CN101680939B - 利用参考站进行定位的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了支持参考站的变动，首先提供对第一参考站有效的数据以便传输给设备，然后，在有限时间内并行提供对第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据以便传输给所述设备，最后，提供对第二参考站有效的数据以便传输给所述设备。第一参考站的数据和第二参考站的数据包括对卫星信号的测量数据。在接收端，可以提供分别接收到的数据以便对包含卫星信号接收器的设备进行定位。

Description

利用参考站进行定位的方法和装置

技术领域

本发明涉及对含有卫星信号接收器的设备进行定位的领域，具体说，涉及基于对提供给参考站的卫星信号的测量所进行的定位。 

背景技术

多种不同的全球导航卫星系统(GNSS)支持设备的绝对定位。这些系统包括，例如，美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯全球导航卫星系统(GLONASS)、未来的欧洲系统“伽利略”、星基增强系统(SBAS)、日本GPS增强“准天顶”卫星系统(QZSS)、局域增强系统(LAAS)以及混合系统。这些系统中的卫星也称作航天器(SV)。 

例如，GPS中的星座包含超过20个绕地球飞行的卫星。每个卫星发送两个载波信号L1和L2。一个载波信号L1用来携带标准定位服务(SPS)的导航电文和编码信号。每个卫星利用不同的C/A(粗捕获)码对L1载波相位进行调制。因此，不同的卫星就获得不同的信道用于传输。C/A码是伪随机噪声(PRN)码，其将频谱扩展到1MHz的带宽上。每隔1023位重复一次C/A码，该码的历元为1ms。以50bit/s的比特率用导航信息进一步对L1信号的载波频率进行调制。导航信息包括星历和年历参数以及其他信息。星历参数描述了各个卫星轨道的小段。基于这些星历参数，当卫星处于相应描述的小段中时，用算法能够估计任何时刻的卫星位置。年历参数是类似的但更粗糙的轨道参数，该参数比星历参数的有效时间更长。导航信息还包括例如时钟模型，该模型将卫星时间与GPS的系统时间相关联，以及将系统时间与协调世界时(UTC)相关联。 

待确定位置的GPS接收器接收由当前可用的卫星传输的信号，其基于所包含的不同C/A码来探测并跟踪不同卫星所使用的信道。然后，接收器通常基于解码的导航电文中的数据以及基于C/A码的历元和码片的计数来确定每个卫星所发送的代码的传输时间。传输时间和接收器处测量到的信号到达时间可以用来确定卫星和接收器之间的伪距。术语“伪距”是指卫星和接收器之间的几何距离，该距离因未知的卫星和接收器相对于GPS系统时间的偏移而产生偏差。 

在一种可能的解决方案中，假设卫星时钟和系统时钟之间的偏移是已知的，那么问题就简化为求解含有四个未知量(3个接收器位置坐标以及接收器时钟与GPS系统时钟之间的偏移)的非线性方程组。所以，要求至少进行4次测量，以便能够求解方程组。这个过程得到的结果是接收器的位置。 

类似地，GNSS定位的基本思想是，在要定位的接收器处接收卫星信号，测量接收器和各个卫星之间的伪距，另外利用这些卫星的估计位置，进一步得到接收器的当前位置。通常，如上面针对GPS所描述的，对用来调制载波信号的PRN信号进行估计以用于定位。 

在另一种方法中，对在两个GNSS接收器处测量到的载波相位和/或码相位进行估计，以便非常精确地(通常是以厘米甚或毫米级的精度)确定这两个接收器之间的距离和姿态。两个接收器之间的距离和姿态的组合构成这两个接收器之间的向量，也称作基线(baseline)。在GNSS接收器处获得的载波相位测量数据可以实时地、准实时地进行交换，或者存储起来以便随后进行交换，即所谓的后处理。通常，将GNSS接收器中的一个接收器安置于已知位置，并称其为参考站，而将另一个接收器相对于该参考站进行放置，并称其为用户接收器或漫游者。如果参考站的位置是精确已知的，那么可以将所确定的相对位置进一步转换为绝对位置。然而，相对定位计算实际上要求两个接收器的位置至少是近似已知的。这些位置可以从所确定的伪距来获得。可选地，只近似地知道参考位置也就足够了，因为通过将基线估计加到参考位置上就能从参考位置获得漫游者的位置。 

卫星信号在从卫星到达接收器的过程中会失真，这是由于例如多径传播以及由于电离层和对流层的影响所致。此外，由于卫星时钟的偏差会导致卫星信号产生偏差。可以假设两个接收器中的信号所共有的所有误差在接收器和卫星之间都是相关的，因此在双差法中就消失了。 

因此，相对定位可以更具体地基于在两个GNSS接收器上的信号测量来进行，这些信号测量用来形成双差可观测量。这种信号测量可以包括例如载波相位测量和PRN码测量等。与载波相位相关的双差可观测量为特定卫星信号在两个接收器处的载波相位之差与另一卫星信号在两个接收器处的载波相位之差的差。与PRN码相关的双差可观测量也可以相应地获得。然后，双差可观测量可以用来高精度地确定接收器相对于彼此的位置。 

采用常规的GNSS定位，两个GNSS接收器能够以5到20米的精度确定其位置，从而确定它们之间的基线。与之相对照，基于载波或码相位的方法能够以0.1到10cm这样高得多的精度来确定基线。值得注意的是，这个精度可以使用标准的商用GNSS接收器来获得。 

