CN101449178B - 支持相对定位 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，包括接收来自至少一个第一GNSS接收机22的至少一个关于卫星信号的数据组，每个接收的数据组与特定时刻相关联。该方法进一步包括基于至少一个接收的数据组为与各个附加时刻相关联的至少一个附加数据组估计数据。该方法进一步包括从至少一个接收的数据组提供数据，此外还从至少一个附加数据组提供数据，用于相对于至少一个第一GNSS接收器22的位置确定至少一个第二GNSS接收器12的位置。

Description

支持相对定位

技术领域

本发明涉及一种支持组件的相对定位的方法。

背景技术

设备的基于卫星定位由各种全球导航卫星系统(GNSS)支持。这些包括诸如美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)、未来欧洲的伽利略系统、星基增强系统(SBAS)、日本的GPS增强准天顶卫星系统(QZSS)、本地局域增强系统(LASS)以及混合系统。

GPS中的星群例如包括超过20个绕地球轨道运行的卫星。每一卫星发射两个载波信号L1和L2。载波信号中的一个L1用于承载标准定位服务(SPS)的导航消息和编码信号。每一卫星利用不同的C/A码(粗捕获)调制L1的载波相位。这样，不同卫星获取了用于传送的不同频道。C/A码是将频谱扩展在1MHz带宽上的伪随机噪声(PRN)码。其每1023个比特重复，码的历元(epoch)为1ms。利用50比特/秒比特率的导航信号进一步调制L1信号的载波频率。导航信息包括星历(ephemeris)和历书(almanac)参数及其他的事物。星历参数描述各自卫星轨道的短部分。基于这些星历参数，当卫星位于描述的各个部分中时，一种算法可以估计任意时间卫星的位置。历书参数是类似的，但是为有效时间比星历参数更长的更粗糙的轨道参数。导航信息进一步包括，例如，时钟模型，其使卫星时间与GPS的系统时间相关以及使系统时间与通用协调时间(UTC)相关。

待确定位置的GPS接收机接收当前可用卫星发射的信号，并且它基于包含的不同C/A码，检测和跟踪由不同卫星使用的频道。接着，该接收机通常基于解码导航消息中的数据和对C/A码的历元和码片的计数而确定每个卫星发射代码的发射时间。发射时间和信号到达接收机的测量时间允许确定卫星和接收机之间的伪距。术语“伪距”表示卫星和接收机之间的地理距离，该距离由未知卫星和接收机从GPS系统时间偏移而偏置。

在一个可能的解决方案中，卫星和系统时钟之间的偏移量假定为已知，该问题简化为求解4个未知量的(3个接收机的位置坐标及接收机和GPS系统时钟之间的偏移量)的非线性方程组。因此，为了能够求解该方程组，则需要至少4个测量值。处理的结果是接收机的位置。

类似地，GNSS定位的通常概念是：在待定位的接收机处接收卫星信号，测量该信号从卫星传播到接收机所用的时间，此外还使用卫星的估计位置，由此推导接收机和各自卫星之间的伪距，以及进一步的接收机当前位置。通常，对用于调制载波信号的PRN信号进行评估从而定位，如上述针对GPS的描述。

在已知为实时动态(RTK)的另一种方法中，对两个GNSS接收机处测量的载波相位进行评估，以用于非常精确地确定这两个接收机之间的位置和空间方位角(attitude)，该精确度典型的在厘米或甚至毫米级别。两个接收机之间的位置和空间方位角的结合还被称为基线。在GNSS接收机处执行的用于RTK定位的载波相位测量可以实时地交换，或者存储用于后续交换，其称为后处理。通常，GNSS接收机中的一个布置在已知位置处，并称为基准接收机，而另一接收机将关于该基准接收机而待定位，并称为用户接收机或漫游者。如果基准位置的位置是准确已知的，则确定的相对位置可以进一步转化为绝对位置。然而，RTK计算实际上需要两个接收机的位置至少是近似已知的。从确定的伪距可以获得这些位置。

例如，由于多径传播以及电离层和对流层的影响，卫星信号在从卫星到接收机的其通道上失真。而且，由于卫星时钟偏置及其载波相位具有未知的初始相位，卫星信号具有偏置。当卫星信号在接收机中被测量时，它进一步失真。该信号测量除了先前的误差之外，还包括由于诸如接收机噪声和接收机时间偏置的误差。在传统的RTK中，假定所有或大部分这些误差在接收机和卫星之间相关联，在这种情况下，这些误差在双差中消失。

因此，相对定位可以更具体地基于在两个GNSS接收机处的信号测量，其用于形成双差可观察量。这种信号测量可以包括，例如，载波相位测量和PRN码测量等等。关于载波相位的双差可观察量是特定卫星信号在两个接收机处的载波相位与另一卫星信号在两个接收机处的载波相位之间的差。相应获取关于PRN码的双差可观察量。双差可观察量可以接着用于高精度地确定接收机相对于彼此的位置。

在美国专利6,229,479 B1中，已经描述了使用双差可观察量的GNSS接收机的相对定位。

利用标准GNSS定位，两个GNSS接收机能够确定它们的位置以及由此它们之间的基线，精确度为5到20米。与这种标准GNSS定位相比较，RTK方法的优势在于其允许以0.1到10cm的更高精确度来确定基线。值得注意的是可以通过标准商业GNSS接收机获得这种精确度。

