CN102326092A - 用于组合使用标准rtk系统与全球载波相位差分定位系统的导航接收器和方法 - Google Patents

用于组合使用标准rtk系统与全球载波相位差分定位系统的导航接收器和方法 Download PDF

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Abstract

提供一种用于计算本地定位系统（150）与广域卫星定位系统（100）之间的偏移的移动卫星导航接收器（142）。移动卫星导航接收器（142）确定移动卫星导航接收器（142）相对于第一本地定位系统（150）的位置的第一解，其中第一本地定位系统（150）包括已知位置处的一个或多个参考接收器（122）。移动卫星导航接收器（142）确定卫星导航接收器（142）相对于广域差分卫星定位系统（100）的位置的第二解。然后，移动卫星导航接收器（142）计算第一解与第二解之间的偏移。

Description

用于组合使用标准RTK系统与全球载波相位差分定位系统的导航接收器和方法
相关申请
本申请是2006年1月31日提交的美国专利申请系列号11/345,124的继续部分，该美国专利申请系列号11/345,124是2004年1月13日提交的美国专利申请系列号10/757,340、现在是2006年10月10日公布的美国专利号7,119,741的继续部分。通过引用将每个前述申请的内容全文合并于此。
技术领域
所公开的实施方式通常涉及标准RTK系统与全球载波相位差分定位系统的组合使用。
背景技术
全球定位系统（GPS）使用太空中的卫星来定位地球上的对象。GPS使用来自于卫星的L频带信号，该信号由GPS接收器跟踪并且用于确定GPS接收器的位置。当前，两类GPS测量值在民用GPS接收器内可用于被跟踪的每个GPS卫星的每个载波信号。该两类GPS测量值是伪距和积分载波相位。这两类测量值分别对于具有1.5754 GHz和1.2276 GHz的频率的两个载波信号L1和L2中的每个可用。这两个频率的波长分别是0.1903 m和0.2442 m。伪距测量值（或码测量值）是所有类型的GPS接收器可以产生的基本GPS可观察量。它利用被调制到载波信号上的C/A或P伪随机码。伪距测量值记录相关码从卫星到接收器传播所花的视时（apparent time）即信号根据接收器时钟到达接收器的时间减去信号根据卫星时钟离开卫星的时间。通过在信号到达接收器时对信号的重构载波进行积分来获得载波相位测量值。因此，载波相位测量也是对渡越时间（transit time）差的测量，其由信号根据卫星时钟离开卫星的时间以及该信号根据接收器时钟到达接收器的时间来确定。然而，因为当接收器开始跟踪信号的载波相位时不知道卫星与接收器之间的渡越中的整周（whole cycle）的初始数量，所以从载波相位获得的渡越时间差通常将有多个载波周期的误差，即在载波相位测量值中存在整周模糊度。
通过将每个信号的传播时间与光速相乘来计算GPS接收器与多个卫星中的每个之间的范围或距离。这些范围通常称作伪距（假范围），因为接收器时钟通常具有在测量范围中引起共同偏差的显著时间误差。作为常规导航计算的部分，连同接收器的位置坐标一起求解来自于接收器时钟误差的该共同偏差。各种其他因素也可以导致计算范围中的误差或噪声，包括星历误差、卫星时钟定时误差、大气影响、接收器噪声和多径误差。在单独的GPS导航中，如果接收器从多个卫星获得码和/或载波相位范围而没有来自于任何参考站的修正益处，则接收器在可用于降低范围中的误差或噪声的方法中非常受限。
为了消除或降低系统性误差，通常在GPS应用中使用差分操作。差分GPS（DGPS）操作通常涉及位于已知站点（有时称作基站）处的一个或多个参考接收器以及用户接收器与参考接收器之间的通信链路。参考接收器用于生成与上述某些或全部误差类型相关联的修正，并且通过通信链路向用户接收器发送这些修正。然后，用户接收器将修正应用于其自己的测量值或位置，从而获得更准确的计算位置。来自于各个参考接收器的修正可以是对在参考站点处确定的参考接收器位置的修正的形式或对特定GPS卫星时钟和/或轨道的修正的形式。使用载波相位测量值的差分操作经常称作实时动态（RTK）定位/导航操作。
差分GPS（DGPS）的基本概念是利用GPS测量值中固有误差的空间和时间的相关性。因此，这些修正消除或显著减轻了伪距和/或载波相位测量值中的大部分噪声源。减轻的量取决于用户与参考接收器处误差源之间的相关性。虽然GPS卫星时钟定时误差（作为关于伪距或载波相位测量值的偏差出现）在参考接收器与用户接收器之间完全相关，但是大部分其他误差因素不是相关的，就是相关性作为它们之间距离的函数而减小。
为了克服广域应用中DGPS系统内的误差源，已经开发了各种地域、广域或全球DGPS（有时称作WADGPS）技术。典型的WADGPS包括与计算中心或集中器通信的多个参考站的网络。在集中器处基于参考站的已知位置和它们采用的测量值来计算误差修正。然后，经由诸如卫星、电话或无线电之类的通信链路向用户传输计算的误差修正。通过使用多个参考站，WADGPS提供对误差修正更准确的估计。
已经开发了多个不同技术以使用GPS载波相位测量值来获得高准确性差分导航。具有最高准确性的技术是RTK技术，其产生约一厘米的典型准确性。然而，为了获得该准确性，必须确定差分载波相位测量值中的整周模糊度。当用户接收器与参考接收器之间的距离（基线距离）短时，RTK技术非常有利，因为在该情况中，可以不仅准确地而且快速地解算整周模糊度。另一方面，当基线距离超过几十千米时，确定整周模糊度可能变得不可能并且不能实现常规RTK准确性。RTK技术的另一限制是其需要在参考接收器与导航接收器之间维持本地无线电链路以及时地提供修正或测量数据。
采用载波相位差分方法的WADGPS技术也可以实现非常高的导航准确性。WADGPS差分技术通常其特征也在于可靠的长距离低频通信链路或可靠的卫星通信链路。因此，通常可以向导航接收器传送修正而没有显著的中断。然而，WADGPS技术通常将整周模糊度视作实值（非整数）变量并且对“浮点模糊度”求解，这通常定义得非常差，直到已经获得覆盖显著卫星几何改变的时间间隔的测量数据为止。因此，在WADGPS应用中，可能需要一个或两个小时那样长的时间间隔来利用足够的准确性对“浮点模糊度”求解，以产生具有小于（即，好于）10厘米准确性的导航位置。
发明内容
某些实施方式包括一种用于组合标准RTK和WADGPS导航技术的使用使得每种技术的弱点都可以由另一技术的优势来补充的方法。WADGPS技术的主要劣势在于导航接收器花费长的消逝时间（有时超过一小时）来确定具有足够准确性的浮点模糊度值。这些浮点模糊度是为将载波相位测量值转换为准确的范围测量值所需的。RTK技术的主要劣势在于：其需要用户GPS接收器与参考GPS接收器之间的实时（通常是直线对传（line of site））数据链路；以及而且，仅在参考GPS接收器与用户GPS接收器之间的间隔距离相对短时才可以确定整周模糊度。
这些单独的劣势可以通过根据本发明的一个实施方式而将RTK和WADGPS导航技术的使用组合来移除。该方法包括使用用户接收器的已知位置来初始化WADGPS系统中的浮点模糊度值以避免长“捕捉（pull-in）”时间。当用户接收器已经静止时，用户接收器的已知位置可以是调查位置或从之前操作获得的位置。当用户接收器正在移动时，可以使用RTK系统来获得已知位置。
因此，在组合操作中，当用于RTK导航的通信链路可用时，可以从RTK系统并且从后台运行的WADGPS码导航解两者获得用户接收器的位置、速率和时间（PVT）输出，并且它们的输出可以用于学习WADGPS数据值与相应的本地RTK参考数据值之间的偏移。在已经确定该偏移之后，可以随后使用由该偏移调整的RTK PVT输出以初始化WADGPS系统。或者，当丢失用于RTK导航的通信链路时，或当用户接收器离参考站太远而不能初始化RTK系统时，可以将之前确定的偏移应用于来自于WADGPS解的PVT输出以获得相对于RTK基准（datum）的准确位置。经由RTK系统的WADGPS的初始化避免了在用户GPS接收器的位置未知时对浮点模糊度值求解所需的常规15分钟到两个小时的“捕捉”时间。该组合系统提供了来自于WADGPS系统的非常准确的PVT解，而RTK系统是不可用或不准确的，并且使WADGPS技术对于实时高准确性定位和导航目的而言更实用。
某些实施方式提供了一种方法，其在移动卫星导航接收器处用于计算本地定位系统与广域卫星定位系统之间的偏移。该移动卫星导航接收器确定移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中该第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器。该移动卫星导航接收器确定卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解。该移动卫星导航接收器然后计算第一解与第二解之间的偏移。
