載波相位gps定位裝置和方法
2023-05-16 01:44:26
專利名稱：載波相位gps定位裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種通過載波相位GPS(全球定位系統)定位來檢測移動臺的位置的載波相位GPS定位裝置和方法。
背景技術：
最近以來，載波相位GPS定位被廣泛用於位置測量領域。在所述載波相位GPS定位中，在參考側的接收機和在定位側的接收機同時接收來自多個衛星的信號，並分別計算在所述參考側和所述定位側的所述衛星信號的載波相位的累加值，得到載波相位累加值(carrier phase accumulationvalue)(如果需要，以下簡稱為「相位累加」)。這樣得到的載波相位累加值包括了為所述載波波長的整數倍的不確定度因數。此不確定度因數被稱為「整數載波相位模糊度(integral carrier phase ambiguity)」，並常簡稱為「整數模糊度」。
使用卡爾曼(Kalman)濾波器來確定所述整數模糊度是一種眾所周知的技術。在此技術中提供了跟蹤濾波器，其將所述將被確定的位置和所述整數模糊度視為狀態變量，以所述定位側相對於所述參考側的相位累加的雙差(double phase difference)為觀測量，並且在每次進行觀測時，更新所述狀態變量。
還存在其它用於確定所述整數模糊度的方法。例如，已知，可利用包含所述整數模糊度的載波的雙差，在一定條件下通過最小二乘法，找到與雙差相關的整數模糊度。
在相關技術中，如果在確定所述整數模糊度之後或者在確定的期間所述電磁波被中斷(也稱為「周跳(cycle-slip)」)，例如，不能接收到所述電磁波，則需要在重新開始所述電磁波的接收之後再次確定所述整數模糊度。然而，由於前述相關技術專用於對長時間固定在某位置的物體進行定位，重新確定所述整數模糊度非常費時。
為解決此問題，存在一種已知的技術，其中，在重新開始所述電磁波的接收之後，建立搜索空間，其具有對應於位置方差(positional variance)的半徑，並以IMU(慣性測量單元)的輸出位置作為中心，並且，可從多數個整數模糊度的候選，即所述搜索空間的解，來確定所述整數模糊度。例如，日本專利公開公告2001-99919公開了這種技術。
然而，在上述技術中，除了RTK定位裝置之外，還需要IMU，並且當所述電磁波被中斷時，需要計算由所述IMU單獨測量的所述位置的方差。此外，如果長時間切斷所述電磁波，所述搜索空間相應地擴展，並且難以在短時間內重新確定所述整數模糊度。
發明內容
於是，本發明的主要目的在於解決相關技術的前述問題。
本發明的具體目的在於提供一種能夠快速精確地確定以及重新確定整數模糊度的載波相位GPS定位裝置，一種載波相位GPS定位方法，一種載波相位GPS定位系統，以及一種基準站。
根據本發明的第一方面，提供了一種載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數模糊度估計單元，所述單元將通過在固定位置的基準站從衛星接收的數據中提取的第一持續時間中的方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中通過移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及定位單元，其利用由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據本發明，由於在短於所述第一持續時間的所述第二持續時間中利用所述移動臺側的採樣數據來估計所述整數模糊度，可以縮短估計所述整數模糊度的時間。本發明的載波相位GPS定位裝置可以被實現為從基準站接收數據的移動臺、從移動臺接收數據的基準站，或者從所述基準站和所述移動臺雙方接收數據的裝置。
可注意到，所述方差數據和通過移動臺接收的數據不必是同一種類型。
優選地，從所述方差數據中除去異常值。此外，當對從所述衛星發射的電磁波的接收被暫時中斷時，所述中斷之前的數據被從所述方差數據中除去。
優選地，所述第一持續時間中的所述方差數據包括在所述第一持續時間中在第一數目的多個時刻從所述衛星發送的所述信號的多個載波相位累加值，並且所述第一整數模糊度估計單元將在所述第一數目的多個時刻的在所述基準站側的所述多個載波相位累加值與在第二數目的多個時刻的在所述移動臺的多個載波相位累加值相關聯，並且估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度，並且在此所述的第二數目小於所述第一數目。可選地，所述第一整數模糊度估計單元將在所述第一數目的多個時刻的在所述基準站側的所述多個載波相位累加值與在一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯，並且估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度。在所述後一種情況下，可以進行單曆元定位(single epochpositioning)。
此外，優選地，在所述第一整數模糊度估計單元估計所述整數模糊度之後，所述定位單元可以只利用在所述移動臺側測量的數據來確定所述移動臺的位置。
因此，在估計所述整數模糊度之後，所述移動臺和所述基準站之間的通信數據量被顯著降低。
此外，優選地，所述載波相位GPS定位裝置進一步包括移動量檢測單元，用於檢測所述移動臺的移動以及當所述移動臺移動時所述移動臺的移動量，第二整數模糊度估計單元，用於當所述移動臺靜止時估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數模糊度。當所述移動臺靜止時基於在該時段的多個時刻的在所述基準站側的多個載波相位累加值和在所述移動臺側的多個載波相位累加值來作出所述估計，以及第三整數模糊度估計單元，當所述移動臺移動時，考慮移動檢測結果，來估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數模糊度。
根據本發明，所述整數模糊度估計單元並列並且互相獨立地進行所述估計處理。由於互相獨立地估計整數模糊度，通過比較和調查所述整數模糊度，能夠得到適當的整數模糊度，並且這可以增加所述定位的精確度和可靠性。
作為一個實施例，在所述第二整數模糊度估計單元或所述第三整數模糊度估計單元估計所述整數模糊度之後，所述定位單元利用由所述第二整數模糊度估計單元或所述第三整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度而不是由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
進一步，如果所述移動臺是具有輪子的車輛，所述移動量檢測單元基於用於檢測所述車輪的轉動速度的輪速傳感器來檢測所述車輛的移動。當由至少所述輪速傳感器檢測到大於預定值的滑移率時，所述第三整數模糊度估計單元的所述整數模糊度估計處理被初始化，並且所述定位單元利用由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置，直到所述第三整數模糊度估計單元估計或重新估計所述整數模糊度。
