CN107710016A - 用于在实时运动模式与精确定位模式之间切换的卫星导航接收器及方法 - Google Patents

用于在实时运动模式与精确定位模式之间切换的卫星导航接收器及方法 Download PDF

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Abstract

一种接收器(12或30)或方法，使用偏移矢量来提供实时运动(RTK)模式和精确定位模式(例如，精确点定位，PPP)之间的无缝切换。偏移模块(130)或数据处理器(159)被布置成确定精确位置与RTK位置估计之间的偏移。在RTK信号丢失时，切换到精确位置模式基于最后一个可用的RTK位置(例如，如果精确位置模式被收敛到具有载波相位的解算的模糊度的位置解)，其中下一个精确位置估计由偏移或参考坐标系偏置补偿，以避免该下一个精确位置估计的跳变或不连续性。

Description

用于在实时运动模式与精确定位模式之间切换的卫星导航接 收器及方法
相关申请的交叉引用
根据35U.S.C.§119，本文件(包括附图)要求基于2015年6月29日提交的美国临时申请号62/186,009以及于2015年9月17日提交的美国临时申请号62/219,880的优先权和申请日的权益，其中这些临时申请通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及用于在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝的或平滑的、准确的)切换的卫星导航接收器以及方法。
背景技术
在一些现有技术中，卫星导航接收器可以在位置估计的实时运动(RTK)模式和精确定位模式之间转换。为了在RTK模式下工作，接收器需要本地可用的、用RTK校正数据编码的RTK信号。如果RTK信号中断、损坏或丢失，则RTK模式可能暂时不可用，并且接收器可能转换到精确定位模式。然而，RTK模式与精确定位模式之间的转换可能是突然的，或者导致接收器或与接收器相关联的车辆的位置跳变或不连续。而且，在RTK信号中断、损坏或丢失之后，在某些现有技术中，卫星接收器只能在最大限度时间段(例如，十五分钟)内提供与丢失的RTK模式一致的准确度。如果RTK信号在最大限度时间内没有恢复或复原，则接收器可能需要求助于精度降低的位置确定模式。因此，需要一种卫星导航接收器和用于在位置估计的实时运动模式和精确定位模式之间(无缝或平滑、准确地)切换的方法，其支持RTK信号的更长的中断时间。
发明内容
根据一个实施例，一种用于操作具有偏移矢量或参考坐标系补偿以提供实时运动(RTK)模式与精确定位模式(例如精确点定位，PPP)模式之间的无缝切换的接收器或方法。此外，以精确定位模式操作时，在某些实施例中，移动接收器的位置估计的高精确度可以被保持无限制的时间段。接收器接收一个或多个卫星信号并测量接收到的卫星信号的载波相位。一个或多个无线装置接收用RTK校正数据编码的实时运动(RTK)信号，用精确校正数据编码的精确信号，或两者。实时运动(RTK)位置估算器适于基于测得的接收卫星信号的载波相位和在RTK校正模式中接收的RTK校正数据确定实时运动位置。精确定位估算器适于基于所接收的卫星信号的已被测量载波相位和精确校正模式中所接收的精确的校正数据来确定精确位置(例如，精确点位置PPP)，精确校正模式可以同时与RTK校正模式一起操作，或与RTK校正模式分开地操作。偏移模块或数据处理器被布置成确定精确位置与RTK位置估计之间的偏移矢量(例如，可靠的偏移矢量或参考坐标系偏置)。在一个实施例中，在RTK信号丢失、损坏或中断时，接收器切换到精确位置模式(例如，如果精确位置模式收敛到具有载波相位的解算的模糊度的位置解)，其中下一个精确位置估计(例如，在最后的RTK位置估计之后的第一精确位置估计)由偏移矢量或参考坐标系偏置补偿，以避免下一个精确位置估计中的跳变或不连续性。
附图说明
图1A是经由通信卫星向移动接收器提供校正数据的卫星导航数据处理中心的一个实施例的框图。
图1B是经由通信网络(例如因特网)和无线通信系统向移动接收器提供校正数据(例如，TCP/IP格式的数据分组)的卫星导航数据处理中心的一个实施例的框图。
图2是向移动接收器提供RTK校正数据的实时运动(RTK)基站的一个实施例的框图。
图3是用于在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝或平滑、准确)切换的接收器的一个实施例的框图。
图4A是用于在实时运动模式与精确定位模式之间切换的接收器的另一实施例的框图；图4A比图3更详细地示出了导航定位估算器。
图4B是RTK扩展(RTKX)模块或扩展RTK模块的另一个实施例的框图。
图5是用于操作用于在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝或平滑、准确)切换的卫星接收器的方法的第一实施例的流程图。
图6是用于操作在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝或平滑、精确)切换的卫星接收器的方法的第二实施例的流程图。
图7是用于操作在在实时运动模式和精确定位模式之间切换的卫星接收器方法的第三实施例的流程图，或者是用于对平滑滤波器和准备来自参考接收器的基本偏移矢量的就绪情况进行质量检查的相关方法的流程图。
图8是用于操作在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝或平滑、准确)切换的卫星接收器的方法的第四实施例的流程图，或者是用于对漫游器的偏移矢量进行质量检查的相关方法的流程图。
图9A是在移动接收器归整或收敛于整数模糊度以提供精确位置估计之后，与RTK校正数据的RTK信号中断相关联的时间线的流程图。
图9B是在移动接收器规整或收敛于整数模糊度以提供精确位置估计之前，与RTK校正数据的RTK信号中断相关联的时间线的流程图。
在不同的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件、步骤或过程。
具体实施方式
在本文的上述任何参考图中，连接任何块、组件、模块、多路复用器、存储器、数据存储器、累加器、数据处理器、电子构件、振荡器、信号发生器或其他电子或软件模块的任何箭头或线可以包括以下项目中的一个或多个：电信号的物理路径、电磁信号的物理路径、用于数据的逻辑路径、一个或多个数据总线、电路板迹线、传输线；软件模块、程序、数据或组件之间的链接、调用、通信或数据消息；或数据消息、软件指令、模块、子程序或组件的传输或接收。
在一个实施例中，本文中公开的系统、方法和接收器可以包括计算机执行的系统、方法或接收器，其中一个或多个数据处理器经由数据总线和本文和附图中所描述的一个或多个数据存储装置(例如，累加器或存储器)处理、存储、检索和以其他方式处理数据。如在本文中所使用的，“被配置为、适于、或被布置为”意指数据处理器或接收器被编程为具有合适的软件指令、软件模块、可执行代码、数据库和/或必要数据以执行与图1A、图1B、图3和/或本公开任何其他附图所示的一个或多个块相关联的任何引用的函数、数学运算、逻辑运算、计算、确定、过程、方法、算法、子程序或程序。或者，与上述定义分开或额外地，“被配置为、适于、或被布置为”可意指接收器包括在此描述为软件模块、等效电子硬件模块或两者以执行任何引用函数、数学运算、计算、确定、过程、方法、算法、子程序的一个或多个构件。
包括GPS、GLONASS、BEIDOU、GALILEO、QZSS、IRNSS和SBAS在内的全球导航卫星系统(GNSS)利用太空中的卫星定位GNSS接收器或其天线在地球上或在地球上方的位置(例如三维坐标)。通常，对于正被跟踪的每个GNSS卫星的每个载波信号，在民用GNSS接收器内都可以使用伪距和整合载波相位GNSS测量。伪距测量记录了相关代码从卫星传播到接收器所花费的视时时间段。该时间段等于根据接收器时钟的信号到达接收器的时间减去根据卫星时钟的信号离开卫星的时间。
在GNSS接收器中，载波相位测量可以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，或者根据其他测量技术来获得。载波相位测量是由根据卫星时钟的信号离开卫星的时间以及根据接收器时钟的到达接收器的时间确定的传播时间差的量度。然而，因为当接收器开始跟踪信号的载波相位时，在卫星和接收器之间传输的整个周期的初始数量是未知的，所以从载波相位获得的传播时间差的误差通常为多个(例如，正或负一个整数或其等效波长)载波周期。因此，在接收器和每颗卫星之间的载波相位测量中存在整周期的模糊度，直到通过各种程序解决为止。
GNSS接收器与多个可观测卫星中的每一个之间的范围或距离是通过将每个信号从卫星到GNSS接收器的行进时间乘以光速来计算的。这些范围通常被称为伪距，因为接收器时钟通常具有显著的时间误差，这导致在接收器接收到的一组卫星信号中相对于每个卫星的测量范围内的公共偏差。通过使用差分测量，作为正常导航计算的一部分，来自接收器时钟误差的公共偏差与接收器的位置坐标一起被解决。各种其他因素也会导致计算范围内的误差或噪声，包括星历误差、卫星时钟定时误差、大气效应、接收器噪声和多径误差。在独立GNSS导航中，接收器从多个卫星获得代码和/或载波相位范围而没有来自任何参考站的校正的益处，接收器在可用于减少该范围中的误差或噪声的方法方面非常有限。
为消除或减少系统误差，差分操作通常被用于GNSS应用中。差分GNSS操作通常涉及位于已知站点(有时称为基站)的一个或多个参考接收器以及用户的移动接收器和参考接收器之间的通信链路。参考接收器产生与一些或全部上述误差相关联的校正数据，并且校正数据通过通信链路被发送到用户接收器。然后移动接收器将校正数据施加到其自己的载波相位测量或位置估计，从而获得更精确的计算位置。来自相应的参考接收器的校正数据可以是对在参考地点确定的参考接收器位置的校正的形式，或者是对具体的GNSS卫星时钟和/或轨道数据的校正的形式。使用载波相位测量的差分操作通常被称为实时运动(RTK)定位/导航操作。
差分GNSS(DGNSS)的基本概念是利用GNSS测量中固有误差的空间和时间相关性。对于移动接收器和参考接收器之间的短基线或分离，移动接收器可以使用校正数据来消除或显著减轻伪距和/或载波相位测量中的大部分噪声源。减轻的量取决于移动接收器和参考接收器的误差源之间的相关性。尽管在伪距或载波相位测量中出现偏差的GNSS卫星时钟定时误差在参考接收器和移动接收器之间完全相关，但是大多数其他误差因素或者不相关，或者相关性随移动接收器和参考接收器之间的距离减小。
已经开发了许多不同的技术来使用GPS载波相位测量获得高精度差分导航。具有最高精度的技术是实时运动(RTK)技术，其典型精度约为1厘米。然而，为了获得这种精度，移动接收器需要确定差分载波相位测量中的整个周期模糊度。当用户的移动接收器与参考接收器之间的距离(基线距离)很短时，RTK技术是非常有利的，因为在这种情况下，整个周期模糊度可以准确而且快速地解算。另一方面，当基线距离大于几十千米时，可能不能确定整个周期模糊度，并且不能实现正常的RTK精度。RTK技术的另一个局限是它需要在参考接收器和导航接收器之间保持一个本地无线电链路，以便提供及时的校正或测量数据。