某些实施方式提供了一种移动卫星导航接收器，其包括：信号接收器，用于接收导航卫星信号；存储器；一个或多个处理器；以及存储在存储器中的一个或多个程序。该一个或多个程序包括指令，所述指令用于：确定移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器；确定卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解；以及计算第一解与第二解之间的偏移。
某些实施方式提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，该一个或多个程序被配置用于由移动卫星导航接收器中的一个或多个处理器执行。该一个或多个程序包括指令，所述指令用于：确定移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器；确定卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解；以及计算第一解与第二解之间的偏移。
附图说明
图1是根据某些实施方式的、WADGPS系统、本地定位系统以及本地RTK系统的组合的框图。
图2是根据某些实施方式的、耦合至用户GPS接收器的计算机系统的框图。
图3A是示出了根据某些实施方式的、用于组合WADGPS系统、本地定位系统、本地RTK系统和/或本地定位系统的使用的方法的框图。
图3B是示出了根据某些实施方式的、用于使用本地RTK系统更新接收器位置的方法的流程图。
图4A是示出了根据某些实施方式的、使用WADGPS系统和本地RTK系统进行组合操作的过程流的流程图。
图4B是示出了根据某些实施方式的、使用本地定位系统、本地RTK系统和/或WADGPS系统的过程流的流程图。
图5是示出了根据某些实施方式的、其中可以使用组合操作的情况的图示。
图6是示出了根据某些实施方式的移动卫星导航接收器的框图。
图7是表示根据某些实施方式的、用于计算本地定位系统与广域差分卫星定位系统接收器之间偏移的方法的流程图。
同样的参考标号表示遍及附图的相应部分。
具体实施方式
本地定位系统与广域差分定位系统的组合使用
图1示出了根据本发明一个实施方式的广域或全球差分GPS（WADGPS）系统100。如图1所示，WADGPS系统100包括参考站120的网络，每个参考站120都具有GPS接收器122和一个或多个处理集中器105。参考站120持续地向集中器105提供原始GPS可观察量以供处理。这些可观察量包括GPS码和载波相位测量值、星历表以及根据在参考站120处从多个卫星110接收的信号而获得的其他信息。参考站120放置在跨越广域101（诸如大陆，对于广域DGPS系统而言）或跨越地球（对于全球DGPS网络而言）的已知位置处。集中器105是处理GPS可观察量并计算DGPS连接的设施。如果提供多个独立的集中器，则它们在地理上分离并且并行操作是优选的。
WADGPS系统100可以由一个或多个用户（或用户设备或对象）140利用，每个用户140都具有用于定位和/或导航目的的用户GPS接收器142。在某些实施方式中，用户140通过RTK无线电链路与附近的参考站120相关联，使得用户接收器142和附近的参考站120形成本地RTK系统150。在某些实施方式中，用户140还可以与具有一个或多个地标176的本地定位系统174相关联。一个或多个地标176可以是有源的或无源的。一个或多个地标176的每个都可以具有GPS接收器122。
系统100还包括用于提供可靠传输机制的传统数据链路（未示出），该可靠传输机制用于从参考站120向集中器105发送GPS可观察量并且用于从集中器105向参考站120和用户140广播计算的修正。大陆的WADGPS系统通常具有约3到10个参考接收器，并且全球WADGPS系统通常具有约20到100个向集中器105馈送数据的参考接收器。在某些实施方式中，经由因特网从参考站120向集中器105发送GPS可观察量，并且还经由因特网从集中器向将上行链接到一个或多个卫星（未示出）的一个或多个陆地站（未示出）发送计算的修正，该一个或多个卫星然后广播计算的修正以供参考站120和用户接收器142接收。
在某些实施方式中，用户或对象140还配备有耦合至用户GPS接收器142的计算机系统144。如图2所示，计算机系统144包括中央处理单元（CPU）146、存储器148、一个或多个输入端口154、一个或多个输出端口156以及（可选的）用户接口158，它们通过一个或多个通信总线152彼此耦合。存储器148可以包括高速随机访问存储器并且可以包括非易失性大容量存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备或闪存设备。
存储器148优选地存储操作系统162、GPS应用过程164和数据库170。GPS应用过程164可以包括用于执行方法300的过程，如以下更详细地描述那样，方法300用于组合本地定位系统174、本地RTK系统150和/或WADGPS系统160的使用。存储在存储器148中的操作系统162以及应用程序和过程164由计算机系统144的CPU 146执行。存储器148优选地还存储在GPS应用过程164的执行期间使用的数据结构，包括GPS伪距和载波相位测量值168、从集中器接收的GPS修正172、以及在本文档中讨论的其他数据结构。
输入端口154用于从GPS接收器142接收数据、用于经由无线电链路124从本地定位系统174或本地RTK系统150中的参考站或地标120接收信息、以及用于经由卫星链路197从集中器105接收GPS修正和其他信息。输出端口156用于经由无线电链路124或声学或激光设备（未示出）向参考站或地标120输出数据。在某些实施方式中，计算机系统144的CPU 146和存储器148与GPS接收器142集成到单个外壳内的单个设备中，如图2所示。然而，此类集成不是执行本发明的方法所需的。
因此，用户或对象140可以同时或在不同时间从事三个不同的操作模式。用户或对象140可以以WADGPS模式、以RTK模式和/或以本地定位模式操作，其中在该WADGPS模式中用户或对象140使用WADGPS系统100定位自己或进行导航，在该RTK模式中用户或对象140使用本地RTK系统150定位自己或进行导航，而在该本地定位模式中用户或对象140使用本地定位系统174定位自己或进行导航。当用户或对象140接近其可以与之相关联的一个或多个地标176以及可以维持用户或对象140与一个或多个地标176之间的通信链路时，用户可以使用一个或多个地标176关于该一个或多个地标176来定位自己。当用户或对象140接近其与之相关联的参考站120以及可以维持用户或对象140与参考站1206之间的无线电链路时，用户可以使用本地RTK系统150关于参考站120来定位自己。本地定位系统174和本地RTK系统150比WADGPS系统100更有优势，因为它们更准确并且可以快速解算整周整数模糊度，如下文所解释的那样。
使用本地RTK系统150，当考虑到参考GPS接收器122和相关联的用户GPS接收器142关于n个卫星110进行测量时，该测量可以用于根据矩阵形式的以下等式来对用户或对象140的位置进行求解：
Figure 102327DEST_PATH_IMAGE001
其中是由关于n个卫星110的每个的差分载波相位测量值形成的载波相位测量矢量，
Figure 591395DEST_PATH_IMAGE003
是由与载波相位测量矢量中的每个差分载波相位测量值相关联的差分整数模糊度形成的整数模糊度，
Figure 813429DEST_PATH_IMAGE004
是由从用户或对象140去往n个卫星110的单位矢量形成的测量灵敏度矩阵，x是包括本地RTK系统150中从参考站120去往用户或对象140的位置矢量的实未知状态矢量（或实矢量），并且
Figure 163638DEST_PATH_IMAGE005
是由关于n个卫星110中每个的差分载波相位噪声形成的测量噪声矢量（或相位范围残差矢量）。
为了使用等式（1）对实矢量x进行求解，需要解算整数模糊度矢量N。已经开发了很多不同的方法来解算包括在整数模糊度矢量N中的整数模糊度值，并且这些方法通常使用搜索过程来发现满足某些标准的整数模糊度值的组合，所述标准诸如测量残差矢量
Figure 926058DEST_PATH_IMAGE006
的最小范数，
其中
Figure 999111DEST_PATH_IMAGE008
是对应于包括整数模糊度值组合的候选整数模糊度矢量
Figure 898934DEST_PATH_IMAGE009
的相位范围残差矢量，并且
Figure 402728DEST_PATH_IMAGE010
是等式（1）的最小二乘解，
Figure 438817DEST_PATH_IMAGE011
或，
Figure 2653DEST_PATH_IMAGE012
其中
Figure 389772DEST_PATH_IMAGE013
是由σ i形成的测量值协方差矩阵，其是使用传统方法计算的差分载波相位噪声
Figure 431678DEST_PATH_IMAGE014