但是當已經通過所述第二整數模糊度估計單元估計了所述整數模糊度時，可以使用由所述第二整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的所述位置。
由於所述第三整數模糊度估計單元考慮了移動量檢測結果，即使當所述移動臺移動時，也可以高精度地估計所述整數模糊度。
此外，優選地，當在通信區域存在多個基準站時，選擇能夠與更多的衛星進行通信的基準站，並且使用與所述選擇的基準站相關的方差數據，其中所述衛星和與所述移動臺通信的衛星共用。此外，當有多個基準站能夠與相同數目的衛星進行通信時，可以選擇具有來自所述衛星的最大的最低信號接收強度的基準站。進一步，當在通信區域中存在多個基準站，其接收來自多個共用衛星的信號，並且所述共用衛星的每一個的信號接收強度超過預定值時，選擇最接近所述移動臺的基準站，並且使用與所述選擇的基準站相關的方差數據。
因此，即使所述基準站隨著所述移動臺的移動而改變，也可以防止所述整數模糊度估計精度的降低。
上述發明的載波相位GPS定位裝置可以被安裝在充當移動臺的車輛的導航裝置中，或者安裝在諸如工作機器人(working robot)、行動電話以及PDA的其它可移動物體中，或者可選地，被安裝在能夠與所述移動臺進行雙向通信的設備中。
根據本發明的第二方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟將通過在固定位置的基準站從衛星接收的數據中提取的第一持續時間中的方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中通過移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及利用由所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據本發明的第三方面，提供了一種載波相位GPS定位方法，其包括以下步驟獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；獲取在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值；將在所述多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在所述一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯，並估計在從衛星發送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數模糊度。
根據本發明的第四方面，提供了一種載波相位GPS定位系統，包括基準站，其基於來自衛星的接收數據提取在第一持續時間中的方差數據；載波相位GPS定位裝置，其包括第一整數模糊度估計單元，該單元將所述方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中由移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；定位單元，其利用所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準站之間能夠進行通信。
根據本發明的第五方面，提供了一種基準站，其基於來自衛星的接收數據提取預定持續時間中的方差數據，並向載波相位GPS定位裝置發送所述方差數據，所述載波相位GPS定位裝置包括估計單元，其將所述方差數據與由移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計由所述移動臺從所述衛星接收的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及定位單元，其利用所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
根據本發明的第六方面，提供了一種基準站，包括獲取單元，其獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；整數模糊度估計單元，其對在所述基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值進行關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；定位單元，其利用由所述整數模糊度估計單元估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置；以及傳輸單元，其將由所述定位單元檢測的所述位置發送給所述移動臺。
從參照附圖給出的優選實施例的如下詳細描述，可以清楚地知道本發明的這些和其它目的、特點以及優點，其中圖1是根據本發明的載波相位GPS定位裝置的示意圖；圖2是示圖，其示出了圖1中載波相位GPS定位裝置的結構；圖3是框圖，其示出了根據本發明的安裝在所述移動臺30中的載波相位GPS定位裝置34的實施例；圖4是視圖，其說明了在描述中使用的坐標系的定義；圖5是流程圖，其說明了在根據本實施例的載波相位GPS定位裝置34中確定所述整數模糊度的方法；圖6是流程圖，其說明了圖5中的程序之後的可選處理；
圖7是流程圖，其說明了通過相關技術的時序確定法來確定所述整數模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序並列進行；圖8是流程圖，其說明了與圖5、圖6以及圖7所示的在移動臺30中進行的操作相對應的在基準站20中進行的操作；以及圖9是流程圖，其說明了能夠與多個基準站20進行通信的移動臺30的操作。
具體實施例方式
以下將參照附圖解釋本發明的優選實施例。
圖1是根據本發明的載波相位GPS定位裝置的示意圖。
如圖1中所說明的，所述載波相位GPS定位系統包括圍繞地球進行軌道運動的GPS衛星10，位於固定位置(已知位置)的基準站20，以及在地球上並且能夠在地球上移動的移動臺30。
所述GPS衛星10的每一個連續地向地球廣播導航信息(navigationmessage)。所述導航信息包括相應GPS衛星10的軌道信息、時鐘校正值以及電離層的校正係數。所述導航信息被利用C/A碼擴展(spread)，載於L1載波(頻率1575.42MHz)上，並且被向地球廣播。
目前，有24顆GPS衛星在20000千米的高度圍繞著地球進行軌道運動。每四顆GPS衛星平均地排列在地球的六個軌道面中的一個，所述軌道面互相傾斜55度。因此，無論在地球上的何處位置，只要所述位置朝著天空，從該位置總可以觀測到至少五顆衛星。
圖2是示圖，其示出了圖1的載波相位GPS定位裝置的結構。
