用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法和系統的製作方法

2023-04-25 10:25:11

專利名稱：用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於使用雙實時動態引擎對對象或車輛的位置、姿態或這兩者進行估計的方法和系統。
背景技術：
位置確定接收機(例如，全球定位系統(GPS)接收機)對對象或車輛的位置、姿態(例如，傾斜、旋轉或偏航)或者這兩者進行估計。位置確定接收機可以經歷不精確的偽距和載波相位測量，其中，位置確定接收機(例如，瞬態地)接收低信號強度或差信號質量的一個或多個衛星信號。例如，特定位置確定接收機可以使用誤差減小濾波器(例如，卡爾曼濾波器)來對載波相位測量或處理後的載波相位測量數據的結果進行濾波。一些位置確定接收機可以使用接收機自主完整性監視(RAIM)技術，通過將分析後的偽距測量與參考偽距測量進行比較來檢測分析後的偽距測量的誤差，其中，可以從位置或姿態解決方案中排除錯誤的或無關的偽距測量，以改進對象或車輛的所估計的位置或姿態的精確度。誤差減小濾波器方案和RAIM技術都未完全解決上述不精確偽距和載波相位測量的問題，其中，位置確定接收機(例如，瞬態地)接收低信號強度或差信號質量的一個或多個衛星信號。因此，存在對一種用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的改進方法和系統的需要。

發明內容
根據一個實施例，用於對對象或車輛的位置進行估計的方法和系統包括測量由位置確定接收機接收的第一載波信號的第一載波相位和第二載波信號的第二載波相位。主實時動態(RTK)引擎或接收機數據處理系統對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的主整周模糊度(integer ambiguity)集進行估計。質量評估器確定是否在較早的評估時段(例如，曆元(印och))期間將主整周模糊度集正確地解算為預定義可靠率。輔實時動態(RTK)引擎或接收機數據處理系統在較早評估時段之後的稍後時段(例如，稍後曆元)期間對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的輔整周模糊度集進行估計。


圖I是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的系統的第一實施例的框圖。圖2是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的系統的第二實施例的框圖。
圖3是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的系統的第三實施例的框圖。圖4是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第一實施例的流程圖。圖5是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第二實施例的流程圖。圖6是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第三實施例的流程圖。圖7是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第四實施例的流程圖。圖8是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第五實施例的流程圖。圖9是用於使用雙實時動態引擎對位置進行估計的方法的第六實施例的流程圖。
具體實施方式

圖I圖示了包括與接收機數據處理系統16耦合的接收機前端12的位置確定接收機10。位置確定接收機10與校正接收機24相關聯。校正接收機24可以集成到位置確定接收機10中或者可以經由數據埠與位置確定接收機10進行通信。校正接收機24從參考站26和輔參考站28中的至少一個接收校正數據(例如，參考載波相位校正數據)。例如，參考站26經由無線或電磁信號、經由通信路徑A (32)與校正接收機24進行通信。例如，輔參考站28經由無線或電磁信號、經由通信路徑B(34)、經由衛星通信設備30與校正接收機24進行通信。接收機數據處理系統16可以包括以下任一項一個或多個硬體模塊、一個或多個電子模塊、一個或多個軟體模塊、電子數據處理器、電子數據處理器和關聯的電子數據存儲裝置、以及用於執行軟體、邏輯或程序指令的通用計算機。電子數據處理器(即，數據處理器)可以包括以下一項或多項微處理器、可編程邏輯陣列、數位訊號處理器、特定用途集成電路、邏輯電路、或者用於執行軟體、邏輯、算數或程序指令的另一設備。在圖I中，接收機數據處理系統16包括相位測量設備14、主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20、質量評估器22、控制器55和估計器42 (例如，位置估計器或者位置和姿態估計器)。