为了克服DGNSS系统在广域应用中的误差源，已经开发了各种区域、广域或全球DGPS(有时称为精确点定位PPP)技术。典型的PPP包括与计算中心或集线器(Hub)通信的多个参考站的网络。计算中心根据参考站的已知位置和它们所采取的载波相位测量来确定精确的校正数据。所计算的校正数据然后经由诸如卫星、电话或无线电的通信链路传送给用户。通过使用多个参考站，PPP可以提供精确的校正数据的更为准确的估计。
精确定位是指基于差分校正数据或校正数据(如精确时钟和轨道校正)提供准确位置估计的精确点定位(PPP)或类似的形式。精确点定位(PPP)是指：(1)使用精确的卫星轨道和时钟校正，而不是普通的卫星广播信息(星历表数据)来确定移动用户卫星导航接收器的相对位置或绝对位置，没有任何本地参考卫星站提供差分校正；或(2)使用精确的卫星轨道和时钟校正、普通的广播信息(星历表数据)、以及来自一个或多个本地参考站的差分校正数据、测量的范围数据或载波相位数据。尽管使用现有技术的算法，所得到的位置可以精确在几厘米内，但传统的精确点定位可能需要长达几十分钟的收敛时间来确定模糊度整数或浮点数模糊度值以实现所宣传的稳态精度，这通常是其适用性的限制因素。这里，本公开的方法和接收器并不旨在改善PPP的收敛时间或基于绝对位置确定的PPP。然而，当结合PPP系统工作时，本公开的接收器或方法提供了在完全收敛或确定模糊度整数或浮点数模糊度值之前实现相对位置的稳态水平精度的机会。
采用载波相位差分法的PPP技术可以实现非常高的导航精度。PPP差分技术的典型特征是可靠的长距离通信链路或可靠的卫星通信链路。精确的校正数据通常可以传送给导航接收器而不会有明显的中断。然而，某些PPP技术将整周模糊度视为一个实值(非整数)变量处理，并解决了“浮点模糊度”问题，其通常被不良地限定，直到获得覆盖显著的卫星几何变化时间间隔的测量数据。因此，在PPP应用中，可能需要长达大约三十到约六十分钟的时间间隔来以足够的准确度来解决“浮点模糊度”，以产生具有小于(即，优于)几厘米的可靠精度的导航位置。
在图1A中，移动接收器12和参考接收器30各自包括位置确定接收器或卫星接收器，诸如全球导航卫星系统(GNSS)接收器。移动接收器12和每个参考接收器30能够在每个接收的卫星信号的周期中进行载波相位测量，该测量具有模糊度，诸如整周模糊度。接收器(12,30)确定或解算各自接收的卫星信号的载波相位测量的模糊度，以精确估计接收器的精确位置或坐标。尽管接收器(12,30)的码相位或伪距测量不与所接收的卫星的周期中的整数模糊度相关联，但码相位测量不提供某些应用(例如车辆导航)所需的厘米量级的位置准确度。
正如贯穿本文所使用的，模糊度通常特指与来自一个或多个卫星的载波相位信号的一个或多个接收器的观测有关的特定方程的背景。因此，可能存在相关于来自一个或多个接收器或一个或多个卫星的相位测量的宽通道(WL)模糊度、窄通道(NL)模糊度、零差(ZD)模糊度、单差(SD)模糊度、双差(DD)模糊度、实时运动(RTK)模糊度以及折射校正(RC)模糊度。在本文中，任何对模糊度的提及都可以指单个模糊度或多个模糊度。
如果卫星导航接收器(12,30)能够接收至少两个频率，例如L1和L2频率，则L1和L2载波相位测量的差值可以被组合以形成宽通道(WL)测量(例如，以全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)的大约86.25厘米的波长)，以及L1和L2载波相位测量的总和可以组合以形成窄通道(NL)测量(例如，以大约10.7厘米的波长)。宽通道测量有助于快速高效地分辨宽通道整周模糊度，而窄通道测量有助于以最小的相位噪声准确且精确地分辨窄通道模糊度。折射模糊度补偿了大气延迟偏差，如对流层延迟偏差。
通常相对于一个卫星、参考接收器30和移动接收器12(例如漫游器)形成(例如，载波相位或码相位的)单差测量。相反，通常相对于两个卫星、参考接收器30和移动接收器12，或者通过减去两个单差测量来形成双差测量。然而，某些双差测量可以由来自两个不同时间并与一对卫星相关联的同一接收器的两个单差测量结果形成。
在图1A中，该系统包括卫星或卫星发射器10的集合，卫星或卫星发射器10包括那些至少在一个或多个参考接收器30(例如，参考GNSS接收器)的观察或接收范围内的那些卫星。实际上，参考接收器30(例如，GNSS参考站)被全球分布在具有良好卫星几何形状并对一组卫星或卫星发射器10具有可见性的站点处。每个参考接收器30具有测量模块，其测量可观测量，诸如从每颗卫星接收的一个或多个卫星信号的载波相位。参考接收器30还可以测量在一个或多个载波信号上编码的伪随机噪声码的伪距或码相位。参考接收器30接收并发送测量结果、星历表数据、其他可观察结果以及发送到电子数据处理中心18(例如集线器)的任何信息。在一个实施例中，每个参考接收器30传输(例如，通过通信链路，通信网络，无线信道，通信信道，通信线路，传输线路或其他)所接收的卫星信号的一组载波相位测量结果、和相关卫星标识符以及星历数据到电子数据处理中心18(例如，参考数据处理集线器)。
数据处理中心18或其校正数据估算器34基于接收到的测量结果、星历表数据、其他可观测量以及从一个或多个参考接收器30接收的任何派生信息来实时确定校正数据。在一个实施例中，数据处理中心18包括电子数据处理器20、数据存储装置24以及耦合到数据总线22的一个或多个数据端口26。数据处理器20、数据存储装置24和一个或多个数据端口26可以通过数据总线22相互通信。
存储在数据存储装置24中的软件指令和数据可以由数据处理器20执行以实现本公开中描述的任何块、组件或模块(例如，电子模块，软件模块或两者)。数据处理器20可以包括微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器或用于处理数据、操纵、访问、检索和存储数据的另一装置。数据存储装置24可以包括电子构件、非易失性电子存储器、光存储装置、磁存储装置或用于在有形存储介质(诸如光盘、磁盘或电子存储器)上存储数字或模拟数据的另一装置。每个数据端口26可以包括用于与诸如参考接收器30或地面卫星上行链路站28等其它网络元件连接的缓冲存储器、收发器或两者。
在一个实施例中，数据处理中心18或数据处理器20或校正数据估算器34从参考接收器30、参考接收器标识符(或对应坐标)接收相位测量结果和对应的卫星标识符，并处理相位测量结果以估计对每个卫星，或者更确切地说是对每个卫星信号的时钟偏差，或者相应的时钟解，以并入校正数据16中。如图1A所示，时钟解、时钟偏差或校正数据16被提供给地面上行链路站28或另一通信链路。例如，地面上行链路站28与通信卫星35(例如中继器)通信，或将时钟解、时钟偏差或校正数据16传送给通信卫星35。
通信卫星35又将校正数据16发送到校正无线装置14(例如卫星接收器或L频带卫星接收器)。校正无线装置14耦合到移动接收器12(例如，移动GNSS接收器)或漫游器。移动接收器12还接收来自一个或多个GNSS卫星的卫星信号，并测量接收的卫星信号的载波相位(和码相位)。结合相位测量结果，可以使用校正数据16中的精确时钟解或时钟偏差来估计移动接收器12的精确位置、姿态或速度(例如，解)。例如，移动接收器12可以使用精确的时钟和轨道解对卫星的接收信号进行精确点定位(PPP)估计。
图1B的系统类似于图1A的系统，除了图1B的系统用通信装置127(例如服务器)、通信网络139(例如因特网或通信链路)和无线通信系统135代替通信卫星35和地面上行链路站28。在一个实施例中，无线通信系统135可以包括蜂窝通信系统、群通信系统、WiFi通信系统或另一通信系统。例如，蜂窝通信系统可以包括与基站控制器、路由器或另一个移动电话交换站(MTSO)通信的蜂窝站点或基站，其中MTSO与诸如因特网的通信网络139对接。
通信网络139可以包括微波链路、光纤链路、公共交换电话网络(PSTN)、因特网或另一电子通信网络。在一个实施例中，通信装置127包括服务器，该服务器在数据包(例如与TCP/IP传输控制协议/因特网协议兼容的数据包)中格式化、组织或发送校正数据以通过通信网络139传输。通信网络139与关联或耦合到移动接收器12的校正无线装置114(例如，蜂窝收发器)通信。
在本文中，在图1A或图1B的精确定位模式下，移动接收器12可以通过使用实时全球差分校正数据16来实现厘米级精度的定位。通过图1A中的卫星通信(例如，L波段对地静止通信卫星)或图1B的无线通信系统(例如，蜂窝无线系统)，该校正数据16是可获得的或全球有效的。在图1A的例子中示出的精确定位模式下的全球差分校正消除了对本地参考站和无线电通信的需要，否则本地参考站和无线电通信将用于建立参考接收器30和移动接收器12之间的短基线(例如，小于约20千米到约30千米)以实现精确的位置精度。
与图1A和图1B相比，图2示出了移动接收器12，其以实时运动模式操作，并且具有来自实时运动(RTK)基站430的校正数据(例如，本地RTK校正数据)。在图1A、图1B和图2中，相似的附图标记表示相似的元件。
在RTK模式下，精确度要求移动接收器12和参考接收器30对同一组卫星的可见度。而且，移动接收器12和参考接收器30(或RTK基站430)之间的基线或分离距离被限制为短基线(例如，小于约20千米到约30千米)，以分米或厘米级为目标精度。
相反地，扩展RTK模式(RTKX模式)是指在RTK校正信号(例如，设备128,214之间)在移动接收器12处丢失、中断或损坏之后，移动接收器12的任何操作模式，如校正无线装置214(例如，无线通信装置)或导航定位估算器或RTKX模块所表示的。扩展的RTK模式可以包括以下模式中的任一个：收敛精确定位模式(例如，PPP模式)、相对定位模式和/或精确定位模式中的浮点模糊度解算等其他可能的模式。
这里，RTK基站430包括参考接收器30(例如，GNNS导航接收器)和无线通信装置428，诸如无线收发器或发射器。RTK基站430或参考接收器30基于所测量的卫星信号的载波相位和参考接收器30的已知位置或坐标来确定RTK校正数据，诸如偏移矢量(例如，基本偏移矢量)或参考站的观测位置之间的差。RTK基站430或无线通信装置428实时地经由校正无线装置214将RTK校正数据转发或发送到移动接收器12以支持在移动接收器处的精确位置确定和导航。
无线通信装置428(例如无线通信装置)可以直接与校正无线装置214通信，或者经由无线通信系统(例如中继器)进行通信。校正无线装置214可以包括收发器或无线接收器。
在根据一种可能配置的一个实施例中，RTK基站430或本地参考接收器30基于接收的卫星信号和精确的校正信号来确定精确点定位估计。此外，RTK基站430或参考接收器30可以确定所确定的精确点定位估计与已知参考位置(例如，RTK基站的固定坐标)之间的偏移矢量。由基站或参考接收器确定的偏移矢量被称为基本偏移矢量或RTK偏移偏量。偏移矢量可以经由无线通信装置428和校正无线装置214实时地从RTK基站430发送到移动接收器12。因此，在某些配置中，移动接收器12不需要确定偏移量矢量，因为RTK基站430或参考接收器12确定偏移量矢量。
由于参考接收器12的已知参考位置，上述结构的优点是高质量偏移，但是在参考接收器12处需要精确的校正信号(例如，PPP校正数据)。在本文中公开的其它配置中，移动接收器12同时确定RTK解和精确位置解，并计算RTK解和精确位置解之间的偏移矢量(例如，移动偏移矢量)。由移动接收器或漫游器确定的偏移矢量称为移动偏移矢量、漫游器偏移矢量或学习偏移矢量。