在圖2中，所述移動臺30具有GPS接收機32。在所述GPS接收機32中，有振蕩器(未示出)，其振蕩頻率等於所述GPS衛星10的載波頻率。所述GPS接收機32對從所述GPS衛星10發射並由所述GPS接收機32經由GPS天線32a接收的電磁波進行轉換，然後利用在所述GPS接收機32中產生C/A碼進行C/A碼同步，並且提取所述導航信息。
所述GPS接收機32計算來自所述GPS衛星10i的載波的載波相位累加值Φiu。這裡，在所述載波相位累加值Φiu中，下標i(＝1，2，…)表示賦給GPS衛星10i的編號，而下標u表示在所述移動臺30側計算的累加值。
可將所述載波相位累加值Φiu描述為在接收載波的時刻t時的所述振蕩器的相位Θiu(t)與當產生來自GPS衛星10i的衛星信號時所述載波的相位Θiu(t-τ)之間的差，如下公式(1)所示。
Φiu(t)＝Θiu(t)-Θiu(t-τu)+Niu+εiu(t)(1)這裡，τu表示從GPS衛星10到GPS接收機32的傳播時間，而εiu表示噪聲(不確定度)。進一步，在開始觀測所述相位差的時刻，所述GPS接收機32能夠在所述載波的一個波長內準確地確定所述載波相位，但是不能確定當前波長的波長數(number of wavelength)。由於這個原因，在相位累加值Φiu(t)中，如公式(1)所示，有不確定度因數Niu，即為「整數模糊度」。
移動臺30還包括通信裝置33，如行動電話。如下所述，所述通信裝置33能夠通過雙向通信與安裝在所述基準站20側，例如行動電話基站的通信設備23進行通信。
在所述基準站20中安裝了具有GPS天線22a的GPS接收機22。GPS接收機22與移動臺30中的GPS接收機32相同，其基於來自GPS衛星10i的載波來計算在時刻t的載波相位累加值Φib，如以下公式(2)所示。
Φib(t)＝Θib(t)-Θib(t-τb)+Nib+εib(t)(2)這裡，Nib是整數模糊度，而εiu表示噪聲(不確定度)。在載波相位累加值Φib中，下標b表示在所述基準站20側計算所述累加值。
基準站20經由通信設備23向移動臺30發送所得到的載波相位累加值Φib。在指定區域中可安裝多於一個基準站20。如圖2所示，所述基準站20的每一個可通過網際網路或其它網絡與一個或多個通信設備23相連接，或者可在所述基準站20的每一個中安裝通信設備23。在前一種情況下，只要移動臺30能夠與通信設備23進行通信，移動臺30能夠得到通過所述基準站20的每一個接收的信息。
圖3是框圖，其示出了安裝在所述移動臺30中的根據本發明的載波相位GPS定位裝置34的實施例。
本實施例的載波相位GPS定位裝置34包括計算單元40，其與GPS接收機32和通信裝置33相連接，進一步，與移動臺30中各種傳感器50相連接。也可將計算單元40安裝在GPS接收機32中。當所述移動臺是車輛時，也可以將GPS接收機32、計算單元40和/或通信裝置33安裝在導航裝置中。
計算單元40可以從微型計算機形成，並可包括衛星位置計算單元42、移動量引入單元44、狀態變量提取單元46以及整數模糊度估計單元48，如圖3所示。
衛星位置計算單元42基於由GPS接收機32接收的導航信息中的軌道信息來計算在世界坐標系中在時刻t的所有可觀測的GPS衛星10i的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
圖4是視圖，其說明了在以下描述中使用的坐標系的定義。
圖4示出了在世界坐標系、局部坐標系以及車身坐標系(bodycoordinate system)之間的關係。
如圖4所示，在世界坐標系中，原點被定義為在地球的重心，互相垂直的X軸和Y軸在赤道面上，而Z軸與X軸和Y軸垂直。
在所述車輛的車身上定義所述車身坐標系。
由於GPS衛星10的每一個的移動被限制在通過地球重心的軌道面，並且所述GPS衛星10的每一個的軌道是以地球重心為焦點的橢圓，能夠通過克卜勒公式的逐次數值解來計算在所述軌道面中的GPS衛星10的每一個的位置。
由於所述GPS衛星的每一個的軌道面和世界坐標系中的赤道面滿足旋轉變換關係，能夠通過在軌道面上GPS衛星10的位置的三維旋轉坐標變換來計算在接收所述載波的時刻t時所述GPS衛星10的位置(Xi(t)，Yi(t)，Zi(t))。
移動量引入單元44，基於周期性輸入的各種傳感器50的輸出信號來計算與移動臺30的移動相關的量，並向狀態變量提取單元46輸出所述結果。
例如，如果移動臺30是車輛，移動量引入單元44基於來自各種傳感器50的輸出信號來計算在接收所述載波的時刻t時的速度Vx(t)(前後方向的速度)和Vy(t)(左右方向的速度)，所述各種傳感器50可以是，例如，安裝在車輛驅動輪上的兩個輪速傳感器、偏航角速度(yaw rate)傳感器、左右G加速度傳感器、方位角計。
由於在所述車身坐標系中定義所述車輛的速度向量(Vx(t)，Vy(t))，其原點在所述車輛的車身上，要求移動量引入單元44將所述速度向量(Vx(t)，Vy(t))從所述車身坐標系經由所述局部坐標系變換到所述世界坐標系。通常，通過利用歐拉角來進行所述坐標的旋轉變換。在本實施例中，由於傾側角(roll angle)和螺旋角(pitch angle)小，僅利用偏航角(t)進行從所述車身坐標繫到所述局部坐標系的變換。取決於所述情況，也可考慮所述傾側角和螺旋角，或者也可以忽略所述偏航角。通過利用所述車輛位置的經度φ(t)和緯度λ(t)來進行從局部坐標繫到世界坐標系的變換。
具體地，假設在世界坐標系中所述車輛的位置為(Xu，Yu，Zu)，而所述車輛位置的經度和緯度為(φ，λ)，可通過如下公式(3)來表達在世界坐標系中所述車輛的速度向量d/dt[Xu，Yu，Zu]。
d/dt[Xu，Yu，Zu]T＝rot(φ，λ)*rot(φ)*[Vx，Vy]T(3)這裡，[]T表示矩陣轉置，如下公式(4)和(5)定義rot(φ，λ)和rot()。
rot(,)=-cossin-sin-sinsincoscos0---(4)]]> 所述車輛位置的經度φ(t)和緯度λ(t)可以是已經確定的指定位置的已知的固定徑度和緯度，或者可以是所述移動車輛(即，移動臺30)的分別測量的可變經度和緯度。
可以通過積分偏航角速度(偏航角速度傳感器的輸出信號)來計算偏航角(t)，或者通過利用方位角計來確定。
在上述公式(3)中，通過利用右側的輸入量U01、U02和U03，並以離散方式表達所述公式，可以得到如下公式(6)、(7)、(8)。
Xu(tn)＝Xu(tn-1)+DT*U01(6)Yu(tn)＝Yu(tn-1)+DT*U02(7)Zu(tn)＝Zu(tn-1)+DT*U03(8)因此，如下表述最終的已知輸入。
U＝[DT*U01，DT*U02，DT*U03]T(9)在公式(6)、(7)、(8)和(9)中，DT表示採樣時間間隔(數據更新間隔)，並滿足tn＝tn-1+DT。以下，為便於解釋，假設所述採樣時間間隔DT等於所述GPS接收機22和32計算所述相位累加值的周期。