相位測量設備14、主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20、質量評估器22、控制器55和估計器42可以彼此通信。圖I中將相位測量設備14、主實時動態引擎18和輔實時動態引擎20、質量評估器22、控制器55和估計器42互連的線圖示了邏輯數據路徑、物理數據路徑或者這兩者。例如，邏輯數據路徑意味著軟體模塊之間或者一個或多個軟體程序之間的數據的虛擬數據路徑或通信。例如，物理數據路徑意味著支持數據、邏輯電平信號、電信號或電磁信號的通信的傳輸線或者一個或多個數據總線。接收機前端12可以包括用於接收由一個或多個衛星(例如，導航衛星)傳送的衛星信號的任何合適電路。接收機前端12可以包括能夠接收由衛星星座圖內的一個或多個衛星傳送的多個載波的擴頻接收機或碼分多址接收機(CDMA)。例如，接收機前端12可以包括用於放大衛星信號的前置放大器或放電器、混頻器以及參考振蕩器，其中，放大器輸入端耦合至天線，放大器輸出端耦合至一個混頻器輸入端，參考振蕩器耦合至另一混頻器輸入端，並且混頻器輸出端耦合至接收機數據處理系統16或相位測量設備14。在一個說明性實施例中，模擬到數字轉換器提供了接收機前端12與接收機數據處理系統16之間的接口。接收機數據處理系統16包括相位測量設備14。該相位測量設備14包括用於測量載波信號的相位的任何設備、集成電路、電子模塊或數據處理器。相位測量設備14對由接收機前端12提供的一個或多個載波信號的所觀察的相位進行測量或估計。可以以載波信號的整數波長、載波信號的小數波長和/或載波信號的度(degree)表達所測量的相位。相位測量設備14可以確定以下一項或多項(1)第一載波信號、第二載波信號或這兩者的小數波長的第一測量相位分量；以及(2)第一載波信號、第二載波信號或這兩者的整個波長的第二測量相位分量。後面的第二測量相位分量可以由計數器(例如，過零計數器)確定，該計數器對在時域中的參考幅值(例如，0電壓)處與X軸相交的接收的、重構的或處理的載波信號的躍遷進行計數，其中，X表示時間並且Y軸表示載波信號的幅值。然而，相位測量設備14依賴於位置確定接收機10中的進一步處理，以確定或解算整個周期整周模糊度，該整個周期整周模糊度可能使第二測量相位分量錯誤或偏移整數個波長周期(例如，以估計對應的衛星與位置確定接收機10之間的距離或範圍)。
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主實時動態引擎18包括用於搜索或確定來自多個衛星的一個或多個接收到的載波信號的相位的整周模糊度解集的搜尋引擎或其他軟體指令。輔實時動態引擎20包括用於搜索或確定來自多個衛星的一個或多個接收到的載波信號的相位的整周模糊度解集或模糊度解算的搜尋引擎或其他軟體指令。例如，整周模糊度解集指代由一個或多個衛星傳·送的接收到的載波信號(例如，I. 57542 GHz處的LI信號、I. 22760 GHz處的L2信號或類似的信號)的接收到的載波相位中的整數周期相位模糊度。搜尋引擎可以使用最小二乘方或卡爾曼濾波技術，以減小搜索空間或者達到從衛星傳送的載波信號的整數周期相位模糊度的一個或多個模糊度集解。在一個實施例中，質量評估器22包括用於確定模糊度解或模糊度解算的質量的評估器。在可替換實施例中，質量評估器22可以包括用於確定模糊度解的質量和接收的衛星信號的這種信號質量的評估器，其中，如圖I中的虛線所示的通信線路支持這種可替換實施例。在一個實施例中，質量評估器22可以通過將主模糊度解與可從輔實時動態引擎
20(或備用RTK引擎)得到的輔模糊度解進行比較，來確定由主實時動態引擎18 (或主要RTK弓丨擎)提供的主模糊度解的質量水平，其中，兩個模糊度解集之間的一致性越高一般指示質量越高，除非位置確定接收機10經歷了在相關評估時段期間對低信號質量的接收。例如，質量評估器22確定載波信號低於最小信號電平閾值,或者確定對第一載波或第二載波的調製是利用超過最大誤差率的誤比特率、誤字率或誤幀率來解碼的。在另一實施例中，質量評估器22支持或使用一系列可靠性測試來選擇正確的模糊度集，這包括以下技術中的任一項比率測試(在應用候選模糊度集之後的載波相位殘差的二次形式)、模糊度可重複性測試、以及對載波相位殘差的二次形式的卡方(Chi-square)測試。控制器55包括用於控制主實時動態弓I擎18、輔實時動態弓I擎20、或者主實時動態引擎18的輸出和第二實時動態引擎的輸出的數據處理器或其他數據處理設備。控制器55的控制器輸入端能夠與質量評估器22進行通信，並且控制器55的控制器輸出端能夠與估計器42進行通信。響應於來自質量評估器22的質量數據或輸出數據，控制器55可以將控制數據或控制信號發送至估計器42，以使用主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20或這兩者的數據輸出。控制器55可以發送控制數據，以激活、去激活、重置、重新初始化、啟動或停止主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20或這兩者。