的标准偏差。用于计算σ i的方法示例可以在2000年秋，GPS Solutions，Vol.4, No.2,第3-13页的Peter Bona的“Precision, Cross Correlation, and Time Correlation of GPS Phase and Code Observations”中找到，或者在2001年6月Dept. of Electrical Engineering, University of California ,Riverside ,CA的Yang,Y.,Ph.D.的论文“Tightly Intergrated Attitude Determination Methods for Low-Cost Inertial Navigation:Two-Antenna GPS and GPS/Magnetometer ”中找到,通过引用将两者合并于此。
搜索方法的其他示例可以在Proceedings of the KIS Symposium 1990, Banff, Canada的Hatch,R的“Instantaneous Ambiguity Resolution”中找到，通过引用将其合并于此，并且也可以在专利申请系列号10/338,264的共同拥有专利申请“Fast Ambiguity Resolution for Real Time Kinematic Survey and Navigation”中找到，也通过引用将其合并于此。
利用解算的整数模糊度，可以准确地计算用户接收器142的位置、速率和时间（PVT）作为本地RTK系统150的解。
使用本地定位系统174，可以准确地计算用户接收器142的位置、速率和时间（PVT）作为本地定位系统174的解。例如，可以使用信号的飞行时间和/或多普勒频移来确定相对于一个或多个地标的范围和角度信息。在2005年4月11日提交的美国专利申请系列号11/103,964、题目为“Improved Radar System for Local Positioning”中提供了确定本地定位系统中范围和角度信息的附加讨论，该专利申请的内容通过引用合并于此。此外，考虑到一个或多个地标176的一个或多个中的GPS接收器122和相关联的用户GPS接收器142关于n个卫星110进行的测量，该测量可以用于根据之前的等式对用户或对象140的位置求解。
尽管它们具有很多优势，但是本地定位系统174和/或本地RTK系统150可能不是在所有时间对用户或对象140可用，因为用户可以移动到离一个或多个地标176和/或参考站120太远或在一个或多个地标176和/或参考站120站点之外的位置，使得不能维持用户或对象140与地标和/或参考站之间的通信链路和/或无线电链路124。在这些情况中，不能通过考虑用户或对象140处与地标176和/或参考站120处的测量值之间的差，令人满意地移除电离层引入的误差。该误差影响针对整数模糊度矢量的上述搜索过程，因为其使得包括在测量残差矢量
Figure 587852DEST_PATH_IMAGE015
中的测量残差增加。
因此，在本地定位系统174和本地RTK系统150不可用或由于用户GPS接收器与地标和参考站之间大的分离而丢失其准确性的情况中，用户可能需要以WADGPS模式操作，在该模式中使用解算整数模糊度的不同方法。使用WADGPS系统100，每个整周模糊度被估计为实值（非整数）变量。该实践经常称作确定“浮点模糊度”值。用于确定“浮点模糊度”值的一个方法涉及：基于在用户或对象140处采用的原始GPS测量值来形成折射修正码和载波相位测量值，将载波相位测量值缩放到与码测量值相同的单位，并且从相应的码测量值减去每个经缩放的载波相位测量值以获得偏移值。在某些实施方式中，表示为P RC 的折射修正码测量值如下形成：
Figure 844563DEST_PATH_IMAGE016
其中P 1 和P 2 分别是在特定测量历元（epoch）对L1和L2频率f 1 和f 2 的原始伪距码测量值。表示为L RC 的折射修正载波相位测量值类似地如下形成：
Figure 453399DEST_PATH_IMAGE017
其中L 1 和L 2 是分别由L1和L2信号的波长缩放的载波相位测量值，并且每个都包括已被增加的近似整周模糊度以使得经缩放的载波相位测量值接近与相应码测量值相同的值。因此，
Figure 564574DEST_PATH_IMAGE018
其中
Figure 575256DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 543212DEST_PATH_IMAGE020
分别是在相同测量历元对L1和L2频率的原始载波相位测量值，并且已经在载波相位跟踪开始时由用户或对象140初始化了整周值N 1 和N 2 ，以给出在相应码测量值的一个载波波长内的值，从而使经缩放载波相位测量值与相应码测量值之间的差保持小。根据等式（7）的形式，要指出折射修正载波相位测量值包括具有由f 1 和f 2 的和（其约为2.803 GHz）确定的波长λ的整周模糊度，使得λ约为0.1070米（即，
Figure 577027DEST_PATH_IMAGE021
）。
因为已经根据等式（6）-（9）从码和载波相位测量值两者中移除了电离层影响并且卫星时钟和轨道误差对于伪距和载波相位测量值的影响是相同的，所以除了与载波相位测量值L RC 相关联的可能的整周模糊度和码测量值P RC 中的更高的多径噪声之外，在步骤310中获得的P RC 和L RC 值应该几乎是相同的。这允许通过跨越一系列测量历元平滑折射修正码测量值与折射修正载波相位测量值之间的偏移（O=P RC -L RC ）使得偏移成为对“浮点模糊度”的愈加准确的估值来解算L RC 中的整周模糊度。经平滑的偏移值可以进一步通过使用后缀测量残差来进一步调整以提供附加的载波相位测量值调整，使得经调整的测量残差近零。
在某些实施方式中，通过采用偏移的扩展平均来如下平滑偏移：
Figure 23052DEST_PATH_IMAGE022
其中i=1,2,3,…,用于表示测量历元，并且η的值是置信度值,其随着O i 成为浮点模糊度值的更准确估值而增加。在某些实施方式中,η等于i,直到达到平均的最大值为止。例如，如果假设载波相位测量值仅具有码测量值噪声的1/100，则“η”的值将限制为小于100的平方或10,000。因此可以递归地计算等式（10）直到达到浮点模糊度的预定准确性为止。
利用经平滑的偏移O i ，可以通过将当前测量历元的折射修正载波相位测量值与经平滑的偏移相加来获得经平滑的折射修正码测量值S，使得
Figure 91502DEST_PATH_IMAGE023
其具有载波相位测量值的准确性但没有相关联的模糊度。
考虑到用户GPS接收器142，针对多个卫星中的每个执行与等式（6）-（11）相关联的上述过程。考虑到用户GPS接收器142，利用可用于多个卫星中的每个的经平滑的折射修正码测量值，可以获得到这些卫星的伪距。利用从集中器105接收的WADGPS修正来调整这些伪距并且在加权的最小二乘解中使用这些伪距以计算状态矢量x。这样，可以计算用户GPS接收器142的位置、速率和时间（PVT）作为针对用户GPS接收器142的PVT的WADGPS解。
用于获得经平滑的、折射修正偏移的方法的其他示例可以在通过引用合并于此的、the Proceedings of the Third International Geodetic Symposium on Satellite Doppler Positioning, DMA, NOS, Las Cruces, N.M., New Mexico State University, Vol. II,第1213-1232页中的Hatch,R的“The Synergism of Code and Carrier Measurements”中找到，并且可以在也通过引用合并于此的、共同拥有的专利申请、代理人卷号009792-0042-999“Method for Generating Clock Corrections for a Wide-Area or Global Differential GPS System”中找到。
在最小二乘或卡尔曼滤波器解中将“浮点模糊度”值求解为独立状态也是可能的。当模糊度被包括作为状态时，根据方差调整每个浮点模糊度值的估计值，使得其随着系统几何形状由于卫星运动而改变时变得愈加准确。因此，该技术还随时间产生愈加准确的估值。参见，1991年春Navigation Vol.38,No.1中Patrick H.C.Hwang的名称为“Kinematic GPS for Differential Positioning:Resolving Integer Ambiguities on the Fly”的论文,通过引用将其合并于此。
存在可以用于估计“浮点模糊度”值的上述技术的很多组合和变型。然而，它们所有都涉及在显著时间间隔上处理数据。在可以确信“浮点模糊度”准确到足以在用户140的导航位置中产生小于10厘米的准确性之前，该时间间隔经常可以是一个或两个小时那样长。为了缩短用于获得“浮点模糊度”值的时间间隔，可以如下所述那样使用用户GPS接收器142的已知位置来初始化WADGPS系统。