整數模糊度估計單元48通過利用兩種類型的載波相位累加值來估計所述整數模糊度，所述兩種類型的累加值分別為基準站20側的載波相位累加值Φib，其由移動臺30通過通信裝置33接收，以及移動臺30側的載波相位累加值Φiu。
具體地，可通過如下公式(10)來表達在時刻t的GPS衛星10j和10h(j不等於h)的相位累加的雙差。
Φjhbu＝(Φjb(t)-Φju(t))-(Φhb(t)-Φhu(t))(10)另一方面，由於在GPS衛星10i和GPS接收機22或32之間的距離等於載波波長L乘以所述相位累加值，所述相位累加的雙差Φjhbu滿足如下公式(11)。
jhbu=[{Xb(t)-Xj((t))2+(Yb(t)-Yj(t))2+(Zb(t)-Zj(t))2]]>-(Xu(t)-Xj(t))2+(Yu(t)-Yj(t))2+(Zu(t)-Zj(t))2}]]>-{(Xb(t)-Xh(t))2+(Yb(t)-Yh(t))2+(Zb(t)-Zh(t))2---(11)]]>-(Xu(t)-Xh(t))2+(Yu(t)-Yh(t))2+(Zu(t)-Zh(t))2}]/L+Njhbu+jhbu]]>在公式(11)中，[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]是在世界坐標系中在時刻t的基準站20的坐標(已知)，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]是在在時刻t的移動臺30的坐標(未知)，[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]是由衛星位置計算單元42計算的在時刻t的GPS衛星10j和10h的坐標。Njhbu表示所述整數模糊度的雙差，即，Njhbu＝(Njb-Nju)-(Nhb-Nhu)。
整數模糊度估計單元48通過對兩個GPS衛星10j和10h的四個或更多的組合中的每一個使用公式(10)來推導出雙差Φjhbu，從而通過將所述推導出的雙差Φjhbu代入公式(11)來獲得滿足公式(11)的關係。例如，當五個GPS衛星101到105可被觀測時，將GPS衛星101作為參考衛星，可將Φ12bu、Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu代入公式(11)並可得到四種關係。
這樣，從開始信號接收時，並且之後周期性地，即，在時刻t＝t1，t2，…tn』整數模糊度估計單元48利用公式(10)推導出雙差Φjhbu，並給出在時刻t1，t2，…tn的每一個的滿足公式(11)的關係。然後，整數模糊度估計單元48計算長時段內(從t1到tn)的許多數據樣本的方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計技術，並確定整數模糊度Nju、Nhu(後面參照圖7詳細描述此處理)。換言之，整數模糊度估計單元48每次在確定所述整數模糊度Nju、Nhu之前需要存儲所述雙差Φjhbu。進一步，已經在參照站20側確定了與所述參照站20相關的整數模糊度Nju、Nhu，並且為已知量。整數模糊度估計單元48通過通信來獲取與所述參照站20相關的所述整數模糊度Nju、Nhu。在確定了所述整數模糊度Nju、Nhu之後，通過熟知的幹涉測量定位法(interferometric positioning method)，可推導出移動臺30的準確坐標。
然而，在實際的測量中，由於所述電磁波的中斷，在GPS衛星10i和GPS接收機22或32之間的通信有時被中斷。在這種情況下，必須重新確定所述整數模糊度，並且希望在儘量短的時段內完成對所述整數模糊度的重新確定。
然而，在前述方法中，需要從t1到tn的長時段內的許多數據樣本以確定所述整數模糊度，並且因此，對所述整數模糊度的重新確定非常花費時間，例如，大約60秒鐘。不僅當在測量中與所述GPS衛星進行的通信被中斷時會發生這個問題，而且在開始測量時也會出現此問題。
相反，通過本實施例的確定整數模糊度的方法，如下所述，能夠在短時間內重新確定所述整數模糊度。
以下，參照附圖解釋本實施例的確定整數模糊度的方法。為清楚起見，將前述方法稱為「時序確定法」，以將其與本實施例的方法相區分。
圖5是流程圖，其說明了確定本實施例的載波相位GPS定位裝置34(具體地，所述整數模糊度估計單元48)中的確定所述整數模糊度的方法。假設除了圖5中的程序之外，在確定了所述整數模糊度之後，整數模糊度估計單元48能夠執行所述時序確定法中的處理以及計算所述移動臺30的位置的處理。
在步驟S100中，當所述電磁波被中斷時，或者當車輛的點火開關被切換到ON時，開始圖5中的程序。這裡，「電磁波中斷」意味著移動臺30中的GPS接收機32不再能夠接收來自GPS衛星10的定位所需的信號的狀態(即，所述相位累加值變得不連續，也稱為「周跳」)。在這種情況下，在確定所述整數模糊度之後，基本上不能執行前述時序確定法中的處理以及計算所述移動臺30的位置的處理。
在步驟S105中，如果電磁波被中斷，在重新開始接收來自所述GPS衛星10的信號之後，所述程序進行到步驟110(在此例中，假設進行到步驟110的時刻是t＝tn)。
如果所述車輛的點火開關被切換到ON，所述程序立即進行到步驟110。
在步驟S110中，將在t＝tn之前(這裡，從tn-a到tn)的在基準站20側計算的相位累加Φib(tn-a)，…，Φib(tn)輸入到所述整數模糊度估計單元48。例如，可通過從移動臺30發送適當的請求信號來獲取這些數據。可選地，如果移動臺30連續地接收來自所述基準站20的信號，整數模糊度估計單元48可從移動臺30的存儲器中讀取這些數據。在後一種情況下，也可讀出在當前時刻之前的相位累加數據，即，Φib(tn-a)，…，Φib(tn-1)。
在步驟S120中，在重新開始信號接收的時刻t(在此例中，假設t＝tn)，將在所述移動臺30側的相位累加值Φiu(tn)輸入到整數模糊度估計單元48。
在步驟S130中，整數模糊度估計單元48基於在步驟S110和S120中獲得的相位累加值確定或重新確定所述整數模糊度。在此步驟中，採用這樣的方法來確定所述整數模糊度，其在組合在推導所述相位累加值的雙差中使用的相位累加值Φ時不同於前述的時序確定法。
具體地，在步驟S130中，例如，可利用如下公式(12)來推導與兩個GPS衛星10j和10h(j不等於h)相關的雙差Φjhbu。
Φjhbu＝(Φjb(tk)-Φju(tn))-(Φhb(tk)-Φhu(tn)) (12)詳細地，在公式(12)中，將在步驟S110中得到的相位累加值Φib(tn-a)，…，Φib(tn)分別代入Φjb(tk)，並且將在步驟S110中得到的相位累加值Φhb(tn-a)，…，Φhb(tn)分別代入Φjb(tk)。於是，在時刻t＝tn，產生多個雙差Φjhbu(在此例中，產生a+1個雙差)。公式(12)中的Φju(tn)和Φhu(tn)是在步驟S120中得到的在時刻t＝tn的相位累加值Φju(tn)和Φhu(tn)。
