационным приемникам без существенных прерываний. Однако WADGPS-методы обычно рассматривают полноцикловые неоднозначности как действительную (нецелую) переменную и находят «плавающую неоднозначность», которая обычно очень плохо определяется, пока не будут получены данные измерений, покрывающие промежуток времени существенного изменения спутниковой геометрии. Таким образом, в WADGPS-приложении при нахождении «плавающей неоднозначности» часто требуется промежуток времени не меньше одного-двух часов на то, чтобы достичь точности менее 10 сантиметров в местоположении навигации.

Точное позиционирование (<1см) также может быть получено посредством локальной системы позиционирования. Стандартные локальные системы позиционирования, использующие активные или пассивные компоненты, включают в себя акустические и лазерные дальномерные системы, например, основанные на времени полета для сигналов и/или доплеровском сдвиге частоты. Акустические системы типично используют ориентиры и/или радиомаяки для измерения дальности внутри сети устройств, некоторые из которых фиксированы для формирования локальной системы координат. К сожалению, в виду свойств распространения звука в воздухе акустические системы могут измерять дальность лишь с точностью до сантиметра или больше и только на относительно небольших расстояниях. В локальных системах позиционирования на основе лазеров применяются измерения как угла, так и дальности между устройством и одним или более отражающими объектами (например, призмами) для триангуляционного или трилатерационного определения местоположения устройства. Дальность эффективного действия локальных систем позиционирования на основе лазеров также типично ограничивается относительно небольшим расстоянием (порядка 1000-10000 м).

Сущность изобретения

Данная заявка включает в себя способ комбинированного использования навигационных методов RTK и WADGPS так, чтобы слабости каждого метода компенсировались сильными сторонами другого метода. Главный недостаток WADGPS-метода заключается в том, что определение значений плавающей неоднозначности, которые требуются для преобразования измерений фазы несущей в точное измерение дальности, у навигационного приемника имеет большую продолжительность (часто более часа). Главные недостатки RTK-метода заключаются в том, что для него требуется канал передачи данных в реальном времени (обычно прямой видимости) между пользовательским GPS-приемником и опорным GPS-приемником, и в том, что полноцикловая неоднозначность может быть разрешена только тогда, когда территориальный разнос между опорным GPS-приемником и пользовательским GPS-приемником относительно мал.

Эти отдельные недостатки могут быть устранены при использовании способа комбинированного использования навигационных методов RTK и WADGPS в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения. Способ включает в себя использование известного местоположения пользовательского приемника для инициализации значений плавающей неоднозначности в WADGPS-системе. Когда пользовательский приемник стационарен, известное местоположение пользовательского приемника может быть разведанным местоположением или местоположением, полученным из предыдущей операции. Когда пользовательский приемник перемещается, известное место может быть получено посредством RTK-системы.

Таким образом, в комбинированной операции, когда доступен канал связи для локальной системы позиционирования и/или RTK-навигации, выходные сигналы местоположения, скорости и времени (PVT) пользовательского приемника могут быть получены посредством локальной системы определения местоположения и/или RTK-системы, при этом WADGPS-система в фоновом режиме работает, и ее выходные сигналы постоянно инициализируются для согласования с выходными сигналами RTK-системы. Когда канал связи для локальной системы позиционирования потерян, выходные сигналы PVT пользовательского приемника могут быть получены посредством RTK-системы и/или WADGPS-системы, которая была инициализирована, пока действовала локальная система позиционирования. Когда канал связи для RTK-навигации потерян или пользовательский приемник отходит слишком далеко от опорной станции в RTK-системе, выходные сигналы PVT пользовательского приемника могут быть получены посредством WADGPS-системы, которая была инициализирована, пока действовала RTK. Такая инициализация помогает избежать нормального времени «втягивания» от пятнадцати минут до двух часов, необходимого на нахождение значений плавающей неоднозначности, когда местоположение пользовательского GPS-приемника неизвестно. Это обеспечивает очень точные PVT-решения от WADGPS-системы, пока локальная система позиционирования и/или RTK-система недоступны или неточны, и делает WADGPS-метод более практичным для осуществления целей высокоточных навигации и позиционирования в реальном времени.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана структурная схема комбинации WADGPS-системы, локальной системы позиционирования и локальной RTK-системы в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения.