然而，当使用基于载波或码相位的方法时，必须考虑到，在两个接收器上测量到的载波或码相位是基于载波或码的不同数目的整周期。这个效应被称作双差整周模糊度，该问题必须解决。这个过程也被称作整周模糊度求解或初始化。 

通过在足够多的测量时刻从足够多的卫星收集载波和/或码相位数据，可以求解双差整周模糊度。 

除了双差整周模糊度外还可以考虑并求解各种其他的模糊度。 

一旦确定了基线并求解出整周模糊度，就可以验证整周模糊度的解，以确定其是否可靠。整周模糊度的验证通常使用统计工具来完成。 

然后，所求解出并经验证的整周模糊度就可以用来以很高的精度(例如，亚厘米精度)跟踪接收器之间的基线。 

由GNSS接收器对GNSS航天器所发送的GNSS信号进行的载波相位测量也称作“累积增量测距(accumulated delta range，ADR)”或“集成多普勒测量”。 

最初，基于载波相位的定位只能用于地理测绘和其他要求高精度的应用中。这些应用所要求的设备非常昂贵，所以只用于专业用途。在这些情形中，通常在离线后再确定基线。然而，也有可能利用两个低成本的支持GNSS的手机(例如，具有集成GNSS接收器的终端或配有外部蓝牙GNSS接收器的终端)来获得高精度基线。终端之间的数据可以利用任何类型的数据传输技术来交换，例如，通用分组无线服务(GPRS)、无线局域网(WLAN)或Bluetooth^TM。这就允许实时地或准实时地确定并更新基线。这种方法也称作移动实时动态技术(mRTK)，其表明移动技术用来扩展基于载波相位的用例并将这种技术的优点带给更多的用户。除了作为第二手机外，参考站也可以是例如网络的位置测量单元(LMU)，或者虚拟参考站(VRS)，其中所要求的测量数据被提供给虚拟参考站。 

当使用虚拟参考站时，在漫游者和计算产生的站之间确定基线。这样就可以只用一个物理接收器来进行相对定位。此外，虚拟参考站的绝对位置是精确已知的，因此一旦求解出基线，漫游者的绝对位置也就精确已知了。物理接收器和虚拟参考站的相对定位的计算与两个物理接收器的相对定位的计算是一样的。 

发明内容

本发明出于以下考虑：利用漫游者和参考站之间的短基线可以提高基线确定过程的可靠性和速度。此外，短基线可以允许在整周模糊度求解中忽略表示对流层延迟和电离层超前的未知项。 

当漫游者正在移动时，到所使用的参考站的基线的长度会增加并超过一个被认为合适的值。 

当使用虚拟参考站作为参考站时，通过使用移动的虚拟参考站可以避免这个问题。然而，这种方法的不利之处在于，漫游者必须 有实时或准实时的反馈环连接到为虚拟参考站提供测量数据的服务器，以便能够控制虚拟参考站的速度。所以在许多情形中，实现移动的虚拟参考站是不可行的。 

可选地，每当基线超过合适的最大长度时，可以变动参考站。另外，具体地但不是排他地，当采用虚拟参考站时，可以实现参考站的变动。在这种情形中，每当注意到基线长度超过某个预定的或适应性确定的阈值时，漫游者就可以请求新的参考站。然后，服务器可以向漫游者发送针对新参考站、而不是旧参考站的测量数据。但是，当漫游者接收到针对新参考站的测量数据时，其需要在能够跟踪到新参考站的基线之前求解针对新参考站的整周模糊度。这种初始化是很费时的。因此，参考站的每次变动会导致高精度导航的中断。 

描述了第一方法，该方法包括：接收对第一参考站有效的数据；然后在有限时间内并行接收对所述第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据；然后接收对所述第二参考站有效的数据。所述方法还包括：提供分别接收到的用于对包含卫星信号接收器的设备进行定位的数据、包含对卫星信号的测量数据在内的所述第一参考站的数据和所述第二参考站的数据。 

待定位的设备可以与接收所述数据的设备是同一设备或不同的设备。 

此外，描述了第一装置，该装置包括接收部件，配置用来接收对第一参考站有效的数据、在有限时间内并行接收对所述第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据、以及接收对所述第二参考站有效的数据。所述装置还包括处理部件，配置用来提供分别接收到的用于对包含卫星信号接收器的设备进行定位的数据、包含对卫星信号的测量数据在内的所述第一参考站的数据和所述第二参考站的数据。 

所述第一装置中的部件可以用硬件和/或软件来实现。它们可以包括例如执行用来实现所需功能的软件程序代码的处理器。可选地， 其可以是例如设计来实现所需功能的电路，例如，实现在芯片组或芯片中，诸如集成电路。所述装置可以例如与所包含的处理部件相同，但其也可以包含其他部件。所述装置还可以是例如被提供用来集成到设备(比如无线通信终端或无线通信终端的附属设备)中的模块。 

此外，描述了第一设备，该设备包括所述第一装置以及用户接口。这种设备可以是例如移动终端或移动终端的附属设备。所述设备还可以包括无线通信部件，该部件支持与另一设备和/或所提及的卫星信号接收器的通信。这种设备也可以属于某个布置，该布置还包括其他含有卫星信号接收器或无线通信部件的设备。 

此外，描述了第一计算机程序代码，该程序代码在由处理器执行时能够实现所述第一方法。此外，描述了第一计算机程序产品，其中，这种程序代码存储在计算机可读介质中。计算机程序产品可以是例如独立的存储设备或要集成在电子设备中的存储器。 