控制器55可以以時間偏移(例如，在不同或稍後的曆元中)激活或啟動輔實時動態引擎20，以便甚至在衛星信號的差接收或者接收到的衛星信號的低信號電平質量的條件下提高由接收機數據處理系統16確定的所估計的位置或姿態的精確度。曆元可以由以下一項或多項定義啟動時間、結束時間、持續時間或間隔、或者在GPS接收機拍攝輸入射頻或微波測距信號的快照並生成偽距/載波相位測量時的離散時刻。當前曆元指代生成最新GPS測量時的最近時刻。在一個配置中，控制器可以分別調換或輪換主實時動態引擎18和輔實時動態引擎20的主要角色和備用角色的責任，這在調換或角色顛倒之後對動態引擎(18、20)有或沒有交錯或偏移的啟動的情況下皆可。估計器42包括用於對與位置確定接收機10相關聯的對象或車輛的位置、姿態或這兩者進行估計的數據處理器或其他數據處理設備。估計器42耦合至主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20和控制器55或與它們進行通信。一旦確定了整周模糊度解集，估計器42或位置確定接收機10就可以使用相位載波測量數據，以基於已知的傳播速度(即，光速)來提供對每個衛星與位置確定接收機10之間的距離或範圍的精確估計。進而，可以使用三個或更多個衛星與位置確定接收機10之間的範圍來對接收機的位置或姿態進行估計。 參考站26包括已知或固定位置處的參考位置確定接收機、參考數據處理系統、以及發射機或收發機。在一個實施例中，參考位置確定接收機10檢測與一個或多個載波信號相關聯的載波相位數據，並確定在位置確定接收機10處接收到的對於多個衛星信號的初始模糊度解或模糊度解集。參考數據處理系統接收載波相位數據，並且通過使用參考位置確定接收機10的已知或固定位置，初始模糊度解對其進行校正，以確定增強的模糊度解。在一個示例中，校正後的載波相位數據包括所估計的載波相位和增強的模糊度解或者從其導出的其他數據。進而，經由無線信號或電磁信號將校正後的載波相位數據傳送至校正接收機24。校正接收機24接收可供主實時動態引擎18和輔動態引擎20中的至少一個或可供估計器42使用的校正後的載波相位數據，以確定與位置確定接收機10相關聯的車輛或對象的位置。圖I的位置確定接收機10的第一實施例與圖2的第二實施例類似，除了在圖2的第二實施例中位置確定接收機110包括誤差減小濾波器25、位置估計器142和控制器155之外。此外，在一個配置中，圖2的相位測量設備14包括信號發生器、與第一相關器和第二相關器耦合的相位延遲模塊。圖I和圖2中的相似參考標記指示相似的元件。誤差減小濾波器25包括用於減小或減輕誤差(例如，測量誤差)的卡爾曼濾波器或其變型。卡爾曼濾波器可以包括預測型濾波設備或電路，該預測型濾波設備或電路使用反饋、延遲和信號之和來處理數據並補償測量數據或其它中的噪聲和不確定性的影響。重置或重新初始化可以指代與誤差減小或卡爾曼濾波器的狀態的重新初始化相同。解碼器40包括用於對調製一個或多個載波的偽隨機噪聲碼(例如，粗獲取碼(C/A)或其他更精確的民用或軍用編碼)進行解調的解調器或其他設備。利用粗獲取(C/A)碼和加密的精確碼P(Y)來調製LI載波信號，而利用加密的P(Y)碼來調製L2信號。在一個實施例中，解碼器40可以包括與輸入延遲模塊耦合的碼發生器，其中，延遲模塊的輸出端耦合至用於測量參考偽隨機噪聲碼與從接收機前端12接收到的偽隨機噪聲碼之間的相關性的相關器，該參考偽隨機噪聲碼是可由延遲模塊以已知增量延遲的。解碼器還可以便於對調製載波信號的導航信息(例如，星曆表數據)的解碼。位置估計器142包括用於對與位置確定接收機110相關聯的對象或車輛的位置進行估計的電子模塊、軟體模塊或這兩者。位置估計器142可以使用以下數據源中的一個或多個來確定位置確定接收機或關聯的對象或車輛的天線的所估計的位置或姿態解碼後的偽隨機噪聲碼、載波相位測量數據、加密後的精確碼(例如，P(Y)碼)、粗獲取碼、導航信息、以及整數周期相位模糊度數據、以及參考站26載波相位數據，其中，參考站載波相位數據可以被集成到整數周期相位模糊度數據中。解碼器40的輸入端耦合至接收機前端12。解碼器40的輸出端能夠與位置估計器142、誤差減小濾波器25或這兩者進行通信。誤差減小濾波器25可以從主實時動態引擎18、輔實時動態引擎20或這兩者接收輸入數據，其中，輸入數據包括對應的載波相位測量數據的模糊度解數據(例如，整周模糊度集、主整周模糊度集或輔整周模糊度集)。質量評估器22可以評估由主實時動態引擎18、輔實時動態引擎或這兩者提供的模糊度解數據的解質量。在可替換實施例中，質量評估器22可能能夠測量接收到的載波的信號質量。質量評估器22確定模糊度解數據、由位置確定接收機110接收到的信號的質量估價，如以上結合圖I所指示。在一個實施例中，質量評估器22還可以將控制信號或控制數據提供給控制器155，控制器155是作為主實時動態引擎18與誤差減小濾波器之間的中間裝置以及作為輔實時動態弓I擎與誤差減小濾波器之間的中間裝置而插入的。