На фиг.2 показана структурная схема компьютерной системы, связанной с пользовательским GPS-приемником.

На фиг.3A показана блок-схема, иллюстрирующая способ комбинирования использования WADGPS-системы, локальной RTK-системы и/или локальной системы позиционирования.

На фиг.3B показана блок-схема, иллюстрирующая способ обновления местоположения приемника посредством локальной RTK-системы.

На фиг.4A показана блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций для комбинированного использования WADGPS-системы и локальной RTK-системы.

На фиг.4B показана блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций для использования локальной системы позиционирования, локальной RTK-системы и/или WADGPS-системы.

На фиг.4C показана блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций для использования WADGPS-системы с локальной системой позиционирования и/или локальной RTK-системой.

На фиг.5 показана диаграмма, иллюстрирующая ситуацию, в которой может применяться комбинированное действие.

Описание изобретения

На фиг.1 иллюстрируется широкомасштабная или глобальная дифференциальная GPS-система (WADGPS) 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления данного изобретения. Как показано на фиг.1, WADGPS-система 100 включает в себя сеть опорных станций 120, каждая из которых имеет GPS-приемник 122, и один или более концентраторов 105 обработки. Опорные станции 120 непрерывно передают концентратору 105 исходные наблюдаемые величины GPS для обработки. Эти наблюдаемые величины включают в себя кодовое GPS-измерение и GPS-измерение фазы несущий, эфемериды и другую информацию, полученную в соответствии с сигналами, принятыми от множества спутников 110 опорными станциями 120. Опорные станции 120 располагаются на известных местах по широкой территории 101 (например, по континенту) в случае широкомасштабной DGPS-системы или по всему земному шару в случае глобальной DGPS-сети. Концентраторами 105 является оборудование, на котором обрабатываются наблюдаемые величины GPS и вычисляются DGPS-коррекции. Если предусмотрено множество независимых концентраторов, предпочтительно чтобы они географически разделялись и действовали параллельно.

WADGPS-система 100 может использоваться одним или более пользователями (или пользовательскими устройствами или объектами) 140, каждый из которых имеет пользовательский GPS-приемник 142 для целей позиционирования и/или навигации. В одном из вариантов осуществления данного изобретения пользователь 140 связывается с ближайшей опорной станцией 120 через канал радиосвязи RTK, чтобы пользовательский приемник 142 и ближайшая опорная станция 120 сформировали локальную RTK-систему 150. В некоторых вариантах осуществления пользователь 140 может связываться также с локальной системой позиционирования 174, в которую входят один или более ориентиров 176. Один или более ориентиров 176 могут быть активными или пассивными. Каждый из этих ориентиров 176 может иметь GPS-приемник 122.

Система 100 дополнительно включает в себя стандартные каналы передачи данных (не показаны), обеспечивающие надежные механизмы переноса для наблюдаемых величин GPS, посылаемых от опорных станций 120 концентраторам 105, и трансляции вычисленных коррекций от концентраторов 105 опорным станциям 120 и пользователям 140. Стандартная WADGPS-система обычно имеет от 3 до 10 опорных приемников, а глобальная WADGPS-система обычно имеет от 20 до 100 опорных приемников, снабжающих данными концентраторы 105. В одном из вариантов осуществления данного изобретения наблюдаемые величины GPS посылаются от опорных станций 120 к концентраторам 105 через Интернет, и также через Интернет посылаются вычисленные коррекции от концентраторов к одной или более станциям (не показано), откуда они передаются на один или более спутников (не показано), которые затем транслируют вычисленные коррекции с возможностью их получения опорными станциями 120 и пользовательским приемником 142.

В одном из вариантов осуществления данного изобретения пользователь или объект 140 также оборудованы компьютерной системой 144, связанной с пользовательским GPS-приемником 142. Как показано на фиг.2, компьютерная система 144 включает в себя центральный процессор (ЦП) 146, память 148, один или более портов 154 ввода, один или более вспомогательных приемников 155, один или более портов 156 вывода и (опционально) пользовательский интерфейс 158, связанные друг с другом одной или более шинами 152 связи. Память 148 может включать в себя скоростное оперативное запоминающее устройство и энергонезависимое массовое запоминающее устройство (такое как одно или более запоминающих устройств на магнитных дисках или устройств флеш-памяти).