最初地，RTK仅可用于测地测量以及其它需要高精确度的应用。这种应用需要的装备昂贵且针对性强，因此，仅用于专业使用。然而，使用两个低成本支持GNSS的手持设备也可能获取高精度基线，例如，集成有GNSS接收机的终端或装备有外部蓝牙GNSS接收机的终端。可以使用任意种类的数据传输技术在终端之间交换数据，诸如通用分组无线业务(GPRS)、无线本地局域网(WLAN)或蓝牙^TM。这使得可以实时确定和更新基线，而在许多传统解决方案中，基线是离线确定的。这种方法还称为移动实时动态(mRTK)，表示使用移动技术扩展RTK使用实例且将该技术的益处带给更广阔的用户。

无论何时使用mRTK来更新用户接收机和基准接收机之间的基线，都需要在接收机之间交换关于信号测量的一些信息。例如，如果在用户接收机处执行定位计算，则用户接收机必须从基准接收机获取信号测量的结果。特别地，需要的信号测量可以包括但是不限于：伪距值、载波相位值、多普勒频率、载波相位极性和每一接收到的GNSS信号的周跳(slip)信息。另外，需要时间和位置信息，其共用于所有测量的信息，这样需要的测量信息量是可观的，从而，数据中继需要的带宽也是大量的。

当在定位中使用高更新频率时，需要的带宽尤其是个问题。

典型更新频率是1Hz，但在诸如移动粒子轨迹确定或记录的高精度应用中，需要更高的更新频率。

图1中示出了更新频率对RTK定位的影响。包括用户接收机的终端在图1中实线1表示的圆形轨迹上移动。该终端以5秒的周期围着原点环绕。虚线2连接由典型1Hz的更新频率确定的5个位置3，可以看出这个轨迹显著偏离了真实圆形轨迹1。如图1中的点4所示，如果更新频率增加十倍到10Hz，则当连接确定的位置时，真实的轨迹被非常好地捕获。然而，通常地，这意味着基准接收机必须以十倍的频率将信号测量结果发送到终端。这还十倍地增加了发送的数据量和由此所需的带宽。

通常这是不可接受的，因为在许多期望高基线更新频率的应用中，需要的带宽不可用或者由于成本问题。

发明内容

本发明的目的是实现不增加交换测量数据所需的带宽的相对定位的高更新频率。

提出了一种方法，其中包括从至少一个第一GNSS接收机接收至少一个关于卫星信号的数据组，接收的每一数据组与特定时刻相关联。该方法进一步包括基于至少一个接收的数据组，为与相应附加时刻相关联的至少一个附加数据组估计数据。该方法进一步包括提供来自至少一个接收的数据组的数据，此外还提供来自至少一个附加数据组的数据，以相对于至少一个第一GNSS接收机的位置确定至少一个第二GNSS接收机的位置。

而且，提供了一种包括处理元件的装置。处理元件布置用于从至少一个第一GNSS接收机接收至少一个关于卫星信号的数据组，接收的每一数据组与特定时刻相关。处理元件进一步配置用于基于至少一个接收的数据组，为与相应附加时刻相关的至少一个附加数据组估计数据。处理元件进一步配置用于提供来自至少一个接收的数据组的数据，此外还提供来自至少一个附加数据组的数据，以相对于至少一个第一GNSS接收机的位置确定至少一个第二GNSS接收机的位置。

可以通过硬件和/或软件实施该处理元件。例如，它可以是例如执行用于实现需要的功能的软件程序代码的处理器。可选地，例如，它可以是设计用于实现需要的功能的电路，如同集成电路，例如实施在芯片组或芯片中。

例如，该装置可以与处理元件相同，但是还可以包括附加的元件。

例如，该装置可以是模块或属于模块，该模块另外还包括适于从至少一个卫星接收信号的GNSS接收机。可以在一些设备中提供这种模块用于集成，该设备诸如GNSS设备或无线通信设备。另外，该装置可以是GNSS设备或属于GNSS设备，GNSS设备另外还包括适于从至少一个卫星接收信号的GNSS接收机。另外，该装置可以是无线通信设备或属于无线通信设备，该无线通信设备另外还包括配置用于接收关于来自至少一个第一全球导航卫星系统接收机的卫星信号的测量结果的无线通信元件。

而且，提出了一种包括提出的装置的组件。另外，该组件包括适于从至少一个卫星接收信号的GNSS接收机。该GNSS接收机可以对应于上面提到的第二GNSS接收机。另外，该组件包括配置用于接收关于来自至少一个第一GNSS接收机的卫星信号的测量结果的无线通信元件。

该组件可是集成有该装置、GNSS接收机和无线通信元件的单个设备，或者它可以实现为分布装置、GNSS接收机和无线通信元件的分离的设备。例如，GNSS接收机可以作为附件设备附加到无线通信元件，而提出的装置可以集成到GNSS接收机或无线通信元件中。可以利用任意合适的数据链接实现该附加，例如固定电缆、Bluetooth^TM链接、UWB链接或红外链接。

例如，该无线通信元件可以是蜂窝引擎或终端，或WLAN引擎或终端等等。蜂窝终端可以是蜂窝电话或任意其它类型的蜂窝终端，比如包括用于经由蜂窝网络建立链接的装置的膝上型计算机。

而且，提出了一种包括提出的装置的服务器。另外，该服务器包括配置用于接收关于来自至少一个第一GNSS接收机和来自至少一个第二GNSS接收机的卫星信号的测量结果的无线通信元件。