在圖2的配置中，控制器155可以包括電子或電氣切換電路、軟體切換或路由、數據存儲和取回、數據索引或者其某種組合，它們支持將主實時動態引擎18的主模糊度解(例如，主整周模糊度集)、輔實時動態引擎20的輔模糊度解(例如，輔整周模糊度集)或者這兩者的某種組合或加權組合選擇為誤差減小濾波器的輸入。控制器155還可以確定主實時動態引擎18和輔實時動態引擎中的一個或這兩個是否活動、或者主實時動態引擎18和輔實時動態引擎20是否將在某時間段內調換、切換、轉移或輪換責任(例如，主要角色和備用角色的輪換)。控制器155可以支持將責任從責任的這種調換、切換或轉移切換回到引擎的原始責任。圖3圖示了用於利用雙實時動態(RTK)引擎確定位置的系統的第三實施例。圖3包括RTK剖析器402、接收機控制器406、以及與數據交換伺服器414耦合的用戶接口 408。主要RTK引擎指示器(pointer)416、備用RTK引擎指示器418和控制器424耦合至數據交換伺服器414。進而，主要RTK引擎指示器416能夠與第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422進行通信。同時，備用RTK引擎指示器418能夠與第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422進行通信。第一 RTK引擎420 —般與其他實施例的主實時動態引擎18類似，而第二 RTK引擎422 —般與其他實施例的輔實時動態引擎20類似。然而，主要RTK引擎指示器416和備用引擎指示器可以與主實時動態引擎18和輔實時動態引擎20集成或歸入其內。例如，RTK剖析器402從校正接收機24接收輸入。RTK剖析器402對校正數據或RTK校正數據404進行濾波、組織或以其它方式處理，以便於載波相位測量的模糊度解算。RTK剖析器402將RTK校正數據404提供給數據交換伺服器414，在數據交換伺服器414中，將RTK校正數據404存儲或路由至主要RTK引擎指示器416或備用RTK引擎指示器418。
接收機控制器406提供載波相位測量數據和星曆表數據410。例如，載波相位測量數據可以源自相位測量設備14，該相位測量設備14從接收機前端12接收信號或數據。星曆表數據包括根據時間調度表、參照來自地球表面上或附近的一個或多個參考位置的衛星位置處的衛星軌道信息或數據收集。星曆表數據可以被表達為在資料庫中或在一個或多個文件中存儲的球形極坐標。衛星可以在位置確定接收機能夠接收到的導航消息中傳送星曆表數據。接收機控制器406將相位載體測量數據和星曆表數據提供給數據交換伺服器414，在數據交換伺服器414中，將這些數據存儲或路由至主要RTK引擎指示器416或備用RTK引擎指示器418。用戶接口 408能夠與數據交換伺服器414進行通信。用戶接口 408允許用戶執行對控制器55或與位置確定接收機相關聯的其他軟體的維護和程序更新。在一個實施例中，用戶接口 408和控制器55可以支持對用戶可定義選項的提供，以在取決於與對用戶接收機的參考的遙遠分離的時段期間以預定時間間隔(例如至少I至5分鐘)激活輔RTK引擎。數據交換伺服器414包括數據處理器或數據處理模塊，其包括數據存儲設備。數據存儲設備可以包括電子存儲器、光數據存儲裝置、磁數據存儲裝置或其他數據存儲設備。例如，數據交換伺服器414支持在位置確定接收機10內對數據的存儲和取回以及對數據的路由。主要RTK引擎指示器416指向第一 RTK引擎420、第二 RTK引擎或這兩者中的一個或多個模糊度解的存儲器位置或數據存儲寄存器。例如，第一 RTK引擎420可以組織堆棧(例如，先進先出)內的或以另一數據寄存器配置存儲的模糊度解。類似地，備用RTK引擎指向第一 RTK引擎420、第二 RTK引擎或這兩者中的一個或多個模糊度解的存儲器位置或數據存儲寄存器。例如，第二 RTK引擎422可以組織堆棧(例如，先進先出)內的或以另一數據寄 存器配置存儲的模糊度解。第一 RTK引擎420經由主要RTK引擎指示器416或以其它方式從數據交換伺服器414接收RTK校正數據404、載波相位測量數據和星曆表數據，以作為輸入數據。第一 RTK引擎420基於上述輸入數據來輸出模糊度解算數據，該輸入數據可以包括以下一項或多項RTK校正數據404、載波相位測量數據和星曆表數據，其中，輸入數據關聯於或限於第一 RTK引擎420處於活動的時間段或曆元。第二 RTK引擎422經由主要RTK引擎指示器416或以其它方式從數據交換伺服器414接收RTK校正數據404、載波相位測量數據和星曆表數據，以作為輸入數據。第二 RTK引擎422基於上述輸入數據來輸出模糊度解算數據，該輸入數據可以包括以下一項或多項RTK校正數據404、載波相位測量數據和星曆表數據，其中，輸入數據關聯於或限於第二 RTK引擎422活動的時間段或曆元。控制器424具有在圖3中控制器424框內圖示的程序指令、邏輯指令或軟體指令。軟體、邏輯或程序指令開始於框426。