CN101076707A - 自测激光发射机 - Google Patents
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Abstract
一种自测激光发射机(10)包括：配置成生成至少一个旋转激光束(14)的激光发射机(12)，与激光发射机(12)集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机(16)，以及无线通信设备(18)。无线电定位系统(RADPS)接收机(16)配置成通过使用无线通信设备(18)和无线通信链路(30)来利用从基站(28)发出的差分校正来获取激光发射机(12)的精确坐标测量。
Description
技术领域
本发明涉及位置跟踪和机械控制系统，更具体地说，本发明涉及激光系统和全球导航卫星系统的组合，该组合被配置成不仅具有跟踪和机械控制能力，还具有自测的能力。
背景技术
现有技术的集成激光和卫星定位系统能够为多个移动单元提供以毫米相对精度确定的激光平面数据。现有技术的集成激光和差分卫星定位系统也可以生成并且向多个移动单元发送差分校正数据。装备了移动卫星定位系统接收机的各个移动单元可以使用差分校正数据和高精度的激光平面数据来提高它的位置确定能力。
然而，现有技术的集成激光和卫星定位系统必须被放置在具有已知坐标的位置上才能利用其能力。
发明内容
本发明通过公开一种自测集成激光和无线电定位系统来解决此问题。
更具体地说，本发明的一个方面针对一种自测激光发射机。
在本发明的一个实施例中，该自测激光发射机包括：配置成生成至少一个旋转激光束的激光发射机，与该激光发射机集成的定位系统，以及一无线通信设备。在此实施例中，该定位系统被配置成获取激光发射机的坐标测量。
在本发明的一个实施例中，该激光发射机还包括平面激光发射机，它配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的另一实施例中，该激光发射机还包括扇形激光发射机，配置成生成至少一个旋转扇形激光束。
在本发明的一个实施例中，该定位系统还包括与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机。该固定无线电定位系统(RADPS)接收机选自包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组。
在本发明的一个实施例中，该固定RADPS接收机包括固定无线电天线，而该固定无线电天线的相位中心与激光发射机之间的距离是已知的和固定的。
在一个实施例中，本发明的装置还包括配置成将无线通信设备连接到差分校正数据源的无线通信链路。该无线通信链路选自包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组。差分校正数据源选自包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)；和伪卫星发射机}的组。
在本发明的一个实施例中，该无线通信设备被配置成使用最优无线通信链路来接收来自最优的差分校正数据源的一组差分校正数据，并且该固定无线电定位系统(RADPS)接收机被配置成利用该组差分校正数据来获得激光发射机的精确坐标测量。
在一个实施例中，本发明的装置还包括与RADPS接收机集成的距离测量设备。在该实施例中，距离测量设备被配置成测量固定无线电天线的相位中心与上面设置自测激光发射机的已知点或基准面平之间的距离，以确定激光发射机相对于该已知点或基准平面的位置坐标。
在一个实施例中，本发明的装置还包括与RADPS接收机集成的倾斜角度测量设备。
在该实施例中，该倾斜测量设备被配置成执行固定无线电天线的相位中心相对于上面设置自测激光发射机的已知基准表面的倾斜坐标测量，以确定该激光发射机相对于该已知基准表面的位置坐标。
在一个实施例中，本发明的装置还包括与RADPS接收机集成的方位测量设备。在该实施例中，该方位测量设备被配置成执行固定无线电天线的相位中心相对于上面设置自测激光发射机的已知基准表面的方位坐标测量，以确定该激光发射机相对于该已知基准表面的方位。
在本发明的一个实施例中，该无线通信设备被配置成通过使用无线通信链路来广播激光发射机的位置坐标。在本发明的另一实施例中，该无线通信设备被配置成响应移动设备通过该无线通信链路发送的特定请求。
本发明的另一方面针对一种自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)。
在本发明的一个实施例中，该自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)包括：用于生成激光束的激光发射机；与该激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机；第一无线通信链路；配置成通过使用该第一无线通信链路来接收一组差分校正数据的固定无线通信设备；至少一个包括激光检测器和移动无线电定位系统(RADPS)接收机的移动单元；以及至少一个在SSI_LARADPS系统与该移动单元之间的第二无线通信链路。
在本发明的一个实施例中，该固定RADPS接收机包括固定无线电天线，其中，该固定无线电天线的相位中心与激光束之间的距离是已知的和固定的。在本发明的该实施例中，固定无线电定位系统(RADPS)接收机被配置成使用这组差分校正数据来获得激光发射机的精确坐标测量。在本发明的该实施例中，至少一个第二无线通信链路被用于向至少一个移动单元基本连续地发送激光发射机的精确坐标测量以及由固定RADPS接收机获得的这组差分校正数据，其中，至少一个移动RADPS接收机使用这些差分校正来获得该移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，该激光发射机还包括平面激光发射机，该平面激光发射机被配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的该实施例中，至少一个移动RADPS接收机使用这些差分校正和该高精度垂直坐标来获得该移动单元的精确坐标测量。
在本发明的另一实施例中，该激光发射机可生成提供高精度双斜基准激光平面的旋转激光束。在本发明的该实施例中，固定无线电定位系统(RADPS)接收机还包括与激光发射机集成的矢量差分无线电定位系统(VRADPS)接收机。
在本发明的一个实施例中，该矢量差分VRADPS接收机包括一个主固定无线电天线和多个从固定无线电天线，并且主固定无线电天线的相位中心与基准激光平面之间的距离是已知的和固定的。该矢量差分VRADPS接收机能够确定双斜基准激光平面的姿态。
在本发明的一个实施例中，至少一个第二无线通信链路被用于向至少一个移动单元发送激光发射机所在位置处的激光平面的海拔、斜率和方位角度以及由矢量差分RADPS接收机所获得的差分校正。在本发明的该实施例中，至少一个移动RADPS接收机利用包括移动RADPS接收机所获得的一组位置数据、激光发射机所在位置处的激光平面的海拔、斜率和方位角度、和差分校正数据在内的一组数据来获得至少一个移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，该激光发射机还包括配置成生成至少一束旋转扇形激光束的扇形激光发射机。在本发明的该实施例中，至少一个移动RADPS接收机可利用包括移动RADPS接收机所获得的一组位置数据、激光发射机的一组位置数据、和差分校正的数据在内的一组数据来获取至少一个移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，至少一个第二无线通信链路还包括一调制系统，该调制系统适用于以差分校正数据和以激光束数据来调制激光束。
在本发明的一个实施例中，至少一个移动单元还包括配置成接收和发送数据的移动无线通信设备，和配置成利用激光束数据以及差分校正数据来精确操作该移动单元的计算机。
本发明的又一个方面针对一种包括激光发射机在内的任何目标的自测方法。
更具体地说，在一个实施例中，本发明的该方法包括下列步骤：(A)提供与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，其中该固定RADPS接收机包括固定无线电天线，并且其中该固定无线电天线的相位中心与激光发射机之间的距离是已知的和固定的；(B)提供配置成成接收一组差分校正数据的无线通信设备；以及(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的该固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，步骤(A)还包括步骤(A1)，步骤(A1)从包含{GPS接收机、GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择固定无线电定位系统(RADPS)接收机。