而且，提出了一种包括提出的装置的系统。另外，该系统包括至少一个第一GNSS接收机。

而且，提出了一种软件程序代码。当由处理器执行时，软件程序代码实现提出方法的步骤。

最后，提出了一种软件程序产品，其中提出的软件程序代码存储在计算机可读介质中。例如，该程序产品可以是单独的存储器设备或是集成到更大设备中的元件。

本发明基于如下考虑：从另一设备以低速率接收关于卫星信号的数据从而保持低带宽的设备可以产生用于获取更精细时间间隔的附加数据。因此提出，基于接收的用于时间的附加时刻的数据而估计这样的附加数据。这种时间的附加时刻可以处于从至少一个第一GNSS接收机处接收一个关于卫星信号的数据组的时间的最后时刻之前或之后。

本发明的优点在于，可以不增加带宽需求而高精度地测量轨迹。本发明的优点还在于，传输更少量的数据，这还意味着降低成本。

可以理解，附加数据组可以包括比接收的数据组更少的值。而且，可以理解，仅必须对附加数据组的数据项目中至少一个进行估计。附加数据组中的一些数据还可以与接收的数据组中的数据相同。

可以通过数种方式为附加数据组估计数据。

在本发明的一个实施方式中，为至少一个附加数据组估计数据包括：外插从至少一个接收的数据组选择的数据。来自接收的数据组的数据可以被外插到未来时刻，但是等同于较早时刻。如果使用外插为未来时刻预测数据，则还可以实时更新相对位置。

在本发明的另一个实施方式中，为至少一个附加数据组估计数据包括：内插从至少两个接收的数据组选择的数据。在这个实施方式中，接收的数据组因而用于产生实际测量时刻之间的附加人工测量时刻。

如果使用内插估计附加数据，由于产生附加数据用于比与最后数据组相关联的时刻更早的时刻，所以只能接近实时地更新相对位置。尽管如此，延迟仅在数据组接收的间隔长度的量级内，例如，1Hz频率接收的数据组为1秒。

对于内插和外插两者，选择的数据可以包括相对于卫星信号的载波相位的值、和/或关于伪距的值，也就是，在发射卫星信号时卫星和接收机之间距离的粗略估计。然而，可以理解，也可以选择其它类型的数据用于内插或外插，比如关于卫星信号的PRN码的测量，等等。一些未来的系统或信号甚至还可以提供当前系统不可用的合适类型数据，比如关于接收的卫星信号的次级扩频码测量等等。接收的数据组和/或附加数据组中的附加数据可以包括关于多普勒频率、载波相位极性和周跳消息。而且，一些不确定的指示可以与数据组中每个测量值相关，典型地，方差或标准偏差。而且，数据组可以包括位置信息、位置不确定信息和时间信息。

还可以包括各种其它类型的信息，例如，指示该第一GNSS接收机是静止或不是静止的信息。例如，如果该第一GNSS接收机是移动设备，则该信息可以源自第一GNSS接收机处的惯性传感器。

数据估计可以专有地基于接收数据组中的选择数据。另外，然而，还可以考虑来自接收的数据组的其它类型的数据。例如，对于选择的数据的内插和外插可以考虑选择的数据的变化率。变化率可以由来自与多普勒频率相关的一或多个接收的数据组的值确定，还可以由来自一或多个接收的数据组的其它值确定。

例如，第一和/或第二GNSS接收机可以与手持设备、基站或虚拟基准站(VRS)相关联，作为如上面所提及的集成元件，或作为附件。

例如，至少一个第一GNSS接收机可以是静止GNSS接收机。例如，如果第一GNSS接收机属于明确具有静止特性的基站，则如果数据发送间隔可以下降到例如不采用本发明而需要的值的十分之一，基站负载显著地降低。至少一个第一GNSS接收机还可以是移动GNSS接收机，但是在定位期间它可以保持或者可以不保持在固定位置处。相比于变化位置，第一GNSS接收机的固定位置确保了估计数据的更高可靠性。

至少一个第二GNSS接收机可以是可以属于根据本发明组件的移动GNSS接收机。这样的组件还可以为至少一个附加数据组估计数据。可以理解，倘若第二GNSS接收机和该组件的其它部分通过相对长的电缆或者无线地彼此相互链接，则虽然将该组件的其它部分保持在固定位置处，但还可以移动第二GNSS接收机。

执行估计的组件基于由其GNSS接收机接收到的卫星信号，可以确定自身的数据组。自身的数据组包括由关于接收到的卫星信号的测量所获取的数据，这可以在如伪距情况下的某些计算之后。

例如，可以与接收的数据组结合所有附加数据组的速率相对应的速率来确定自身的数据组。如果组件本身执行该数据确定，这是可能的，因为该自身测量没有被发射并由此不占用任意带宽。可选地，然而，例如自身的数据组还可以以与从第一GNSS接收机接收数据组的速率相对应的速率来确定。在这个情形中，该组件进一步可以基于至少一个自身数据组产生至少一个附加数据组。例如，这就确保了GNSS接收机无论是作为用户接收机还是作为基准接收机，都可以以相同速率确定数据组。