此外，描述了第二方法，该方法包括：提供对第一参考站有效的数据以便传输给设备；然后在有限时间内并行提供对所述第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据以便传输给所述设备；然后提供对所述第二参考站有效的数据以便传输给所述设备。所述第一参考站的数据和所述第二参考站的数据包括对卫星信号的测量数据。 

此外，描述了第二装置，该装置包括处理部件，配置用来提供对第一参考站有效的数据以便将其传输给设备、在有限时间内并行提供对所述第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据以便将其传输给所述设备、以及提供对所述第二参考站有效的数据以便将其传输给所述设备。所述第一参考站的数据和所述第二参考站的数据包括对卫星信号的测量数据。 

所述第二装置中的处理部件同样可以用硬件和/或软件来实现。其可以是例如执行用来实现所需功能的软件程序代码的处理器。可选地，其可以是例如设计来实现所需功能的电路，例如，实现在芯 片组或芯片中，诸如集成电路。所述装置可以例如与所包含的处理部件相同，但其也可以包含其他的部件。所述装置还可以是例如被提供用来集成到设备(比如网络服务器或独立的服务器)的模块。 

此外，描述了第二设备，该设备包括所述装置以及配置用来将所提供的数据传输到其他设备的接口。所述第二设备可以是例如定位服务器。 

此外，描述了第二计算机程序代码，该程序代码在由处理器执行时能够实现所述第二方法。此外，描述了第二计算机程序产品，其中，这种程序代码存储在计算机可读介质中。所述计算机程序产品可以是例如独立的存储设备或要集成在服务器中的存储器。 

最后，描述了一种系统，该系统包括所述第一装置和所述第二装置。 

因此，当在一定的时间内利用对两个参考站所做的测量来变动参考站时，提供用于基于卫星定位的辅助数据(包括对卫星信号的测量数据)以变动参考站。 

因此，本发明提供了一种将基于卫星定位的性能和可用性提高的可能性。具体地但不排他地，能够利用参考站的变动进行连续的高精度导航。同时提供来自当前参考站和新参考站的测量数据能够在参考站之间实现软移交。就是说，可以避免在每次变动之后对新参考站的全新而费时的初始化，从而实现无中断高精度导航。 

在一个示例性实施例中，对卫星信号的测量包括对卫星信号的载波相位测量。载波相位测量可以用来获得可观测量，一旦求出了整周模糊度，就能够跟踪卫星信号接收器和参考站之间的基线。 

向其提供测量数据的第一参考站和第二参考站可以是例如虚拟参考站。虚拟参考站能够在任何希望的位置处生成，因而其总是在待定位的设备的当前位置附近。然而，应该明白，本发明同样能够与例如服务器一起使用，其中服务器能够从多个包含卫星信号接收器的分布式物理参考站接收测量数据。 

在使用虚拟参考站的情形中，当待定位的包含卫星信号接收器 的设备或与待定位的包含卫星信号接收器的设备相连接的设备发出相应请求时，能够产生虚拟参考站。该请求可以包括含有卫星信号接收器的设备的当前的粗略或精确位置的指示。 

可以以不同的方式来使用为定位所提供的数据。 

在一个实施例中，提供所接收的用于定位的数据可以包括，例如，将数据连同包括对卫星信号接收器接收到的卫星信号的测量数据在内的数据一起存储起来。然后，所存储的数据可以用于在任何希望的位置处(例如在本地或在网络服务器中)所进行的后处理中。 

在另一个实施例中，所提供的数据用于例如包含卫星信号接收器的设备的实时或准实时定位。 

在这两种情形中，所提供的对第一参考站有效的数据和卫星信号接收器提供的数据可以用来求解卫星信号接收器和第一参考站之间的基线的整周模糊度，以及跟踪卫星信号接收器和第一参考站之间的基线。然后，并行接收到的、提供的对第一参考站有效的数据和提供的对第二参考站有效的数据，以及卫星信号接收器所提供的数据可以用来求解卫星信号接收器和第二参考站之间的基线的整周模糊度。最后，所提供的对第二参考站有效的数据、卫星信号接收器所提供的数据以及求解出的卫星信号接收器和第二参考站之间的基线的整周模糊度可以用来跟踪卫星信号接收器和第二参考站之间的基线。 

由此，每当例如因为待定位的含有卫星信号接收器的设备移动得离当前参考站太远而投入使用新参考站时，就可以避免高精度位置的丢失和高精度导航的中断。 

在任何包括构成可观测量和/或求解模糊度的实施例中，可观测量可以是例如双差可观测量，而整周模糊度可以是例如双差整周模糊度。然而，应该明白，也可以使用任何其他类型的可观测量及相应的模糊度，包括但不限于单差或三差可观测量和整周模糊度。 

本发明可以用于例如高精度导航和测绘应用中。本发明可以用于专业用途，但也可以用于娱乐用途，诸如用GNSS接收器进行书 写。 

本发明还可以与任何类型的卫星信号一起使用，具体地但不排他地，与GNSS(像GPS、GLONASS、GALILEO、SBAS、QZSS、LAAS或其组合)中所传送的卫星信号一起使用。LAAS使用伪卫星而不是真实卫星，但当在这个应用中使用时，这些伪卫星应当理解为也被术语卫星所覆盖。LAAS的优点是还支持室内条件下的定位。 