在本发明的一个实施例中，步骤(A)还包括步骤(A2)，步骤(A2)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的另一实施例中，步骤(A)还包括步骤(A3)，步骤(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
在本发明的一个实施例中，步骤(B)还包括步骤(B1)，步骤(B1)通过使用无线通信设备来广播激光发射机的位置坐标。在本发明的另一实施例中，步骤(B)还包括步骤(B2)，步骤(B2)通过使用无线通信设备来响应来自移动设备的特定请求。
在一个实施例中，本发明的方法还包括提供无线通信链路的步骤，该无线通信链路被配置成将无线通信设备与差分校正数据源相连接。在本发明的一个实施例中，最优的差分校正数据源选自包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)；和伪卫星发射机}的组。在本发明的一个实施例中，最优的无线通信链路选自包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组。
本发明的另一个方面针对一种利用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)来跟踪移动单元的方法。SSI_LARADPS系统包括：激光发射机；与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机；具有固定无线电天线的固定RADPS接收机，其中固定天线的相位中心与激光束之间的距离是已知的和固定的；第一无线通信链路；与激光发射机集成的固定无线通信设备；包括激光检测器、移动无线电定位系统(RADPS)接收机和移动无线通信设备的移动单元；以及在SSI_LARADPS系统与该移动单元之间的第二无线通信链路。
在一个实施例中，本发明的该方法包括以下步骤：(A)使用激光发射机来生成激光束；(B)通过使用第一无线通信链路和固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量；(D)使用固定无线通信设备和第二无线通信链路向移动单元基本连续地发送激光发射机的精确坐标测量和由固定RADPS接收机获得的这组差分校正数据；(E)通过使用配置成利用这组差分校正的移动RADPS接收机来获得移动单元的精确坐标测量；以及(F)通过使用第二无线通信链路和移动无线通信设备向激光发射机发回移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，使用激光发射机来生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A1)，步骤(A1)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的另一实施例中，使用激光发射机来生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A2)，步骤(A2)生成旋转激光束，其中该旋转激光束提供高精度的双斜基准激光平面。在本发明的一个实施例中，使用激光发射机来生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A3)，步骤(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
在其中SSI_LARADPS系统还包括显示器的一个实施例中，本发明的该方法还包括步骤(G)，步骤(G)在该显示器上显示移动单元的精确坐标测量。
在一个实施例中，本发明的该方法还包括以下步骤：(H)基本连续地更新移动单元的精确坐标测量；(I)通过使用第二无线通信链路和移动无线通信设备向激光发射机发回该移动单元的更新后的坐标测量；以及(K)在显示器上显示该移动单元的更新后的坐标测量。
本发明的另一方面针对一种利用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)来跟踪多个移动单元的方法。
在一个实施例中，本发明的该方法包括以下步骤：(A)使用激光发射机来生成激光束；(B)通过使用第一无线通信链路和固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量；(D)使用固定无线通信设备和至少一个第二无线通信链路向至少一个移动单元基本连续地发送激光发射机的精确坐标测量和由固定RADPS接收机获得的这组差分校正数据；(E)通过使用配置成利用差分校正的移动RADPS接收机来获得至少一个移动单元的精确坐标测量；(F)通过使用至少一个第二无线通信链路和至少一个移动无线通信设备向激光发射机发回至少一个移动单元的精确坐标测量；以及(G)对至少下一个的移动单元重复步骤(D-F)。
在其中SSI_LARADPS系统还包括显示器的一个实施例中，本发明的该方法还包括步骤(H)，步骤(H)在显示器上显示至少一个移动单元的精确坐标测量。
在一个实施例中，本发明的该方法还包括下列步骤：(I)基本连续地更新至少一个移动单元的精确坐标测量；(K)通过使用至少一个第二无线通信链路和至少一个移动无线通信设备向激光发射机发回至少一个移动单元的更新后的坐标测量；以及(L)在显示器上显示至少一个移动单元的更新后的坐标测量。
附图说明
下文中，结合下列附图对本发明的优选实施例的详细描述将使得本发明的上述优点以及其它优点能够被更加清晰地理解。
图1描述了本发明的自测激光发射机，该自测激光发射机包括：配置成生成至少一个旋转激光束的激光发射机、与该激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机、和无线通信设备。
图2图示说明了本发明的自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)，该SSI_LARADPS系统包括生成激光束的激光发射机；与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机；第一无线通信链路；配置成通过使用第一无线通信链路来接收一组差分校正数据的固定无线通信设备；至少一个包括激光检测器和移动无线电定位系统(RADPS)接收机的移动单元；以及至少一个在SSI_LARADPS系统与移动单元之间的第二无线通信链路。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例作详细参考，附图中示出了这些优选实施例的示例。并且应该理解的是，尽管将结合优选实施例对本发明进行说明，但是并不旨在将本发明限定于这些实施例。相反，本发明旨在覆盖在如所附权利要求所定义的本发明精神和范围内所包含的替换、改进和等效方案。此外，在以下对本发明的详细讨论中，阐述了众多的具体细节，以便于提供对本发明的透彻理解。然而，显而易见的是，本领域普通技术人员并不需要这些具体细节也可以实现本发明。在其它实例中，对公知的方法、过程、组件和电路没有进行详细讨论，以免不必要地混淆本发明的各个方面。
在本发明的一个实施例中，图1描述了自测激光发射机10，该自测激光发射机10包括：配置成生成至少一个旋转激光束14的激光发射机12、与激光发射机12集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机16、以及无线通信设备18。在此实施例中，无线电定位系统(RADPS)16被配置成成获得激光发射机12的坐标测量。
与激光发射机12集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机16与机械地组合激光系统和RADPS接收机系统的系统相比将可给潜在用户提供许多益处。实际上，将固定无线电定位系统(RADPS)接收机16与激光发射机12集成与组合的激光和RADPS系统相对可具有较低的成本，因为集成系统仅需要一组封装，可以使用共享的计算机存储器，并且可以使用共用的电源。在该集成系统中，激光束和RADPS固定天线的电相位中心分开已知的和固定的距离(未图示)，其中在机械组合的系统中，激光束与RADPS固定天线的电相位中心之间的距离易于产生误差，因为该距离是由集成系统的操作者所引入的。