可以理解，第一和第二GNSS接收机的上述星群仅作为示例。可选地，例如，该第一GNSS接收机还可以是移动组件，并且该第二GNSS接收机可以是静止或固定的GNSS接收机。在这个情形中，可以在根据本发明包括该静止或固定的GNSS接收机的组件处执行估计。而且，可以在第三实体处执行估计，比如在某个从第一和第二GNSS接收机两者接收数据组的服务器处。

特别地但不是排它性的，本发明还可以使用在高精度导航和测量应用中。它可以作为专业使用，还可以作为娱乐应用，比如利用GNSS接收机记录。

它还可以进一步与其它类型的GNSS，比如GPS、GLONASS、GALILEO、SBAS、QZSS、LAAS或者这些的结合一起使用。LAAS具有优势，在室内状况下也支持mRTK使用。

附图说明

根据结合附图考虑的下列详细描述，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，可以理解，附图只是设计为图解目的，并不作为对本发明限制的定义，该限制定义应参照所附权利要求书。进一步可以理解，附图并不依照比例画出，它们只是旨在概念性地示出在此描述的结构和过程。

图1为示出了更新频率对RTK定位的影响的图示；

图2为根据本发明一个实施方式的系统示意图；

图3为示出了根据本发明一个实施方式的图1中系统的操作的流程图；

图4为根据本发明另一实施方式的系统示意图；

图5为根据本发明又一实施方式的系统示意图；

图6a-e为在组件中分配根据本发明一个实施方式的设备的示例性可替换方案的示意图；以及

图7为示出了mRTK精确度的图示。

具体实施方式

图2呈现了根据本发明的示例性系统，它允许使用低带宽而高精度地跟踪移动。

该系统包括移动组件10和基站20。

移动组件10包括蜂窝电话元件11和GNSS接收机12。GNSS接收机12在此用作RTK定位中的用户接收机。根据本发明，它是第二GNSS接收机的示例。该移动组件10进一步包括配置用于执行实施软件程序代码的处理器13。该实施软件程序代码包括移动RTK定位软件程序代码14和外插或内插软件程序代码15。

执行软件程序代码15的处理器13是本发明的示例性处理元件。需要注意到，处理器13并不一定是独立元件；它还可以属于GNSS接收机12或属于蜂窝电话元件11。而且，集成电路可以用作处理器13的替换物，用于实现处理器13的功能。可选地，例如，可以由包括处理器13和存储软件程序代码14、15的某存储元件(没有示出)的蜂窝电话元件提供。

例如，移动组件10进一步可以是将所有示出元件11、12、13集成到一个机壳中的单个设备。可选地，例如，它还可以包括蜂窝电话11、13，其可拆卸地链接到独立的GNSS接收机12，例如使用有线连接或Bluetooth^TM连接。

基站20包括蜂窝通信元件21和GNSS接收机22。GNSS接收机22在此用作移动RTM定位中的基准接收机。它是根据本发明的第一GNSS接收机的示例。基站20可以进一步包括配置用于执行实施软件程序代码的处理器23。该实施软件程序代码可以包括支持RTK定位的软件程序代码。该支持可以简单地在于负责将GNSS接收机22的测量结果转发到移动组件10。仅在有限情形中，mRTK定位软件将会实施在基站20中。

移动组件10的蜂窝电话元件11和基站20的蜂窝通信元件21，利用蜂窝链路或诸如无线LAN连接、Bluetooth^TM连接、UWN连接或红外连接的非蜂窝链路，能够彼此相互通信。采用的通信信道还可以是控制平面信道或安全用户平面位置(SUPL)信道。而且，采用的消息格式还可以被标准化，例如，用于全球移动通信系统(GSM)中、通用移动通信系统(UMTS)中和/或码分多址(CDMA)系统等等中。

现在参照图3的流程图，更详细地描述图2系统中的操作。移动组件10的操作呈现在图3的左手侧。基站20的操作呈现在图3的右手侧。

假定相对基站20的位置或绝对地跟踪移动组件10的位置。表示这个相对位置的GNSS接收机12和GNSS接收机22之间的距离在图2中由虚线5示出。

移动组件10和基站20的GNSS接收机12、22都作为普通的GNSS接收机而操作。也就是，它们配置用于接收、获取、跟踪和解码由属于一个或多个诸如GPS或Galileo的GNSS的卫星S1、S2所发射的信号。而且，GNSS接收机12、22都能够基于接收的卫星信号以已知方式计算独立的位置。

然而，对于特别的应用，可能不得不高精度地追踪移动组件的位置。为了这个目的，采用了增强的移动RTK定位。

使用软件程序代码14，移动组件10的处理器13首先产生初始化请求，其由蜂窝电话元件11发射到基站20(步骤111)。该请求由基站20的蜂窝通信元件21接收，并提供到处理器23(步骤121)。

当初始化请求被发送时，移动组件10的GNSS接收机12以常用的1Hz频率，或者以例如10Hz的增加频率对接收的卫星信号执行测量(步骤112)。GNSS接收机12为每个测量时刻提供测量产生的数据组到处理器13。

在接收到初始化请求时，基站20的GNSS接收机22以常用的1Hz频率对接收的卫星信号执行测量(步骤122)。GNSS接收机22为每个测量时刻提供测量产生的数据组到处理器23。