应该明白，所有给出的示例性实施例也可以用在任何合适的组合中。 

从下面结合附图的详细描述中可以清楚看到本发明的其他目标和特征。然而，应该明白，附图只用于说明的目的，并非限定本发明的范围，本发明的范围可以参见附属权利要求书。还应该明白，附图不是按比例画出的，它们只是用来在概念上说明这里所描述的结构和过程。 

附图说明

图1是示意性说明间歇式高精度导航中虚拟参考站的可能变动的图示； 

图2是示意性说明根据本发明的一个实施例的在连续式高精度导航中虚拟参考站的可能变动的图示； 

图3是根据本发明的一个实施例的系统的示意性框图； 

图4是说明在图3的系统中的示例性操作的流程图；以及 

图5是示意性说明在图4的操作中所使用的参数的图示。 

具体实施方式

图1和图2示意性地显示了间歇式高精度导航和根据本发明的一个实施例的连续式高精度导航之间的差别。 

在这两种情形中，支持辅助GNSS(AGNSS)的漫游者r想利用虚拟参考站所提供的载波相位测量数据来进行高精度导航。到虚拟参考站的距离应该尽可能地短，以便提高基线确定过程的可靠性和 速度。如果距离显著地增加，那么应该生成并使用新的虚拟参考站。在这两个图中，基线用从漫游者r指向虚拟参考站的箭头来指示。 

图1给出了用来从一个虚拟参考站变到另一个虚拟参考站的第一可能方法的步骤a)到f)。 

为了启动导航过程，漫游者r向服务器发送进行虚拟参考站测量的请求(步骤a)。该请求包括对漫游者r的当前位置的估计，此估计例如由常规的GNSS定位来确定。 

一旦接收到请求，服务器就生成虚拟参考站VRS1。位置估计使得服务器生成尽可能靠近漫游者r的虚拟参考站VRS1，以便最小化基线的长度。服务器将对虚拟参考站VRS1的测量数据流式传输给漫游者r。然后，漫游者r开始双差整周模糊度求解计算(步骤b)。 

一旦求解出模糊度，就得到了到虚拟参考站VRS1的基线，并能对其进行跟踪。基于基线以及基于虚拟参考站VRS1的已知位置就可以确定漫游者r的精确的绝对位置(步骤c)。 

当漫游者r移动时，被跟踪的基线的长度会增加。在某个点处，漫游者r断定基线太长，于是请求对处于漫游者r的当前位置的新虚拟参考站的测量数据(步骤d)。 

一旦接收到请求，服务器就生成新的虚拟参考站VRS2，并将对新的虚拟参考站VRS2、而不是旧虚拟参考站VRS1的测量数据发送给漫游者r。漫游者r开始接收新VRS的测量数据，同时，来自第一虚拟参考站VRS1的数据就丢失了。所以，基线和漫游者r的精确位置也会丢失一段时间，因为需要花一些时间(根据信号条件和基线长度，通常为10到100秒)来求解新的整周模糊度和相对于新虚拟参考站VRS2的基线(步骤e)。 

在初始化新的模糊度之后，导航可以继续进行(步骤f)。 

图2给出了根据本发明的一个实施例的用来从一个虚拟参考站变到另一个虚拟参考站、同时不会使精确导航能力失控几十秒的第二可能方法的步骤a)到h)。 

图2中的步骤a)到d)与图1中的a)到d)相对应。 

然而，一旦从漫游者r接收到对新虚拟参考站的请求，服务器就生成新的虚拟参考站VRS2，并将对新虚拟参考站VRS2的测量数据连同旧虚拟参考站VRS1的测量数据一起发送给漫游者r。漫游者r接收对两个虚拟参考站VRS1和VRS2的测量数据(步骤e)。因此，与图1相对照，在刚接收到对第二虚拟参考站VRS2的测量数据的时候，并不会丢失到第一虚拟参考站VRS1的基线。 

此时，由于一方面第一虚拟参考站VRS1和漫游者r之间的基线是已知的，另一方面两个虚拟参考站VRS1和VRS2之间的基线也是已知的，所以，也可以确定第二虚拟参考站VRS2和漫游者r之间的基线(步骤f)。 

因此，当不久后停止传输对第一虚拟参考站VRS1的测量数据并且到这个虚拟参考站VRS1的基线丢失(步骤g)时，高精度导航继续进行而不会不连续(步骤h)。 

因此，图2中的方法在必须为移动的漫游者高精度地跟踪基线的情形中特别有利。 

图3是允许利用虚拟参考站进行连续的高精度导航的第一示例性系统的示意性方框图。 

系统包括无线通信终端310和服务器350。 

无线通信终端310可以是例如移动电话或笔记本电脑。终端310包括处理器311以及连接到该处理器311的存储器312、收发器(TRX)317和用户接口(UI)318。 

处理器311还连接到GNSS接收器320。GNSS接收器320可以集成在终端310中。可选地，GNSS接收器320也可以是或属于与终端310相连的附属设备。此选项在图3中用GNSS接收器320和终端310中的其他部件之间的虚线来指示。GNSS附属设备可以通过任何合适的链接(例如，物理连接或Bluetooth^TM链接等)与用户设备310相连。 