图3A示出了用于初始化WADGPS系统100的方法300。如图3中所示，方法300包括其中确定用户是否在已知位置处静止的步骤310。这可以根据用户输入或经由允许计算机144确定用户接收器142是否已经静止的某些传统机制来完成。如果准确地知道用户接收器142的位置，则可以在没有本地定位系统174和/或本地RTK系统150辅助的情况下将该位置用于计算浮点模糊度值，如将在下面更详细地描述的。可以将用户GPS接收器142的调查位置用作已知位置，或在某些环境中，可以仅知道该位置，因为用户或对象140已经静止并且用户位置已经在之前操作期间确定。
响应于用户在已知位置处静止的确定，方法300前进到步骤320，在步骤320中用户接收器位置被设置为已知位置。否则，方法300前进到步骤330，在步骤330中使本地定位系统174和/或本地RTK系统150能够使用上面讨论的方法自动更新用户位置。
方法300还包括步骤340，在步骤340中将不论在步骤320还是在步骤330中确定的用户接收器位置用于计算到卫星110的理论范围的集合。这可以涉及基于来自于WADGPS系统100的广播星历表（ephemeredes）计算卫星110的位置并且通过由WADGPS系统100广播的轨道修正来调整这些位置。以笛卡尔坐标给定用户接收器位置和卫星位置两者，则从用户140到每个卫星110的理论范围可以如下计算：
Figure 230359DEST_PATH_IMAGE024
其中下标s表示卫星坐标并且下标u表示用户或对象接收器坐标。
方法300还包括步骤350，在步骤350中通过从计算的理论范围减去从关于同一卫星的折射修正载波相位测量值获得的范围来计算对应于每个卫星的初始浮点模糊度值a，使得，
Figure 250005DEST_PATH_IMAGE025
其中
Figure 499721DEST_PATH_IMAGE026
表示在起始测量历元处根据等式（7）计算的折射修正载波相位测量值。
方法300还包括步骤360，在步骤360中通过在后续测量历元中将初始浮点模糊度值与相应的折射修正载波相位测量值相加即
Figure 422678DEST_PATH_IMAGE027
以及通过将浮点模糊度值看作公知的来解算浮点模糊度值，使得置信度被设置为高（或方差被设置为低）。实际上，通过在用于确定浮点模糊度值的过程中使用小的增益值来调整浮点模糊度值而实现步骤360。例如，如果通过根据等式（10）平滑折射修正码测量值与折射修正载波相位测量值之间的偏移来确定浮点模糊度值，则小增益意味着将浮点模糊度值看作好像已经在计算它时使用了大量偏移值，使得η=i+（大数）。如果在卡尔曼滤波器过程中确定了模糊度值，则通过将模糊度状态的方差设置为小值来实现小增益。
因此，通过使用静止用户接收器142的已知位置，通过使用本地定位系统174和/或通过使用本地RTK系统150来初始化浮点模糊度值，避免了当用户接收器位置未知时对浮点模糊度值求解所需的常规十五分钟到两个小时的“捕捉”时间。这可以大大地加快用于解算WADGPS系统100中载波相位模糊度的过程，使得WADGPS系统100更适用于实时定位和/或导航目的。
为了使用本地定位系统174和/或本地RTK系统150在方法300中更新用户接收器位置，可以在WADGPS系统100中准确地确定本地定位系统174中一个或多个地标176的位置和/或本地RTK系统150中参考站120的位置。可以在相对意义上使用传统的本地定位系统或本地RTK系统，这意味着可以相对于一个或多个地标和/或参考接收器来确定用户接收器142的位置。这样，即使一个或多个地标或参考站的绝对坐标可能或可能不特别准确并且除常规GPS数据之外的坐标数据用于对地标和/或参考站定位，也可以获得用户GPS接收器142的准确相对位置。然而，对于本地定位系统174、RTK系统150和/或WADGPS系统100的组合使用而言，需要确定本地定位系统174中的一个或多个地标176和RTK系统150中的参考站120的绝对位置。如果将不正确的位置用于本地定位系统174中的一个或多个地标176或本地RTK系统150中的参考站120，则将使得如上所述计算的浮点模糊度值不正确。这将导致在后续WADGPS处理期间将浮点模糊度值缓慢调整到正确值时用户接收器142的计算位置的缓慢漂移。
在某些实施方式中，本地定位系统174中一个或多个地标176的平均位置和/或RTK系统150中参考站120的平均位置可以基于来自于WADGPS系统100的定位数据的小时来确定，以便增加可靠性。在某些实施方式中，一个或多个地标176中和/或参考站120处的计算机系统接受操作者针对其位置的输入值并且将该位置提供给用户140。这允许立即使用该参考位置开始相对本地定位和/或RTK定位。同时，一个或多个地标176和/或参考站120的更准确位置可以通过WADGPS系统100确定并且向一个或多个地标176和/或参考站120传输。然后，该更准确的位置或操作者输入位置与WADGPS系统100确定的一个或多个地标176和/或参考站120的更准确位置之间的偏移可以然后以相对低的速率向用户140传输。
图3B更详细地示出了方法300中的步骤330，在步骤330中使用本地定位系统174和/或本地RTK系统150来更新用户位置。如图3B所示，步骤330包括：子步骤331，在子步骤331中用户或对象140接收本地定位系统174和/或RTK系统150中参考站120的操作者输入位置；以及子步骤333，在子步骤333中用户或对象140执行本地定位和/或本地RTK操作以确定其自己相对于一个或多个地标176和/或参考站120位置的位置。步骤330还包括子步骤335，在子步骤335中用户或对象140接收由WADGPS系统100确定的参考站120的更准确位置或在参考站120的操作者输入位置与由WADGPS系统100确定的参考站120的更准确位置之间的偏移。步骤330还包括子步骤337，在子步骤337中用户或对象140使用地标和/或参考站的用户输入位置或由WADGPS系统100（如果可用的话）确定的一个或多个地标176和/或参考站120的位置而以笛卡尔坐标计算用户GPS接收器142的绝对位置。
可以通过使用方法300而获益的示例是在定位火车中。当火车穿过隧道时，本地定位系统链路、RTK链路和全球WADGPS链路将丢失。在该情况中，当火车从隧道中出来时可以建立本地定位系统数据链路和/或RTK数据链路以初始化WADGPS浮点模糊度值。这将避免否则为确定正确浮点模糊度值所需的长数据间隔。
可以通过使用方法300而获益的另一示例是在起飞之后马上对飞机定位中。在该情况中，可以将飞机准备起飞的飞机场处的本地定位系统和/或本地RTK系统用于在起飞之前或在起飞期间初始化WADGPS模糊度。
因此，包括用户GPS接收器142和耦合至用户GPS接收器142的计算机系统144的用户或对象140可以以本地定位模式、RTK模式和/或WADGPS模式来操作。本地定位系统174和本地RTK系统150比WADGPS系统更受欢迎，因为如上所讨论的针对本地定位系统174和本地RTK系统150的搜索过程比WADGPS系统100中用于解算整数模糊度值的平滑方法花费更少得多的时间。在该搜索过程中，不需要码测量值的平滑或者执行持续时间更短得多的码测量值的平滑，不是为了直接确定整周模糊度而是为了在整数模糊度值的初始集合中提供降低的不确定性，使得后续搜索过程可以受到更紧密的约束。出于该原因，仅几秒的数据就足以获得模糊度值的初始集合。
然而，本地定位系统174和/或本地RTK系统150仅在以下情况中可用：用户GPS接收器142与本地定位系统174中的一个或多个地标176和/或本地RTK系统150中的参考站120之间的通信链路可以维持并且用户或对象140不漫游得离本地定位系统174中的一个或多个地标176和/或本地RTK系统150中的参考站120太远。当不满足这些条件时即当本地定位系统174和/或本地RTK系统150不可用或不准确时，用户可以通过将本地定位系统174和/或RTK系统150最后确定的用户接收器位置用于初始化WADGPS系统使得避免获得“浮点模糊度”值的长“捕捉”时间来借助于WADGPS系统100进行导航。
图4示出了针对由用户计算机系统144执行的组合本地定位、RTK和WADGPS操作的过程流400。该过程流包括步骤440、450和460。如图4所示，当本地定位修正可用时，用户140以本地定位模式操作，并且当RTK修正可用时，用户140以RTK模式操作。用户140接收本地定位系统174和/或本地RTK系统150中地标/参考站120的位置401并且执行步骤440，在步骤440中使用从本地定位系统174中的地标176和/或本地RTK系统150中的参考站120接收的本地定位/RTK修正410来确定用户接收器的PVT。在执行步骤440期间，用户140可以继续从集中器105接收WADGPS修正420，使得WADGPS解可以在后台中生成。用户140也可以以相对低的速率从集中器105接收本地定位系统176中的地标176和/或本地RTK系统150中的参考站120的更新位置430。根据上面讨论的方法300，使用地标176和/或参考站120的更新位置以及用户接收器位置的本地定位/RTK解，可以在后台中连续初始化WADGPS解以与本地定位/RTK解一致。