尽管在图2中示出了一个RTK基站430，但是在替代实施例中，可以使用多个RTK基站，或者甚至是服务于地理区域的RTK基站和数据处理中心的网络。
根据一个实施例，图3公开了能够接收所收到的包括由卫星发射的一个或多个载波信号(例如，全球定位系统(GPS)的第一载波(L1)，第二载波(L2)和第三载波(L5))的信号的系统或接收器(12或30)(例如卫星导航接收器)。所接收的信号是从一个或多个卫星的卫星发射器10发射的，诸如导航卫星或者诸如伽利略兼容导航卫星，(全球导航卫星系统)GLONASS或全球定位系统(GPS)卫星。卫星的轨道位置相对于时间而言是已知的，其可用于基于三个或更多个卫星与接收器的天线17之间的一个或多个接收信号的传播时间，来估计接收器的天线17与每个卫星之间的相对位置。
如本文所用，“CD”应指码，“CR”应指接收信号的载波或接收信号的一个或多个样本的数字表示。该码包括调制载波的调制码(例如，用信息调制的伪随机噪声码)。
根据一个实施例，图3示出了包括耦合到电子数据处理系统129的接收器前端模块310的接收器(12或30)。接收器(12或30)接收一接收信号，该接收信号包括来自一组卫星发射器10的一个或多个载波信号。接收器(12或30)可以包括位置确定接收器，其用于：(a)确定接收器天线17的位置；(b)范围确定接收器，用于确定接收器天线17和卫星(例如卫星天线17)之间的范围或距离；或(c)确定接收器天线17与一个或多个卫星之间的范围；或(d)确定天线17的位置、速度、加速度和/或姿态(例如，倾斜、滚转、偏航)。
在一个实施例中，接收器前端模块310和射频(RF)前端312在天线17处接收(例如，一个或多个GNSS卫星集合的)一个或多个所接收的卫星信号。在一个实施例中，RF前端312包括放大器、下变频混频器和本地振荡器。例如，放大器包括耦合到天线17的射频(RF)或微波放大器(例如，低噪声放大器)，用于接收从一个或多个卫星发射的接收信号。放大器将放大的信号作为第一输入提供给下变频混频器。本地振荡器向下变频混频器提供一个信号作为第二输入。下变频混频器将接收信号的信号频谱从RF移动或降低到中频(IF)或基带频率。下变频系统可以包括一个或多个混频、放大和滤波级。
RF前端312的输出耦合到模数转换器314(ADC)。ADC 314将模拟中频信号或模拟基带信号转换为数字信号。数字信号包括以采样速率可用的一个或多个数字样本。每个样本具有有限的量化级别，并且每个样本能够被电子数据处理系统129处理。
在一个实施例中，电子数据处理系统129包括数字接收器部分。电子数据处理系统129可以包括电子数据处理器159、数据存储装置155(例如电子存储器)和用于电子数据处理器159和数据存储装置155之间的通信的数据总线157，其中软件指令和数据被存储在数据存储装置中并由数据处理器159执行以实现图3中所示的任何块、组件或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)。
由ADC314输出的数字信号被馈送到基带处理模块18。在一个实施例中，基带处理模块18包括载波擦除模块、本地载波信号发生器、代码擦除模块、本地代码发生器、相关器和数据解调器，以正确处理基带信号。
数据解调器提供用于估计天线17的相位中心的范围(例如，卫星与天线17之间的距离)或位置(例如，在二维或三维坐标中)的卫星导航数据。卫星导航数据或其他信号信息可以包括调制接收信号的基带波形的一个或多个以下信息：日期、卫星导航系统时间、卫星状态、轨道数据、星历表数据、年历、卫星位置和卫星标识符。数据解调器可以使用与卫星发射器处的调制器的调制一致的相移键控、相位解调、脉宽解调、幅度解调、正交幅度解调或其他解调技术。
在一个实施例中，测量模块161包括载波相位测量模块151和码相位测量模块153。码相位测量模块153测量一个或多个接收信号的码相位，或者更确切地说，在一个或多个接收信号上编码的伪随机噪声码的相位。码相位在码信号的波长周期数中不是不明确的。载波相位测量模块151测量一个或多个接收信号的载波相位。测量的载波相位对接收器(12或30)的整数个周期而言是模糊的。
导航定位估算器57基于所测量的载波相位、测量生成模块39所估计的范围和解调数据，来确定接收器天线17的位置估计。例如，导航定位估算器57或定位引擎可以使用来自四个或更多个卫星的范围来以二维或三维来确定接收器的天线17的位置、速度或加速度。
在一个实施例中，导航定位估算器57估计从特定卫星发射卫星信号到接收器天线17之间的传播时间，并将传播时间转换成与光速成比例的距离或范围。在数字接收器的部分中，接收器(12或30)或其数据处理系统129可以包括硬件和软件指令。例如，在一个示例性实施例中，硬件包括数据处理器159，该数据处理器159经由一个或多个数据总线157与存储软件指令的数据存储装置155通信。
在数据处理系统129中，数据处理器159可以包括以下中的一个或多个：电子数据处理器、微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑装置、算术逻辑单元或另一电子数据处理装置。数据存储装置155可以包括电子存储器、寄存器、移位寄存器、易失性电子存储器、非易失性随机存取存储器、磁存储装置、光存储装置或用于存储数据的任何其他装置。数据处理器159可以经由支持数据处理器159和数据存储装置155之间的通信的一个或多个数据总线耦合到数据存储装置155。
通常，电子数据处理系统129包括电子数据处理器、数字逻辑电路、多路复用器、乘法器、数字滤波器、积分器、延迟电路、振荡器、信号发生器、伪噪声(PN)码序列发生器、寄存器、移位寄存器、逻辑门或其他硬件。电子数据处理系统129可以支持存储在数据存储装置中的软件指令的存储、检索和执行。
在一个实施例中，导航定位估算器57基于测量的载波相位和经由校正无线装置(14,114,214)(例如，卫星接收器，诸如L-波段卫星接收器)接收的校正数据来估计接收器天线17的位置。在一个实施例中，导航定位估算器57包括以下中的一个或多个：与图4A一致的相对位置估算器，实时运动位置估算器和精确定位估算器。
图4A是用于在实时运动模式与精确定位模式之间切换的接收器的另一实施例的框图。图4A比图3更详细地示出导航定位估算器57。在图3和图4A中，相似的附图标记表示相似的元件、模块或特征。
如图4A所示，导航定位估算器57包括实时运动(RTK)估算器122，精确位置估算器120(例如，PPP估算器)和实时运动(RTK)扩展模块409。精确位置估算器120和RTK估算器122可输出以下任何输出数据：位置估计(单独或与相应的方差估计一起)、速度估计、动作估计或航向估计。在一个实施例中，精确位置估算器120和RTK估算器122将输出数据提供给RTK扩展模块409。
如在图4A的示例性实施例中所阐述的那样，RTK扩展模块409包括质量评估器128，偏移模块130，相对位置估算器124和模式控制器126。RTK扩展模块409基于精确位置估算器120、RTK估算器122或这两者所提供的数据提供可靠的位置数据(例如，RTK扩展位置数据)。在一个实施例中，模式控制器126可以选择是否输出：(1)RTK模式中的(RTK位置估算器122的)RTK位置估计，(2)扩展RTK位置估计，作为来自在扩展的RTK模式或精确位置模式下的精确位置估算器120的精确位置估计(例如，例如具有加入其中的偏移矢量)，或(3)扩展的RTK位置估计，作为来自扩展RTK模式或相对位置模式中的相对位置估算器124的相对位置。
在替代实施例中，模式控制器126还可以确定输出精确位置估算器120的精确位置估计，而不是RTK估算器122的RTK位置估计。
相对位置估算器124可以估计移动接收器(或其天线17)相对于初始参考位置(例如，最后已知的RTK位置)的位置，而实时运动位置估算器122或精确位置估算器120可以估计移动接收器(或其天线17)的绝对位置。在一个示例中，精确位置估算器120包括精确点位置(PPP)估算器、广域全球导航卫星系统(GNSS)位置估算器。实时运动位置估算器122使用RTK校正数据和相位测量来估计移动接收器的位置。类似地，精确定位估算器120使用精确的校正数据和相位测量来估计移动接收器的位置。
实时运动基站430(在图3中)或参考接收器30可以向校正无线装置214无线地提供或发送RTK校正数据。校正数据可以包括位置数据、相位数据、位置偏移或相位偏移。在一个实施例中，除(RTK)参考接收器30位于已知参考位置之外，实时运动基站130包括与移动接收器12相同或相似的参考接收器30。因此，RTK参考接收器30可以具有与移动接收器12相同的块和模块。
数据处理器159或导航定位估算器57可以与相对位置估算器124、实时运动估算器122或二者交流数据。例如，数据处理器159或导航定位估算器57可以发送命令数据以初始化或重新初始化以下中的一个或多个：相对位置估算器124、实时运动位置估算器120和精确位置估算器120。
在一个实施例中，偏移模块130针对相同测量时间(例如，相同历元)，确定RTK模式中的RTK估算器122的相应位置估计与精确定位模式中的精确位置估算器120之间的偏移矢量，其中接收器(12,30)同时执行RTK模式和精确定位模式。在另一个实施例中，偏移模块130基于在(至少)以精确定位模式操作的RTK基站430处的差分校正来确定偏移矢量，其中差分校正表示，根据精确定位模式中的载波相位测量结果以及精确的校正数据，在RTK基站430的已知参考位置与RTK基站430的观测位置之间的偏移矢量(例如，位置矢量)。此外，RTK基站430采用精确定位模式建立的偏移矢量，并将其结合到RTK校正数据中，以经由RTK校正信号(例如，电磁信号)发送到一个或多个移动接收器12，其中在此时，RTK基站430可以在RTK中操作以支持以RTK模式或扩展的RTK模式操作的一个或多个移动接收器12。在又一个实施例中，偏移模块130确定、获得或检索移动接收器12的电子数据存储装置155(例如，非易失性随机存取存储器)中的偏移矢量(例如，最后存储的偏移矢量)。
质量评估器128能够确定以下一项或多项：(1)RTK校正信号是否丢失、中断或损坏；(2)RTK校正信号(或RTK数据流)是否在丢失、中断或损坏后被复原或恢复；(3)RTK估算器122或精确位置估算器120或其二者的位置或解是否已经与针对特定卫星信号的已解算的模糊度收敛，或(4)偏移模块130中的不同偏移矢量之间的可用性、一致性和优先级，例如识别每个测量时间(例如，历元)的可用偏移矢量，并且通过优先使用的优先级、预测的可靠性或优先级规则对所识别的可用偏移矢量进行排序。例如，质量评估器128单独地或者与模式控制器126结合地管理或者执行用于选择不同的偏移矢量的优先级规则，其中优先级规则可以被编程到接收器逻辑或者数据存储装置155中。
在替代实施例中，质量估算器128可以确定由以下任一项确定的相对位置的位置质量估计、方差、标准偏差、统计度量或另一个质量指标：相对位置估算器124，精确位置估算器120和RTK位置估算器122。