在这两个情形中，对于相应时刻t_k，数据组至少包括：接收的卫星信号的载波相位值φ(t_k)、发射卫星的伪距值ρ(t_k)、多普勒频率f_DOPPLER(t_k)、载波相位极性P∈{0，1}以及周跳指示信息。需要注意到，在可选的数据组中，可以使用直接码相位测量或一些其它未定义的数据类型代替伪距值。每个数据组可以进一步包括关于各个GNSS接收机12、22的位置、关于位置不确定性、关于载波相位方差或标准偏差、以及关于伪距方差或标准偏差的信息等等。

对于来自至少两个不同卫星S1、S2的信号，由GNSS接收机12和GNSS接收机22确定各自的数据组。

基站20的处理器23经由蜂窝通信元件21向移动组件10发送数据组(步骤123)。移动组件10的蜂窝电话组件11接收数据组，并将它们转发到处理器13(步骤113)。

由GNSS接收机12和GNSS接收机22确定的数据必须调准。也就是，必须在相同的时刻执行测量。如果这是不可能的，那么接收机中的一个在特定时刻的测量所产生的数据必须被外插或内插，以与在另一接收机的测量所产生的数据同步。对于本发明实施方式，设定支持同时测量。

使用软件程序代码15，处理器13现在增加从基站20接收的载波相位的数目和伪距值，以对应于10Hz的测量速率，而不是采用1Hz的测量速率(步骤114)。

例如，通过接收值的外插或内插，可以获取附加的载波相位和伪距值。

针对外插，处理器13考虑来自单个接收数据组的数据。针对这样的数据组，必须知道载波相位值φ(t_k)及其变化率，也就是在测量时刻t_k的多普勒频率f_DOPPLER(t_k)。另外，必须知道伪距值ρ(t_k)及其变化率，也就是测量时刻t_k的速率V_DOPPLER(t_k)。可以由多普勒频率f_DOPPLER(t_k)和信号波长λ确定速率，V_DOPPLER(t_k)＝λ·f_DOPPLER(t_k)。另外，处理器13需要载波相位极性P。如果所有这些信息都可用，则通过线性外插可以预测较晚时刻t_k+Δt的载波相位和伪距值：

$\mathrm{\φ}(t_k+\mathrm{\Δt})=\mathrm{\φ}\left(t_k\right)+f_{\mathrm{DOPPLER}}\left(t_k\right)\·\mathrm{\Δt}+\frac{1}{2}\·P$

ρ(t_k+Δt)＝ρ(t_k)+v_DOPPLER(t_k)·Δt

为了将载波相位值和伪距值的数目增加10倍，每个接收的数据组需要执行9次外插。对于每个接收的数据组，在上述公式中，Δt从而可以以0.1s的步幅，从一次外插增加到下一次，从0.1s增加到0.9s。

可以理解，还可以使用各种其它类型的外插，而不仅是所述的线性外插。一种可替换方案包括，例如，基于一些最后测量执行多项式拟合。

对于内插，处理器13需要来自关联到两个不同测量时刻t_k和t_k+1的两个接收的连续数据组的数据。对于每一时刻，需要的数据可以包括：载波相位值φ(t_k)、φ(t_k+1)及其变化率f_DOPPLER(t_k)、f_DOPPLER(t_k+1)，以及伪距值ρ(t_k)、ρ(t_k+1)及其变化率v_DOPPLER(t_k)、v_DoPPLER(t_k+1)。

基于下列公式，可以确定间隔t∈{t_k，t_k+1}中的附加载波相位值和附加伪距值：

φ(t)＝A_o+B_φ·t+C_φ·t²

ρ(t)＝A_ρ+B_ρ·t+C_ρ·t²

可以根据下面公式确定需要的系数A_φ，B_φ，C_φ，A_ρ，B_ρ，C_ρ：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\φ}\left(t_k\right)\\ f_{\mathrm{DOPPLER}}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\φ}\left(t_{k+1}\right)\\ f_{\mathrm{DOPPLER}}\left(t_{k+1}\right)\\ \mathrm{\ρ}\left(t_k\right)\\ v_{\mathrm{DOPPLER}}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\ρ}\left(t_{k+1}\right)\\ v_{\mathrm{DOPPLER}}\left(t_{k+1}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1& t_k& t_k^2& 0& 0& 0\\ 0& 1& 2\·t_k& 0& 0& 0\\ 1& t_{k+1}& t_{k+1}^2& 0& 0& 0\\ 0& 1& 2\·t_{k+1}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& t_k& t_k^2\\ 0& 0& 0& 0& 1& {2\·t}_k\\ 0& 0& 0& 1& t_{k+1}& t_{k+1}^2\\ 0& 0& 0& 0& 1& 2\·t_{k+1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_{\mathrm{\φ}}\\ B_{\mathrm{\φ}}\\ C_{\mathrm{\φ}}\\ A_{\mathrm{\ρ}}\\ B_{\mathrm{\ρ}}\\ C_{\mathrm{\ρ}}\end{array}\right]$

通过已知的最小二乘法(LSM)，可以求解该线性系统。

可选地，如果在接收的数据组中没有可用的一阶导数多普勒信息，则根据下面等式，仅仅使用载波相位φ(t_k)、φ(t_k+1)和伪距ρ(t_k)、ρ(t_k+1)可以执行内插：