当本地定位和RTK修正丢失时，用户140切换到WADGPS操作模式并且执行步骤450，在步骤450中根据上面讨论的方法300，用户140使用紧接在本地定位/RTK修正变得不可用于初始化WADGPS操作模式的浮点模糊度值之前以本地定位和/或RTK操作模式确定的用户接收器位置。这样，可以在没有长“捕捉”时间的情况下确定“浮点模糊度”值。在执行步骤450期间，用户140继续从集中器105接收WADGPS修正420。用户140也可以以相对低的速率从集中器105接收本地定位系统174中的一个或多个地标176和/或本地RTK系统150的参考站120的更新位置430。参考站坐标用于将以WADGPS模式生成的用户接收器位置转换为相对于一个或多个地标176和/或本地参考站120的位置。这样，用户计算机系统144生成的PVT结果将在不同的操作模式之间无缝转变。
当本地定位和/或RTK修正再次可用时，用户在步骤460中恢复本地定位和/或RTK操作，这类似于步骤440中的本地定位和/或RTK操作。
图4B是示出了用于使用本地定位系统、本地RTK系统和/或WADGPS系统的过程流470的流程图。如果可用，则可以根据从本地定位系统接收的信息来确定用户的位置（480）。如果可用，则可以根据从RTK系统接收的信息来确定用户的位置（482）。如果可用，则可以根据从WADGPS系统接收的信息来确定用户的位置（484）。可以初始化载波相位测量值中的浮点模糊度值（486）。过程470可以包括更少或附加的操作。两个或更多操作可以组合并且可以改变至少一个操作的位置。
在示例性实施方式中，用户GPS接收器142可以以第一操作模式操作，该第一操作模式在与本地定位系统176的通信可用时使用本地定位系统176来确定用户140的第一位置。可以根据使用WADGPS系统100以第二操作模式执行的载波相位测量来确定用户140的第二位置。用户140的已知位置诸如第一位置可以用于初始化载波相位测量值中的浮点模糊度值。在某些实施方式中，可以由用户提供和/或输入用户140的已知位置。
在某些实施方式中，如果第一操作模式可用，则其用于确定用户140的位置。然而，如果丢失与本地定位系统174的通信，则可以使用第二操作模式。如果到本地定位系统174的距离超过了诸如100 m、500 m、1000 m、10,000m或更多之类的值，则与本地定位系统174的通信可能丢失。
在某些实施方式中，可以基本上同时地执行第一操作模式和第二操作模式，并且将第一位置与第二位置之间的差用于初始化载波相位测量中的浮点模糊度值。在某些实施方式中，可以基本上同时地执行第一操作模式和第二操作模式，并且将第一位置与第二位置之间的差用于确定用户140的第三位置。用户的第三位置可以是根据从第三操作模式中的RTK系统150中的本地参考接收器122接收的信息。
在某些实施方式中，当丢失了与本地定位系统174的通信时可以使用第三操作模式，并且当与本地定位系统174的通信再次可用时可以使用第一操作模式。
在某些实施方式中，当丢失了与本地参考接收器122和本地定位系统174的通信时使用第二操作模式，当与本地定位系统174的通信可用时使用第一操作模式，并且其中当与本地参考接收器122的通信可用且丢失了与本地定位系统174的通信时使用第三操作模式。
在某些实施方式中，如果从本地定位系统174到用户140的距离大于第一值（诸如10,000 m），则使用第二操作模式，如果从本地定位系统174到用户140的距离小于第二值（诸如1000 m），则使用第一操作模式，并且如果从本地定位系统174到用户140的距离介于第一预定值与第二预定值之间，则使用第三操作模式。
过程400可以在很多应用中使用。一个应用涉及将本地定位系统和/或RTK操作扩展到以下区域中：不能维持与本地定位系统的通信链路和/或RTK无线电链路，但是WADGPS通信链路至少通常可用。例如，如图5所示，用户或对象140可以是在山丘区域501中成行520移动的农场车辆510，其中用户接收器142附接到该农场车辆或到连接至该农场车辆的农场设备。区域501包括从本地RTK系统150中的参考站120可见的区域503以及从参考站120不可见的区域（阴影）505和507。因为RTK通信链路通常是直线对传，所以每当用户GPS接收器142从区域503移动到区域505或507时,RTK数据就将丢失。但是用户接收器142与WADGPS系统100之间的数据链路通常是可用的，因为该数据链路经常由卫星促进。通过每当RTK无线电链路可用并且RTK系统150可操作时就在WADGPS系统100中初始化浮点模糊度，在RTK链路丢失时的那些间隔期间实际上可以保持RTK操作的准确性。
虽然已经在上面的描述中使用了图1中的WADGPS系统100，但是将理解，出于定位和/或导航目的而利用来自于卫星的载波相位测量值并且因此需要确定与相位测量相关联的模糊度值的任何地域、广域或全球系统也可以受益于上述的方法300。这些系统的示例包括John Deere公司开发的StarfireTM系统以及若干美国政府机构正在开发的地域高准确性国家差分（HA-ND）GPS系统。
在移动卫星导航接收器处确定偏移矢量
如上所述，本地定位系统（例如， RTK定位系统）和地域、广域或全球载波相位定位和/或导航系统（例如，WADGPS定位系统）的组合使用避免了在独立使用本地定位系统和广域定位系统时与它们相关联的劣势。为了使用上述技术，必须确定本地定位系统的参考基准与广域差分定位系统的参考基准之间的偏移矢量在指定的准确性内。然而，上述技术涉及专有本地定位系统，在该系统中相对于专有本地定位系统来确定移动卫星导航接收器（例如，图1中的GPS接收器142）的位置。结果，不能使用标准协议相对于其他本地定位系统（例如RTK）的基站来确定移动卫星导航接收器的位置，该标准协议诸如海运事业无线电技术委员会（RTCM）推荐标准RTCM 2.3/3.0和紧凑型测量记录MR/CMR+格式。此外，上述技术需要本地定位系统的专有基站从广域差分定位系统接收数据（例如，卫星定位信号等）。
因此，为了克服这些缺点，某些实施方式提供一种技术用于在移动卫星导航接收器处实时地确定本地定位系统的参考基准与广域差分定位系统的参考基准之间的偏移矢量。在这些实施方式中，基于移动卫星导航接收器处可用的信息来确定该偏移矢量。因此，本地定位系统的基站接收器（例如，RTK基站接收器）无需接收地域、广域或全球载波相位定位信号（例如，WADGPS信号）并且不需要使用专有协议来传输在本地定位系统的参考基准与广域差分定位系统的参考基准之间的偏移矢量。
注意，出于清楚的原因，此处描述的实施方式表示RTK定位系统和WADGPS定位系统。然而，应该指出，“RTK定位系统”通常表示本地定位系统。类似地，“WADGPS定位系统”通常表示地域、广域差分或全球载波相位定位系统。此外，术语“GPS”或“全球定位系统”在此处用于通常表示卫星定位系统。例如，卫星定位系统可以包括确定从GPS卫星、GLONASS卫星和/或Galelio卫星接收信号的移动卫星导航接收器的位置的卫星定位系统。而且，定位系统还可以包括导航能力（例如，路由等）。
在某些实施方式中，移动卫星导航接收器可以同时或在不同时间从事三个不同的操作模式。第一，移动卫星导航接收器可以以WADGPS模式操作，在该模式中移动卫星导航接收器使用WADGPS系统定位自己或进行导航。第二，移动卫星导航接收器可以以RTK模式操作，在该模式中移动卫星导航接收器使用本地RTK系统定位自己或进行导航。最后，移动卫星导航接收器可以以组合模式进行操作，在该模式中本地RTK系统是位置/速率/时间（PVT）信息的主要源，但是使用WADGPS系统的码导航模式正在后台中运行。在该模式中，双重操作用于学习本地RTK系统的参考基准与WADGPS系统的参考基准之间的偏移。一旦确定了该偏移，则可以将其用于初始化WADGPS浮点模糊度值并且可以避免长捕捉时间。此外，一旦已知该偏移在指定准确性内，其就允许WADGPS位置映射到与RTK解相同的参考基准。这允许WADGPS系统用于填充RTK解中的可用性中由于通信和/或距离问题的任何漏洞。
虽然移动卫星导航接收器接近RTK参考站并且移动卫星导航接收器与该参考站之间的通信链路是活动的，但是移动卫星导航接收器使用RTK系统来关于参考站（例如，图1中的参考站120）定位自己。使用RTK系统代替WADGPS系统是有利的，因为RTK系统更准确并且可以快速解算整周整数模糊度。
使用RTK系统，典型的过程是采用在移动卫星导航接收器（例如，图1中的GPS接收器140）和相关联的参考GPS接收器（例如，图1中参考站120的GPS接收器122）两者处可从每个卫星获得的测量值。然后，这些测量值用于形成码和载波相位测量值的二重差分。跨越两个卫星和两个接收器的该二重差分基本上减轻和/或消除了存在于GPS测量值中的很多系统性误差。经二重差分的码和载波相位可观察量以米为单位可以形成为：
Figure 732436DEST_PATH_IMAGE028
其中：下标i表示频率（例如，L1、L2或L5）；P i 和φ i 分别是码和载波相位可观察量；
Figure 740844DEST_PATH_IMAGE029
是二重差分运算符；ρ是从卫星到接收器的几何距离；