在一个实施例中，模式控制器126可以选择是输出(RTK位置估算器122的)RTK位置估计、扩展的RTK位置估计、(精确位置估算器120的)精确位置估计、或(相对位置估算器124)的相对位置。例如，如果精确位置估算器120的精确定位解(例如，PPP解)还没有收敛到解算的模糊度(例如，浮点数的或者整数的)，则模式控制器126可以从相对位置估算器124提供扩展的RTK估计或解)。模式控制器126适于选择输出什么类型的扩展RTK位置估计以及何时输出该类型的扩展RTK位置估计。在本公开中，RTK扩展(RTKX)位置应与扩展的RTK位置同义。在一个实施例中，模式控制器126还可以确定输出精确位置估算器120的精确位置估计，而不是RTK估算器122的RTK位置估计。例如，模式控制器126可以选择RTK位置估计或基于来自质量评估器128的数据的RTK扩展位置估计。
图4B示出了RTK扩展模块413的替换实施例的框图。图4B的RTK扩展模块413类似于图4A的RTK模块409，除了RTK扩展模块413还包括平滑滤波器442、自学习滤波器444(例如偏移漫游器滤波器)和加法器445之外。在图4A和图4B中，相似的附图标记表示相似的元件或特征。
RTK校正数据450从校正无线装置(14,114或214)被输入到移动接收器12的平滑滤波器442。平滑滤波器442对RTK校正数据进行平滑或滤波。例如，在一种配置中，平滑滤波器442根据图7的过程、方法或步骤平滑其中的RTK校正数据或偏移矢量(例如，来自参考站的基本偏移矢量)。通过滤波器442平滑基本偏移矢量在初始化时间段之后产生可靠的平滑基本偏移矢量。在一个实施例中，平滑滤波器442的输出或平滑的基本偏移矢量不被认为准备好使用(或不被认为足够可靠)，直到平滑滤波器442已经在启动滤波器之后的初始化时间段或阈值持续时间对一组卫星平滑了RTK校正数据450。初始化时间段或阈值持续时间可以根据从一个或多个卫星接收到的信号的观测载波相位的历元来测量。平滑滤波器的输出被提供给模式控制器126。
RTK估算器122向偏移模块130或RTK扩展模块(409或413)提供用于一个或多个相应测量时间(例如，历元)的一组RTK位置估计448。(移动接收器12的)的精确定位估算器120在对于一组卫星(例如，其中图4B中以S1为闭合状态表示)收敛或归整具有模糊度解算的载波相位时或之后，精确位置估算器120向偏移模块130提供用于一个或多个相应测量时间(例如，历元)的一组精确位置估计或解。如图所示，偏移模块130包括加法器445，其确定偏移矢量(例如移动偏移矢量)，相应测量时间(例如，历元)的RTK位置估计448和精确点位置估计449之间的误差或差异。偏移矢量(例如，移动偏移矢量)被提供给自学习滤波器444或漫游器偏移滤波器(诸如卡尔曼滤波器)以用于精细化，诸如减小误差或使误差最小化。
尽管开关S1被单独示出，但实际上开关S1可以代表偏移模块130中或自学习滤波器444中的软件开关、硬件开关、逻辑或软件指令。因此，在替代实施例中，开关S1可以不是单独示出或者可以从诸如图4B的框图中删除。
在精确位置估计449下的相位模糊度归整或收敛之前(例如，在图4B中以S1处于打开状态表示)之前，相对位置估算器124向偏移模块130或加法器445提供相对位置估计，以确定最后可用RTK位置估计(例如，在RTK信号丢失、中断或损坏之前)与移动接收器12的当前位置之间的相对偏移矢量、误差或差。相对偏移矢量可以是用于最大时间段，或被构成为用于扩展的无限时间段的链式相对偏移矢量。
模式控制器126可以包括选择逻辑，其基于选择逻辑或优先级规则来确定是否为RTKX偏移矢量446选择以下的一个或多个：(1)来自平滑滤波器442输出的平滑的基本偏移矢量，其基于RTK校正数据内的基本偏移矢量，(2)来自偏移模块130或自学习滤波器444的学习或移动偏移矢量，其基于对相同的历元的RTK位置估计与精确位置估计之间的差，(3)相对位置估算器124的相对位置估计，其使用在信号丢失、中断或损坏之前，移动接收器12的最后可用的RTK测量，以及(4)保存的偏移矢量，其是保存在移动接收器的数据存储装置155中的任何上述偏移矢量。例如，模式控制器126选择来自自学习滤波器的经滤波的偏移或来自平滑滤波器的平滑的RTK校正数据作为RTKX偏移矢量。导航定位估算器57可以使用所选择的RTKX偏移矢量来确定在RTK校正信号丢失或中断之后的无限时间段的移动接收器12或漫游器的精确位置。
图5是操作卫星导航接收器的方法的第一实施例的流程图，更具体地，用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换。扩展RTK(RTKX)模式意味着在RTK校正信号丢失、中断、损坏或不可用之后，接收器12的操作模式。图5的模式开始于步骤S500。
在步骤S500，移动接收器12或漫游器从一组卫星(例如，GNSS卫星)接收一个或多个卫星信号(例如，L1频率卫星信号和L2频率卫星信号)。例如，移动接收器12从GNSS系统(例如全球定位系统或GLONASS或两者)的一组至少四个卫星接收卫星信号，以估计移动接收器12在三维坐标中的位置。
在步骤S502中，移动接收器12或载波相位测量模块151在包括第一测量时间和第二测量时间的测量时间(例如，历元)处测量接收到的卫星信号的载波相位。
在步骤S504中，移动接收器12或校正无线装置(14,114或214)接收用RTK校正数据编码的实时运动(RTK)信号。例如，校正无线装置(14,114或214)包括校正无线接收器或收发器，用于从RTK基站430或基站的RTK网络接收用RTK校正数据编码的RTK校正信号。在一个实施例中，在移动接收器12与参考接收器30(或RTK参考基站430)之间存在某个最大基线(例如，大约二十至三十千米)或间隔的情况下，RTK校正数据是本地有效的。
在步骤S506中，导航定位估算器57或实时运动估算器122基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位以及在RTK校正模式中接收到的RTK校正数据来确定第一测量时间的实时运动位置。
在步骤S508中，移动接收器12或校正无线装置(14,114或214)接收用精确校正数据编码的精确信号。精确的校正数据可能是宇宙或全球有效的，而不是局限于像RTK校正数据那样的本地地理区域。此外，精确的校正数据包括精确的时钟校正和轨道校正。在一个示例中，校正无线装置(图1A的14)可以包括用于接收精确校正信号的校正无线卫星接收器，该精确校正信号利用精确校正数据来编码，诸如来自数据处理中心的校正数据估算器的精确时钟校正和精确的轨道校正。在另一个示例中，校正无线装置(114或图1B)包括与无线通信系统通信的校正无线收发器，用于从数据处理中心18的校正数据估算器34提供精确的校正信号。
在步骤S510中，导航定位估算器57或精确定位估算器120基于精确的校正模式中所测量的接收到的卫星信号的载波相位和接收到的精确校正数据来确定与第一测量时间的实时运动位置相对应的精确位置。在一个实施例中，精确位置基于卫星信号的载波相位的解算的或固定的整数模糊度。在替代实施例中，精确位置基于一个或多个卫星信号的载波相位的浮点数模糊度。
在步骤S512中，导航定位估算器57或偏移模块130确定精确位置估计和RTK位置估计(例如，对于相同测量时间或历元)之间的偏移(例如，参考坐标系偏置或偏移矢量)。精确位置估计和RTK位置估计不使用相同的数据或同样的数据(例如，不同的卡尔曼滤波器状态可应用于估算器(120,122))来生成或估计移动站的位置。例如，精确位置估算器120的精确位置估计和RTK估算器122的RTK位置估计可能不使用相同的坐标参考。因此，当在扩展RTK解(例如，RTKX解)中使用精确位置解时，必须添加偏置或偏移矢量以考虑本地RTK解和精确位置(例如，全球PPP解)的差。
由于RTK相对于参考接收器或基站的已知坐标产生一个位置，因此存储的在全球国际地面参考坐标系(ITRF)和历元时间(例如载波相位测量或其他可观测量的测量时间)中的已知坐标(例如，参考接收器30的基站参考位置)与其实际位置之间的任何差异，将导致RTK位置解与精确位置解之间的差异。这种差异被称为偏移矢量，或RTKX偏移矢量。如果在输出精确位置解时(例如，在使用移动接收器12的精确定位估算器120的精确位置估计的扩展RTK模式中)不考虑偏移矢量，则移动接收器12的移动位置中的不希望的移位可以发生在RTK位置估计与精确位置估计之间的转换中。偏移矢量可以高达50米，这取决于基站的基准参考坐标和任意坐标的精度。在数学上，RTKX解可以写成：
XRTKX＝XP+b
其中XRTKX是参考站或参考接收器的RTK位置估计，XP是参考站或参考接收器针对与RTK位置估计相同的测量时间或历元的精确位置估计(例如，PPP估计)，b是测量时间或历元的RTKX偏移矢量(例如，基本偏移矢量)。
XRTKX与参考站430或参考接收器30的所存储的已知坐标不同，并且包含所存储的已知坐标与实际坐标之间的任何误差。
可以有多个偏移矢量或RTKX偏移矢量的源，它们可以被分开使用或累积使用：(1)参考接收器30，(2)移动接收器12，或(3)参考接收器30或移动接收器12的数据存储装置。
参考接收器作为偏移矢量的源：
首先，偏移矢量可以从参考接收器30或基站430以RTK数据消息(诸如第一RTK数据消息格式或第二RTK数据消息格式的RTK数据校正消息)提供，其中第一RTK数据格式可以包括可用的RTK校正数据消息，其从精确位置估算器120的精确模式(例如，PPP模式)操作导出，并且其中第二RTK数据消息从精确位置估算器120的RTG模式操作导出。如果偏移矢量(例如，基本偏移矢量)在参考接收器30或基站430处被确定时，偏移矢量经由无线通信信道(诸如蜂窝通信网络上的卫星通信信道或无线信道)被传送到移动接收器12。例如，基准参考接收器30通过计算用于(RTK)参考接收器30的参考站坐标与其位置之间的差，来生成RTK校正数据或RTK校正消息，其中该位置由RTK估算器122、卡尔曼滤波器、或者精确位置估算器120或其卡尔曼滤波器计算出。这两个位置之间的瞬时增量在RTK校正消息中被发送到移动接收器12。在移动接收器12处，RTKX模块(409,413)、偏移模块130或平滑滤波器442读入RTK校正消息，并过滤数据中的噪声以获得平滑且精确的偏移矢量估计(例如可靠的平滑的基本偏移矢量)。
移动接收器作为偏移矢量的来源：
其次，根据RTK解与精确定位解之间的差，在精确定位解已经收敛以解算载波相位中的模糊度之后，可在移动接收器12处，由偏移模块130或自学习滤波器444来确定或自学习偏移矢量(例如，移动偏移矢量。以类似于确定参考站430或参考接收器30处的偏移矢量的方式，当RTK可用时，以及当精确位置已经基于载波相位测量的整数模糊度解算归整或收敛时，也可以在漫游器中学习或确定偏移矢量或RTKX偏移矢量。当精确位置的解已经被归整到漫游器12中时，偏移矢量brov可以按照以下方式计算：
brov＝XRTK-XP
其中XRTK是由RTK估算器122针对测量时间(例如，历元)确定的移动接收器12的位置估计，其中XP是精确位置估算器120针对测量时间的收敛的精确位置估计(例如，PPP估计)，并且brov是测量时间的偏移量。
数据存储装置作为偏移矢量的源：
第三，可以从接收器(12,30)中的数据存储装置155(例如非易失性随机存取存储器)中检索偏移矢量。
在S512的替代实施例中，导航定位估算器57或偏移模块130确定精确位置估计与参考站30的已知参考位置(例如，参考坐标)之间的偏移(例如，参考坐标系偏置或偏移矢量)用于向移动接收器12发送基本偏移矢量。相应地，偏移矢量包括参考接收器的观测位置和参考接收器的已知位置之间的差分位置矢量，以避免下一个扩展RTK位置估计中的跳变或不连续性。