於是，通過代入公式(11)，可得到a+1個等式。在公式(11)中，將在時刻tn-a到tn的基準站20的已知坐標代入[Xb(t)，Yb(t)，Zb(t)]，將在時刻tn-a到tn的GPS衛星10j和10h的已知坐標分別代入相對於基準站20的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，將在時刻tn的GPS衛星10j和10h的已知坐標(即，[Xj(tn)，Yj(tn)，Zj(tn)]和[Xh(tn)，Yh(tn)，Zh(tn)]，)總是分別代入相對於移動臺30的[Xj(t)，Yj(t)，Zj(t)]和[Xh(t)，Yh(t)，Zh(t)]，而[Xu(t)，Yu(t)，Zu(t)]總是移動臺30在t＝tn時刻的坐標(未知)。
這些描述可通過如下等式(13)進行一般表達。
jhbu=[{Xb(tk)-Xj((tk))2+(Yb(tk)-Yj(tk))2+(Zb(tk)-Zj(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xj(tn))2+(Yu(tn)-Yj(tn))2+(Zu(tn)-Zj(tn))2}---(13)]]>-{(Xb(tk)-Xh(tk))2+(Yb(tk)-Yh(tk))2+(Zb(tk)-Zh(tk))2]]>-(Xu(tn)-Xh(tn))2+(Yu(tn)-Yh(tn))2+(Zu(tn)-Zh(tn))2}]/L+Njhbu+jhbu]]>(tk＝tn-a，…，tn)然後，整數模糊度估計單元48利用這些數據來計算所述方差εjhbu，例如，通過卡爾曼濾波器，最小二乘法或其它估計技術，以確定整數模糊度Nju、Nhu。
可注意到，在本實施例描述的方法中，在時刻t＝tn之後的數據並不是必須的，並且可以在重新開始或開始信號接收時確定所述整數模糊度。因此，能夠實現單曆元定位。歸因於此，在啟動所述車輛時或者從周跳恢復後，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，由於所述整數模糊度是整數，在步驟S130中，可通過找到接近於通過卡爾曼濾波器得到的實數解的整數解(即，波數)來得到所述整數模糊度。例如，可將LA-MBDA用於此目的，其對所述整數模糊度進行非相關化(un-correlate)，並縮小所述整數解的搜索空間，從而加速尋找所述解。
在確定所述整數模糊度之後，在步驟S140中，通過熟知的幹擾測量定位法(例如，動態定位(RTK-GPS定位算法))開始或者重新開始定位，並可推導出移動臺30的準確坐標。這樣得到的移動臺30的位置可以被用於各種控制中或者作為信息呈現，例如，可以被輸出和顯示在導航裝置的屏幕上，或者顯示在行動電話屏幕上所示的地圖中。
如上所述，根據本實施例，可通過組合在某一時刻的在移動臺30側的數據和在所述某一時刻之前在基準站20側的數據來確定整數模糊度。因此，在啟動車輛時或者從周跳恢復後，能夠快速地(即刻地)開始或重新開始定位。
此外，在圖5說明的程序中，並不總是必須獲得來自基準站20的從tn-a到tn的所有相位累加值，也可以缺少其中一些相位累加值。換言之，只要在步驟S130中能夠得到足夠可靠的整數模糊度，從基準站20得到的相位累加值的數目可以為任何數目。
此外，在圖5說明的所述程序中，取代獲得來自基準站20的所述相位累加值，可以獲得所述相位累加值的方差數據。例如，如果能夠在基準站20側產生在步驟130中由整數模糊度估計單元48產生的協方差矩陣(為此，必須向基準站20發送所述相位累加值Φiu(tn))，可從基準站20向移動臺30發送所述協方差矩陣。從同樣的角度，移動臺30可向基準站20發送所述協方差矩陣，而在基準站20側執行在步驟130的處理以及移動臺30的位置計算，並且基準站20僅向移動臺30發送所述整數模糊度和/或移動臺30的位置。在這種情況下，可以顯著減少移動臺30的處理負擔，並可以顯著減小在基準站20和移動臺30之間的通信數據量。
此外，在圖5所說明的程序中，例示了在移動臺30側僅有一個相位累加值(Φiu(tn))的情況，其用來確定所述整數模糊度，但是，移動臺30側的相位累加值的數目可多於一個，並且可以以同樣的方式使用兩個或更多的相位累加值(少於上例中的a+1)。例如，當使用在時刻t＝tn之後的數據時，儘管用於確定所述整數模糊度所需要的時間增加了，但是僅使用從所述基準站20得到的少量相位累加值即可得到多種組合，並且類似地，可以確定足夠可靠的整數模糊度。
此外，在圖5所說明的程序中，例如，當五個GPS衛星101到105可觀測時，並且在GPS衛星102中發生周跳時，不需要對GPS衛星102之外的其它GPS衛星進行重新確定整數模糊度的處理。在這種情況下，例如，對於相位累加值的雙差Φ12bu，可以通過使用Φ1u(tn)、Φ2u(tn)來使用前述公式(12)和(13)。對於所述相位累加值的其它雙差(Φ13bu、Φ14bu、Φ15bu)，可以通過使用Φ1u(tn-a)，…，Φ1u(tn)，Φ3u(tn-a)，…，Φ3u(tn)來使用前述公式(10)和(11)。在這種情況下，可通過利用這些數據的組合來對所述整數模糊度Nju、Nhu進行估計。
圖6是流程圖，其說明了圖5中步驟S140之後(即，時刻t＝tn之後)的可選處理。例如，當在步驟S120中得到的相位累加值Φiu(tn)，或者基於所述相位累加值Φiu(tn)推導出的移動臺30的位置顯然不合理，例如，根據移動臺30的移動速度，在所述周跳期間移動臺30的位置變化無法實現時，可以執行圖6中的程序。
在步驟S150中，在時刻t＝tn之後的採樣時刻t＝tn+1，將在移動臺30側計算的相位累加值Φiu(tn+1)輸入到整數模糊度估計單元48。可注意到，在時刻t＝tn之後，如果由於周跳不能觀測到移動臺30側的相位累加值，則再次執行圖5中的程序。
在步驟S160中，將在所述基準站20側計算的在t＝tn+1之前(這裡，從tn-a-1到tn+1)的相位累加Φib(tn-a-1)，…，Φib(tn+1)輸入到整數模糊度估計單元48。例如，可通過從移動臺30發送適當的請求信號來獲取這些數據。可選地，如果移動臺30連續地接收來自所述基準站20的信號，整數模糊度估計單元48可從移動臺30的存儲器中讀取這些數據。
在步驟S170中，通過利用相位累加值Φiu(tn+1)來進行與圖5中步驟S130相同的處理。即，在公式(12)和(13)中，用tn+1代替tn。整數模糊度估計單元48處理這些數據並確定所述整數模糊度Nju、Nhu。此外，在步驟S170中，可通過對在當前步驟中得到的相位累加值和在先前步驟中得到的相位累加值進行組合來對所述整數模糊度Nju、Nhu進行估計。例如，如果第一次執行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值。如果不是第一次執行本程序，所述先前得到的相位累加值是圖5步驟S130中得到的相位累加值以及在先前步驟S170中得到的相位累加值。