Figure 794250DEST_PATH_IMAGE030
是残差差分对流层偏差，其可以表示为残差天顶对流层延迟函数连同映射函数，该映射函数描述对流层延迟对从接收器到卫星的仰角的依赖性；
Figure 634030DEST_PATH_IMAGE031
是二重差分电离层偏差；
Figure 52373DEST_PATH_IMAGE032
是二重差分轨道延迟修正，该修正可以从网络RTK系统或广域扩大系统（WAAS）获得；λ i 和f i 分别是第i个载波频率的波长和频率；是针对第i个载波频率的二重差分整数模糊度；并且项
Figure 638130DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 332417DEST_PATH_IMAGE035
分别表示码和相位误差，包括接收器中的随机噪声和任何未建模的系统性误差，诸如多径、残差轨道误差等。
二重差分载波相位可观察量的线性化可以通过以下等式集合表示：
其中：V是历元k处的后拟合残差矢量；Z是前拟合残差，其基于当前历元的二重差分测量值;H是设计矩阵；并且X是估计的状态矢量，包括三个位置分量、残差电离层和对流层偏差以及双频或三频模糊度。估计的状态矢量X的值存储在卡尔曼滤波器状态中。在某些实施方式中，卡尔曼滤波器包括多个状态，包括但不限于：三个位置状态，每个对应于不同的方向或维度；残差对流层延迟状态；以及N-1个残差电离层延迟状态。卡尔曼滤波器状态可以可选地包括三个速率状态，每个对应于不同的方向或维度，并且可以可选地包括三个加速状态，每个对应于不同的方向或维度。在某些实施方式中，卡尔曼滤波器状态包括N-1个L1二重差分的模糊度状态、以及N-1个L2二重差分的模糊度状态，其中N是从其获得测量值的卫星的数量。在某些实施方式中，关于浮点模糊度的信息用于选择最可能产生成功搜索的那些部分模糊度组合并且作为将整周模糊度固定到正确整数值的结果导致更准确的RTK PVT解。这些实施方式在“Partial Search Carrier-Phase Integer Ambiguity Resolution”（2008年5月12日提交的美国专利申请系列号12/119,450）以及“Distance Dependent Error Mitigation in Real-Time Kinematic(RTK) Positioning”（2008年5月12日提交的美国专利申请系列号12/119,451）中更详细地描述，通过引用将两者全文合并于此。
尽管其具有很多优势，但是RTK系统可能对移动卫星导航接收器而言不是在所有时间都可用，因为移动卫星导航接收器可以移动到离RTK系统的参考站太远或在参考站视线之外的位置，使得移动卫星导航接收器与参考站之间的通信链路不能维持。在这些情况中，不能通过考虑移动卫星导航接收器处与参考站处测量值之间的差，令人满意地移除电离层引入的误差。这影响针对整数模糊度矢量的上述搜索过程，因为其使得测量残差增加并且正确模糊度变得更难确定。
因此，在本地RTK系统不可用或由于大的分离而已经丢失其准确性的情况中，移动卫星导航接收器可能需要以WADGPS模式操作，在该模式中，使用解算整数模糊度的不同方法。使用WADGPS系统，每个整周模糊度被估计为实值（非整数）变量。该实践经常称作确定“浮点模糊度”值。用于确定“浮点模糊度”值的一个技术涉及：基于在移动卫星导航接收器处采用的原始GPS测量值来形成折射修正码和载波相位测量值，将载波相位测量值缩放到与码测量值相同的单位，并且从相应的码测量值减去每个经缩放的载波相位测量值以获得偏移值。在某些实施方式中，表示为P RC 的折射修正码测量值如下形成：
Figure 966977DEST_PATH_IMAGE037
其中P 1 和P 2 分别是在特定测量历元对L1和L2频率f 1 和f 2 的原始伪距码测量值。表示为L RC 的折射修正载波相位测量值类似地如下形成：
Figure 299870DEST_PATH_IMAGE038
其中L 1 和L 2 是分别由L1和L2信号的波长缩放的载波相位测量值，并且每个都包括已经被增加的近似整周模糊度值以使得经缩放的载波相位测量值接近与相应码测量值相同的值。因此，
Figure 848663DEST_PATH_IMAGE039
其中
Figure 874388DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 141421DEST_PATH_IMAGE041
分别是在相同测量历元对L1和L2频率的原始载波相位测量值，并且已经在载波相位跟踪开始时由移动卫星导航接收器初始化了整周值N 1 和N 2 ，以给出相应码测量值的一个载波波长内的值，从而使经缩放载波相位测量值与相应码测量值之间的差保持小。根据等式（18）的形式，要指出折射修正载波相位测量值包括具有由f 1 和f 2 的和（其约为2.803 GHz）确定的波长λ的整周模糊度，使得λ约为0.107米（即，
Figure 510960DEST_PATH_IMAGE042
）。
因为已经根据等式（17）-（20）从码和载波相位测量值两者中移除了电离层影响并且卫星时钟和轨道误差对于伪距和载波相位测量值的影响是相同的，所以除了与载波相位测量值L RC 相关联的可能的整周模糊度和码测量值P RC 中的更高多径噪声之外，获得的P RC 和L RC 值应该几乎是相同的。这允许通过跨越一系列测量历元平滑折射修正码测量值与折射修正载波相位测量值之间的偏移（O=P RC -L RC ）使得偏移成为对“浮点模糊度”的愈加准确的估值来解算L RC 中的整周模糊度。经平滑的偏移值可以进一步通过使用后缀测量残差来进一步调整以提供附加的载波相位测量调整，使得经调整的测量残差近零。
在某些实施方式中，通过采用偏移的扩展平均来如下平滑偏移：
Figure 179839DEST_PATH_IMAGE043
其中i=1,2,3,…,用于表示测量历元，并且η的值是置信度值,其随着O i 成为浮点模糊度值的更准确估值而增加。在某些实施方式中,η等于i,直到达到平均的最大值为止。例如，如果假设载波相位测量值仅具有码测量值噪声的1/100，则“η”的值将限制为小于100的平方或10,000。因此可以递归地计算等式（21）直到达到浮点模糊度的预定准确性为止。
利用经平滑的偏移O i ，可以通过将当前测量历元的折射修正载波相位测量值与经平滑的偏移相加来获得经平滑的折射修正码测量值S，使得
Figure 376465DEST_PATH_IMAGE044
其具有载波相位测量值的准确性但没有相关联的模糊度。
在某些实施方式中，考虑到移动卫星导航接收器，针对多个卫星中的每个执行关于等式（17）-（22）描述的操作。考虑到移动卫星导航接收器，利用可用于多个卫星中每个的经平滑的折射修正码测量值，可以获得到这些卫星的伪距。利用从集中器接收的WADGPS修正来调整这些伪距并且在加权的最小二乘解中使用这些伪距以计算状态矢量。这样，可以计算移动卫星导航接收器的位置、速率和时间（PVT）作为针对移动卫星导航接收器的PVT的WADGPS解。
由于RTK系统和WADGPS系统之间的不同参考基准，需要以适当的准确性知道两个系统之间的偏移。由于RTK系统可以（作为一个选项）使用RTK参考站的自确定位置，所以其到WADGPS参考系的偏移可以是任意的。因此，为了组合RTK系统和WADGPS系统的使用，需要在RTK参考站和/或移动卫星导航接收器处确定该偏移。如上所述，可以通过从WADGPS参考坐标减去RTK参考坐标而在RTK参考站处获得该偏移。然后，通过通信链路向移动卫星导航接收器发送该偏移。该方法可以导致偏移的更快和更好的准确性，但是其将应用限制到仅那些包括WADGPS系统连同用于向移动卫星导航接收器传输该偏移的特殊RTK协议的RTK参考接收器。为了克服特殊RTK参考接收器的需要，某些实施方式在移动卫星导航接收器处确定偏移矢量。
可以如下获得两个坐标系之间的偏移。在移动卫星导航接收器处两个解是可用的。在移动卫星导航接收器处RTK解X RTK (t)可从RTK定位系统获得。此外，由从WADGPS集中器接收的WADGPS修正调整的折射修正伪距可以在加权的最小二乘解中使用以基于等式（17）计算来自于WADGPS系统的码解
Figure 865215DEST_PATH_IMAGE045
。这两个解可以用于如等式（23）所示在移动卫星导航接收器处实时地计算WADGPS码解与RTK解之间的位置偏移DX(t)。然而，偏移矢量的准确性可能由于折射修正码中的噪声而有噪声。因此，为了产生稳定的偏移值，某些实施方式在时段上对偏移进行平均。等式（24）-（26）可以在智能平均过程中使用以逐个历元地改进偏移的准确性。
Figure 805489DEST_PATH_IMAGE046
在等式（24）-（26）中，COV — (t)是时间t处偏移的预测方差，q是动态噪声（例如，q通常具有大约10-8到10-9的值），
Figure 328875DEST_PATH_IMAGE047
是时间t处平滑的偏移，R2是码导航解的方差（例如，方差R2通常约为几米或更小，并且可以从等式（17）中的加权最小二乘解中导出），COV ＋ (t)是估计的方差。