φ(t)＝A_φ+B_φ·t

ρ(t)＝A_ρ+B_ρ·t

那么，确定需要的系数A_φ，B_φ，A_ρ，B_ρ的系统简化为：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\φ}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\φ}\left(t_{k+1}\right)\\ \mathrm{\ρ}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\ρ}\left(t_{k+1}\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& t_k& 0& 0\\ 1& t_{k+1}& 0& 0\\ 0& 0& 1& t_k\\ 0& 0& 1& t_{k+1}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{A}_{\mathrm{\φ}}\\ B_{\mathrm{\φ}}\\ A_{\mathrm{\ρ}}\\ B_{\mathrm{\ρ}}\end{array}\right]$ ，C_φ＝C_ρ＝0

通过最小二乘方法(LSM)同样可以求解该线性系统。

可以理解，还可以使用各种其它类型的内插，而不仅是所述的使用一次和二次多项式的内插。

为了将接收的载波相位值和伪距值的数目增加10倍，基于相应两个连续数据组，必须执行9次内插。对于每对接收的数据组，上述公式中的t从而可以以0.1s的步幅，从一次内插增加到下一次，从t_k+0.1s增加到t_k+0.9s。需要注意到，一对数据组中的第二数据组用作下一对数据组的第一数据组。

然后，使用在相应时间时刻估计的载波相位值和估计的伪距值，以及来自关联到时间时刻t_k的接收数据组的多普勒频率和极性，汇集关联到时间的t_k+0.1s到t_k+0.9s时刻的附加数据组。

如果GNSS接收机12使用增加的测量速率10Hz，则移动组件10的地点具有足够的可用数据组。高测量速率可以被GNSS接收机12使用，因为并不一定要发射相应的数据组。它们仅在移动组件10本身中进行。相反，如果GNSS接收机12也使用典型测量速率1Hz，必须以与从基站20接收的数据组相同的方式来增加由GNSS接收机12提供的自身数据组的数目(步骤115)。

如参照步骤114和115的描述，对于信号测量由GNSS接收机12、22执行的每一卫星S1、S2，可用的数据量增加。

提供所有接收的数据组、所有自身数据组和所有附加数据组，用于移动RTK计算中。

使用软件程序代码14，处理器13接着可以基于增加的数据量来继续进行常规的或移动的RTK定位，从而跟踪移动组件10的GNSS接收机12的位置(步骤116)。如果基站20的精确位置已知并且提供到移动组件10，则确定的与基站20的GNSS接收机22相比的相对位置可以转变为绝对位置。

移动组件10的GNSS接收机12的确定的相对或绝对位置接着可以由移动组件10的应用使用，或者被发送到基站20(步骤117)，基站20接收该信息(步骤124)并将其提供到一些应用，例如某个位置服务服务器的位置服务应用。

在图3中用虚线指示了步骤115、117和124的可选特征。

可以理解，1Hz和10Hz的频率仅是描述的示例。本发明还可以使用任意的其它频率值。

可以进一步理解，定位可以扩展到超过2个GNSS接收机。另外，可以评估来自相同卫星但使用不同频率的信号，以减少针对整周模糊度解决方案的努力。而且，可以评估来自不等于2个卫星的信号。

GNSS接收机12或软件程序代码14还可以设计用于使用来自外部源的用于卫星信号获取和处理的辅助数据。

图4呈现了根据本发明允许使用低带宽高精度地确定相对位置的另一示例性系统。

这个系统包括第一移动组件40、第二移动组件30和定位服务器50。

移动组件30、40都包括无线通信元件31、41和GNSS接收机32、42。无线通信元件31、41支持到某个其它无线通信元件的至少一种类型的无线连接。GNSS接收机32、42能够接收由属于一个或多个GNSS的卫星S1、S2发射的信号。它们由基线6彼此相互隔开。

定位服务器50还包括无线通信元件51。无线通信元件51支持到某个其它无线通信元件的至少一种类型的无线连接。定位服务器50进一步包括配置用于执行移动RTK定位和外插或内插的处理元件53。

对于移动RTK定位，两个移动组件30、40的GNSS接收机32、42以1Hz的频率执行对至少两个接收的卫星信号的测量。在这些测量中，第一组件40的GNSS接收机42可以保持在固定位置处，而第二组件30的GNSS接收机32自由移动。测量产生的数据由相应的无线通信元件31、41发送到定位服务器50。发送的数据可以与图3中步骤112和122确定的数据相同。

定位服务器50经由其无线通信元件51，从两个移动组件30、40以1Hz频率接收由GNSS测量所产生的数据。处理元件53外插或内插该数据，以获得如上参照图3中步骤114所述的附加的数据。处理元件53接着可以利用扩大的数据量，以如上述参照图3中步骤116，确定第二移动组件30的GNSS接收机32的位置.

经由无线通信元件51，确定的位置可以发送到诸如移动组件30、40中的一个或全部。

图5示出了根据本发明允许使用低带宽高精度地确定相对位置的又一示例性系统。

该系统包括作为根据本发明一个实施方式的第一组件的第一移动手持设备60，以及作为根据本发明一个实施方式的第二组件的第二移动手持设备70。

两个手持设备60、70都包括无线通信元件61、71和GNSS接收机62、72。无线通信元件61、71支持彼此之间至少一种类型的无线连接。GNSS接收机62、72能够接收由属于一个或多个GNSS的卫星S1、S2发射的信号。它们由基线7相互隔开。

两个手持设备60、70的无线通信元件61、71都包括对应于图2中处理器13的处理器(没有示出)，配置用于执行对应于移动RTK定位软件程序代码14和图2的外插或内插软件程序代码15的软件程序代码。