在步驟S180中，將先前確定的整數模糊度與當前得到的整數模糊度進行比較。例如，如果從周跳期間的移動臺30的速度的歷史記錄確定在步驟S130中得到的整數模糊度明顯異常，可以利用當前得到的整數模糊度繼續進行定位(參照步驟S140)。
在步驟S190中，重複執行步驟S150到S180，直到通過前述時序確定法確定了整數模糊度，其中在當前程序的同時執行此方法(t＝tn之後的時刻，即，t＝tn+m，(m＝2，3，…))。
如果通過所述時序確定法來確定整數模糊度，在步驟S200中，對利用所述兩種方法確定的整數模糊度進行相互比較，然後通過熟知的幹擾測量定位法利用通過所述時序確定法確定的整數模糊度(即，取代所述進行的整數模糊度)繼續進行定位。
圖7是流程圖，其說明了通過所述時序確定法來確定所述整數模糊度的操作，此操作與圖5的程序和/或圖6的程序並列進行。
在步驟S300中，確定移動臺30是否在移動。當所述移動臺30是車輛時通過輪速傳感器，或者通過圖像處理來執行所述確定。
如果確定移動臺30靜止，則所述程序進行到步驟S310。
如果確定移動臺30在移動，則所述程序進行到步驟S340。
在步驟S310中，使用靜態模型執行所述時序確定法，以確定所述整數模糊度。在步驟S310中，如果移動臺30開始移動，則停止所述處理，並對其進行初始化。另一方面，如果直到確定了所述整數模糊度移動臺30都靜止，則所述程序進行到步驟S370。在步驟S370中，將這樣確定的整數模糊度的值與通過圖5和圖6的程序得到的整數模糊度的值進行比較(參考步驟S200)。
在步驟S340中，使用動態模型(movement model)執行所述時序確定法以確定所述整數模糊度。具體地，整數模糊度估計單元48通過利用由移動量引入單元44引入的已知輸入來建立由(14)指示的如下狀態方程(參照公式(9))。
η(tn)＝η(tn-1)+U(tn-1)+W(tn-1) (14)這裡，η(tn)是在t＝tn時刻的狀態變量，並可以表示移動臺30的位置坐標(未知)[Xu(tn)，Yu(tn)，Zu(tn)]以及整數模糊度的雙差Njhbu。U和W分別是前述已知的輸入和外部噪聲(系統噪聲正態白噪聲)。在所述靜態模型中，不存在公式(14)中的已知輸入項U(tn-1)。
另外，整數模糊度估計單元48還建立由(15)所指示的如下觀測方程，其在所述靜態模型中也成立。
Z(tn)＝H(tn)*η(tn)+V(tn) (15)這裡，Z和V分別表示觀測量和觀測噪聲(正態白噪聲)。所述觀測量Z是整數模糊度的雙差Njhbu(參照公式(10))。所述狀態方程(14)是線性方程，而所述觀測量Z相對於狀態變量Xu、Yu、Zu為非線性，公式(11)中的項對Xu，Yu，Zu進行偏微分，從而得到公式(15)中的H。
因此，如果對狀態方程(14)和觀測方程(15)應用卡爾曼濾波器，可得到如下方程。
對於更新所述時刻，
η(tn)(-)＝η(tn-1)(+)+U(tn-1)+W(tn-1) (16)P(tn)(-)＝P(tn-1)(+)+Q(tn-1) (17)對於更新所述觀測，K(tn)＝P(tn-1)(-)*HT(tn)*(H(tn)*P(tn)(-)*HT(tn)+R(tn))-1(18)η(tn)(+)＝η(tn)(-)+K(tn)*(Z(tn)-H(tn)*η(tn)(-))(19)P(tn)(+)＝P(tn)(-)-K(tn)*H(tn)*P(tn)(-)(20)這裡，Q和R分別表示外部噪聲的協方差矩陣和觀測噪聲的協方差矩陣。公式(13)和(19)是協方差方程。這裡，上標(-)和(+)分別指示更新前後的時間。在所述靜態模型中，不存在公式(16)中的項U(tn-1)。
結果，找到了所述整數模糊度的估計值作為實數解。然而，由於所述整數模糊度實際上是整數，可找到所述整數模糊度是最接近於所述實數解的整數解(即，波數)。例如，為此可使用LA-MBDA，其對所述整數模糊度進行非相關化，並縮小所述整數解的搜索空間，從而促進找到所述解。
在步驟S350中，如果確定移動臺30的滑移率超過預設值，由於當移動臺30的滑移率超過預設值時所述動態模型的可靠性(即，前述已知的輸入)下降，所以在步驟S360中停止所述處理，並對其初始化。當所述移動臺30是車輛時，可基於來自輪速傳感器或加速器傳感器的輸出信號檢測移動臺30的滑移率，正如在ABS控制領域所熟知的一樣。
如果確定移動臺30的滑移率沒有超過預設值，所述程序進行到步驟370。
在步驟370中，將這樣確定的整數模糊度的數值與通過圖5和圖6的程序得到的整數模糊度的值進行比較(參考步驟S200)。
在如步驟S330和S360所示停止所述處理之後，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數模糊度，直到通過所述模型的任何一種來確定所述整數模糊度。
在圖7所示的處理中，當發生周跳時，類似於步驟S330和S360，所述處理被停止並被初始化，之後，使用通過圖5或圖6中的程序確定的所述整數模糊度，直到通過任何一種模型確定所述整數模糊度。
如上所述，根據本實施例，通過引入動態模型(即，向卡爾曼濾波器輸入已知的外部輸入U(t))，即使在移動臺30移動時也可以精確確定所述整數模糊度。另外，通過根據移動臺30的移動狀態分別使用動態模型和靜態模型，可提高整數模糊度的估計精確度。當移動臺30靜止時，通過將動態模型的已知輸入設置為零，僅使用所述動態模型就足夠了。
另外，通過並列於圖5的程序和圖6的程序來執行圖7中的處理，可以對兩個獨立的整數模糊度進行相互比較，並且可選擇適當的整數模糊度以用於定位，從而提高定位可靠性。從此角度來看，當GPS接收機22和32是能夠接收從GPS衛星10發射的L1波和L2波二者的雙頻接收機時，對於L1波和L2波中的每一個，可以同時並列進行相同的估計處理。在這種情況下，由於能夠產生所述兩側的周期之和(寬巷(Wide-Lane))，因此，可以進一步縮小整數解候選的範圍。
圖8是流程圖，其說明了與如圖5、圖6以及圖7所示的在所述移動臺30進行的操作相對應的在基準站20進行的操作。
在步驟S400中，作為程序性處理，多個基準站20的每一個，對應於採樣時刻的每一個和所述GPS衛星10i的每一個，來存儲和管理相位累加值Φib，其中基於來自所述GPS衛星10i的每一個的衛星信號測量所述相位累加值。可通過用於控制所述GPS衛星10i的中心設備(未示出)來執行此處理。
在步驟410中，只要關於與GPS衛星10k相關的數據不發生所述周跳，就連續進行步驟400中的處理。當然，每次產生新的數據時，某時刻之前的數據被順次刪除。另外，可以將在每一個基準站20和每一個GPS衛星10i之間的整數模糊度Nib引入在初始階段的步驟400的處理。所述基準站20的每一個可確定所述得到的相位累加值Φib的可靠性，並且，例如，如果存在異常值，不需要存儲所述異常值，或者，不需要向所述移動臺30發送所述異常值。
如步驟S110所述，在接收到來自移動臺30的請求信號之後，可經由所述通信設備23將在步驟S400中存儲和提取的數據發送到移動臺30。可選地，可在接收來自每一個GPS衛星10i的信號的每一個周期內廣播所述數據。