在框426中，控制器424基於由主要RTK引擎指示器416或備用RTK引擎指示器418提供的RTK解數據412來檢查RTK狀態。RTK狀態可以包括第一 RTK引擎420處於活動或不活動狀態，第二 RTK引擎422處於活動或不活動狀態。此外,RTK狀態可以包括關於第一 RTK引擎420何時變為活動或者第一 RTK引擎420參照當前時間已活動了多長時間的時間戳。類似地，RTK狀態可以包括關於第二 RTK引擎422何時變為活動或者第二 RTK引擎422參照當前時間已活動了多長時間的時間戳。在框428中，控制器424確定是否第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422兩者均固定或鎖定到RTK解數據412內的位置、姿態或這兩者的RTK解。例如，如果位置確定接收機10或其天線移動至在那裡來自衛星的信號路徑被阻塞或衰減的位置，則可能發生鎖定到RTK解(例如，所估計的位置或姿態)的丟失。如果第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422兩者均固定或鎖定到RTK解，則該過程繼續至框430。如果第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422之一固定或鎖定到RTK解，則該方法繼續至框432。然而，在第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422兩者均不固定或鎖定到RTK解數據412的情況下，該過程繼續至框438。在框430中，控制器424將由第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422提供的模糊度解進行比較，以反覆核對精確度。例如，控制器424進行模糊度解驗證過程，以確保模糊度解精確到基於比較、統計分析或其它而估計的期望可靠性水平。在一個實施例中，為了反覆核對精確度或者管理模糊度解的質量，將質量評估器22應用於第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422，以確保每個RTK引擎內的所選擇的模糊度集的可靠性。質量評估器可以影響圖3中的框426、428和430中的過程或步驟，以便於 優化或最大化模糊度解的質量和及時性(例如，對於車載導航來說實時)。在框426、428和430中的步驟之後，控制器424可以生成一系列控制命令來開啟或關閉備用RTK引擎，調換RTK引擎，和/或在兩個RTK引擎中對應地更新模糊度解算可靠性閾值。在框434中，如果第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422充當首要RTK引擎並以期望可靠性水平進行操作，或者如果反覆核對的結果是成功的，則對備用RTK引擎進行去激活。備用RTK引擎是(或者變為)當前未被控制器424指定為首要RTK引擎的第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422。第一 RTK引擎420或第二 RTK引擎422可以被指定為首要的，並且，可以在這兩個RTK引擎之間切換或調換首要和備用的責任，以提供用於由位置確定接收機10接收到的載波信號的載波相位確定的RTK解或模糊度解算的增強的可靠性和精確度。在框432中，調換第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的首要角色(即，顛倒主要和備用角色)，其中，備用RTK提供了對載波相位的RTK解或模糊度解的更精確估價。備用RTK引擎可以提供對RTK解或模糊度解的更精確估價，這是由於可以在與首要RTK引擎不同的曆元後或中啟動備用。此外，當調換第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的首要角色時，模糊度解算的可靠性水平一般對於備用RTK引擎來說更高。相應地，框432中的過程可以回過頭來支持RTK解的固定。在框436中，控制器424或質量評估器22基於先前在框432中發生的引擎調換來更新模糊度解算可靠性水平。在框438中，控制器424提供第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422的狀態更新，以確認哪一個是活動的、哪一個是首要的以及哪一個是備用的。控制器424可以重新初始化或重置備用引擎，以清除其狀態並使其準備好或可用於在與活動或首要RTK引擎不同的時間窗口或曆元處啟動。在極端情形下，在誤差減小濾波器的狀態下，第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422是有錯誤的或不精確的，控制器424可以重新初始化或重置第一 RTK引擎420和第二 RTK引擎422兩者，其中，該重新初始化是針對這兩個RTK引擎立即進行的或者以時間交錯或時間偏移的方式進行的，以提供由RTK引擎的不同啟動時間擔負的增強可靠性。