Предпочтительно, чтобы память 148 хранила операционную систему 162, процедуры 164 GPS-приложения и базу данных 170. Процедуры 164 GPS-приложения могут включать в себя процедуры 166 для осуществления способа 300 комбинированного использования локальной системы 174 позиционирования, локальной RTK-системы 150 и/или WADGPS-системы 100, как более подробно описано ниже. Операционная система 162 и программы и процедуры 164 приложения, хранящиеся в памяти 148, предназначены для выполнения центральным процессором 146 компьютерной системы 144. Предпочтительно, чтобы память 148 хранила также структуры данных, используемые во время выполнения процедур 164 GPS-приложения, включающие в себя GPS-измерения 168 псевдодальности и фазы несущей, GPS-коррекции 172, принятые от концентраторов, а также прочие структуры данных, рассмотренные в данном документе.

Порты ввода 154 предназначены для приема данных от GPS-приемника 142 и, по меньшей мере, от одного вспомогательного приемника 155, для приема информации от опорной станции или ориентира 120 в локальной системе 174 позиционирования или локальной RTK-системе 150 через канал радиосвязи 124 и для приема GPS-коррекций и другой информации от концентраторов 105 через спутниковый канал 107. Порт 156 вывода используется для вывода данных опорной станции или ориентиру 120 через канал радиосвязи 124 или акустическое или лазерное устройство (не показано). В одном из вариантов осуществления данного изобретения ЦП 146 и память 148 компьютерной системы 144 объединены с GPS-приемником 142 в единое устройство внутри единого корпуса, как показано на фиг.2. Однако такое объединение не является необходимым для осуществления способов данного изобретения.

Следовательно, пользователь или объект 140 может участвовать в трех разных режимах операции либо одновременно, либо в разное время. Пользователь или объект 140 могут действовать в WADGPS-режиме, в котором пользователь или объект 140 позиционируются или осуществляют навигацию посредством WADGPS-системы 100, в RTK-режиме, в котором пользователь или объект 140 позиционируются или осуществляют навигацию посредством локальной RTK-системы 150, и/или в режиме локального позиционирования, в котором пользователь или объект 140 позиционируются или осуществляют навигацию посредством локальной системы 174 позиционирования. Когда пользователь или объект 140 близки к одному или более ориентирам 176, с которыми они могут связываться, и может поддерживаться канал связи между пользователем или объектом 140 и одним или более ориентирами 176, пользователь может использовать один или более ориентиров 176 для позиционирования относительно одного или более ориентиров 176. Когда пользователь или объект 140 близки к опорной станции 120, с которой они связываются, и может поддерживаться канал радиосвязи между пользователем или объектом 140 и опорной станцией 120, пользователь может использовать локальную RTK-систему 150 для позиционирования относительно опорной станции 120. Локальная система 174 позиционирования и локальная RTK-система 150 более выгодны, чем WADGPS-система 100, тем, что они более точные, и что полноцикловая целочисленная неоднозначность может быть быстро разрешена, как поясняется далее.

При применении локальной RTK-системы 150, когда измерения берутся относительно n спутников 110 из зоны видимости опорного GPS-приемника 122 и связанного пользовательского GPS-приемника 142, измерения могут быть использованы для нахождения местоположения пользователя или объекта 140 в соответствии со следующим уравнением в матричной форме:

(1),

где - вектор измерения фазы несущей, сформированный дифференциальным измерением фазы несущей относительно каждого из n спутников 110; N=[N ₁ N ₂ … N _n ] ^T - вектор целочисленной неоднозначности, сформированный дифференциальной целочисленной неоднозначностью, связанной с каждым из дифференциальных измерений фазы несущей в векторе измерения фазы несущей; H=[h ₁ h ₂ … h _n ] ^T - матрица чувствительности измерений, сформированная блоком векторов от пользователя или объекта 140 к n спутникам 110; x - вещественный вектор неизвестного состояния (или вещественный вектор), включающий в себя радиус-вектор от опорной станции 120 к пользователю или объекту 140 в локальной RTK-системе 150; а n _φ =[n _φ1 n _φ2 … n _φn ] ^T - вектор измерения шума (или вектор невязок фазовой дальности), сформированный дифференциальным шумом фазы несущей относительно каждого из n спутников 110.