在本发明的一个实施例中，激光发射机还包括平面激光发射机，它配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束14。在已转让给了本发明受让人的美国专利No.6,433,866“High precision GPS/RTK and laser machine control(高精度GPS/RTK和激光机械控制)”中完整公开了类似的平面激光发射机。美国专利No.6,433,866全文援引包含在此。
更具体地说，根据上述’866号专利，激光发射机12包括一旋转激光系统。在旋转激光系统中，激光源在水平面(或者Z平面)上旋转(机械地或者光学地)。旋转的激光发射出提供毫米精度的准确基准平面的激光束。然而，为了检测和获得旋转激光束的益处，潜在用户就必须处于垂直的范围之内，并且必须装备能够接收该旋转激光束的激光检测器(或者激光接收机)。在机械的实施例中，电机物理地旋转激光器，因而也旋转着激光束。在光学的实施例中，镜子以使物理上不旋转的激光发射出旋转激光束的方式旋转。
Trimble Navigation公司制造了一种三维激光器站，它可以生成至少一个旋转扇形激光束13(和/或15)。共同待审的专利申请A-1500“COMBINATION LASERSYSTEM AND GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM(组合激光系统和全球导航卫星系统)”给出了这类扇形激光发射机的详细描述，该专利全文援引包含在此。该共同待审的专利申请A-1500已经转让给了本专利申请的受让人。
仍请参阅图1，固定无线电定位系统(RADPS)接收机16可以选自包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组。
全球定位系统(GPS)是一种发送用于确定观察者的目前位置和/或观察时间的信息的卫星信号发射机的系统。另一种基于卫星的导航系统被称之为全球轨道导航系统(GLONASS)，它可以作为替换或补充系统来工作。
GPS是由美国国防部(DOD)在其NAVSTAR人造卫星计划下开发的。完全工作的GPS包括24颗以上的地球轨道卫星，它们大致均匀地绕六个圆形轨道分布，每个轨道各有四颗卫星，这些轨道相对于赤道的倾斜角度为55度并且相互之间分开经度60度的倍数。这些轨道的半径为26,560公里，并且大致为圆形。这些轨道是不与地球同步的，它们具有0.5恒星日(11.967小时)的轨道时间间隔，因此卫星以相对于其下地球的时间运动。一般来说，从地球表面上的大多数点上可观察到四颗或者以上GPS卫星，这些卫星可以用于确定观察者在地球表面任意位置上的位置。每个卫星携带铯或铷原子钟，用于为卫星所发射的信号提供定时信息，并为每个卫星时钟提供了内部时钟校正。
每个GPS卫星可以连续发射两个扩展频谱，L频带的载波信号：频率f1＝1575.42MHz(大约是19厘米载波波长)的L1信号和频率f2＝1227.6MHz(大约是24厘米载波波长)的L2信号。这两个频率都是基频f0＝1.023MHz的整数倍，f1＝1,540f0，而f2＝1,200f0。来自各个卫星的L1信号是由称为C/A码和P码的两个相位正交的伪随机噪声(PRN)码调制的二进制相移键控(BPSK)。来自各个卫星的L2信号是仅由P码调制的BPSK。这些PRN编码的特性以及公认的生成C/A码和P码的方法在文档ICD-GPS-200：GPS Interface Control Document，ARINCResearch，1997，GPS Joint Program Office中作了阐述，该文援引包含在此。
GPS卫星的比特流包括关于发射GPS卫星的天文历的导航信息(包括有关发射卫星在接下来几个小时的发射内的轨道信息)和所有GPS卫星的历书(包括有关所有卫星的稍微粗略的轨道信息)。发射的卫星信号还包括提供对电离层信号传播延迟的校正(适用于单频接收机)以及对卫星时钟时间和真实的GPS时间之间的偏差时间的校正的参数。导航信息以50波特的速率发射。
第二种基于卫星的导航系统是全球轨道导航卫星系统(GLONASS)，该系统是由前苏联放置在轨道上，并且现在由俄罗斯共和国维护。GLONASS使用24颗卫星，三个轨道平面中的每一个平面上大致均匀地分布了八颗卫星。每个轨道平面相对于赤道的标称倾斜为64.8度，并且这三个轨道平面相互分开经度120度的倍数。GLONASS卫星具有半径大约为25.510公里的圆形轨道，并且卫星旋转周期为恒星日的8/17(11.26小时)。因此，GLONASS卫星和GPS卫星每8天将分别完成环绕地球17和16圈。GLONASS系统使用两个载波信号L1和L2，其频率为f1＝(1.602+9k/16)GHz和f2＝(1.246+7k/16)GHz，其中，k＝(1，2，...，24)是信道或卫星数目。这些频率处于1.597-1.617GHz(L1)和1.240-1.260GHz(L2)的两个频带中。L1信号由C/A码(芯片速率＝0.511MHz)和P码(芯片速率＝5.11MHz)调制。L2信号目前仅由P码调制。GLONASS卫星也以50波特的速率来发射导航数据。因为信道频率相互可以区分，因此对于每个卫星来说，P码是相同的，而且C/A码也是相同的。接收和解调GLONASS信号的方法与用于GPS信号的方法相类似。
正如在欧盟委员会“White Paper on European transport policy for 2010(2010年欧洲运输政策白皮书)”中所披露的那样，欧盟将开发一种独立的卫星导航系统Galileo作为全球导航卫星基础设施(GNSS)的一部分。
GALILEO系统是基于30颗卫星的星座和地面站的系统，它在诸如运输(例如，交通工具的位置、路径搜索、速度控制、制导系统等)、社会服务(例如，残疾或老年援助)、司法系统和海关服务(嫌疑犯的位置、边境控制)、市政工程(地理信息系统)、搜索和救援系统、或者休闲(在海上或者在山中辨别方向)的许多分支中提供关于用户定位的信息。
GALILEO将提供多个服务级别，从开放访问到受限访问等各种级别。
(A)开放、免费的基本服务，主要涉及普通公众的应用和一般关注的业务。这一服务相当于由对这些应用免费的民间GPS所提供的服务，但具有较高的质量和可靠性。
(B)商业性服务，便于专业应用的开发，并且提供比基本服务更强的性能，特别是在服务保证的意义上。
(C)高质量和完整性的“生机”服务(生命安全的服务)，用于安全危急应用，例如，航空和航海。将大大改善现有的救济和救援服务的搜索和救援服务。
(D)公共管制服务(PRS)，可加密和抵御人为干扰和干涉，主要是为负责公众保护、国家安全和法律实施等需要高度连贯性的政府当局保留。它能够允许在欧盟中开发安全的应用，并且尤其能够证明是一种改善欧盟目前所使用的抵御非法出口和非法入境的手段的重要工具。
未来GALILEO用户的真正需求需要在能够决定服务包的特征之前加以标识。在各个标准学会和国际机构中已在进行研究，这些组织有诸如，国际民用航空组织、国际海事组织，等等。
GALILEO服务的范围设计成满足实际目标和期望，从提高开放式访问服务在城市环境中的覆盖(相比于现在单由GPS覆盖的50％发展到覆盖市区的95％)，这将使欧洲1亿6千万的私人交通工具受益，或者使卫星导航应用的使用进入到“户内”、进入到建筑内，甚至进入到隧道内，或者实际上实现基于标识主叫者位置的移动电话服务。
本文中对卫星定位系统或者RADPS的援用是指全球定位系统、全球轨道导航系统、GALILEO系统和相当的基于全球导航卫星系统(GNSS)的基于卫星系统的任何其它系统，这些系统提供可用于确定观察者的位置和观察时间的信息，所有这些都能够满足本发明的需要，并且对卫星定位系统或者RADPS的援用还指诸如由一个或多个伪卫星发射机所组成的系统等基于地面的无线电定位系统。
在RADPS接收机通过解调发射的天文历参数确定第I个RADPS卫星的坐标之后，RADPS接收机可获得对应于其未知坐标(x0，y0，z0)和未知时基误差(cb)的联立方程组的解。RADPS接收机还能够确定运动平台的速度。
伪卫星包括基于地面的无线电定位系统，它在任意无线电频率下工作，这些无线电频率包括但并不限于，GPS频率和ISM(工业科学医药)无许可的工作频段，包括，900MHz、2.4GHz或者5.8GHz频带ISM频带，或者在诸如9.5-10GHz频带的无线电位置频带中。伪卫星机可以用于通过提供提高的精度、完整性和可用性来改善GPS。