在步骤S514中，如果精确位置模式已准备好或可用，则在RTK信号丢失、中断或损坏时，导航定位估算器57或模式控制器126切换到用于第二测量时间的精确位置模式(或扩展的RTK位置模式)；其中用于第二测量时间的下一精确位置估计(或扩展的RTK位置估计)由偏移矢量或参考坐标系偏置来补偿，以避免下一个精确位置估计(例如，扩展RTK能力)中的跳变或不连续性。但是，如果精确位置模式不可用、不可靠或未准备就绪，则相对位置模式可以用作扩展的RTK位置模式。第二测量时间在第一测量时间之后，其中第二测量时间可以包括用于在移动接收器12处的RTK信号丢失、中断或损坏之后收集载波相位测量结果的下一个测量时间。因为导航定位估算器57或精确位置估算器120可以重复地确定精确位置解，因此对RTK信号的丢失、中断或损坏能够持续多长时间没有限制，同时仍然提供精确的偏移和位置估计。
步骤S514可以根据各种技术来执行，这些技术可以替代地或累积地应用。
在第一种技术中，在RTK信号丢失、中断或损坏时，当从基站130接收的基本偏移矢量达到平滑滤波器442的初始化时间段结束时，且当移动接收器12在精确位置以及与精确位置相关联的测量的载波相位的模糊度解算方面收敛时，模式控制器126或数据处理器159切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由平滑基站偏移矢量补偿以避免下一个精确位置估计中的跳变或不连续性。
在第二种技术中，在RTK信号丢失、中断或损坏时，模式控制器126，数据处理器159或导航定位估算器57可以：
(1)如果参考接收器的精确位置已经收敛，并且如果在初始化时间段之后平滑了实时基本偏移矢量，则切换到作为第一优先级的具有由参考接收器提供的实时基本偏移矢量的精确位置模式；
(2)如果移动接收器12的精确位置已经收敛，则切换到作为第二优先级的具有由移动接收器12提供的实时移动偏移矢量的精确位置模式；
(3)如果移动接收器12的精确位置已经确定了与精确位置相关联的模糊度的浮点解，则切换到作为第三优先级的有实时基础偏移矢量或实时移动偏移矢量的精确位置模式；
(4)切换到作为第四优先级的具有移动接收器12的数据存储装置中存储的偏移矢量的精确位置模式，，其中如果所存储的偏移矢量鉴于测量时间和当前时间之间的时间段而足够最新的，则实时偏移矢量不可用。
在第三种技术下，在RTK信号丢失、中断或损坏时，数据处理器159、导航定位估算器57或偏移模块130可以：
(1)如果参考接收器的精确位置已经收敛，则切换到作为第一优先级的具有由参考接收器提供的实时基本偏移矢量的精确位置模式；
(2)如果移动接收器12的精确位置已经收敛，则切换到作为第二优先级的具有由移动接收器12提供的实时移动偏移矢量的精确位置模式、；
(3)如果移动接收器12的精确位置没有收敛到第一优先级或第二优先级，则切换到作为第三优先级的相对位置模式。
在第四种技术中，在RTK信号丢失、中断或损坏的情况下，当具有可靠被平滑的基本偏移矢量的情况下没有到达平滑滤波器442的初始化时间段的结束时以及当在移动接收器12处结合与精确位置相关联的测量的载波相位的模糊度解算上获得收敛时，移动接收器12切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由漫游器偏移矢量补偿以避免下一个精确位置估计的跳变或不连续性。
在第五种技术中，当RTK信号丢失、中断或损坏时，当不具有可靠的平滑的基本偏移矢量，或者没有达到初始化时间段的结束时，且当移动接收器12的精确位置上不收敛时，移动接收器12、模式控制器126或相对位置估算器124切换到相对位置模式。下一个精确位置估计是基于丢失之前的最后可用的RTK位置以及最后可用的测量时间和下一个测量时间之间的相对位置矢量。
在第六种技术中，在RTK信号丢失、中断或破坏的情况下，当没有达到初始化时间段的结束时，或者当在没有可靠的基本偏移矢量的情况下到达初始化时间段结束时，以及当没有以用于基本偏移矢量的精确位置为基础的已被解算的相位模糊度不收敛时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估算器57切换到精确位置模式，其中下一精确位置估计由漫游器偏移矢量补偿以避免下一次精确位置估计的跳变或不连续性。在第七种技术中，在RTK信号丢失、中断或损坏的情况下，当没有可靠的基本偏移矢量的情况下没有达到初始化时间段结束时，或者当基本偏移矢量的精确位置下的相位模糊度收敛时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估算器57切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由移动接收器的数据存储装置中存储的偏移矢量、并根据在参考接收器或移动接收器的精确位置的在先收敛而被补偿，以避免在下一个精确位置估计中的跳变或不连续。
在第八种技术中，在RTK信号丢失或中断的情况下，当在具有有可靠被平滑的基本偏移矢量的情况下到达初始化时间段结束时，并且当精确位置以及与精确位置相关联的测量的载波相位的模糊度解算已经达到收敛时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估算器57切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由平滑的基本偏移矢量补偿，并且其中平滑的基本偏移矢量适用于同一制造商的不需要额外的接收器偏差的参考接收器和移动接收器，以避免在下一个精确位置估算中的跳变或不连续性。
在第九种技术中，在RTK信号丢失、损坏或中断以及精确位置模式尚不可用时(例如，如果精确位置模式未收敛于位置解)，则接收器切换到相对定位模式，其使用最后一次已知的RTK位置解和载波相位测量进结果行导航，直到精度位置解可供使用。
图6是卫星导航接收器的操作方法的第一实施例的流程图，更具体地，用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换。在图5和图6中，相似的附图标记表示相似的程序或步骤。图6的方法开始于步骤S500。
在步骤S500中，移动接收器12或漫游器接收来自一组卫星(例如，GNSS卫星)的一个或多个卫星信号(例如，L1频率卫星信号和L2频率卫星信号)。例如，移动接收器12接收来自GNSS系统(例如全球定位系统或GLONASS或两者)的至少四个卫星的一组卫星的卫星信号，以估计移动接收器12在三维坐标中的位置。
在步骤S502中，移动接收器12或载波相位测量模块151在包括第一测量时间和第二测量时间的测量时间(例如，历元)处测量接收到的卫星信号的载波相位。
在步骤S504中，移动接收器12或校正无线装置(14,114或214)接收用RTK校正数据编码的实时运动(RTK)信号。例如，校正无线装置(14,114或214)包括校正无线接收器或收发器，用于从RTK基站430或基站的RTK网络接收用RTK校正数据编码的RTK校正信号。在一个实施例中，在移动接收器12与参考接收器30(或RTK参考基站430)之间存在某个最大基线(例如，大约二十至三十千米)或间隔的情况下，RTK校正数据是本地有效的。
在步骤S506中，导航定位估算器57或实时运动估算器122基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位以及在RTK校正中接收到的RTK校正数据来确定第一测量时间的实时运动位置。
在步骤S508中，移动接收器12或校正无线装置(14,114或214)接收用精确校正数据编码的精确信号。精确的校正数据可能是宇宙或全球有效的，而不是局限于像RTK校正数据那样的本地地理区域。此外，精确的校正数据包括精确的时钟校正和轨道校正。在一个示例中，校正无线装置(图1A的14)可以包括用于接收精确校正信号的校正无线卫星接收器，该精确校正信号利用精确校正数据来编码，诸如来自数据处理中心的校正数据估算器的精确时钟校正和精确的轨道校正。在另一个示例中，校正无线装置(114或图1B)包括与无线通信系统通信的校正无线收发器，用于从数据处理中心18的校正数据估算器34提供精确的校正信号。
在步骤S510中，导航定位估算器57或精确定位估算器120基于在精确校正模式中所测量的接收到的卫星信号的载波相位和接收到的精确校正数据来确定与第一测量时间的实时运动位置相对应的精确位置。在一个实施例中，精确位置基于卫星信号的载波相位的解算的或固定的整数模糊度。在替代实施例中，精确位置基于一个或多个卫星信号的载波相位的浮点模糊度。
在步骤S512中，导航定位估算器57或偏移模块130确定精确位置估计和RTK位置估计(例如，对于相同测量时间或历元)之间的偏移(例如，参考坐标系偏置或偏移矢量)。在图5的描述中阐述了步骤S512的更多细节。
在步骤S514中，导航位置估算器或质量评估器128确定RTK信号是否丢失、中断、损坏，或RTK信号、RTK校正数据或基本偏移矢量的质量是否不够。如果导航位置估算器或质量估算器确定RTK信号丢失、中断或损坏，或者RTK信号的质量不够，则该方法继续到步骤S518。然而，如果RTK信号没有丢失、中断、损坏，并且如果RTK信号或RTK校正数据的质量并非不足(例如，RTK信号的质量足够)，则该方法继续到步骤S516。
在步骤S516中，数据处理器159或导航定位估算器57在返回到步骤S500之前等待一间隔，以用于该方法的某些步骤的另一次迭代。
在步骤S518中，导航位置估算器57或精确定位估算器120确定一组接收的卫星信号的精确位置估计或范围是否已经收敛或归整一组解算的模糊度或浮点数模糊度。收敛或归整意味着所接收的卫星信号的观测到的相位测量和相关联的相位模糊度已经达到稳定状态，其相应的位置估计或解的准确度接近最大精度，或者导航定位估算器57已经对当前测量时间(例如，历元)的一组卫星接收器解算了整数模糊度。如果没有归整，当解从RTK模式转换到扩展的RTK模式(例如，RTKX)时，将会有位置跳变。如果导航位置估算器57或精确定位估算器120未与特定卫星的解算的模糊度收敛，则该方法继续进行到用于具有未解算的模糊度的卫星的步骤S520。然而，如果导航位置估算器57或精确定位估算器120已经与针对特定卫星的解算的模糊度收敛，则该方法继续到步骤S524。
在步骤S518的替代实施例中，导航位置估算器57或RTKX模块(409,413)确定：(1)接收到的卫星信号的精确位置估计或范围是否已经收敛或归整解算的模糊度；以及(2)偏移矢量(例如，基本偏移矢量或平滑的基本偏移矢量)或RTKX偏移矢量是否准备好。在一个实施例中，导航定位估算器需要平滑滤波器442或偏移模块130在参考接收器30的初始化(或其平滑滤波器开始)之后运行至少初始化时间段(例如，至少五(5)分钟)，或在声明偏移矢量准备就绪之前在参考接收器30之间切换。如果导航位置估算器57或RTKX模块(409,413)确定(1)接收到的卫星信号的精确位置估计或范围已经以收敛或归整解算的模糊度，以及(2)偏移矢量或RTKX偏移矢量就绪，则该方法继续步骤S524。然而，如果导航位置估算器或精确定位估算器120未与特定卫星的解算的模糊度收敛，则该方法继续到步骤S520。在一种配置中，如果不能满足上述两个条件中的任何一个或两个条件，则可能阻止从引擎或RTKX模块输出RTKX解(与相对定位解相反)。
在步骤S520中，导航位置估算器57或相对位置估算器124基于移动接收器在相对位置模式下的时间差相位测量结果来确定估计的相对位置。