图5系统中的操作可以对应于如上述参照图3流程图的操作，其中手持设备60、70中的随意一个作为移动组件10，而手持设备60、70中的另一个作为基站20。而且，两个手持设备60、70在这个设置中还可以都作为“移动组件10”而操作。这意味着，例如，手持设备60、70都可以从相应另一手持设备60、70接收数据组，用于执行其自身定位计算。

在呈现的所有实施方式中，发送的数据量保持低，从而需要低带宽。而且，通过提供相对定位能够基于的增加数据量，当跟踪位置时所获得的精确度得以提高。

图1的处理器13和图4的处理元件53可以属于根据本发明的示例性装置。这种装置可以布置在系统的不同位置处，例如，在用户组件10、60、70或服务器50中。同样在用户组件内，存在布置该装置的不同可能性。

图6a到图6e示出了根据本发明一个实施方式，在组件中布置装置的一些示例性选项。该装置包括可以通过硬件和/或软件实施的处理元件，并且配置用于增加可用数据量，比如如上述参照图3的步骤113和114所描述的。

在图6a中，该组件是单个设备210，如同手持设备。它包括根据本发明一个实施方式的第二GNSS接收机212、无线通信元件214和装置213。在这个实施方式中，装置213是不同于GNSS接收机212和无线通信元件214的模块或属于不同于GNSS接收机212和无线通信元件214的模块。

在图6b中，该组件还是单个设备220。在这个情形中，它包括GNSS模块221，其包含第二GNSS接收机和该装置。该设备220进一步包括独立的无线通信元件224。

在图6c中，该组件还是单个设备230。在这个情形中，它包括第二GNSS接收机232和无线通信模块234。无线通信模块234包括该装置和无线通信元件。

在图6d中，该组件分布到数个设备。它包括GNSS设备241，其包含第二GNSS接收机242和该装置243。该组件进一步包括独立的无线通信设备245。通过任意的合适有线或无线技术，GNSS设备241可以链接到无线通信设备245。

在图6e中，该组件还是分布到数个设备。它包括GNSS设备251和独立的无线通信设备255。GNSS设备251包括第二GNSS接收机252。无线通信设备255包括该装置253和无线通信元件254。通过任意的合适有线或无线技术，GNSS设备251可以链接到无线通信设备255。

图7为示出了对于小尺度移动检测的移动RTK定位的通用适合性的图示。该图示是坐标系统，其中x轴表示东向，y轴表示北向。通过相对于基准接收机移动用户接收机，跟随由细实线指示的路径。基准接收机保持在固定位置处。粗虚线指示使用基于载波相位的定位而确定的轨迹。考虑到该图示的尺度为厘米，显然，测量轨迹很好地描述真实路径。虽然通过非常缓慢地移动惯用移动RTK接收机来生成该图示，但是可以预期到使用根据本发明人工增加的数据量，并且快速移动移动RTK接收机，可以获得相似的轨迹。

处理器13和处理元件53所说明的功能，还可以视为用于从至少一个第一组件接收至少一个关于卫星信号的数据组的装置，接收的每一数据组与时间的特定时刻相关联。可选地，蜂窝电话元件11和无线通信元件51所说明的功能可以视为用于从至少一个第一组件接收关于卫星信号的至少一个数据组的装置。处理器13和处理元件53所说明的功能可以进一步视为用于基于至少一个接收的数据组为关联到相应附加时刻的至少一个附加数据组估计数据的装置。处理器13和处理元件53所说明的功能可以进一步视为用于从至少一个接收的数据组提供数据，此外还从至少一个附加数据组提供数据，以相对于至少一个第一组件的位置确定至少一个第二组件的位置的装置。

然而，可以理解到这些装置，覆盖此处描述的执行已叙述功能的结构，并且不仅是结构上的等同物，还包括等同的结构。

已经示出和描述及指出了本发明应用到其优选实施方式的基础的新颖性特征，可以理解到，本领域技术人员不脱离本发明的精神，可以对描述的设备和方法在形式和细节上做出各种省略和替换与变化。例如，明确地期望，以实质上相同方式执行实质上相同功能，实现相同结果的那些单元和/或方法步骤的所有结合都在本发明的范围之内。而且，可以认定，示出的和/或结合本发明任意披露形式或实施方式所描述的结构和/或单元和/或方法步骤，可以被合并到任意其它披露的或描述的或建议的形式或实施方式中，作为设计选择的通常素材。因此，本发明仅受所附权利要求书范围的限制。

Claims (25)

1.一种用于支持相对定位的方法，包括：

从至少一个第一全球导航卫星系统接收机接收至少一个关于卫星信号的数据组，接收的每一数据组与特定时刻相关联；

基于所述至少一个接收的数据组，为与相应附加时刻相关联的至少一个附加数据组估计数据；以及

从所述至少一个接收的数据组提供数据，此外还从所述至少一个附加数据组提供数据，以相对于所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机的位置确定至少一个第二全球导航卫星系统接收机的位置，