GPS频带中的伪卫星发射机的完整描述可以在“Global Positioning System：Theory and Applications(全球定位系统：理论和应用)，第二卷中找到，此文由Bradford W.Parkinson and James J.Spilker Jr.等编著”，American Institute ofAeronautic and Astronautics公司1966年的“PROGRESS IN ASTRONAUTICS ANDAERONAUTICS(航天航空学的进展)，第164卷中出版。
在包括900MHz、2.4GHz或者5.8GHz频带的ISM频带中，用户可以拥有ISM通信系统的两端。ISM技术是由加州Trimble Navigation Limited公司(Sunnyvale，Calif.Metricom，Los Gatos，Calif，USA)和Utilicom公司(Santa Barbara，Calif.，USA)制造的。
伪卫星机作为无线电定位系统可以被配置成成在ISM频带中工作。
以下的讨论将集中于GPS接收机，但是同样的方法适用于GLONASS接收机、GPS/GLONASS组合接收机、GALILEO接收机或者任何其它RADPS接收机。
在一个实施例中，RADPS接收机16(见图1)可以包括差分GPS接收机。在差分位置确定中，损害绝对位置确定的精度的在RADPS信号中的许多误差与物理上靠近的站的幅度类似。因此，这些误差对差分定位确定的精度的影响基本上都可以通过部分误差抵消处理来减小。因此，差分定位方法比绝对定位方法的精度高得多，只要这些站之间的距离基本上小于从这些站到卫星的距离即可，而这在通常情况下都是成立的。差分定位可以用于提供精度在绝对值意义上在几个厘米以内的位置坐标和距离。差分GPS接收机可以包括：(a)实时码差分GPS；(b)后处理差分GPS；(c)实时运动学(RTK)差分GPS，它包括码和载波RTK差分GPS接收机。
差分GPS接收机可以获得来自不同源的差分校正。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，差分GPS接收机16可以获得来自基站28的差分校正。
设置在已知位置上的固定基站(BS)确定各个接收到的GPS信号中的距离和距离变化率测量误差，并且传送这些测量误差作为要由本地用户应用的校正。基站(BS)具有它自己的不精确的时钟，其时钟偏差为CBBASE。其结果是，本地用户能够获得相对于基站位置和基站时钟更精确的导航结果。采用适当的设备，在离开基站几百公里距离处应可获得5米的相对精度。
仍请参阅图1，在本发明的另一实施例中，差分GPS接收机16可以通过使用TRIMBLE Ag GPS-132接收机来实现，它通过使用无线通信设备18和无线通信链路30在300KHz的频带中免费从美国海岸警卫队(U.S.Coast Guard service)获得差分校正服务。在此实施例中，与差分GPS接收机16集成的自测激光发射机12应该设置在距离美国海岸警卫队基站2至300英里的范围内。此差分GPS方法的精度大约是50厘米。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，差分校正可以通过使用无线通信设备18和无线通信链路30从广域增强系统(WAAS)获得。WAAS系统包括基站网络，它使用卫星(最初是地球同步卫星-GEO)向GPS用户广播GPS完整性的和校正数据。WAAS提供增强GPS的测距信号，也就是说，WAAS测距信号被设计成使得标准GPS接收机的硬件的修改最小化。WAAS测距信号利用GPS频率和GPS类调制，仅包括粗捕获(C/A)PRN码。此外，该码的相位定时与GPS时间同步，以提供测距能力。为了获得位置解决方法，WAAS卫星能够被用作卫星选择算法中的任何其它GPS卫星。WAAS可向WAAS兼容用户提供免费的差分校正。该方法的精度好于1米。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，实时运动学(RTK)差分GPS接收机16能够被用来获得具有小于2厘米精度的定位位置。RTK差分GPS接收机通过使用无线通信设备18和无线通信链路30接收来自设置在10至50公里内的已知位置上的基站28的差分校正。对于高精度测量而言，特定GPS卫星与RTK GPS接收机之间的全周期载波相移的数目被求得，因为在接收机上，每一个周期出现的样子都是一样的。因此，RTK GPS接收机实时解决“整周模糊度”问题，即确定在被观察的GPS卫星与RTK GPS接收机之间载波卫星信号的全周期的数目的问题。实际上，一个载波周期L1(或L2)中的误差会改变测量结果19(或者24)厘米，这对于厘米级精度测量来说是不可接受的误差。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，可以由RADPS接收机16通过使用无线通信设备18和无线通信链路30自虚拟基站(VBS)28接收差分校正。
实际上，虚拟基站(VBS)被配置成通过由单个蜂窝连接和无线电发送或广播系统所组成的级联通信链路向多个漫游者传递网络创建的校正数据。无线电发送系统的位置可以与指定为本地虚拟基准站的位置的GPS基站协同定位。该GPS基站使用GPS来确定其位置，并且将其位置通过在本地GPS基站与VRS基站之间的蜂窝链路发送给VRS基站。这使VRS基站能生成差分校正，就好像这类差分校实际上是在真正的GPS基站位置上生成的那样。这些校正可以通过使用无线通信链路30和无线通信设备18传递给自测激光发射机12。
Ulrich Vollath，Alois Deking，Herbert Landau，and Christian Pagels的文章“Long-Range RTK Positioning Using Virtual Reference Stations(使用虚拟基准站的长程RTK定位)”详细讨论了VRS，该文献援引包含在此，并且可以从以下URL获取：
http://trl.trimble.com/dscgi/ds.py/Get/Pile-93152/KIS2001-Paper-LongRange.pdf。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，无线通信链路30可以通过使用各种不同的实施例来实现。
一般来说，无线通信链路30(见图1)能够通过使用无线电波频带、红外频带或者微波频带来实施。在一个实施例中，无线通信链路可包括ISM频带，包括900MHz、2.4GHz或5.8GHz，其中，用户可以拥有ISM通信系统的两端。
在本发明的一个实施例中，无线通信链路30(见图1)可以使用TrimbleSiteNet900专用无线电网路来实现。Trimble SiteNet900专用无线电网路是一种专为建筑业和采矿业设计的强健的多网络900MHz无线电调制解调器。它可以为实时高精度GPS应用建立稳健的无线数据广播网络。这种多用途Trimble无线电在902至928MHz的频率范围内操作，广播、转发和接收Trimble GPS接收机所使用的实时数据。在最优条件下，SiteNet 900无线电可以将数据广播至10公里(6.2英里)视野范围内，并且可以通过使用多转发器网络来增加覆盖区域。使用SiteNet900无线电作为转发器，使得能够提供原先难以达到的或者被阻碍的位置的覆盖。SiteNet 900无线电是多用途的，使得能够容易地改变其工作模式，以便于适应任意网络配置。从而减小成本并使得运行时间最大化。此外，SiteNet 900在美国和加拿大是免许可的，这就使得它非常易于移植。它可以从一个项目移到另一个项目，而没有任何许可的争端和限制。SiteNet 900无线电被设计成在许多其它产品和技术都不能可靠工作的严苛的RF环境中可靠操作。在增加的灵敏度和人为干扰的免疫方面针对GPS进行了优化，SiteNet 900无线电具有纠错和高数据速率，以便于确保性能的最大化。SiteNet 900无线电特别适合与Trimble′s SiteVisionGPS等级控制系统一起使用，并且对于所有可靠性很重要的GPS机械控制应用都是理想的。机械强健单元是特别为苟刻的建筑业和采矿业环境所设计和构建的。对灰尘、雨水、泼溅和喷洒全密封，SiteNet 900在各种天气条件下均能保证可靠性。无线电的强健度和可靠性使得它的停工时间最小化、降低了拥有的成本。Trimble的SiteNet 900无线电可以与任何Trimble GPS接收机一起使用，包括：MS750、MS850、MS860和5700接收机。