Для нахождения вещественного вектора x через уравнение (1) необходимо разрешить вектор целочисленной неоднозначности Ν. Для разрешения значений целочисленной неоднозначности, включенных в вектор целочисленной неоднозначности Ν, разработано множество различных способов, и эти способы типично используют процесс поиска для нахождения комбинации значений целочисленной неоднозначности, которые удовлетворяют определенным критериям, например минимуму нормы вектора невязок измерений Δ _Φ,

(2),

где Δ _Φ - вектор невязок фазовой дальности, соответствующий проверяемому вектору целочисленной неоднозначности Ñ, включающему в себя комбинацию значений целочисленной неоднозначности; а - решение уравнения (1) по методу наименьших квадратов,

(3),

или

(4),

где

(5)

является ковариационной матрицей измерений, сформированной из σ ₁, то есть среднеквадратичного отклонения дифференциального шума фазы несущей n _φ1, рассчитанного стандартными способами. Пример способа для вычисления σ ₁ можно найти в публикациях «Precision, Cross Correlation, and Time Correlation of GPS Phase and Code Observations», by Peter Bona, GPS Solutions, Vol.4, No.2, Fall 2000 г., p.3-13, или в «Tightly Integrated Attitude Determination Methods for Low-Cost Inertial Navigation: Two-Antenna GPS and GPS/Magnetometer», by Yang, Y., Ph.D. Dissertation, Dept. of Electrical Engineering, University of California, Riverside, CA июнь 2001 г., обе из которых включены в настоящий документ посредством ссылки.

Другие примеры метода поиска можно найти в «Instantaneous Ambiguity Resolution», by Hatch, R., in the Proceedings of the KIS Symposium 1990 г., Banff, Canada, включенном в настоящий документ посредством ссылки, или в заявке на патент того же заявителя «Fast Ambiguity Resolution for Real Time Kinematic Survey and Navigation», заявка № 10/338264, по которой выдан патент США № 6753810, которые включены в настоящий документ посредством ссылки.

С разрешением целочисленной неоднозначности местоположение, скорость и время (PVT) пользовательского приемника 142 могут быть в точности вычислены как решения локальной RTK-системы 150.

При применении локальной системы 174 позиционирования местоположение, скорость и время (PVT) пользовательского приемника 142 могут быть точно вычислены как решения локальной системы 174 позиционирования. К примеру, информация о дальности и угле относительно одного или более ориентиров может быть определена при помощи времени полета сигнала и/или доплеровского сдвига частоты. Дополнительное обсуждение определения информации о дальности и угле в локальной системе позиционирования приведено в публикации заявки US № 2005-0270228 «Improved Radar System for Local Positioning», поданной 11 апреля 2005 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки. В дополнение, измерения, выполненные относительно n спутников 110 в поле зрения GPS-приемника 120 в одном или более из одного или более ориентиров 176 и связанного пользовательского GPS-приемника 142, могут быть использованы для нахождения местоположения пользователя или объекта 140 в соответствии с приведенными выше уравнениями.

Несмотря на многие преимущества локальная система 174 позиционирования и/или локальная RTK-система 150 в любой момент могут оказаться недоступными для пользователя или объекта 140, поскольку пользователь может переместиться в место, слишком далекое от одного или более ориентиров 176 и/или опорной станции 120, или выйти из зоны видимости одного или более ориентиров 176 и/или опорной станции 120, отчего канал связи и/или канал радиосвязи 124 между пользователем или объектом 140 и ориентиром и/или опорной станцией не сможет поддерживаться. В этих ситуациях ионосферная ошибка не может быть удовлетворительным образом устранена путем учета разницы измерений у пользователя или объекта 140 и измерений у ориентира 176 и/или опорной станции 120. Эта ошибка влияет на вышеописанный процесс поиска для вектора целочисленной неоднозначности, поскольку она вызывает возрастание невязок измерений, включенных в вектор невязок измерений Δ _Ф.