在前一種情況下，通過在來自移動臺30的請求信號中包括的ID碼來確定作為傳輸目標的移動臺30。在後一種情況下，基準站20可響應於來自所述移動臺30的請求，向移動臺30僅發送特殊的數據。
在步驟S400中，如果檢測到關於GPS衛星10k發生所述周跳，所述程序進行到步驟S420，並且基準站20擦除在發生與所述GPS衛星10k相關的周跳之前存儲的數據。
如上所述，根據本實施例，不必發送在發生所述周跳之前產生的數據到所述移動臺30。可選地，也可以保留在發生所述周跳之前產生的存儲的數據，而不將其發送到移動臺30，即，僅將發生所述周跳之後產生的數據發送到移動臺30。這樣，通過僅發送請求信號，移動臺30就可以得到來自基準站20的高可靠性的數據，並且不需要檢查從基準站20發送的數據的可靠性。
圖9是流程圖，其說明了能夠與多個基準站20進行通信的移動臺30的操作。
在步驟S500中，確定移動臺30是否能夠與多於一個基準站20進行通信。
如果確定移動臺30能夠與多於一個基準站20進行通信，程序進行到步驟S510。
在步驟S510中，檢測在由移動臺30捕獲的GPS衛星10i和由一個基準站20捕獲的GPS衛星10i之間的對應關係。同時，確定所述GPS衛星10的數目，移動臺30和基準站20均從所述GPS衛星10接收信號(以下稱為「共用衛星10」)。
在步驟S520中，如果確定有一個基準站20接收來自最大數目的共用衛星10的信號，移動臺30採用來自這一個基準站20的數據，並執行圖5、圖6和圖7所說明的程序。例如，考慮這樣的情況，其中，移動臺30接收來自七個GPS衛星101到107的信號，一個基準站201接收來自六個GPS衛星101到106的信號，並且另一個基準站202接收來自GPS衛星101到105，以及GPS衛星108到1011的信號，由於移動臺30和基準站20都接收來自GPS衛星101到106的信號，GPS衛星101到106是所述共用衛星10，並且，由於在此例中，基準站201接收來自所述最大數目(六個)的共用衛星101到106的信號，選擇所述基準站201。
另一方面，如果確定多於一個基準站20各自接收來自所述最大數目的共用衛星10的信號，所述程序進行到步驟530。
在步驟530中，對在不同基準站20的來自所述共用衛星10的每一個的接收強度進行比較。可以在所述基準站20測量在不同基準站20的接收強度，並可將其發送到移動臺30。
在步驟S540中，如果確定僅有一個基準站20接收在高於參考級別的接收級別上的來自共用衛星10的信號，移動臺30採用來自這一個基準站20的數據，並執行圖5、圖6和圖7所說明的程序。在這種情況下，可選擇具有最大的來自所述共用衛星的信號的最低接收強度的基準站。在這種情況下，可忽略隨後步驟550。
另一方面，如果確定多於一個基準站20各自在最好接收狀況下接收來自共用衛星10的信號，所述程序進行到步驟S550。
在步驟550中，相互比較從不同基準站20到移動臺30的距離。
在步驟560中，選擇離移動臺30距離最近的基準站20。於是，移動臺30採用來自所述最近的基準站20的數據，並執行圖5、圖6和圖7所說明的程序。
如上所述，根據本實施例，由於在移動臺30能夠進行通信的共用衛星10之間使用來自所述最合適的基準站20的數據，當基準站20隨著移動臺30的移動而變化時，能夠防止整數模糊度估計精度和位置檢測精度下降。
選擇基準站20的優先次序不限於上述例子(即，共用衛星10的數目、接收強度、距離)，例如，在共用衛星10的數目大於指定數目並且接收強度超過最低級別的情況下，可優先選擇最接近移動臺30的基準站20。在這種情況下(即，距離優先)，可以減小電離層折射效應和對流層彎曲(tropospheric bending)的影響，並且提高所述整數模糊度的估計準確度。
儘管為了說明的目的，參照具體實施例描述了本發明，但是，很顯然，本發明不限於這些實施例，無需脫離本發明的基本概念和範圍，本領域技術人員可以作出多種修改例。
例如，在以上實施例中，描述了將卡爾曼濾波器應用於狀態方程(14)和觀測方程(15)，但是也可以用最小二乘或其它估計方法用於估計狀態量。
此外，在以上實施例中，描述了計算所述雙差以消除GPS接收機22和32中振蕩器的初始相位以及時鐘不確定度的影響。當然，只要能夠消除GPS接收機22和32中振蕩器的初始相位以及時鐘不確定度的影響，也可以使用單差。此外，在以上實施例中，沒有考慮電離層折射效應、對流層彎曲效應以及多徑的影響，但是，在考慮這些效應時，也可以應用本發明。
以上，為簡便起見，將GPS衛星101視為參考衛星，但取決於移動臺30和基準站20的位置，也可使用其它GPS衛星10作為參考衛星。此外，只要有四個或更多的與移動臺30和基準站20共用的GPS衛星相關的雙差，可使用所述GPS衛星的任意組合來計算所述雙差。
在以上實施例中，將車輛作為移動臺30的例子。所述移動臺30還可包括具有接收機32和/或計算單元40的載人電梯(folk lift)或機器人，以及具有接收機32和/或計算單元40的行動電話或PDA。
根據本發明的載波相位GPS定位裝置，可以快速且精確地確定整數模糊度。
本專利申請基於2003年12月2日提交的日本在先專利申請2003-403640，將其全部內容在此引用作為參考。
權利要求
1.一種載波相位GPS定位裝置，包括第一整數模糊度估計單元，其將通過在固定位置的基準站從衛星接收的數據中提取的第一持續時間中的方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中通過移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及，定位單元，其利用由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
2.根據權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，異常值被從所述方差數據中除去。
3.根據權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當對從所述衛星發射的電磁波的接收被暫時中斷時，所述中斷之前的數據被從所述方差數據中除去。
4.根據權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續時間中的所述方差數據包括在所述第一持續時間中在第一數目的多個時刻從所述衛星發送的所述信號的多個載波相位累加值；並且所述第一整數模糊度估計單元將在所述第一數目的多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在第二數目的多個時刻的在所述移動臺側的多個載波相位累加值相關聯，並且估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數模糊度，其中所述第二數目小於所述第一數目。