在步骤S522中，导航位置估算器57或RTK扩展模块(409,413)将相对位置模式中的相对位置矢量添加到最后已知的RTK位置，以避免位置估计中的跳变或不连续性。为了增加RTKX的可用性，特别是在频繁RTK中断期间，RTKX模块(409,413)在精确位置解或偏移矢量尚未准备好时使用相对位置估算器124或引擎。在一个实施例中，相对位置估算器124使用精确的校正数据来产生相对于特定历元的位置变化。相对位置是在初始化时间从参考位置起的增量位置。当在RTKX的情况下使用时，相对位置估算器124利用移动接收器在RTK信号校正于最后一个历元处的丢失、中断或破坏之前的最后已知的RTK位置被初始化；RTKX模块(409,413)或相对位置估算器124从最后时期估计增量位置以提供RTKX位置。
此外，相对位置估算器124或引擎可以基于用于初始化引擎的RTK位置来估计偏移矢量。在某些实施例中，相对偏移矢量通常不像其他偏移矢量源那样精确，但会增加RTKX对用户的可用性。可以使用基于相对位置的RTKX解，直到由精确定位估算器120归整精确位置估计并且偏移矢量(例如，基本偏移矢量或移动偏移矢量)已准备就绪。在一个实施例中，如果不存在从以RTK模式和精确位置模式同时操作的基站、参考接收器(例如，自学习的漫游器偏差)或者移动接收器提供的偏移矢量，相对位置估算器124可以在向终端用户提供关于精度降低的警报或数据消息之前的最大时间段(例如，高达一小时)提供RTKX估计。
在步骤S524中，导航位置估算器或模式控制器126切换到第二测量时间的精确位置模式，其中第二测量时间的下一精确位置估计通过偏移(例如步骤S512)或参考坐标系偏置补偿以避免下一个位置估计(例如扩展RTK能力)的跳变或不连续性。第二测量时间在第一测量时间之后，其中第二测量时间可以包括用于在移动接收器12处的RTK信号丢失、中断或损坏之后收集载波相位测量的下一个测量时间。
图7的方法类似于图5的方法中的某些步骤。另外，图7增加了几个与平滑相关的步骤。在图5和图7中，相似的附图标记表示相似的程序或步骤。图7的方法开始于步骤S500。
结合图5描述了步骤S500、S502、S504和S506，如此处所述，其同样适用于图7。在步骤S506之后，图7的方法可以继续到步骤S701。
在步骤S701中，导航定位估算器57或精确定位估算器120在精确校正模式中基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位和所接收的精确校正数据来确定第一测量时间、第二测量时间或两者的精确位置。在一个实施例中，精确位置是基于卫星信号的载波相位的解算的或固定的整数模糊度。在替代实施例中，精确位置基于一个或多个卫星信号的载波相位的浮点模糊度
在步骤S700中，平滑滤波器442或偏移模块130过滤或平滑偏移矢量(例如，基本偏移矢量)的多个测量时间(例如，历元或样本)。例如，平滑滤波器442基于与基本偏移矢量和移动偏移矢量相关联的协方差矩阵对基本偏移矢量进行滤波或平滑。为了改善精确的RTKX解，可以使用诸如卡尔曼滤波器的平滑滤波器442来估计偏移矢量(例如，RTKX偏移矢量)。在一个实施例中，偏移矢量可以由来自RTK基站430的第一RTK数据消息格式(例如，从RTG模式导出的)呈现或组织，或由来自RTK基站430或参考接收器30的第二RTK数据消息格式(例如，从PPP中导出)呈现或组织，或呈现或组织为移动接收器12或漫游器的自学习brov。
在一个配置中，状态矢量x是NEU坐标系中的平滑偏移矢量。NEU表示东北天参考、而不是XYZ(ECEF，以地球为中心、相对于地球固定)坐标系。NEU允许我们在水平(东北平面)和垂直平面上表示矢量。选择NEU参考系是因为精确位置解的行为在水平和垂直平面上得到很好的表征，从而简化了滤波器442的调谐过程。
例如，在步骤S700中，平滑滤波器442根据以下等式对偏移矢量进行滤波或平滑：
其中I是单位矩阵，yk是在时间k处从基站430(或参考接收器30)转换成NEU坐标系的瞬时偏移矢量，并且K是使用以下等式计算的卡尔曼增益：
K＝(Pk+Q)(R+Pk+Q)-1
后验协方差矩阵Pk使用以下公式计算：
Pk+1＝(I-K)(Pk+Q)(I-K)T+KRKT
其中，Q是对角线过程噪声矩阵，其中该对角线过程噪声矩阵的元素被用于调整平滑滤波器442、430，其中R是测量结果协方差矩阵。过程噪声矩阵与所测量的GNSS系统相关联，其可以具有可以被建模为高斯分布或其他的随机或白噪声特性。
对于从基站430或参考接收器30获得的基本偏移矢量，使用从RTK基站430或参考接收器30发送的解的品质因数(FOM)填充R。将简化矩阵假定为对角线、垂直标准差假定为其水平一维对应值的两倍。也就是说，
对于来自漫游器12处的偏移模块130的自学习偏移矢量(例如，RTKX偏移矢量)，使用来自精确定位估算器120和RTK估算器122的全位置协方差矩阵来填充R矩阵。在数学上，
R＝PXRTK+PXP
在步骤S702中，平滑滤波器442或偏移模块130基于滤波器状态对偏移矢量或从偏移矢量导出的分量(例如，新息)执行质量检查。例如，由于精确定位解因模糊度混合(例如，来自模糊度细化、模糊度收敛或设置与不同卫星信号丢失相关联的卫星)而在解中偶尔有小的跳变，因此在卡尔曼滤波器、RTKX模块或导航定位估算器中执行新息检查，以进一步增强偏移矢量的平滑度。新息测量平滑滤波器442或卡尔曼滤波器的输出中的预测误差。新息Δ定义如下：
其中ΔN是水平北平面新息，ΔE是水平东平面新息，ΔU是垂直新息，x是偏移矢量的状态(例如，第一状态)的估计，并且y是估计x之后的偏移矢量的测量结果(例如，第二状态)。
二维水平新息的定义是：
在执行步骤S702的一个示例中，实施以下新息检查算法。
1)如果‖Δ‖>1.5米或另一个最大阈值位移，则测量结果y被拒绝。拒绝y大于最大计数(例如，60次)将重置偏移源平滑滤波器442。
2)如果二维水平新息ΔNE大于一西格玛(sigma)水平协方差或者如果垂直新息ΔU大于一西格玛垂直协方差，则过程噪声矩阵Q膨胀。
一西格玛指的是随机变量，例如新息分量，与统计人口的期望值或平均值的一个标准偏差。
步骤S704可以在步骤S702之前、之中或之后执行。在步骤S704中，数据处理器159或RTK扩展模块(409,413)确定平滑滤波器442是否已经运行或者已经活动了至少初始化时间段(例如，大约五分钟)。如果数据处理器159或RTK扩展模块(409,413)确定平滑滤波器442已经运行或者已经活动了至少一个初始化历元，则该方法继续到步骤S705。然而，如果数据处理器159或RTK扩展模块(409,413)确定平滑滤波器442在至少初始化历元中没有运行或者未活动，则该方法继续到步骤S707。
在一个实施例中，平滑滤波器442必须在宣告基本偏移矢量准备好作为用于RTKX使用或在精确定位模式中使用的可靠偏移矢量之前，在初始化时间段(例如，至少5分钟)运行。当基站430改变移动接收器12时，所有的平滑滤波器(例如442)被重置，使得平滑滤波器442需要在基本偏移矢量可用之前重新初始化。例如，如果移动接收器12移动，则新的最近的基站或者最可靠的基站可以被用来通过无线通信信道提供RTK校正数据，这需要初始化新的最近的基站430。
在步骤S705中，基本偏移矢量准备好使用或被使用。例如，导航定位估算器57或精确定位估算器120可将基础偏移矢量添加到精确的位置估计，以避免从RTK模式到扩展的RTK模式或精确位置模式的转换时的跳变或不连续性。
在步骤S707中，导航定位估算器57或数据处理器159可以使用或标记为可用的一个或多个以下各项：移动偏移矢量、存储的偏移矢量或基于数据存储装置155中的优先级规则或逻辑的相对位置。然而，导航位置估算器57不能使用基础偏移矢量或使基础偏移矢量有效，直到初始化时间段已经过去。例如，优先级逻辑或优先级规则可以基于“如果-则”语句，或者优选偏移矢量、其替代或代理的列表或层次结构，包括以下内容：(1)如果平滑滤波器已经运行了初始化历元和/或通过质量检查，则使用参考接收器的基本偏移矢量；(2)如果平滑滤波器没有运行至少一个初始化时间段，则按照以下优先顺序使用下列之一：(a)由移动接收器确定的移动偏移矢量，(b)来自移动接收器中的数据存储装置的存储的偏移矢量，以及(c)由相对位置估算器确定的相对位置。
图8是标识偏移矢量中的不准确性的流程图，其可用于调整移动接收器中的偏移矢量的使用优先级。图8的方法可以与本文中描述的任何其他方法或过程一起使用。
在移动接收器12处的阴影情况下，精确校正信号或接收的卫星信号丢失或暂时中断，自学习的偏移矢量可能是不准确的。在这些情况下，移动接收器12可以不准确地宣布图6的方法中准备好自学习偏移矢量。为了缓解这种情况，对RTKX引擎中的不同偏移矢量实现了一致性检查。一致性检查是基于以下假设：基站430或参考接收器30位于相对干净和开放的天空环境中，并且因此比移动接收器12本身更可靠。图8的方法开始于步骤S801。
在步骤S801中，质量评估器128、数据处理器159或导航定位估算器57根据基站430确定内部学习的偏移矢量(例如，漫游器偏差或移动偏移矢量)与平滑的偏移矢量(例如，平滑的基本偏移矢量)之间的差。
在步骤S802中，质量评估器128、数据处理器159或导航定位估算器57确定偏移矢量(即，基本偏移矢量和移动偏移矢量)的水平分量的差是否大于阈值。例如，阈值可以等于或者与滤波器协方差估计的两个西格玛值(例如，正态分布或高斯分布的两个标准偏差)成比例。理想情况下，这两个源(即基本偏移矢量和移动偏移矢量)之间的差别很小，但是在漫游器的精确位置解不准确的情况下，自学习的偏移矢量将与基站430或参考接收器30具有较大的差。
在步骤S803中，如果(基本偏移矢量和移动偏移矢量的)水平分量的差大于阈值(例如，2西格玛阈值)，则RTKX模块(409,413)或导航定位估算器指定移动接收器的移动偏移矢量(例如，自学习偏差)为不一致，并且使用由基站430或参考接收器30(如果可用的话)或相对位置估算器124确定的基本偏移矢量(例如，平滑的基本偏移矢量)以防止在RTKX模块(409,413)处在解中输出不准确的漫游器精确位置解。
相应地，如果差值小于或等于阈值，则来自移动接收器的移动偏移矢量将是可用的或被认为是可靠的偏移矢量，则该方法可以在步骤S804中根据以下用于偏移矢量的优先级来操作。在步骤S803中执行的上述完整性检查确保根据优先级逻辑或规则使用可靠的偏移矢量，所述优先级逻辑或规则可以被表示为如果-则语句、分层列表、布尔逻辑、真值表、条件分支、树或其它。
在一个实施例中，在步骤S804中，偏移模块130、数据处理器或导航定位估算器将优先级分配给可能可用的不同偏移矢量的使用，例如那些尚未违反上述用于偏移矢量的一致性或可靠性测试的偏移矢量。在一个实施例中，使用以下偏移优先级：
1.如果归整(基本)偏移矢量可从基站430或参考接收器30获得，则将第一优先级或最高优先级给予来自基站430或参考接收器30的(基本)偏移矢量，其同时以精确位置模式和实时运动模式进行操作一测量时间(例如，历元)，或者其基于精确位置和基站430的已知参考坐标之间的差确定基本偏移矢量(例如，RTK数据消息)。基站430可以访问精确校正信号(例如，以高精度等级或更高精度等级，其中选择可以基于在共同精度等级、共同接收器制造商、共同或标准校正数据消息类型、者最兼容的校正数据消息类型下的参考接收器操作和移动接收器操作两者)一测量时间(例如，历元)。在一个实施例中，归整的精确位置估计是基于用于测量时间或用于到达精确位置估计的稳态精确度的所接收的卫星信号的载波相位的整数模糊度的解算。