在某些实施方式中，在最小二乘或卡尔曼滤波器解中将“浮点模糊度”值求解为独立的状态。当包括模糊度作为状态时，与方差成比例地调整每个浮点模糊度值的值，使得其在系统的几何形状由于卫星运动而改变时变得愈加准确。因此，这些实施方式还随时间产生愈加准确的估计值。（参见，1991年春Navigation Vol.38,No.1中Patrick H.C.Hwang的“Kinematic GPS for Differential Positioning:Resolving Integer Ambiguities on the Fly”,通过引用将其合并于此）。
存在可以用于估计“浮点模糊度”值的上述技术的很多组合和变型。然而，它们所有都涉及在显著时间间隔上处理数据。在可以确信“浮点模糊度”准确到足以在移动卫星导航接收器的导航位置中产生小于10厘米的准确性（即，好于10厘米的准确性）之前，该时间间隔可以是一个或两个小时那样长。为了缩短用于获得“浮点模糊度”值的时间间隔，可以通过使用移动卫星导航接收器的已知位置来初始化WADGPS系统。可以将已知位置坐标的用户输入连同相关联的协方差或从已经由之前确定的基准偏移调整的RTK位置解中获得的位置和协方差用作虚拟测量值。可以使用等式（17）-（18）的折射修正码和相位测量值在标准卡尔曼滤波器中对它们进行处理，以确定浮点模糊度并且避免否则需要的长捕捉时间。
图6是示出了根据某些实施方式的移动卫星导航接收器600的框图。移动卫星导航接收器600可以是图1中的用户GPS接收器140。移动卫星导航接收器600通常包括一个或多个处理单元（CPU）602、一个或多个网络或其他通信接口604、存储器610、本地定位系统接收器670（例如，RTK接收器）、广域差分卫星定位系统接收器672（例如，WADGPS接收器等）、卫星定位系统接收器674（例如，GPS接收器等）以及用于将这些组件互连的一个或多个通信总线609。通信总线609可以包括对系统组件之间的通信进行互连和控制的电路（有时称作芯片组）。移动卫星导航接收器600可选地可以包括用户接口605，其包括显示设备606和输入设备608（例如，键盘、鼠标、触摸屏、小键盘等）。存储器610包括高速随机存储器，诸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他随机访问固态存储器设备；并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器610可以可选地包括远离（一个或多个）CPU 602定位的一个或多个存储设备。存储器610或替代地存储器610内的（一个或多个）非易失性存储器设备包括计算机可读存储介质。在某些实施方式中，存储器610存储以下程序、模块和数据结构或它们的子集：
·操作系统612，包括用于处理各种基本系统服务并用于执行硬件依赖任务的过程；
·通信模块614，用于经由一个或多个通信接口604（有线或无线）以及一个或多个通信网络诸如因特网、其他广域网、局域网、城域网等等而将移动卫星导航接收器600连接至其他计算机、广域差分卫星定位系统、本地定位系统等；
·用户接口模块616，经由输入设备608从用户接收命令，在显示设备606中生成用户接口对象，和/或显示与移动卫星导航接收器600的定位相关的地图、坐标、路线等；
·本地定位模块618，如上所述，基于本地定位系统接收器670从本地定位系统接收的数据来确定移动卫星导航接收器600的位置；
·广域差分卫星定位模块620，如上所述，基于由广域差分卫星定位系统接收器672从广域差分卫星定位系统接收的数据来确定移动卫星导航接收器600的位置；
·偏移计算模块622，如上所述，计算本地定位系统的参考基准与广域差分卫星定位系统的参考基准之间的偏移；
·卫星定位模块624，如上所述，基于卫星定位系统接收器674从卫星定位系统接收的数据来确定移动卫星导航接收器600的位置；
·由本地定位系统接收器670从本地定位系统接收的本地定位测量值640；
·由广域差分卫星定位系统接收器672从广域差分卫星定位系统接收的广域卫星导航测量值642；
·由广域差分卫星定位系统接收器672从广域差分卫星定位系统接收的卫星导航修正644；以及
·由卫星定位系统接收器674从卫星定位系统接收的卫星导航测量值646。
上面标识的元件中的每个可以存储在前述存储器设备的一个或多个中，并且对应于用于执行上述功能的指令集。该指令集可以由一个或多个处理器（例如，CPU 602）执行。上面标识的模块或程序（即，指令集）无需实现为独立软件程序、过程或模块，并且因此这些模块的各种子集可以在各种实施方式中组合或以其他方式重新布置。在某些实施方式中，存储器610可以存储上面标识的模块和数据结构的子集。此外，存储器610可以存储上面未描述的附加模块和数据结构。
尽管图6示出了“移动卫星导航接收器”，图6更旨在作为对可能出现在移动卫星导航接收器中的各种特征的功能性描述而非作为对此处描述的实施方式的结构性示意图。实际上，并且如本领域普通技术人员认识到的那样，独立示出的条目可以组合并且某些条目可以分离。
图7是表示根据某些实施方式的、用于计算本地定位系统与广域差分卫星定位系统之间的偏移的方法700的流程图。方法700可以由存储在计算机可读存储介质中并且由一个或多个服务器的一个或多个处理器执行的指令掌管。图7所示的操作中的每个可以对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质中的指令。计算机可读存储介质可以包括磁盘或光盘存储设备、固态存储设备诸如闪存或其他一个或多个非易失性存储器设备。存储在计算机可读存储介质上的计算机可读指令是以源代码、汇编语言代码、目标代码或由一个或多个处理器解释的其他指令格式。
方法700在移动卫星导航接收器确定（702）移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解时开始，其中该第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器。在某些实施方式中，该移动卫星导航接收器确定（708）移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统内第一参考接收器的位置。在某些实施方式中，第一参考接收器不确定第一参考接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置。
在某些实施方式中，第一本地定位系统包括实时动态（RTK）定位系统。在这些实施方式中，第一解是RTK解。
移动卫星导航接收器确定（704）卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解。在某些实施方式中，移动卫星导航接收器通过计算（710）到多个卫星的折射修正码伪距、将广域差分卫星定位系统修正应用于（712）折射修正码伪距并且使用（714）最小二乘解来计算移动卫星导航接收器的位置来确定第二解。
在某些实施方式中，广域差分卫星定位系统包括广域差分全球定位系统（WADGPS）。在这些实施方式中，第二解是WADGPS解。在某些实施方式中，广域差分卫星定位系统包括广域差分GLONASS定位系统。在这些实施方式中，第二解是广域差分GLONASS定位系统解。在某些实施方式中，广域差分卫星定位系统包括广域差分Galileo定位系统。在这些实施方式中，第二解是广域差分Galileo定位系统解。
然后，移动卫星导航接收器计算（706）第一解与第二解之间的偏移。在某些实施方式中，在指定时段上对该偏移进行平均。在某些实施方式中，移动卫星导航接收器在移动卫星导航接收器的存储器（例如，存储器610）中存储偏移。
在某些实施方式中，移动卫星导航接收器以第一模式操作，包括确定移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置。移动卫星导航接收器然后可以将偏移应用于移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置以确定移动卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置。移动卫星导航接收器还可以使用该偏移来初始化以广域差分卫星定位系统模式使用的浮点模糊度，其中在以广域差分卫星定位系统模式操作期间，移动卫星导航接收器的位置相对于广域差分卫星定位系统来确定。
在某些实施方式中，移动卫星导航接收器以广域差分卫星定位系统模式操作并且确定移动卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置。
此处所描述的每个方法可以由存储在计算机可读存储介质中并且由一个或多个服务器或客户端的一个或多个处理器执行的指令掌管。图3-4和7中示出的每个操作可以对应于存储在计算机存储器或计算机可读存储介质中的指令。
出于解释的目的，前面的描述已经参考具体实施方式进行了描述。然而，上面的示范性讨论不旨在穷举或限制本发明为所公开的精确形式。鉴于上述技术，很多修改和变型是可能的。选择并描述实施方式是为了最好地解释本发明的原理和其实际应用，从而使本领域其他技术人员能够最佳地利用适于所构思特定用途的、具有各种修改的本发明和各种实施方式。