圖4是用於對與位置確定接收機10相關聯的對象或車輛的位置進行估計的方法的流程圖。圖4的方法開始於步驟S100。在步驟SlOO中，相位測量設備14或接收機數據處理系統16對由位置確定接收機接收的第一載波信號的第一載波相位和第二載波信號的第二載波相位進行測量。在步驟S102中，主實時動態引擎18或接收機數據處理系統16對與通過主實時動態引擎18的所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的主整周模糊度集進行估計。在步驟S104中，質量評估器22或接收機數據處理系統16確定是否在較早的評估時段(例如，曆元)期間將主整周模糊度集正確地解算為預定義的可靠率(例如，隨時間變化的最小可靠性)。在步驟S106中，輔實時動態引擎20或接收機數據處理系統16在較早評估時段之、後的稍後時段(例如，稍後曆元)期間對與通過輔實時動態RTK引擎的所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的輔整周模糊度集進行估計。圖5的方法與圖4的方法類似，除了圖5的方法還包括步驟S108之外。圖5和圖4中的相似參考標記指示相似的步驟或過程。在步驟S108中，如果在主RTK引擎將主整周模糊度集解算為整數值之前，輔RTK引擎對輔整周模糊度集的解進行了估計，則控制器55或接收機數據處理系統16應用所估計的輔整周模糊度集，以對對象或車輛的位置進行估計。步驟S108可以是根據可交替或累積應用的各種技術來執行的。在第一技術下，控制器55或數據處理系統使用最小二乘方法或卡爾曼濾波器技術來對輔整周模糊度集的解進行估計。在第二技術下，在當前曆元之後重新初始化主RTK引擎，並將主RTK引擎與輔RTK引擎進行調換(例如，在下一曆元或更長時間內)，使得原始輔RTK引擎充當主RTK引擎，以使用所估計的整數集來對對象的位置進行估計。圖6的方法與圖4的方法類似，除了圖5的方法還包括步驟S109和SllO之夕卜。圖6和圖4中的相似參考標記指示相似的步驟或過程。在步驟109中，如果從輔RTK引擎和主RTK引擎兩者解算出相同整周模糊度集，則控制器55或接收機數據處理系統16應用所估計的主整周模糊度集，以確定對象或車輛的位置。步驟S109可以是根據可交替或累積應用的各種技術來執行的。在第一技術下，如果輔RTK引擎和主RTK引擎兩者均是活動的，則控制器55或接收機數據處理系統16應用所估計的主整周模糊度，以確定對象的位置。在第二技術下，如果輔RTK引擎和主RTK引擎兩者均是活動的，則控制器55或接收機數據處理系統16應用所估計的主整周模糊度來確定對象的位置，直到所估計的主整周模糊度在評估時間段(例如，曆元)期間等於或者基本上等效於所估計的輔整周模糊度為止。在步驟SllO中，如果所估計的主整周模糊度在評估時間段(例如，曆元)期間等於或基本上等效於所估計的輔整周模糊度，則控制器55或接收機數據處理系統16將輔RTK引擎從活動模式置為空閒模式。圖7的方法與圖4的方法類似，除了圖7的方法還包括步驟Slll之外。圖7和圖4中的相似參考標記指示相似的步驟或過程。在步驟SI 11中，如果在當前曆元處存在從輔RTK引擎和主RTK引擎兩者解算的至少四個公共雙差模糊度，則控制器55或接收機數據處理系統16應用所估計的主整周模糊度集和輔整周模糊度集的所估計的公共整周模糊度子集，以確定對象或車輛的位置。雙差指代消除接收機時鐘偏置(例如，利用載波相位測量之間的第一差)和衛星時鐘偏置(例如，利用載波相位測量之間的第二差)的數學技術或過程。當接收機間的距離不是非常長時，還可以較大程度地減小對GPS測量的大氣效應。例如，可以通過使相對於來自兩個不同衛星的衛星信號的在位置確定接收機10處和在參考站(例如，圖I中的40或41)處測量的兩個單差GPS載波相位測量相減來確定雙差。在執行步驟Slll的交替配置中，如果主整周模糊度和輔整周模糊度對於小於四個雙差整周模糊度狀態來說是相同的，則控制器55或接收機數據處理系統16可以重置輔RTK引擎並重新初始化輔RTK引擎，或者與兩個引擎中的任一個相關聯的誤差減小濾波器25的狀態。此外，控制器55或接收機數據處理系統16可以在輔RTK引擎重新初始化之後使用來自主RTK引擎的輸出來對整周模糊度的解進行估計。
圖8的方法與圖4的方法類似，除了圖8的方法還包括步驟SI 12和步驟SI 14之夕卜。圖8和圖4中的相似參考標記指示相似的步驟或過程。在步驟S112中，如果將來自輔RTK引擎和主RTK引擎兩者的模糊度解算為不同的整數值，則控制器55或接收機數據處理系統16重置來自主RTK引擎的模糊度。 在步驟SI 14中，控制器55或接收機數據處理系統16在當前曆元之後重新初始化輔RTK引擎，並繼續執行模糊度解算，直到實現與主RTK引擎相同的整周模糊度集為止。圖9的方法與圖4的方法類似，除了圖9的方法還包括步驟S116、步驟S118和步驟S120之外。圖9和圖4中的相似參考標記指示相似的步驟或過程。在步驟SI 16中，控制器55或接收機數據處理系統16確定輔RTK引擎是否在稍後的時段(例如，稍後的曆元)期間搜索所估計的輔整周模糊度的解持續長於最大閾值時間的時間。