2.如果如上面的项目1中所描述的那样从基站430或接收器不能得到归整的(基本)偏移矢量，则通过在相同的测量时间(例如，历元)，(来自移动接收器12的RTK位置估算器122的)RTK估计与相应的精确位置估计(例如，来自移动接收器12的精确定位估算器120)之间的差值，基于精确的校正信号，将第二优先级给予由移动接收器确定(例如，学习)的(移动)偏移矢量。例如，精确校正信号可以基于具有精确时钟和轨道校正的PPP、RTG、实时GIPSY，或在为测量时间提供全球精确的时钟和轨道校正的数据处理中心的校正估算器中的类似算法。
3.如果偏移矢量在上面的项目1或2下不可用，则基于精确校正信号(例如，具有精确时钟和轨道校正的精确校正信号的更高精度水平)，第三优先级被给予由基站430或参考接收器30或已经获得基于浮点的精确位置或浮点GNSS PPP解(例如，作为与载波相位测量相关联的模糊度的部分或基本解)的精确定位估算器所确定的偏移矢量，其中基站430和参考接收器30来自同一制造商，或者对于RTK数据消息或同质RTK数据消息使用相同的数据格式(例如，消除或改善接收器偏差)。
4.如果偏移矢量在上面的项目1,2或3下不可用，则基于精确校正信号(例如，高精确度的精确校正信号，低于最高精度的时钟和轨道校正)，第四优先级被给予由基站430或参考接收器30或已经获得了基于浮点的精确位置或浮点GNSS PPP解(例如，作为与载波相位测量相关联的模糊度的部分或基本解)的精确定位估算器所确定的偏移矢量，其中基站430和参考接收器30：(a)来自同一制造商，或者对于RTK数据消息或同质RTK数据消息使用相同的数据格式，或者(b)来自不同的制造商，并使用RTK数据消息的标准格式。
5.如果偏移矢量在上面的项目1到4(含)之下不可用，则第五优先级被给予从数据存储装置155检索或访问的偏移矢量，例如非易失性随机存取存储器(NVRAM)。存储的矢量偏差的优先级最低，始终优先选择现场信号，即使存储的矢量偏差基于对测量时间从精确的校正信号(例如，具有精确的时钟和轨道校正的最高精度的精确校正信号)导出的精确位置估计。
在某些实施例中，精确校正信号、差分校正数据或校正数据可以指以下中的一个或多个：(a)校正数据的高精度水平，其中校正数据由数据处理中心的校正估算器中RTG、实时GIPSY或类似算法提供，其中数据处理中心为测量时间提供全球精确时钟和轨道校正，或者(b)由数据处理中心或校正估算器(例如，支持精确定位模式(PPP模式)的移动接收器12的操作)提供具有精确的时钟和轨道校正的校正数据或精确的校正数据的更高精度水平，其中更高精度水平高于高精度水平。
图9A是在移动接收器12归整或收敛于整数模糊度以提供精确位置估计之后，与RTK校正数据的RTK信号中断相关联的时间线的流程图。在图9A中，水平轴线表示时间，其分为第一时间段或归整时间段(例如T1)、第二时间段或平滑时间段/初始RTKX时间段(例如T2)、以及第三时间段或更新RTKX时间段(例如，T3)。第一时间段从接收器(例如参考接收器30或基站430)的初始化时间或开启延伸直到接收到的信号被归整以获得模糊度解算的位置解。尽管第一时间段可以具有其他持续时间，但是在一个说明性示例中，导航接收器的第一时间段倾向于具有在大约1200个历元与大约3600个历元之间的持续时间。第二时间段从接收到的信号第一次被归整的时间延伸到漫游器接收器12收敛或漫游器自学习滤波器444收敛到位置解的时间。尽管第二时间段可以具有其它持续时间，但是在一个说明性示例中，用于导航接收器(12,30)的第二时间段倾向于具有至少300个测量历元的持续时间或者直到协方差小于阈值。例如，当平滑滤波器442收敛时或当自学习滤波器444或漫游器滤波器的自学习偏差变为有效时，漫游器接收器12收敛。
图9A示出了在该RTK扩展模式或多个RTK扩展模式(例如，具有偏移矢量的精确定位模式下的操作)中被给予不同可用位置估计的优先级。可用的RTK扩展模式可以取决于诸如以下的参数：(1)基站430或参考接收器30在接收器载波相位中的模糊度的解算之后是否已经归整或收敛于位置解；(2)移动接收器12或漫游器在接收器载波相位模糊度的解算之后已经归整或收敛于位置解，(3)RTK校正数据、RTK校正数据格式或RTK校正数据的解算水平，其中解算水平可以指：(a)高解算水平，其基于高准确度的精确时钟和轨道校正以及位置解的精确位置估计(例如，PPP估计)，或(b)更高解算水平(高于高解算水平)，基于更高精确度的精确时钟和轨道校正，以及(4)接收器制造商或特定接收器制造商使用的精确定位算法。
参考接收器30与无线通信装置428相关联，用于经由其校正无线装置(14,114,214)(例如，通信装置)将RTK校正数据无线发送到移动接收器12。如图所示，在第二时间段中，第一优先级被给予第一RTKX模式，其中位置估计基于被添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，例如与多种类型的RTK校正数据格式兼容的基础偏移矢量，其与一个或多个具有第一收敛解的参考接收器30相关联，或者与紧邻于移动接收器12或距离移动接收器12一最大基线距离内的一个或多个参考接收器30相关联。对于第一优先级，基本偏移矢量可以包括可用RTK校正数据，诸如第一RTK数据格式(例如较高解算)或第二RTK数据格式(例如，高解算)。
在第二时间段内，如图所示，第二优先级被给予到第二RTKX模式，其中位置估计基于添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)中，基本偏移矢量基于来自精确的位置解(例如，RTK校正数据的最高解算级别)的RTK校正数据。对于第二优先级，基本偏移矢量可以包括精确的RTK校正数据，例如第一RTK数据格式。
在第三时间段中，第一优先级被给予到第一RTKX模式，其中位置估计基于添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)中，基本偏移矢量基于来自精确的位置解(例如，RTK校正数据的最高解算级别)的RTK校正数据。在第三时间段中，第二优先级被赋予给第二RTKX模式，其中位置估计基于被添加到移动偏移矢量、漫游器偏移矢量或漫游器自学习偏差的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，移动偏移矢量、漫游器偏移矢量或漫游器自学习偏差由移动接收器12通过采取RTK估计(例如，来自接收器12的RTK位置估算器122)与相应的精确位置估计(例如，来自移动接收器12的精确位置估算器120)之间的差、基于精确的校正信号进行相同的测量时间(例如，历元)而完成。在第三时间段中，第三优先级被给予给第三RTKX模式，其中位置估计基于被添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，例如与多种类型的RTK校正数据格式(例如，第一RTK数据格式和第二RTK数据格式)兼容的基本偏移矢量，或者以模糊度解算的浮点模式操作的基本偏移矢量。在第三时间段中，第四优先级被给予到第四RTKX模式，其中位置估计基于被添加到存储在数据存储装置155中的存储的基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTB或PPP估计)，存储的基本偏移矢量与移动接收器12相关联并且充分当前的(例如，不陈旧)或基于最近观测的载波相位测量结果。
图9B是在移动接收器12归整或收敛于整数模糊度以提供精确位置估计之前与RTK校正数据的RTK信号中断相关联的时间线的流程图。在图9B中，水平轴线表示时间，其被分成第四时间段(例如，T4)或尝试归整时间段、第五时间段(例如，T5)或相对定位时间段、以及第六时间段(例如，T6)或更新的RTKX时间段。第四时间段从接收器(例如参考接收器30或基站430)的初始化时间或开启延伸，直到为了模糊度解算的位置解，接收到的信号被尝试归整而不是实际归整。尽管第四时间段可以具有其他持续时间，但是在一个说明性示例中，导航接收器12的第四时间段倾向于具有在大约1200个历元和大约3600个历元之间的持续时间。
第五时间段从RTK校正信号丢失、中断或损坏的时间开始，直到漫游器接收器12收敛或漫游器自学习滤波器444收敛于位置解时。尽管第五时间段可以具有其他持续时间，但是在一个说明性示例中，导航接收器(例如12)的第五时间段倾向于具有大约300个历元或者直到协方差小于阈值，其经受最大限制(例如，大约一个小时)。一旦第五时间段或相对定位时间段达到最大限制，相对位置的精度可能会降低，除非采取特殊的措施，例如通过链接多个相关解以实现连续性从而实现链式解。在第五时间段中，第一优先级或唯一优先级被给予到第一RTKX模式，在第一RTKX模式中，位置估计基于(例如，在移动接收器12处，于RTK校正信号在移动接收器12处丢失、中断或损坏之前)被添加到RTK参考接收器30的测量位置和已知位置(例如，RTK参考接收器30的实际坐标)之间的差分位置的最后可用的RTK估计。
在第六时间段中，第一优先级被给予到第一RTKX模式，在第一RTKX模式中，位置估计基于添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，基本偏移矢量基于来自精确位置解(例如，RTK校正数据的最高解算级别或与第一RTK数据格式相关的RTK校正数据)的RTK校正数据。在第六时间段中，第二优先级被给予到第二RTKX模式，在第二RTKX模式中，位置估计基于被添加到基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，所述基本偏移矢量例如为基本偏移矢量与多种类型的RTK校正数据格式(例如，第一RTK数据格式和第二RTK数据格式)兼容的基本偏移矢量，或者以模糊度的浮点模式操作的基本偏移矢量。在第六时间段中，第三优先级被给予到第四RTKX模式，其中位置估计基于被添加到存储在数据存储装置155中的存储的基本偏移矢量的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)，存储的基本偏移矢量与移动接收器12相关联并且是充分当前的(例如，不陈旧)或基于最近观测的载波相位测量结果。在第六时间段中，第四优先级被给予到第四RTKX模式，其中位置估计是基于被添加到由漫游器自学习滤波器估计的移动偏移的精确位置估计(例如，RTG或PPP估计)。
已经描述了优选实施例，显而易见的是，在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行各种修改。

Claims (25)

1.一种用于操作卫星导航接收器的方法，所述方法包括：
接收一个或多个卫星信号；
测量所接收的卫星信号的载波相位；
接收用RTK校正数据编码的实时运动(RTK)信号；
通过实时运动(RTK)位置估算器，基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位和在RTK校正模式下所接收的RTK校正数据来确定实时运动位置；
接收用精确校正数据编码的精确信号；
由精确定位估算器，基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位和在精确校正模式中所接收的精确校正数据，确定精确位置；