处理器311配置用来执行实现的计算机程序代码。存储器312存储计算机程序代码，这些代码可以由处理器311取回以执行。所 存储的程序代码包括GNSS定位代码313，该代码包括用于常规粗略的基于GNSS的定位的功能模块。所存储的程序代码还包括高精度定位代码314，该代码包括用于请求进行VRS测量的功能模块、用于处理软VRS移交的功能模块以及用于进行实际的高精度定位的功能模块。存储器312还提供数据存储部分315，该部分可以由处理器311进行访问。 

应该明白，执行程序代码313和314的处理器311的功能也能够用终端310中的硬件(例如，以集成电路芯片的相应配置部分的形式)来实现。此外，应该明白，在备选实施例中，由处理器311实现的一些功能可以由例如GNSS接收器320来实现。 

收发器317通过无线链接能够与其他设备进行通信。收发器317可以属于例如终端310的蜂窝引擎并且支持对蜂窝通信网络的访问，或者，收发器317可以属于终端310的WLAN引擎并且支持对WLAN的访问。可选地，收发器317也能够利用任何已知技术与单独的服务器进行例如无线链接。 

用户接口318可以提供输入和/或输出功能。其可以包括例如按键、触摸板、显示器、扬声器等。 

服务器350可以是例如网元，诸如蜂窝通信网络或WLAN中的基站，或者是与此类基站相链接的服务器。不过应该明白，它也可以是单独的服务器。 

服务器350包括处理器351以及与该处理器351相连接的存储器352和接口357。 

处理器351还与GNSS接收器360相连接。GNSS接收器360包括天线，该天线在某个精确已知的位置处有一个参考点。GNSS接收器360可以集成在服务器350中。可选地，GNSS接收器360也可以属于某个单独设备，诸如与服务器350相连接的位置测量单元(LMU)。此备选方式在图3中用GNSS接收器360和服务器350的其他部件之间的虚线来指示。位置测量单元可以使用任何合适的链接(例如，有线连接)与服务器350相连。 

处理器351配置用来执行实现的计算机程序代码。存储器352存储计算机程序代码，这些代码可以由处理器351取回以执行。所存储的程序代码包括高精度定位支持代码353，该代码包括用于生成虚拟参考站的功能模块和用于流式传输对多个虚拟参考站的测量数据的功能模块。 

应该明白，执行程序代码353的处理器351的功能也能够用终端350中的硬件(例如，以集成电路芯片的相应配置部分的形式)来实现。此外，应该明白，在其他实施例中，由处理器351实现的一些功能可以由例如GNSS接收器360来实现。 

接口357支持与终端310的直接或间接的通信。如果服务器350是例如无线通信网络中的基站，那么接口357可以是收发器，它使得终端310能够访问无线通信网络。如果服务器350是另一网元，则接口可以是到其他网元的接口，这些网元将服务器连接到可以由终端310进行访问的无线通信网络的基站上。 

GNSS接收器320、360均配置用来作为正常的GNSS接收器而工作。就是说，它们配置用来接收、获取、跟踪和解码由属于一个或多个GNSS(像GPS和Galileo)的卫星所发送的信号。基于解码信号中的导航信息以及基于对接收到的信号的测量，处理器311还能够利用程序代码313以已知的方式计算GNSS接收器320的天线参考点的粗略位置。 

然而，对于特定应用，也许需要非常精确地确定GNSS接收器320的天线参考点的位置。为此，使用增强型高精度定位，如图4中的流程图所示。 

高精度定位可以由例如用户通过用户接口318来启动，其使得处理器311执行程序代码314。 

利用计算机程序代码313(该代码可以由程序代码314调用)，终端310中的处理器311基于所接收到的卫星信号中的导航信息，首先确定GNSS接收器320的粗略位置估计。利用计算机程序代码314，终端310中的处理器311进一步产生进行VRS测量的请求， 该请求通过收发器317发送到服务器350(步骤410)。该请求包含对粗略位置估计的指示。另外，该请求可以指示期望对何种信号类型进行VRS测量。此外，请求GNSS接收器320提供对所有可见卫星的载波相位测量数据。 

服务器350中的处理器351通过接口357接收请求。利用程序代码353，处理器351生成在所接收到的粗略位置估计的位置处的虚拟参考站VRS k，并向GNSS接收器360请求对卫星信号的载波相位测量数据(步骤450)。它可以请求具体对所指示的信号类型进行这种测量。处理器351将接收到的针对GNSS接收器360的已知位置的载波相位测量数据转换成针对虚拟参考站VRS k的载波相位测量数据。 

处理器351通过接口357将所确定的载波相位测量数据流式传输到终端310(步骤451)。所提供的数据还可以包括其他信息。如果所生成的虚拟参考站不是精确地在与GNSS接收器320的位置估计相对应的位置处，那么这种信息也可以包括虚拟参考站的精确位置。 

用户设备310中的处理器311通过收发器317从服务器350接收消息，其现在能够利用双差观测来进行相对定位的计算。双差观测由接收自服务器350的针对虚拟参考站的载波相位测量和接收自GNSS接收器320的载波相位测量构成(步骤411)。 

相对定位计算的目标是求解双差整周模糊度。此问题的公式表述产生下列示例性测量方程： 

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}},---\left(1\right)$

其中，φ_kr ^pq是由 ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}=({\mathrm{\φ}}_k^p-{\mathrm{\φ}}_r^p)-({\mathrm{\φ}}_k^q-{\mathrm{\φ}}_r^q)$ 定义的双差可观测量，而φ_k ^p，φ_r ^p，φ_k ^q，φ_r ^q是已获得的由参考站k(VRS)和漫游者r(GNSS接收器320)对来自卫星p和q的信号所进行的载波相位测量数据。此外，ρ_kr ^pq是由下式所定义的几何距离的差： 