在步驟S118中，如果輔RTK引擎搜索所估計的輔整周模糊度持續長於最大閾值時間的時間，則控制器55或接收機數據處理系統16重置輔RTK引擎。在步驟S120中，控制器55或接收機數據處理系統16在重置過程期間使用主RTK引擎。雙RTK引擎概念完全適於改進挑戰性信號接收環境中的RTK可用性和可靠性，在該環境中，具有合理靈敏度的位置確定接收機接收差信號質量(例如，低信號電平)的一個或多個衛星信號。本文檔中公開的本系統和方法減輕了不精確的偽距和載波相位測量在誤差減小濾波器或RTK卡爾曼濾波器中的影響。例如，本系統和方法可以避免與以下操作相關聯的延遲在遇到同位置確定接收機與一個或多個衛星之間的低信號質量或通信中斷或瞬態破壞相關聯的有錯誤的模糊度解算或周跳之後，重新初始化單個RTK引擎或卡爾曼濾波器狀態。儘管提高位置確定接收機的靈敏度可以改進挑戰性信號接收環境中的信號接收，但是這些方案受位置確定接收機的附加花費以及與背景電磁噪聲或噪聲本底相關聯的實際限制所限。本系統和方法完全適於降低RTK引擎中的RAIM算法對不精確載波相位測量的敏感性，並快速修復或減輕已在位置確定接收機的差接收的瞬態時段期間觀察到的不正確模糊度固定的影響。在雙RTK引擎方案中，備用RTK引擎正在與主要RTK引擎同時運行。當主要引擎退出RTK固定模式時，也對備用引擎進行初始化以解算模糊度。該方案的主要優勢在於備用RTK引擎在不同曆元處啟動，因此，其卡爾曼濾波器可能不會像主要RTK引擎那樣被不精確測量損壞。在這些情況下，備用引擎能夠比主要引擎更快地固定模糊度。為了改進固定可靠性，將模糊度固定閾值設置為高於主要引擎。一旦備用引擎首先固定模糊度，它就將替代主要引擎以輸出導航解，這是由於其模糊度可靠性高於主要引擎。如果主要引擎首先解算模糊度，則備用引擎將保持固定模糊度。一旦備用引擎固定模糊度，就將使用備用引擎中的整數值來確證主要RTK引擎中的固定模糊度。如果整周模糊度值相同，則備用引擎將被設置為空閒模式以供未來激活。在整周模糊度部分地相同(兩個引擎共享至少四個雙差整周模糊度)的情況下，將在主要引擎中重置具有差異整數值的模糊度狀態，同時將完全重新初始化備用引擎。當相同模糊度小於四時，將完全重置主要和備用RTK引擎兩者。如果備用RTK引擎保持浮動並且搜索時間超過被定義為基線 長度的函數的模糊度搜索時間界限，則將完全重置備用RTK引擎，以減輕不精確測量對備用RTK引擎中的卡爾曼濾波器的影響。—旦驗證了主要引擎中的載波相位模糊度，就將備用RTK引擎設置為空閒模式。在預定時間間隔(例如，大致10至30分鐘或者根據其他出廠設置)內將重新激活備用RTK引擎，以仔細檢查主要RTK引擎中的固定模糊度。這非常有助於在主動式太陽能條件下在長基線(多於30千米(km))內檢測不正確的模糊度固定。在這些情況下，雙差斜向電離層延遲可以與一個載波相位周期一樣大。僅當衛星幾何結構的改變能夠將斜向電離層延遲與低仰角衛星的載波相位模糊度狀態隔離時，不正確的模糊度才可以變得可觀察。在描述了優選實施例後，變得顯而易見的是在不脫離附隨的權利要求中限定的本發明的範圍的前提下，可以進行各種修改。
權利要求
1.一種用於通過與對象相關聯的位置確定接收機對所述對象的位置進行估計的方法，所述方法包括 測量由位置確定接收機接收的第一載波信號的第一載波相位和第二載波信號的第二載波相位； 利用主實時動態(RTK)引擎，對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的主整周模糊度集進行估計； 確定是否在較早的評估時段期間將主整周模糊度集正確地解算為預定義可靠率；以及 利用輔實時動態(RTK)引擎，在較早評估時段之後的稍後時段期間對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的輔整周模糊度集進行估計。
2.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果在所述主RTK引擎將所述主整周模糊度集解算為整數值之前，所述輔RTK引擎使用最小二乘方法或卡爾曼濾波器技術來對所述輔整周模糊度集的解進行估計，則應用所估計的輔整周模糊度集，以估計所述對象的位置，對於這種情況，在當前曆元之後重新初始化所述主RTK引擎，並將所述主RTK引擎與所述輔RTK引擎進行調換。
3.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果從所述輔RTK引擎和所述主RTK引擎兩者解算出相同的整周模糊度集，則應用所估計的主整周模糊度集，以確定所述對象的位置。
4.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果所估計的主整周模糊度在評估時間段期間等於或基本上等效於所估計的輔整周模糊度，則將所述輔RTK引擎從活動模式置為空閒模式。