其中，为至少一个附加数据组估计数据包括下列中的其中一个：

根据来自所述至少一个接收的数据组的第一选择数据的第一变化率来外插所述第一选择数据，其中第一变化率由来自所述至少一个接收的数据组的值来确定；以及

根据来自至少两个接收的数据组的第二选择数据的第二变化率来内插所述第二选择数据，其中第二变化率由来自所述至少两个接收的数据组中的每个的值来确定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一变化率由来自与多普勒频率相关的所述至少一个接收的数据组的值确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一选择数据包括与卫星信号的载波相位相关的值、与卫星信号的码相位相关的值、与伪距相关的值、以及与卫星信号的次级扩频码相位相关的值中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二选择数据包括与卫星信号的载波相位相关的值、与卫星信号的码相位相关的值、与伪距相关的值、以及与卫星信号的次级扩频码相位相关的值中的至少一个。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二变化率由来自与多普勒频率相关的所述至少两个接收的数据组中每一个的值确定。

6.根据权利要求1所述的方法，其中静止组件包括所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机。

7.根据权利要求1所述的方法，其中组件包括所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述组件为至少一个附加数据组估计所述数据。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述组件基于卫星信号确定自身数据组，所述卫星信号由所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机以与接收的数据组结合附加数据组的速率相对应的速率而接收。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述组件基于卫星信号确定自身数据组，所述卫星信号由所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机以从所述第一全球导航卫星系统接收机接收数据组的速率相对应的速率接收，并且其中所述组件进一步基于所述自身数据组为至少一个附加数据组估计数据。

11.一种包括处理器的用于支持相对定位的装置，

所述处理器配置用于从至少一个第一全球导航卫星系统接收机接收至少一个关于卫星信号的数据组，接收的每一数据组与特定时刻相关联；

所述处理器配置用于基于所述至少一个接收的数据组，为与相应附加时刻相关联的至少一个附加数据组估计数据；以及

所述处理器配置用于从所述至少一个接收的数据组提供数据，此外还从所述至少一个附加数据组提供数据，以相对于所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机的位置确定至少一个第二全球导航卫星系统接收机的位置，

其中，所述处理器进一步配置用于通过下列方式中的其中一个为至少一个附加数据组估计数据：

根据来自所述至少一个接收的数据组的第一选择数据的第一变化率来外插所述第一选择数据，其中第一变化率由来自所述至少一个接收的数据组的值来确定；以及

根据来自至少两个接收的数据组的第二选择数据的第二变化率来内插所述第二选择数据，其中第二变化率由来自所述至少两个接收的数据组中的每个的值来确定。

12.一种用于支持相对定位的模块，包括：

根据权利要求11所述的装置；以及

适于从至少一个卫星接收信号的全球导航卫星系统接收机。

13.一种全球导航卫星系统设备，包括：

根据权利要求11所述的装置；以及

适于从至少一个卫星接收信号的全球导航卫星系统接收机。

14.一种无线通信设备，包括：

根据权利要求11所述的装置；以及

无线通信元件，配置用于接收关于来自所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机的卫星信号的测量结果。

15.一种用于支持相对定位的组件，包括：

根据权利要求11所述的装置；

适于从至少一个卫星接收信号的全球导航卫星系统接收机；以及

无线通信元件，配置用于接收关于来自所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机的卫星信号的测量结果。

16.一种服务器，包括根据权利要求11所述的装置和无线通信元件，其配置用于接收关于来自所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机和来自所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机的卫星信号的测量结果。

17.一种用于支持相对定位的系统，包括根据权利要求11所述的装置以及所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机。

18.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器配置用于从来自与多普勒频率相关的所述至少一个接收的数据组中的值确定所述第一变化率。

19.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一选择数据包括与卫星信号的载波相位相关的值、与卫星信号的码相位相关的值、与伪距相关的值、以及与卫星信号的次级扩频码相位相关的值中的至少一个。

20.根据权利要求11所述的装置，其中所述第二选择数据包括与卫星信号的载波相位相关的值、与卫星信号的码相位相关的值、与伪距相关的值、以及与卫星信号的次级扩频码相位相关的值中的至少一个。

21.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器配置用于从来自与多普勒频率相关的所述至少两个接收的数据组中的每个的值确定所述第二变化率。

22.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器配置用于为所述至少一个附加数据组估计所述数据。

23.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器配置用于基于卫星信号确定自身数据组，所述卫星信号由所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机以与接收的数据组结合附加数据组的速率相对应的速率而接收。

24.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理器配置用于基于卫星信号确定自身数据组，所述卫星信号由所述至少一个第二全球导航卫星系统接收机以从所述第一全球导航卫星系统接收机接收数据组的速率相对应的速率接收，并且其中所述处理器进一步配置用于基于所述自身数据组为至少一个附加数据组估计数据。

25.一种用于支持相对定位的设备，包括：

用于从至少一个第一全球导航卫星系统接收机接收至少一个关于卫星信号的数据组，接收的每一数据组与特定时刻相关联的装置；

用于基于所述至少一个接收的数据组，为与相应附加时刻相关联的至少一个附加数据组估计数据的装置；以及

用于从所述至少一个接收的数据组提供数据，此外还从所述至少一个附加数据组提供数据，以相对于所述至少一个第一全球导航卫星系统接收机的位置确定至少一个第二全球导航卫星系统接收机的位置的装置；

其中，用于为至少一个附加数据组估计数据的装置包括下列中的其中一个：

用于根据来自所述至少一个接收的数据组的第一选择数据的第一变化率来外插所述第一选择数据的装置，其中第一变化率由来自所述至少一个接收的数据组的值来确定；以及

用于根据来自至少两个接收的数据组的第二选择数据的第二变化率来内插所述第二选择数据的装置，其中第二变化率由来自所述至少两个接收的数据组中的每个的值来确定。

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