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}=({\mathrm{\ρ}}_k^p-{\mathrm{\ρ}}_r^p)-({\mathrm{\ρ}}_k^q-{\mathrm{\ρ}}_r^q),---\left(2\right)$

$=\left(\right||\underset{\‾}{x^p}-\underset{\‾}{x_k}||-||\underset{\‾}{x^p}-(\underset{\‾}{x_k}-\underset{\‾}{b})|\left|\right)-\left(\right||\underset{\‾}{x^q}-\underset{\‾}{x_k}||-||\underset{\‾}{x^q}-(\underset{\‾}{x_k}-\underset{\‾}{b})|\left|\right)$

其中，x ^p 和x ^q 分别是卫星p和q的已知位置。x _k 是参考站(VRS)的已知位置，而b＝x _k -x _r 是待确定的未知基线。最后，λ、N_kr ^pq和ε_kr ^pq分别是波长、未知的双差模糊度(注意， $N_{\mathrm{kr}}^{\mathrm{pq}}\∈\ℵ$ )和双差测量噪声。 

应该注意，为了清楚起见，方程中省略了时间变量。然而，确定基线时需要考虑不同的测量时刻和接收器之间的飞行时间差。此外，应该注意，所给出的方程(1)是测量方程的简化形式，该方程可以以各种方式进行修改和扩展。 

可以用任何合适的方法来求解方程(1)，求解方程(1)可以得到固定的基线估计 

和双差模糊度 

如上所述，使用双差的优点是，两个接收器中的给定卫星信号所共有的误差在求双差时抵消了。这种共有误差的例子包括：卫星时钟偏差以及对流层和电离层引入的误差。 

最后，通过从所获得的虚拟参考站的精确坐标中减去基线向量，处理器311可以确定GNSS接收器320的精确的绝对位置，或者更具体地说是其天线参考点的绝对位置(步骤412)。 

这一点也显示在图5中。图5是一个示意图，其中将终端310表示为位置x _r 处的漫游者r。另外，将虚拟参考站表示为位置x _k 处的VRS k。在使用双差可观测量φ_kr ^pq确定漫游者r和虚拟参考站VRS k之间的基线b _rk 之后(在图5中省略了卫星上标p和q)，可以将漫游者r的位置确定为x _r ＝x _k +(-b _rk )。 

通过用户接口318可以将GNSS接收器320的绝对位置的指示提供给例如用户。 

处理器311检查所确定的基线的长度是否超过了预定长度(步骤413)。只要没有超过，处理器311就利用所求解出的双差整周模糊度和新的载波相位测量数据以高精度来跟踪基线中的变化(步骤414)，并相应地更新GNSS接收器320的绝对位置(步骤412)。 

然而，当处理器311判断出所确定的基线的长度超过了预定长度时(步骤413)，其向服务器350请求新的虚拟参考站(步骤415)。该请求包括GNSS接收器320的当前位置。 

一旦接收到新VRS请求，处理器351就生成在GNSS接收器320的当前位置所指示的位置处的新虚拟参考站VRS m(步骤452)。此时，处理器351将在一定时间段接收到的针对GNSS接收器360的已知位置所进行的载波相位测量数据转换为针对旧虚拟参考站VRS k的载波相位测量数据以及转换为针对新虚拟参考站VRS m的载波相位测量数据。在图5中同样指示了位置x _m 处的VRS m。 

处理器351将所确定的对虚拟参考站VRS k和VRS m的载波相位测量数据流式传输到终端310(步骤453)。所提供的数据还可以包括其他信息。因此，要求服务器350和软件代码353所实现的协议支持将至少两个虚拟参考站捆绑到单个终端。 

终端310中的处理器311现在能够求解双差整周模糊度并以简化方式为新虚拟参考站确定基线(步骤416)，例如如下所述。 

GSNN接收器320(漫游者r)和旧虚拟参考站VRS k之间的基线b _rk 以及相关的双差整周模糊度是已知的。因此，运用到基卫星1和另一个卫星q这一示例性卫星对的测量方程(1)的所有参数都是已知的： 

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}=({\mathrm{\φ}}_r^l-{\mathrm{\φ}}_k^l)-({\mathrm{\φ}}_r^q-{\mathrm{\φ}}_k^q)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}$

$=({\mathrm{\ρ}}_r^l-{\mathrm{\ρ}}_k^l)-({\mathrm{\ρ}}_r^q-{\mathrm{\ρ}}_k^q)+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}---\left(3\right)$

$=\left(\right||\underset{\‾}{x^l}-(\underset{\‾}{x_k}-\underset{\‾}{b_{\mathrm{rk}}})||-||\underset{\‾}{x^l}-\underset{\‾}{x_k}|\left|\right)-\left(\right||\underset{\‾}{x^q}-(\underset{\‾}{x_k}-\underset{\‾}{b_{\mathrm{rk}}})||-||\underset{\‾}{x^q}-\underset{\‾}{x_k}|\left|\right)+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}$

此时，由于投入使用新虚拟参考站VRS m，因此对虚拟参考站VRS k和VRS m而言，对同一对卫星可以给出相应的测量方程。在该方程中，虚拟参考站VRS k和VRS m之间的基线b _km 的向量可以由 x _m -x _k 来代替，因为已经得到了两个虚拟参考站的精确位置x _k 和x _m ： 