Следовательно, в ситуациях, где локальная система 174 позиционирования и локальная RTK-система 150 недоступны или теряют точность ввиду большого разноса между пользовательским GPS-приемником и ориентиром и опорной станцией, у пользователя может появиться необходимость действовать в WADGPS-режиме, в котором применяется другой подход к разрешению целочисленной неоднозначности. При применении WADGPS-системы 100 каждая полноцикловая неоднозначность оценивается как вещественнозначная (нецелая) переменная. Этот прием часто называют определением значения «плавающей неоднозначности». Один из способов определения значения «плавающей неоднозначности» связан с формированием скорректированных по рефракции кодовых измерений и измерений фазы несущей на основе исходных (необработанных) GPS-измерений, выполненных у пользователя или объекта 140, масштабированием измерений фазы несущей к тем же единицам, что и кодовые измерения, и вычитанием каждого масштабированного измерения фазы несущей из соответствующего кодового измерения для получения величины смещения. В одном из вариантов осуществления данного изобретения скорректированное по рефракции кодовое измерение, обозначенное как P _RC, формируется следующим образом:

(6),

где P ₁ и P ₂ - исходные кодовые измерения псевдодальности на частотах L1 и L2, равных f ₁ и f ₂ , соответственно, в конкретном периоде измерения. Скорректированное по рефракции измерение фазы несущей, обозначенное как L _RC , аналогично формируется следующим образом:

(7),

где L ₁ и L ₂ - измерения фазы несущей, масштабированные по длине волны сигналов L1 и L2 соответственно, каждое из которых включает в себя приближенное значение полноцикловой неоднозначности, которое добавлено, чтобы приблизить масштабированное измерение фазы несущей к тому же значению, что и соответствующее кодовое измерение. Таким образом,

(8),

(9),

где φ ₁ и φ ₂ - исходные измерения фазы несущей на частотах L1 и L2 соответственно в один и тот же период измерения, а полноцикловые значения N ₁ и N ₂ инициализированы в начале слежения за фазой несущей пользователем или объектом 140 для получения значений, находящихся внутри одной длины волны несущей соответствующего кодового измерения, для того чтобы разницы между масштабированными измерениями фазы несущей и соответствующими кодовыми измерениями оставались небольшими. Из формы уравнения (7) следует заметить, что скорректированное по рефракции измерение фазы несущей включает в себя полноцикловую неоднозначность с длиной волны λ, определенной через сумму f ₁ и f ₂ (то есть около 2,803 ГГц) так, что λ равна приблизительно 0,1070 метра (т.е. c/(f ₁+f ₂)).

Поскольку ионосферные эффекты в соответствии с уравнениями (6)-(9) устранены как из кодовых измерений, так и из измерений фазы несущей, а влияние ошибок часов и орбиты спутника на псевдодальность и измерения фазы несущей одинаковы, величины P _RC и L _RC, полученные на этапе 310, должны быть почти идентичными, если не учитывать возможную полноцикловую неоднозначность, связанную с измерением фазы несущей L _RC, и интенсивный шум в виду многолучевого распределения в кодовом измерении P _RC. Это делает возможным разрешение полноцикловой неоднозначности в L _RC путем сглаживания смещения (O=P _RC -L _RC) между скорректированным по рефракции кодовым измерением и скорректированным по рефракции измерением фазы несущей для последовательности периодов измерений, вследствие чего возрастает точность смещения как оценки «плавающей неоднозначности». Величина сглаженного смещения может быть впоследствии отрегулирована при помощи постфиксных невязок измерений, что позволяет дополнительно отрегулировать измерения фазы несущей так, чтобы отрегулированные невязки измерений были близки к нулю.

В одном из вариантов осуществления данного изобретения смещение сглаживается путем получения обобщенного среднего для смещения следующим образом:

(10)

где i=1,2,3,… - используется для обозначения периода измерения, а величина η - доверительная величина, возрастающая по мере того, как O _i становится более точной оценкой значения плавающей неоднозначности. В одном из вариантов осуществления данного изобретения η равно i, пока не будет достигнуто максимальное значение усреднения. К примеру, если полагается, что измерение фазы несущей имеет лишь 0,01 шума кодового измерения, величина «η» будет ограничена сверху числом 100 в квадрате (или 10000). Таким образом, уравнение (9) может решаться рекурсивно, пока не будет достигнута предопределенная точность значения плавающей неоднозначности.