在本发明的一个实施例中，无线通信链路30(见图1)可以通过使用支持个人通信服务(PCS)的1.8GHz频带来实现。PCS使用国际标准DCS-1800。而在另一实施例中，无线通信链路可以包括实时电路切换的无线通信链路。例如，采用实时电路切换无线通信链路的无线通信链路可以包括摩托罗拉(Motorola，Schaumburg，Ill)生产的铱卫星系统。
在又一个实施例中，无线通信链路可以通过使用低地球轨道卫星(LEOS)、中地球轨道卫星的系统(MEOS)或者地球同步轨道卫星(GEOS)来实现，这些系统可以用来存储和转发数字分组数据。例如，20至30GHz范围内的LEOS系统由Cellular Communications公司(华盛顿州雷德蒙市)制造，而在1.6至2.5GHz范围内的LEOS系统由Loral/Qualcomm公司(加利福尼亚州圣地亚哥)生产。
该无线通信链路可以包括蜂窝电话通信装置、寻呼信号接收装置、无线消息通信服务、无线应用服务、无线WAN/LAN站或者地球-卫星-地球通信模块，该通信模块使用至少一个卫星来中继无线电波信号。该无线通信链路也可以包括随调制解调器包含高级移动电话系统(AMPS)的蜂窝电话通信装置。该调制解调器可以包括在800MHz范围内的DSP(数字信号处理器)调制解调器，或者是在800MHz范围内的蜂窝数字分组数据(CDPD)调制解调器。蜂窝数字通信装置包括使用采用IS-54格式的时分多址(TDMA)系统、采用IS-95格式的码分多址(CDMA)系统、或是频分多址(FDMA)系统调制通过无线电链路上数字数据的装置。在欧洲使用的TDMA系统在法国被称之为移动特别小组(GSM)。
就本发明的目的而言，可使用蜂窝电话通信装置来获得对因特网的无线接入，以便于例如在特殊网站上广播自测激光发射机位置的实时坐标。
仍请参阅图1，无线通信设备18可通过使用能配置成提供{蜂窝链路；无线电链路；专用无线电频带链路；SiteNet 900专用无线电网络链路：至无线因特网的链路；以及卫星无线通信链路}的任意设备来实现。本领域技术人员能够容易地标识所有这些设备。请参见以上讨论。
在本发明的一个实施例中，无线通信设备18被配置成响应由移动设备(未图示)通过无线通信链路30发送的特定请求。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，激光发射机12生成双斜激光平面14。在此实施例中，RADPS接收机16包括“矢量”GPS接收机，它能够确定双斜激光平面14的姿态。在授予Dentinger等的美国专利No.5,268,695中公开了“矢量”GPS接收机。该专利援引包含在此。矢量GPS接收机包括用于时间复用由两个或以上GPS天线通过一个单个的硬件路径接收到的载波信号的系统，并且在该硬件路径中使用单个接收机的振荡器作为基准来比较各个天线的相位。这些天线中的一个被指定成基准天线，并且将它所接收到的载波信号用于数控振荡器中的锁相。由其它天线接收到的相同载波信号被周期性地与数控振荡器的输出作相位比较。每一次比较得到各个天线与主天线比较的相位角度测量。
仍请参阅图1，在本发明的一个实施例中，激光发射机12包括扇形激光发射机，它被配置成生成至少一个旋转扇形激光束13(和/或15)，该激光束在地块图的已知固定点上方绕着纵轴以均匀的速率连续旋转。Trimble Navigation公司制造了三维激光站，它生成至少一个旋转的扇形激光束13(和/或15)。在共同待审的专利申请A-1500“COMBINATION LASER SYSTEM AND GLOBALNAVIGATION SATELLITE SYSTEM(组合激光系统和全球导航卫星系统)”中给出了这类扇形激光发射机的详细描述。
仍请参阅图1，在一个实施例中，本发明的装置10还包括与激光发射机12集成并与RADPS接收机16集成的距离测量设备32。在该实施例中，距离测量设备32被配置成测量固定无线电天线(未显示)的相位中心与定位自测激光发射机的已知点或基准平面36之间的距离，以确定激光发射机相对于该已知点或基准平面的位置坐标。
GlobalSpec Inc公司(350Jordan Rd，Troy，NY，12180，USA)制造各种各样的电子距离测量(EDM)工具，这些工具可以用于实现距离测量设备32。更具体地说，专用的激光“枪”束可以用于非常精确地测量激光束从“枪”到反射物来回所用的时间。使用这一时间、已知的激光传播速度(光速)和针对大气温度和压力的校正，距离就能确定到百万分之一的精度(即，每1公里距离上1毫米)。
仍请参阅图1，在一个实施例中，本发明的装置10还包括与激光发射机12集成并与RADPS接收机16集成的倾斜角度测量设备34。在该实施例中，倾斜测量设备34被配置成执行固定无线电天线(未图示)的相位中心相对于定位自测激光发射机的已知基准表面的倾斜坐标测量，以确定激光发射机相对于该已知基准表面的位置坐标。
在一个实施例中，倾斜角度测量设备34还包括电子倾斜测量设备。PrecisionNavigation Inc.(PNI)公司(Mountain View，Calif)制造TCM2电子罗盘传感器模块。TCM2是高性能、低功率电子罗盘传感器，它通过电子接口向主系统提供罗盘航向、倾斜和旋转。这一高端系统提供了稳健的航向基准系统，它可以容易地与GPS导航系统集成。Precision Navigation Inc.(PNI)公司也制造低端的低成本的矢量VR头定位传感器，它提供3DOF姿态传感器，该传感器结合了倾斜性能、低功率和低成本的特点，使之理想地适用于倾斜测量的应用。
仍请参阅图1，在一个实施例中，本发明的装置10还包括与激光发射机12集成并与RADPS接收机16集成的方位测量设备(未图示)。在该实施例中，方位测量设备被配置成执行固定无线电天线的相位中心相对于定位自测激光发射机的已知基准表面的方位坐标测量，以确定激光发射机相对于该已知基准表面的方位。
在本发明的一个实施例中，方位可以通过使用磁通闸门罗盘来测量。
磁通闸门罗盘包含AC电磁系统，该AC电磁系统在存在定向外磁场的情况下失衡。这种失衡会系统的线圈中感应出电压。该电压的振幅和相位指示系统和场的相对方位。
AlphaLab Inc.公司(1280 South 300 West-Salt Lake City，UT 84101，USA)制造磁通闸门磁力计，它能够测量高至地球磁场几倍的磁场(技术上称为“磁通密度”)。它的分辨力为0.01毫高斯(1纳特)并且范围为+/-2000毫高斯(200微特)。该传感器在温度稳定性方面接近于质子旋进磁力计。然而，该有源传感器的面积仅仅只有1mm×0.2mm，这比磁通闸门磁力计或质子传感器要小得多。这就允许通过使用这种磁通闸门磁力计在很小的面积(诸如薄膜)或者以高梯度来进行非常精确的磁测量。
在本发明的一个实施例中，图2图示说明了一种自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI LARADPS)50，该系统包括：生成激光束72的激光发射机66；与激光发射机66集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机68；第一无线通信链路62；配置成通过使用第一无线通信链路62来接收一组差分校正数据的固定无线通信设备64；至少一个包括激光检测器80和移动无线电定位系统(RADPS)接收机82的移动单元；以及至少一个在SSI_LARADPS系统与移动单元之间的第二无线通信链路74。SSI_LARADPS类似于自测激光发射机系统10(见图1)，并且其以上给出描述包含于此。
因此，正如以上所公开的那样，固定无线电定位系统(RADPS)接收机16被配置成通过使用第一无线链路62来利用基站60所生成的这组差分校正数据以获得激光发射机的精确坐标测量。在本发明的该实施例中，至少一个第二无线通信链路74被用于向至少一个移动单元76基本连续地发送激光发射机66的精确坐标测量以及由固定RADPS接收机68获得的这组差分校正。正如下文所全面公开的那样，至少一个移动RADPS接收机82利用差分校正通过第二无线通信链路74来获得移动单元76的精确坐标测量。
移动RADPS接收机82选自包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组。
在一个实施例中，固定RADPS 68和移动RADPS 82被选择成包括配置成接收相同卫星信号的相同卫星接收机。
示例I.