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}=({\mathrm{\φ}}_k^l-{\mathrm{\φ}}_m^l)-({\mathrm{\φ}}_k^q-{\mathrm{\φ}}_m^q)={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}$

$=({\mathrm{\ρ}}_k^l-{\mathrm{\ρ}}_m^l)-({\mathrm{\ρ}}_k^q-{\mathrm{\ρ}}_m^q)+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}---\left(4\right)$

$=\left(\right||\underset{\‾}{x^l}-\underset{\‾}{x_k}||-||\underset{\‾}{x^l}-\underset{\‾}{x_m}|\left|\right)-\left(\right||\underset{\‾}{x^q}-\underset{\‾}{x_k}||-||\underset{\‾}{x^q}-\underset{\‾}{x_m}|\left|\right)+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}$

另外，此方程中的双差可观测量φ_km ^lq可以根据所接收到的针对两个虚拟参考站VRS k、VRS m的载波相位测量数据来计算。此外，由于两个虚拟参考站VRS k、VRS m向处理器311提供了某段时间 的测量数据，所以可以滤掉测量噪声ε_km ^lq。因此可以简单地求解与两个虚拟参考站之间的基线相对应的双差模糊度N_km ^lq。 

在图5中同样给出了基线b _km 和该基线的双差可观测量φ_km ^lq(省略了卫星标识符)。 

基于来自方程(3)的已知参数、通过方程(4)可以获得的参数以及GNSS接收器320和新虚拟参考站VRS m的双差可观测量φ_km ^lq，可以使用例如下面的方程来获得与GNSS接收器320(漫游者r)和新VRS m之间的基线b _rm 相对应的双差整周模糊度N_rm ^lq，不用做冗长的初始化： 

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{rm}}^{\mathrm{lq}}=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}\\ {\mathrm{\φ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}\\ {\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}\end{array}\right]+\mathrm{\λ}\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}\\ N_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rk}}^{\mathrm{lq}}\\ {\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{km}}^{\mathrm{lq}}\end{array}\right],---\left(5\right)$

$={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rm}}^{\mathrm{lq}}+\mathrm{\λ}{N}_{\mathrm{rm}}^{\mathrm{lq}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rm}}^{\mathrm{lq}}$

其中， 

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{rm}}^{\mathrm{lq}}=\left(\right||\underset{\‾}{x^l}-(\underset{\‾}{x_m}-\underset{\‾}{b_{\mathrm{rm}}})||-||\underset{\‾}{x^l}-\underset{\‾}{x_m}|\left|\right)-\left(\right||\underset{\‾}{x^q}-(\underset{\‾}{x_m}-\underset{\‾}{b_{\mathrm{rm}}})||-||\underset{\‾}{x^q}-\underset{\‾}{x_m}|\left|\right)---\left(6\right)$

N_rk ^lq和N_km ^lq可以映射为N_rm ^lq，然后，就可以求解出基线b _rm ，因为，φ_rm ^lq是已知的。这个基线的解b _rm 可以与b _rk +b _km 进行相互校验，从而确保解是成功的。因此，求解方程(6)的唯一条件是，终端310在短时间内从两个虚拟参考站VRS k和VRS m接收到测量数据。 

在图5中同样给出了基线b _rm 和这个基线的双差可观测量φ_rm ^lq(省略了卫星标识符)。 

应该注意，也有可能直接基于方程(1)来求解与漫游者r和新VRS m之间的基线b _rm 相对应的双差整周模糊度，因为，基线 b _rm ＝b _rk +b _km 是已知的。然而，上述方法的优点是，方程(4)是基于来自服务器350的对虚拟参考站所做的完美的计算测量。因此，与直接求解与b _rm 相对应的模糊度的情形相比，由于噪声较小，使用该方程求解出的模糊度更可靠。 

一旦确定了新的整周模糊度，到第一虚拟参考站VRS k的数据管道就可以关闭。就是说，在预定(或者适应性确定的)时间段之 后，服务器350中的处理器351可以停止确定针对旧虚拟参考站的测量数据，并只将针对新虚拟参考站的测量数据流式传输到终端310(步骤454)。 

处理器311此时可以通过从所获得的新虚拟参考站的精确坐标中减去到新虚拟参考站的基线向量来再次确定GNSS接收器320的精确的绝对位置(步骤417)。 

此绝对定位也显示在图5中：当确定了GNSS接收器320(漫游者r)和新虚拟参考站(VRS m)之间的基线b _rm 时，可以将漫游者r的位置高精度地确定为x _r ＝x _m +(-b _rm )。 

处理器311检查所确定的基线的长度是否超过了预定长度(步骤418)。只要没有超过，处理器311就利用所求解出的双差整周模糊度和新的载波相位测量数据以高精度来跟踪基线中的变化(步骤419)，并相应地更新GNSS接收器320的绝对位置(步骤417)。 

然而，一旦处理器311判断出所确定的基线的长度超过了预定长度(步骤418)，过程就可以继续执行步骤415。 

应该明白，不要求实时地进行定位计算。可选地，处理器311可以将所接收到的载波相位测量数据连同来自GNSS接收器320的相关载波相位测量数据一起存储起来，以便能够在终端310中或在外部实体中进行后处理。 

因此，所提出的方法的优点是，其允许在不同的虚拟参考站之间进行转换而不会在一段时间内失去高精度位置解。所提出的方法也减少了处理器负荷和电能消耗，因为不需要在每次改变虚拟参考站时对耗费大量计算的整周模糊度进行计算。 