При сглаженном смещении O _i сглаженное скорректированное по рефракции кодовое измерение S может быть получено путем прибавления скорректированного по рефракции измерения фазы несущей для текущего периода измерения к сглаженному смещению, то есть

(11),

где достигается точность измерения фазы несущей, но отсутствует связанная с ним неоднозначность.

Вышеописанный процесс, описанный при помощи уравнений (6)-(11), выполняется для каждого спутника из множества спутников в зоне видимости пользовательского GPS-приемника 142. При доступности сглаженного скорректированного по рефракции кодового измерения для каждого спутника из множества спутников в зоне видимости пользовательского GPS-приемника 142 могут быть получены псевдодальности до этих спутников. Эти псевдодальности регулируются WADGPS-коррекциями, принятыми от концентраторов 105, и используются в фиксации по методу взвешенных наименьших квадратов для расчета вектора состояний x. Таким образом, местоположение, скорость и время (PVT) пользовательского GPS-приемника 142 могут быть вычислены как WADGPS-решения для PVT пользовательского GPS-приемника 142.

Другие примеры способов получения сглаженных, скорректированных по рефракции смещений можно найти в «The Synergism of Code and Carrier Measurements», by Hatch, R. in the Proceedings of the Third International Geodetic Symposium on Satellite Doppler Positioning, DMA, NOS, Las Cruces, N.M., New Mexico State University, Vol. II, pp.1213-1232, включенном посредством ссылки, и в заявке на патент того же заявителя «Method for Generating Clock Cоrrections fоr a Wide-Area or Global Differential GPS System», публикация US № 2005-0024263, которая также включена посредством ссылки.

Также есть возможность найти значения «плавающей неоднозначности» как разделенные состояния в решениях методами наименьших квадратов или фильтра Калмана. Когда неоднозначности включаются как состояния, среднее значение для каждого значения плавающей неоднозначности регулируется в соответствии с дисперсией так, чтобы точность среднего значения возрастала с изменением геометрии системы ввиду движения спутника. Таким образом, в этом методе также возрастает достигаемая точность оценки по времени. См. Patrick H. C. Hwang's paper in Navigation Vol. 38, No. 1, Spring 1991 г., titled «Kinematic GPS for Differential Positioning: Resolving Integer Ambiguities on the Fly», включенную посредством ссылки.

Существует много комбинаций и вариаций вышеупомянутых методов, которые можно применять для оценки значений «плавающей неоднозначности». Однако все они связаны с обработкой данных по значительному промежутку времени. Этот промежуток времени часто может доходить до одного-двух часов, прежде чем можно будет с уверенностью сказать, что «плавающая неоднозначность» достаточно точна для достижения точности менее 10-ти сантиметров в местоположении навигации пользователя 140. Для сокращения промежутка времени на получение значений «плавающей неоднозначности» WADGPS-система может инициализироваться, как описано ниже, используя известное место пользовательского GPS-приемника 142.

На фиг.3A показан способ 300 инициализации WADGPS-системы 100. Как показано на фиг.3, способ 300 включает в себя этап 310, на котором определяется, стационарен ли пользователь в известном местоположении. Это может быть выполнено в соответствии с входными данными пользователя или через некий стандартный механизм, который позволяет компьютеру 144 определить, был ли пользовательский приемник 142 стационарен. Если местоположение пользовательского приемника 142 известно точно, с помощью этого местоположения можно вычислить значения плавающей неоднозначности без привлечения локальной системы 174 позиционирования и/или локальной RTK-системы 150, как более подробно разъясняется ниже. В качестве известного местоположения могло бы использоваться разведанное местоположение пользовательского GPS-приемника 142, или, в некоторых вариантах осуществления, местоположение может быть известным просто потому, что местоположение пользователя или объекта 140 оставалось стационарным и местоположение пользователя уже было определено в течение более ранней операции.

В случае определения, что пользователь стационарен в известном местоположении, способ 300 продолжается на этапе 320, на котором местоположение пользовательского приемника установлено в качестве известного места. В противном случае способ 300 продолжается на этапе 330, на котором локальная система 174 позиционирования и/или локальная RTK-система 150 имеют возможность автоматически обновлять местонахождение пользователя, используя описанный выше способ.

Способ 300 дополнительно включает в себя этап 340, в котором местонахождение пользовательского приемника, не