5.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果在當前曆元處存在從所述輔RTK引擎和所述主RTK引擎兩者解算的至少四個公共雙差模糊度，則應用所估計的公共整周模糊度子集，以確定所述對象的位置。
6.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果從所述輔RTK引擎和所述主RTK引擎兩者將模糊度解算為不同的整數值，則重置來自所述主RTK引擎的模糊度；以及 在當前曆元之後重新初始化所述輔RTK，並繼續執行模糊度解算，直到實現與所述主RTK引擎相同的整周模糊度集為止。
7.根據權利要求I所述的方法，還包括 確定所述輔RTK引擎是否在稍後的評估時段期間搜索所估計的輔整周模糊度的解持續長於最大閾值時間的時間；以及 如果所述輔RTK引擎搜索所估計的輔整周模糊度持續長於最大閾值時間的時間，則重置所述輔RTK引擎；以及 在重置過程期間使用所述主RTK引擎。
8.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果主整周模糊度和輔整周模糊度對於小於四個雙差整周模糊度狀態來說相同，則重置所述輔RTK引擎並重新初始化所述輔RTK引擎；以及 在輔RTK引擎重新初始化之後使用來自所述主RTK引擎的輸出來對整周模糊度的解進行估計。
9.根據權利要求I所述的方法，還包括 在取決於與對用戶接收機的參考的遙遠分離的時段期間以預定時間間隔提供激活所述輔RTK引擎的用戶可定義選項。
10.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果所述輔RTK引擎和所述主RTK引擎兩者均是活動的，則應用所估計的主整周模糊度，以確定所述對象的位置。
11.根據權利要求I所述的方法，還包括 如果所述輔RTK引擎和所述主RTK引擎兩者均是活動的，則應用所估計的主整周模糊度來確定所述對象的位置，直到所估計的主整周模糊度在評估時間段期間等於或者基本上等效於所估計的輔整周模糊度為止。
12.一種用於通過與對象相關聯的位置確定接收機對所述對象的位置進行估計的系統，所述系統包括 相位測量設備，其用於測量由位置確定接收機接收的第一載波信號的第一載波相位和第二載波信號的第二載波相位； 主實時動態(RTK)引擎，其用於接收所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位，並利用主RTK引擎對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的主整周模糊度進行估計； 信號質量評估器，其用於確定所述第一載波信號或所述第二載波信號是否在較早的評估時段(曆元)期間具有低於閾值信號質量水平的信號質量；以及 輔實時動態(RTK引擎)，其用於在較早的評估時段之後的稍後時段期間對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的輔整周模糊度進行估計。
13.根據權利要求12所述的系統，其中，所述相位測量設備包括信號發生器，其用於生成具有參考相位的參考信號；第一相關器，其用於接收所述參考信號和所接收的第一載波信號，以生成指示所測量的第一載波相位的第一輸出信號；以及第二相關器，其用於接收所述參考信號和所接收的第二載波信號，以生成指示所測量的第二載波相位的第二輸出信號。
14.根據權利要求13所述的系統，還包括 誤差減小濾波器，其具有濾波器輸入端，所述濾波器輸入端從所述主RTK引擎和所述輔RTK引擎的輸出端接收數據。
15.根據權利要求14所述的系統，還包括 位置估計器，其用於接收來自所述誤差減小濾波器的濾波器輸出端的濾波器輸出數據、所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位。
16.根據權利要求15所述的系統，還包括 解碼器，其用於將參考偽隨機碼與所接收的偽隨機碼進行比較，以對所述對象的進程位置估計進行估計，所述進程位置估計被作為輸入數據提供到所述位置估計器。
全文摘要
一種用於對位置進行估計的方法和系統，包括測量由位置確定接收機(10)接收的第一載波信號的第一載波相位和第二載波信號的第二載波相位。主實時動態(RTK)引擎(18)或接收機數據處理系統(16)對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的主整周模糊度集進行估計。質量評估器(22)確定是否在較早的評估時段期間將主整周模糊度集正確地解算為預定義可靠率。輔實時動態(RTK)引擎(20)或接收機數據處理系統(16)在較早評估時段之後的稍後時段期間對與所測量的第一載波相位和所測量的第二載波相位中的至少一個相關聯的輔整周模糊度集進行估計。
文檔編號G01S19/44GK102713675SQ201180007410
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月18日 優先權日2010年1月29日
發明者C.王, D.J.埃斯林格, L.戴 申請人:納夫科姆技術公司