Claims (29)

1.一种方法，包括：
在移动卫星导航接收器处，
确定所述移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中所述第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器；
确定所述卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解；以及
计算所述第一解与所述第二解之间的偏移。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中所述第一本地定位系统包括实时动态（RTK）定位系统；以及
其中所述第一解是RTK解。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分全球定位系统（WADGPS）；以及
其中所述第二解是WADGPS解。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分GLONASS定位系统；以及
其中所述第二解是广域差分GLONASS定位系统解。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分Galileo定位系统；以及
其中所述第二解是广域差分Galileo定位系统解。
6.根据权利要求1所述的方法，包括在所述移动卫星导航接收器处存储偏移。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置的所述第一解包括在所述移动卫星导航接收器处确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统内的第一参考接收器的位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一参考接收器不确定所述第一参考接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置的所述第二解包括：
计算到多个卫星的折射修正码伪距；
将广域差分卫星定位系统修正应用于所述折射修正码伪距；以及
使用最小二乘解来计算所述移动卫星导航接收器的位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在指定时段上对所述偏移进行平均。
11.根据权利要求1所述的方法，包括：
以第一模式操作所述移动卫星导航接收器，包括确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，包括在所述移动卫星导航接收器处将所述偏移应用于所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置，以确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置。
13.根据权利要求11所述的方法，包括在所述移动卫星导航接收器处使用所述偏移来初始化以广域差分卫星定位系统模式使用的浮点模糊度，其中在以所述广域差分卫星定位系统模式操作期间，所述移动卫星导航接收器的位置相对于所述广域差分卫星定位系统来确定。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：
以广域差分卫星定位系统模式操作所述移动卫星导航接收器；以及
在所述移动卫星导航接收器处确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置。
15.一种移动卫星导航接收器，包括：
信号接收器，用于接收导航卫星信号；
存储器；
一个或多个处理器；以及
存储在所述存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括指令，所述指令用于：
确定移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中所述第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器；
确定所述卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解；以及
计算所述第一解与所述第二解之间的偏移。
16.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，
其中所述第一本地定位系统包括实时动态（RTK）定位系统；以及
其中所述第一解是RTK解。
17.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分全球定位系统（WADGPS）；以及
其中所述第二解是WADGPS解。
18.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分GLONASS定位系统；以及
其中所述第二解是广域差分GLONASS定位系统解。
19.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，
其中所述广域差分卫星定位系统包括广域差分Galileo定位系统；以及
其中所述第二解是广域差分Galileo定位系统解。
20.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，其中所述一个或多个程序包括用于在所述移动卫星导航接收器处存储所述偏移的指令。
21.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，其中用于确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置的所述指令包括用于在所述移动卫星导航接收器处确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统内的第一参考接收器的位置的指令。
22.根据权利要求21所述的移动卫星导航接收器，其中所述第一参考接收器不确定所述第一参考接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置。
23.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，其中用于确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置的第二解的所述指令包括用于如下操作的指令：
计算到多个卫星的折射修正码伪距；
将广域差分卫星定位系统修正应用于所述折射修正码伪距；以及
使用最小二乘解来计算所述移动卫星导航接收器的位置。
24.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，其中在指定时段上对所述偏移进行平均。
25.根据权利要求15所述的移动卫星导航接收器，其中所述一个或多个程序包括用于以第一模式操作所述移动卫星导航接收器的指令，其包括用于确定所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置的指令。
26.根据权利要求25所述的移动卫星导航接收器，其中所述一个或多个程序包括用于将所述偏移应用于所述移动卫星导航接收器相对于所述第一本地定位系统的位置以确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置的指令。
27.根据权利要求25所述的移动卫星导航接收器，其中所述一个或多个程序包括用于使用所述偏移来初始化以广域差分卫星定位系统模式使用的浮点模糊度的指令，其中在以所述广域差分卫星定位系统模式操作期间，所述移动卫星导航接收器的位置相对于所述广域差分卫星定位系统来确定。
28.根据权利要求27所述的移动卫星导航接收器，其中所述一个或多个程序包括用于如下操作的指令：
以广域差分卫星定位系统模式操作所述移动卫星导航接收器；以及
在所述移动卫星导航接收器处确定所述移动卫星导航接收器相对于所述广域差分卫星定位系统的位置。
29.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序被配置用于由移动卫星导航接收器中的一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于如下操作的指令：
确定所述移动卫星导航接收器相对于第一本地定位系统的位置的第一解，其中所述第一本地定位系统包括已知位置处的一个或多个参考接收器；
确定所述卫星导航接收器相对于广域差分卫星定位系统的位置的第二解；以及
计算所述第一解与所述第二解之间的偏移。
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