执行程序代码314的处理器311所显示出的功能可以视为用于接收对第一参考站有效的数据的装置、用于在有限时间内并行接收对第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据的装置、用于接收对第二参考站有效的数据的装置、以及用于提供分别接收到的用于对包含卫星信号接收器的设备进行定位的数据、包含了对卫星信号的测量数据在内的第一参考站的数据和第二参考站的数据的装 置。可选地，程序代码314的功能模块所显示的功能可以视为此类装置。 

执行程序代码353的处理器351所显示出的功能可以视为用于提供对第一参考站有效的数据以将其传输到设备的装置、用于在有限时间内并行提供对第一参考站有效的数据和对第二参考站有效的数据以将其传输到所述设备的装置、以及用于提供对第二参考站有效的数据以将其传输到所述设备的装置，其中，第一参考站的数据和第二参考站的数据包括对卫星信号的测量数据。可选地，程序代码353的功能模块所显示的功能可以视为此类装置。 

尽管已经示出、描述和指出了如优选实施例中所运用的本发明的基本的新颖特征，但是应该明白，本领域中的技术人员可以对所述设备及方法的形式和细节做出各种省略、替换和改变而不偏离本发明的精神。例如，特别指出，以基本上相同方式执行基本上相同功能以获得相同结果的这些部件和/或方法步骤的所有组合均在本发明的范围内。此外，应该认识到，与本发明所公开的任何形式或实施例相联系的所示和/或所述的结构和/或部件和/或方法步骤可以结合到任何其他公开或描述或提出的形式或实施例中，作为一般的设计选择。所以，本发明只受到其附属权利要求书所指示的范围的限制。此外，在权利要求书中，装置加功能句式用来覆盖此处所描述的执行所述功能的结构，不仅包括结构上的等价物而且包括等价结构。 

Claims (16)

1.一种用于定位的方法，包括：

使用接收到的对第一参考站有效的对卫星信号的测量数据以及卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的基线的整周模糊度，以及用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的所述基线；

使用在有限时间内并行接收到的、对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据和对第二参考站有效的对卫星信号的测量数据，以及所述卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度；以及

使用接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据、所述卫星信号接收器提供的数据和求解出的所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度，以用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的所述基线。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述对卫星信号的测量数据包括对卫星信号的载波相位测量数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一参考站和所述第二参考站是虚拟参考站。

4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括存储包含接收到的对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据的数据和包含接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据的数据，以及包含对所述卫星信号接收器所接收到的卫星信号的测量数据的数据。

5.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在包含所述卫星信号接收器的设备的实时或准实时定位中使用所述接收到的对卫星信号的测量数据。

6.一种用于定位的装置，包括：

处理部件，配置用于使用接收到的对第一参考站有效的对卫星信号的测量数据以及卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的基线的整周模糊度，以及用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的所述基线；

所述处理部件配置用于使用在有限时间内并行接收到的、对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据和对第二参考站有效的对卫星信号的测量数据，以及所述卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度；以及

所述处理部件配置用于使用接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据、所述卫星信号接收器提供的数据和求解出的所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度，以用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的所述基线。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述对卫星信号的测量数据包括对卫星信号的载波相位测量数据。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述第一参考站和所述第二参考站是虚拟参考站。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述处理部件配置用于存储包含接收到的对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据的数据和包含接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据的数据，以及包含对所述卫星信号接收器所接收到的卫星信号的测量数据的数据。

10.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述处理部件配置用于在包含所述卫星信号接收器的设备的实时或准实时定位中使用所述接收到的对卫星信号的测量数据。

11.根据权利要求6或7所述的装置，还包括用户接口。

12.根据权利要求6或7所述的装置，还包括无线通信部件，其配置用于与另一设备进行通信。

13.根据权利要求6或7所述的装置，还包括所述卫星信号接收器。

14.根据权利要求6或7所述的装置，其中所述装置为无线通信终端。

15.一种用于定位的设备，包括：

用于使用接收到的对第一参考站有效的对卫星信号的测量数据以及卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的基线的整周模糊度，以及用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的所述基线的装置；

用于使用在有限时间内并行接收到的、对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据和对第二参考站有效的对卫星信号的测量数据，以及所述卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度的装置；以及

用于使用接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据、所述卫星信号接收器提供的数据和求解出的所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度，以用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的所述基线的装置。

16.一种用于定位的系统，包括：

第一设备，具有：

用于使用接收到的对第一参考站有效的对卫星信号的测量数据以及卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的基线的整周模糊度，以及用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第一参考站之间的所述基线的装置；

用于使用在有限时间内并行接收到的、对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据和对第二参考站有效的对卫星信号的测量数据，以及所述卫星信号接收器提供的数据，以用于求解所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度的装置；以及

用于使用接收到的对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据、所述卫星信号接收器提供的数据和求解出的所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的基线的整周模糊度，以用于跟踪所述卫星信号接收器和所述第二参考站之间的所述基线的装置；以及

第二设备，具有：

用于提供对第一参考站有效的对卫星信号的测量数据以便传输给所述第一设备的装置；

用于在有限时间内并行提供对所述第一参考站有效的对卫星信号的测量数据和对第二参考站有效的对卫星信号的测量数据以便传输给所述第一设备的装置；以及

用于提供对所述第二参考站有效的对卫星信号的测量数据以便传输给所述第一设备的装置。

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