移动RADPS接收机82和固定RADPS接收机68被选择成包括配置成接收来自GPS人造卫星SVI 52、SV254、SV 56和SV 58的卫星信号的GPS接收机。
第二无线电通信链路74能够通过与第一无线链路62使用相同的媒介来实现，例如，蜂窝链路；无线电链路；专用无线电频带链路；SiteNet 900专用无线电网络链路；至无线因特网的链路；以及卫星无线电通信链路。请参见上文的完整公开。
示例II.
第一无线通信链路62可通过使用蜂窝电话链路连接虚拟基站来实现，而第二无线通信链路可通过使用SiteNet 900专用无线电链路来实现。
仍请参阅图2，在本发明的一个实施例中，激光发射机66还包括平面激光发射机，它被配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束72。
每个移动单元76都装备激光检测器80，激光检测器80包括多个二极管。激光接收机测量多个二极管上的信号强度，以确定激光束的中心。Topcon LaserSystems Inc.公司(Pleasanton，Calif，USA)制造机械安装的激光接收机、9130激光跟踪器和LS-B2激光接收机。请参见美国专利’866。
在本发明的一个实施例中，移动单元76可通过使用激光检测器80来检测激光束72，并且移动RADPS接收机82利用差分校正和高精度Z垂直坐标来获得移动单元76的精确坐标测量。请参见美国专利’866。
在本发明的另一实施例中，激光发射机66生成提供高精度双斜基准激光平面72的旋转激光束。在本发明的该实施例中，固定无线电定位系统(RADPS)接收机68还包括可与激光发射机66集成的矢量差分无线电定位系统(VRADPS)接收机。矢量差分无线电定位系统(VRADPS)接收机已在上文中公开。
仍请参阅图2，在本发明的一个实施例中，至少一个第二无线通信链路74被用于向至少一个移动单元76发送激光发射机66位置上的激光平面的海拔、斜率和方位角度、以及由矢量差分RADPS接收机68所获得的差分校正。在本发明的该实施例中，至少一个移动RADPS接收机82利用包括由移动RADPS接收机获得的一组位置数据、在激光发射机位置上的激光平面的海拔、斜率和方位角度以及差分校正数据在内的一组数据，以获得至少一个移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，激光发射机66还包括扇形激光发射机，它被配置成生成至少一个旋转扇形激光束。在本发明的该实施例中，至少一个移动RADPS接收机82利用包括由移动RADPS接收机获得的一组位置数据、激光发射机66的一组位置数据、以及差分校正数据在内的一组数据，以获得至少一个移动单元76的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，至少一个第二无线通信链路还包括调制系统(未图示)，该调制系统适用于以差分校正数据和以激光束数据来调制激光束72。
在本发明的一个实施例中，至少一个移动单元76还包括配置成可接收和发送数据的移动无线通信设备78；和配置成利用激光束数据和差分校正数据来精确操作移动单元的计算机(未图示)。
本发明的另一个方面针对一种包括激光发射机在内的任意目标的自测方法。
更具体地说，在一个实施例中，本发明的该方法包括以下步骤(未图示)：(A)提供与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，其中该固定RADPS接收机包括固定无线电天线，且其中固定无线电天线与激光发射机之间的距离是已知的和固定的；(B)提供配置成接收一组差分校正数据的无线通信设备；和(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，步骤(A)(未图示)还包括步骤(A1)，步骤(A1)从包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择固定无线电定位系统(RADPS)接收机。
在本发明的一个实施例中，步骤(A)(未图示)还包括步骤(A2)，步骤(A2)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的另一实施例中，步骤(A)还包括步骤(A3)，步骤(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
在本发明的一个实施例中，步骤(B)(未图示)还包括步骤(B1)，步骤(B1)通过使用无线通信设备来广播激光发射机的位置坐标。在本发明的另一实施例中，步骤(B)(未图示)还包括步骤(B2)，步骤(B2)通过使用无线通信设备来响应来自移动设备的特定请求。
在一个实施例中，本发明的该方法还包括提供配置成将无线通信设备连接到差分校正数据源的无线通信链路的步骤。在本发明的一个实施例中，最优的差分校正数据源选自包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)；和伪卫星发射机}的组。在本发明的一个实施例中，最优的无线通信链路选自包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组。
本发明的又一个方面针对一种利用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)来跟踪移动单元的方法。SSI_LARADPS系统包括：激光发射机；与激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，该固定RADPS接收机具有固定无线电天线，其中固定天线的相位中心与激光束之间的距离是已知的和固定的；第一无线通信链路；与激光发射机集成的固定无线通信设备；包括激光检测器、移动无线电定位系统(RADPS)接收机和移动无线通信设备的移动单元；以及在SSI_LARADPS系统与移动单元之间的第二无线通信链路。
在一个实施例中，本发明的方法包括以下步骤(未图示)：(A)使用激光发射机生成激光束；(B)通过使用第一通信链路和固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量；(D)使用固定无线通信设备和第二无线通信链路向移动单元基本连续地发送激光发射机的精确坐标测量和由固定RADPS接收机获得的这组差分校正；(E)通过使用配置成利用差分校正数据的移动RADPS接收机来获得移动单元的精确坐标测量；以及(F)通过使用第二无线通信链路和移动无线通信设备向激光发射机发回移动单元的精确坐标测量。
在本发明的一个实施例中，使用激光发射机生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A1)(未图示)，步骤(A1)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。在本发明的另一实施例中，使用激光发射机来生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A2)(未图示)，步骤(A2)生成旋转激光束，其中该旋转激光束提供高精度的双斜基准激光平面。
在本发明的一个实施例中，使用激光发射机生成激光束的步骤(A)还包括步骤(A3)(未图示)，步骤(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
在其中SSI_LARADPS系统还包括显示器(未图示)的一个实施例中，本发明的方法还包括步骤(G)，步骤(G)在显示器上显示移动单元的精确坐标测量。
在一个实施例中，本发明的该方法还包括以下步骤(未图示)：(H)基本连续地更新移动单元的精确坐标测量；(I)通过使用第二无线通信链路和移动无线通信设备向激光发射机发回移动单元的更新后的坐标测量；以及(K)在显示器上显示移动单元的更新后的坐标测量。
本发明的另一方面针对一种使用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)来跟踪多个移动单元的方法。
在一个实施例中，本发明的方法包括以下步骤(未图示)：(A)使用激光发射机生成激光束；(B)通过使用第一无线通信链路和固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；(C)通过使用配置成利用这组差分校正数据的固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得激光发射机的精确坐标测量；(D)使用固定无线通信设备和至少一个第二无线通信链路向至少一个移动单元基本连续地发送激光发射机的精确坐标和由固定RADPS接收机获得的这组差分校正数据；(E)通过使用配置成使用差分校正的移动RADPS接收机来获得至少一个移动单元的精确坐标；(F)通过使用至少一个第二无线通信链路和至少一个移动通信设备向激光发射机发回至少一个移动单元的精确坐标测量；以及(G)对至少下一个的移动单元重复步骤(D-F)。
在其中SSI_LARADPS系统还包括显示器(未图示)的一个实施例中，本发明的方法还包括步骤(H)(未图示)，步骤(H)在显示器上显示至少一个移动单元的精确坐标测量。
在一个实施例中，本发明的方法还包括以下步骤(未图示)：(I)基本连续地更新至少一个移动单元的精确坐标测量；(K)通过使用至少一个第二无线通信链路和至少一个移动无线通信设备向激光发射机发回至少一个移动单元的更新后的坐标；以及(L)在显示器上显示至少一个移动单元的更新后的坐标测量。
以上对本发明的特定实施例的说明仅是出于例示和说明目的给出的。它们并不试图穷尽本发明或者将本发明限定于所公开的精确形式，并且显而易见的是在上述教导的启发下许多改进和变化都是可能的。选择和说明这些实施例是为了最好地解释本发明的原理和它的实际应用，由此使得本领域其它技术人员能够最好地利用本发明以及具有适合所构想的特定用途的各种不同改进的各种不同实施例。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等效技术方案的范围所确定。