5.根據權利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述第一持續時間中的所述方差數據包括在所述第一持續時間中在第一數目的多個時刻從所述衛星發送的所述信號的多個載波相位累加值；並且所述第一整數模糊度估計單元將在所述第一數目的多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯，並且估計從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的所述整數模糊度。
6.根據權利要求3所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第一整數模糊度估計單元估計所述整數模糊度之後，所述定位單元只利用在所述移動臺側測量的數據來確定所述移動臺的位置。
7.根據權利要求4所述的載波相位GPS定位裝置，進一步包括移動量檢測單元，其檢測所述移動臺的移動，以及當所述移動臺移動時所述移動臺的移動量；第二整數模糊度估計單元，當所述移動臺靜止時估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數模糊度，其中當所述移動臺靜止時基於在該時段的多個時刻的在所述基準站側的多個載波相位累加值和在所述移動臺側的多個載波相位累加值來作出所述估計；以及第三整數模糊度估計單元，當所述移動臺移動時，考慮移動量檢測結果，來估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的所述信號的載波相位累加值中包括的所述整數模糊度。
8.根據權利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，在所述第二整數模糊度估計單元或所述第三整數模糊度估計單元估計所述整數模糊度之後，所述定位單元利用由所述第二整數模糊度估計單元或所述第三整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度而不是由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
9.根據權利要求7所述的載波相位GPS定位裝置，其中，所述移動臺是具有輪子的車輛；所述移動量檢測單元基於用於檢測所述車輪的轉動速度的輪速傳感器來檢測所述車輛的移動；當由至少所述輪速傳感器檢測到大於預定值的滑移率時，所述第三整數模糊度估計單元的所述整數模糊度估計處理被初始化，並且所述定位單元利用由所述第一整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置，直到所述第三整數模糊度估計單元估計或重新估計所述整數模糊度。
10.根據權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當在通信區域存在多個基準站時，選擇能夠與更多的衛星進行通信的基準站，其中所述衛星和與所述移動臺通信的衛星共用，並且使用與所述選擇的基準站相關的所述方差數據。
11.根據權利要求10所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當有多個所述基準站能夠與相同數目的所述衛星進行通信時，選擇具有來自所述衛星的最大的最低信號接收強度的基準站。
12.根據權利要求1所述的載波相位GPS定位裝置，其中，當在通信區域中存在多個基準站，其接收來自多個共用衛星的信號，並且所述共用衛星的每一個的信號接收強度超過預定值時，選擇最接近所述移動臺的基準站，並且使用與所述選擇的基準站相關的所述方差數據。
13.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟將通過在固定位置的基準站從衛星接收的數據中提取的第一持續時間中的方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中通過移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及利用所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
14.一種載波相位GPS定位方法，包括以下步驟獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；獲取在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個載波相位累加值；將在所述多個時刻的在所述基準站側的所述載波相位累加值與在所述一個時刻的在所述移動臺側的載波相位累加值相關聯，並估計在從衛星發送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數模糊度。
15.一種載波相位GPS定位系統，包括基準站，其基於來自衛星的接收數據提取在第一持續時間中的方差數據；載波相位GPS定位裝置，包括第一整數模糊度估計單元，其將所述方差數據與在短於所述第一持續時間的第二持續時間中由移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度；定位單元，其利用所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置；以及通信通路，其使得所述載波相位GPS定位裝置和所述基準站之間能夠進行通信。
16.一種基準站，其基於來自衛星的接收數據提取預定持續時間中的方差數據，並向載波相位GPS定位裝置發送所述方差數據，所述載波相位GPS定位裝置包括估計單元，其將所述方差數據與由移動臺從所述衛星接收的數據相關聯，並估計由所述移動臺從所述衛星接收的載波相位累加值中包括的整數模糊度；以及定位單元，其利用所述估計的整數模糊度來確定所述移動臺的位置。
17.一種基準站，包括獲取單元，其獲取在移動臺側的在一個時刻的載波相位累加值；整數模糊度估計單元，其對在基準站側的在所述一個時刻之前的多個時刻的多個所述載波相位累加值進行關聯，並估計在從衛星發送、由所述移動臺接收的信號的所述載波相位累加值中包括的整數模糊度；定位單元，其利用由所述整數模糊度估計單元估計的所述整數模糊度來確定所述移動臺的位置；以及發送單元，其將由所述定位單元檢測到的所述位置發送給所述移動臺。
全文摘要
公開了一種載波相位GPS定位裝置，其獲取在移動臺側的在一個時刻的衛星信號的載波相位累加值，將在所述一個時刻之前多個時刻的在基準站側的多個載波相位累加值與在移動臺側的載波相位累加值相關聯，並估計在從所述衛星發送、由所述移動臺接收的信號的載波相位累加值中包括的整數模糊度。
文檔編號G01S5/14GK1864075SQ20048002835
公開日2006年11月15日 申請日期2004年12月2日 優先權日2003年12月2日
發明者香川和則, 山下勝司, 田島靖裕, 小野目寬久 申請人:豐田自動車株式會社