Claims (44)
1.一种自测激光发射机，包括：
配置成生成至少一个旋转激光束的激光发射机；以及
与所述激光发射机集成的定位系统；
其中，所述定位系统被配置成获得所述激光发射机的坐标测量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光发射机还包括
配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束的平面激光发射机。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光发射机还包括
配置成生成至少一个旋转扇形激光束的扇形激光发射机。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括
无线通信设备。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述定位系统还包括
与所述激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，所述固定RADPS接收机具有固定无线电天线；其中，所述固定无线电天线的相位中心与所述激光发射机之间的距离是已知的和固定的；
所述无线通信设备被配置成接收一组差分校正数据；
并且所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机被配置成利用所述一组差分校正数据来获得所述激光发射机的精确坐标测量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机从包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括与所述RADPS接收机合成的距离测量设备；其中所述距离测量设备被配置成测量所述固定无线电天线的所述相位中心与上面设置所述自测激光发射机的已知点或基准平面之间的距离，以确定所述激光发射机相对于所述已知点或基准平面的位置坐标。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
与所述RADPS接收机集成的倾斜角度测量设备；其中所述倾斜测量设备被配置成执行所述固定无线电天线的所述相位中心相对于上面设置所述自测激光发射机的已知基准表面的倾斜坐标测量，以确定所述激光发射机相对于所述已知基准表面的位置坐标；以及
与所述RADPS接收机集成的方位测量设备；其中所述方位测量设备被配置成执行所述固定无线电天线的所述相位中心相对于上面设置所述自测激光发射机的已知基准表面的方位坐标测量，以确定所述激光发射机相对于所述已知基准表面的方位。
9.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述无线通信设备还包括：
配置成发送和/或接收数据的无线通信设备。
10.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述无线通信设备还包括：
配置成广播所述激光发射机的位置坐标的无线通信设备。
11.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述无线通信设备还包括：
配置成响应来自移动设备的特定请求的无线通信设备。
12.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
无线通讯链路，配置成将所述无线通信设备连接到差分校正数据源；其中，所述差分校正数据源选自包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)；和伪卫星发射机}的组。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述无线通信链路选自包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组。
14.一种自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)，包括：
用于生成激光束的激光发射机；
与所述激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，所述固定RADPS接收机具有固定无线电天线，其中所述固定天线的相位中心与所述激光束之间的距离是已知的和固定的；
第一无线通信链路；
配置成通过使用所述第一无线通信链路接收一组差分校正数据的固定无线通信设备；其中所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机被配置成利用所述一组差分校正数据来获得所述激光发射机的精确坐标测量；
至少一个包括激光检测器和移动无线电定位系统(RADPS)接收机的移动单元；以及
至少一个在所述SSI_LARADPS系统与至少一个所述移动单元之间的第二无线通信链路；其中每个所述第二无线通信链路用于向至少一个所述移动单元基本连续地发送选自包含{所述激光发射机的所述精确坐标测量；由所述固定RADPS接收机获得的所述一组差分校正；以及由所述固定RADPS接收机创建的所述一组差分校正}的组中的一组数据，并且其中每个所述移动RADPS接收机利用所述差分校正来获得所述移动单元的精确坐标测量。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述激光发射机还包括：
配置成生成提供高精度垂直坐标的基准激光束的平面激光发射机，并且其中每个所述移动RADPS接收机利用所述差分校正和所述高精度垂直坐标来获得至少一个所述移动单元的精确坐标测量。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述激光发射机还包括：
配置成生成旋转激光束的激光发射机，所述旋转激光束提供高精度双斜基准激光平面；并且
其中所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机还包括：
与所述激光发射机集成的矢量差分无线电定位系统(VRADPS)接收机，所述矢量差分VRADPS接收机具有一个主固定无线电天线和多个从固定无线电天线，其中所述矢量差分VRADPS接收机能够确定所述双斜基准激光平面的姿态，并且所述主固定无线电天线与所述基准激光平面之间的距离是已知的和固定的；
以及每个所述第二无线通信链路用于向至少一个所述移动单元发送所述激光发射机所在位置处的所述激光平面的海拔、斜率和方位角度以及由所述矢量差分RADPS接收机所获得的差分校正；并且每个所述移动RADPS接收机利用包括由所述移动RADPS接收机获得的一组位置数据、在所述激光发射机位置处的所述激光平面的所述海拔、所述斜率和所述方位角度、和所述差分校正数据在内的一组数据，以获得所述至少一个移动单元的精确坐标测量。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述激光发射机还包括：
配置成生成至少一个旋转扇形激光束的扇形激光发射机；
并且其中每个所述移动RADPS接收机利用包括由至少一个所述移动RADPS接收机获得的一组位置数据、所述激光发射机的一组位置数据、和所述差分校正数据在内的一组数据，以获得至少一个所述移动单元的精确坐标测量。
18.如权利要求14所述的系统，其特征在于，至少一个所述第二无线通信链路还包括：
适用于以所述差分校正数据和以所述激光束数据来调制所述激光束的调制系统。
19.如权利要求14所述的系统，其特征在于，至少一个所述移动单元还包括：
配置成接收和发送数据的移动无线通信设备；以及
配置成利用所述激光束数据和所述差分校正数据以精确操作至少一个所述移动单元的计算机。
20.一种目标自测方法，所述方法包括以下步骤：
提供与所述目标集成的定位系统；以及
通过使用所述定位系统来获得所述目标的坐标测量。
21.一种激光发射机自测方法，所述方法包括以下步骤：
(A)提供与所述激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，所述固定RADPS接收机具有固定无线电天线；其中所述固定无线电天线的相位中心与所述激光发射机之间的距离是已知的和固定的；
(B)提供配置成接收一组差分校正数据的无线通信设备；以及
(C)通过使用配置成利用所述一组差分校正数据的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得所述激光发射机的精确坐标测量。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(D)提供与所述RADPS接收机集成的距离测量设备；其中所述距离测量设备被配置成测量所述固定无线电天线的所述相位中心与上面设置所述自测激光发射机的已知点或基准平面之间的距离，以确定所述激光发射机相对于所述已知点或基准平面的位置坐标。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(E1)提供与所述RADPS接收机集成的倾斜角度测量设备；其中，所述倾斜测量设备被配置成执行所述固定无线电天线的所述相位中心相对于上面设置所述自测激光发射机的已知基准表面的倾斜坐标测量，以确定所述激光发射机相对于所述已知基准表面的位置坐标；以及
(E2)提供与所述RADPS接收机集成的方位测量设备；其中所述方位测量设备被配置成执行所述固定无线电天线的所述相位中心相对于上面设置所述自测激光发射机的已知基准表面的方位坐标测量，以确定所述激光发射机相对于所述已知基准表面的方位。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，提供与所述激光发射机集成的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A1)从包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机。
25.如权利要求21所述的方法，其特征在于，提供与所述激光发射机集成的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A2)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。
26.如权利要求21所述的方法，其特征在于，提供与所述激光发射机集成的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
27.如权利要求21所述的方法，其特征在于，提供配置成接收所述一组差分校正数据的所述无线通信设备的所述步骤(B)还包括以下步骤：
(B1)通过使用所述无线通信设备来广播所述激光发射机的位置坐标。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，提供配置成接收所述一组差分校正数据的所述无线通信设备的所述步骤(B)还包括以下步骤：
(B2)通过使用所述无线通信设备来响应来自移动设备的特定请求。
29.如权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(F)提供配置成将所述无线通信设备连接到差分校正数据源的无线通信链路。
30.如权利要求27所述的方法，其特征在于，提供配置成将所述无线通信设备连接到所述差分校正数据源的所述无线通信链路的所述步骤(F)还包括以下步骤：
(F1)从包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)；和伪卫星发射机}的组中选择所述差分校正数据源。
31.如权利要求27所述的方法，其特征在于，提供配置成将所述无线通信设备连接到所述差分校正数据源的所述无线通信链路的所述步骤(F)还包括以下步骤：
(F2)从包含{基站；RTK基站；虚拟基站(VBS)和伪卫星发射机}的组中选择最优的差分校正数据源。
32.如权利要求29所述的方法，其特征在于，提供配置成将所述无线通信设备连接到所述差分校正数据源的所述无线通信链路的所述步骤(F)还包括以下步骤：
(F3)从包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组中选择所述无线通信链路。
33.如权利要求29所述的方法，其特征在于，提供配置成将所述无线通信设备连接到所述差分校正数据源的所述无线通信链路的所述步骤(F)还包括以下步骤：
(F4)从包含{蜂窝链路；无线电；专用无线电频带；SiteNet 900专用无线电网络；无线因特网；和卫星无线通信链路}的组中选择最优的无线通信链路。
34.一种利用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)跟踪移动单元的方法，所述SSI_LARADPS系统包括：
激光发射机；
与所述激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，所述固定RADPS接收机具有固定无线电天线，其中所述固定天线的相位中心与所述激光束之间的距离是已知的和固定的；
第一无线通信链路；
与所述激光发射机集成的固定无线通信设备；
包括激光检测器、移动无线电定位系统(RADPS)接收机和移动无线通信设备的移动单元；以及
在所述SSI_LARADPS系统与所述移动单元之间的第二无线通信链路；所述方法包括以下步骤：
(A)使用所述激光发射机生成激光束；
(B)通过使用所述第一通信链路和所述固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；
(C)通过使用配置成利用所述一组差分校正数据的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得所述激光发射机的精确坐标测量；
(D)使用所述固定无线通信设备和所述第二无线通信链路向所述移动单元基本连续地发送所述激光发射机的所述精确坐标测量和由所述固定RADPS接收机获得的所述一组差分校正；
(E)通过使用配置成利用所述差分校正的所述移动RADPS接收机来获得所述移动单元的精确坐标测量；以及
(F)通过使用所述第二无线通信链路和所述移动无线通信设备向所述激光发射机发回所述移动单元的所述精确坐标测量。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，使用所述激光发射机生成所述激光束的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A1)通过使用平面激光发射机来生成提供高精度垂直坐标的基准激光束。
36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，使用所述激光发射机生成所述激光束的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A2)生成旋转激光束，其中，所述旋转激光束提供高精度双斜基准激光平面。
37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，使用所述激光发射机生成所述激光束的所述步骤(A)还包括以下步骤：
(A3)通过使用扇形激光发射机来生成至少一个旋转扇形激光束。
38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，通过使用所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得所述激光发射机的所述精确坐标测量的所述步骤(C)还包括以下步骤：
(C1)从包含{GPS接收机；矢量差分无线电定位系统(VRADPS)接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机。
39.如权利要求34所述的方法，其特征在于，通过使用所述移动RADPS接收机来获得所述移动单元的所述精确坐标测量的所述步骤(E)还包括以下步骤：
(E1)从包含{GPS接收机；GLONASS接收机；组合GPS/GLONASS接收机；GALILEO接收机；全球导航卫星系统(GNSS)接收机；和伪卫星接收机}的组中选择所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机。
40.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述SSI_LARADPS系统还包括显示器，所述方法还包括以下步骤：
(G)在所述显示器上显示所述移动单元的所述精确坐标测量。
41.如权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(H)基本连续地更新所述移动单元的所述精确坐标测量；
(I)通过使用所述第二无线通信链路和所述移动无线通信设备向所述激光发射机发回所述移动单元的所述更新后的坐标测量；以及
(K)在所述显示器上显示所述移动单元的所述更新后的坐标测量。
42.一种利用自测集成激光和无线电定位制导系统(SSI_LARADPS)跟踪多个移动单元的方法，所述SSI_LARADPS系统包括：激光发射机；与所述激光发射机集成的固定无线电定位系统(RADPS)接收机，所述固定RADPS接收机具有固定无线电天线，其中所述固定天线的相位中心与所述激光束之间的距离是已知的和固定的；第一无线通信链路；与所述激光发射机集成的固定无线通信设备；各自包括激光检测器、移动无线电定位系统(RADPS)接收机和移动无线通信设备的所述移动单元；以及在所述SSI_LARADPS系统与至少一个所述移动单元之间的第二无线通信链路；所述方法包括以下步骤：
(A)使用所述激光发射机生成激光束；
(B)通过使用所述第一无线通信链路和所述固定无线通信设备来接收一组差分校正数据；
(C)通过使用配置成利用所述一组差分校正数据的所述固定无线电定位系统(RADPS)接收机来获得所述激光发射机的精确坐标测量；
(D)使用所述固定无线通信设备和至少一个所述第二无线通信链路向至少一个所述移动单元基本连续地发送所述激光发射机的所述精确坐标测量和由所述固定RADPS接收机获得的所述一组差分校正；
(E)通过使用配置成利用所述差分校正的所述移动RADPS接收机来获得所述至少一个所述移动单元的所述精确坐标测量；
(F)通过使用至少一个所述第二无线通信链路和至少一个所述移动无线通信设备向所述激光发射机发回所述至少一个所述移动单元的所述精确坐标测量；以及
(G)为每个所述移动单元重复所述步骤D-F。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述SSI_LARADPS系统还包括显示器，所述方法还包括以下步骤：
(H)在所述显示器上显示每个所述移动单元的所述精确坐标测量。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
(I)基本连续地更新每个所述移动单元的所述精确坐标测量；
(K)通过使用至少一个所述第二无线通信链路和至少一个所述移动无线通信设备向所述激光发射机发回每个所述移动单元的所述更新后的坐标测量；以及
(L)在所述显示器上显示每个所述移动单元的所述更新后的坐标测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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