确定在相同的测量时间或历元的所述精确位置与所述RTK位置之间的偏移矢量；和
在所述RTK信号丢失、中断或损坏时，在最后可用RTK位置之后切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由所述偏移矢量或参考坐标系偏置补偿，以避免该下一个精确位置估计的跳变或不连续性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述偏移矢量包括：在所述精确位置估算器收敛时或之后，确定所述精确位置与所述RTK位置之间的所述偏移矢量，以解算与所述精确位置相关联的载波相位的模糊度。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述精确位置未准备好或未收敛以解算所接收的卫星信号的已被测量的载波相位的模糊度时，通过相对位置估算器，基于所述移动接收器在相对位置模式中的时间差分相位测量结果，来确定估计的相对位置。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述精确位置未准备好或未收敛以解算所接收的卫星信号的已被测量的载波相位的模糊度时，基于优先级逻辑使用移动偏移矢量、存储的偏移矢量或相对位置矢量。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述RTK信号丢失时，基于所述移动接收器的最后可用RTK位置，切换到扩展RTK位置模式；其中，下一个扩展RTK位置估计由包括参考接收器的观测位置和所述参考接收器的已知位置之间的差分位置矢量的所述偏移矢量补偿，以避免该下一个扩展RTK位置估计的跳变或不连续性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过平滑滤波器在多个测量时间或历元内平滑所述偏移矢量，其中所述平滑滤波器基于来所述自参考接收器的所述偏移矢量的先前值、卡尔曼增益以及瞬时偏移矢量反复地确定平滑的值。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
对所述偏移矢量或与所述偏移矢量相关联的多个卡尔曼新息执行质量检查，其中在任一新息改变多于最大阈值位移时，拒绝来自所述参考接收器的所述基本偏移矢量的测量结果，并且该测量结果不用作被平滑的偏移矢量的一部分。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在二维水平新息具有大于一个西格玛水平协方差或者如果所述垂直新息具有大于一个西格玛垂直协方差时，使所述过程噪声矩阵膨胀，其中膨胀过程通知矩阵被应用以更新所述平滑滤波器的卡尔曼增益。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，根据以下等式平滑所述偏移矢量：
<mrow> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <mi>K</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>k</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>K</mi> <mi>y</mi> </mrow>
其中I是单位矩阵，yk是在时间k处来自所述基站或参考接收器的、被转换到东北天(NEU)坐标系中的所述瞬时偏移矢量测量，K是使用以下等式计算的卡尔曼增益：
K＝(Pk+Q)(R+Pk+Q)-1
其中使用以下等式计算所述后验协方差矩阵Pk：
Px+1＝(I-K)(Pk+Q)(I-K)T+KRKT
其中，Q是对角线过程噪声矩阵，该对角线过程噪声矩阵的元素用于调整所述平滑滤波器，其中R是所述测量协方差矩阵。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述RTK信号丢失、中断或损坏时，当达到用于从基站接收的基本偏移矢量的平滑滤波器的初始化时间段的结束时，以及当所述移动接收器已经结合与所述精确位置相关联的所测量的载波相位的模糊度解算获得在所述精确位置上的收敛时，切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由被平滑的基准偏移矢量补偿，以避免该下一个精确位置估计的跳变或不连续性。
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
在所述RTK信号丢失、中断或损坏时：
如果所述参考接收器的所述精确位置已经收敛，以及如果在初始化阶段之后平滑了实时基本偏移矢量，则切换到具有由参考接收器提供的实时基本偏移矢量的、作为第一优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由所述移动接收器提供的实时移动偏移矢量的、作为第二优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经确定了与所述精确位置相关联的模糊度的浮点解，则切换到具有实时基本偏移矢量或实时移动偏移矢量的、作为第三优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的数据存储装置中的存储的偏移矢量相对于测量时间与所述当先时间之间的时间段是足够最新的，则切换到具有所述存储的偏移矢量的、作为第四优先级的精确位置模式，其中所述实时偏移矢量不可用。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，
在所述RTK信号丢失、中断或损坏时；
如果所述参考接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由所述参考接收器提供的实时基本偏移矢量的、作为第一优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由所述移动接收器提供的实时移动偏移矢量的、作为第二优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置没有收敛到与第一优先级或第二优先级一致，则切换到作为第三优先级的相对位置模式。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定移动偏移矢量与所述偏移矢量之间的差值，其中所述偏移矢量包括来自参考接收器的被平滑的基本偏移矢量；
确定所述移动偏移矢量的所述水平分量的差是否大于阈值；
在所述差大于阈值时，将所述移动接收器的所述移动偏移矢量指定为不一致，并且使用由所述基站或参考接收器确定的所述基本偏移矢量，或者使用相对位置估算器代替所述偏移矢量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述阈值大约是二西格玛或两个标准偏差。
15.一种用于操作卫星导航接收器的接收器，所述接收器包括：
测量模块，用于测量接收的卫星信号的载波相位；
无线通信装置，用于接收用RTK校正数据编码的实时运动(RTK)信号；
校正无线设备，用于接收用精确校正数据编码的精确信号；
实时运动(RTK)位置估算器，用于基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位和在RTK校正模式中所接收的RTK校正数据来确定实时运动位置；
精确定位估算器，用于基于所接收的卫星信号的已被测量的载波相位和在精确校正模式中所接收的精确校正数据来确定精确位置；
偏移模块，用于确定相同的测量时间或时段的所述精确位置与所述RTK位置之间的偏移矢量；和
模式控制器，该模式控制器用于在所述RTK信号丢失、中断或损坏时在最后可用RTK位置之后切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由所述偏移矢量或参考坐标系偏置补偿，以避免该下一次精确位置估计的跳变或不连续性。
16.根据权利要求15所述的接收器，其中，所述偏移模块适于在所述精确位置估算器的收敛已经解算与所述精确位置相关联的载波相位的模糊度时或之后，确定所述精确位置与所述RTK位置之间的所述偏移矢量。
17.根据权利要求15所述的接收器，还包括：
如果所述精确位置未准备好或未收敛以解算所接收的卫星信号的已被测量的载波相位的模糊度，则相对位置估算器适于在相对位置模式中基于所述移动接收器的时间差分相位测量结果来确定估计的相对位置。
18.根据权利要求15所述的接收器，还包括：
在所述RTK信号丢失时，所述模式控制器被配置成基于所述移动接收器的所述最后可用的RTK位置来切换到扩展的RTK位置模式；其中，下一个扩展的RTK位置估计由包括参考接收器的观测位置和所述参考接收器的已知位置之间的差分位置矢量的所述偏移矢量补偿，以避免该下一个扩展的RTK位置估计的跳变或不连续性。
19.根据权利要求15所述的接收器，还包括：
平滑滤波器，用于在多个测量时间或历元内平滑所述偏移矢量，其中所述平滑滤波器基于来自所述参考接收器的所述偏移矢量的先前值、卡尔曼增益和瞬时偏移矢量反复地确定平滑的值。
20.根据权利要求19所述的接收器，还包括：
质量评估器，用于对所述偏移矢量或与所述偏移矢量相关联的多个卡尔曼新息进行质量检查，其中，如果所述新息中的任一个改变大于最大阈值位移，则来自所述参考接收器的所述基本偏移矢量的测量结果被拒绝并且不被用作平滑的偏移矢量的一部分。
21.根据权利要求20所述的接收器，其中：
如果二维水平新息大于一个西格玛水平协方差或者如果垂直新息大于一个西格玛垂直协方差，则所述质量评估器适于膨胀过程噪声矩阵，其中膨胀过程通知矩阵被应用以更新所述平滑滤波器的卡尔曼增益。
22.根据权利要求15所述的接收器，其中所述偏移矢量根据以下等式被平滑：
<mrow> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>I</mi> <mo>-</mo> <mi>K</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mover> <mi>x</mi> <mo>^</mo> </mover> <mi>k</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>K</mi> <mi>y</mi> </mrow>
其中I是单位矩阵，yk是在时间k处来自所述基站或参考接收器的、被转换到东北天(NEU)坐标系中的瞬时偏移矢量测量结果，K是使用以下等式计算的卡尔曼增益：
K＝(Pk+Q)(R+Pk+Q)-1
其中使用以下等式计算后验协方差矩阵Pk：
Pk+1＝(I-K)(Pk+Q)(I-K)T+KRKT
其中，Q是对角线过程噪声矩阵，该对角线过程噪声矩阵中的元素用于调整平滑滤波器，其中R是测量结果协方差矩阵。
23.根据权利要求15所述的接收器，其中：
在所述RTK信号丢失、中断或出现时，当达到平滑滤波器的针对所述偏移矢量以产生被平滑的基本偏移矢量的所述初始化时间段的结束、以及结合与所述精确位置相关联的所测量的载波相位的模糊度解算获得在所述精确位置上的收敛时，所述导航定位估算器被配置为切换到精确位置模式，其中下一个精确位置估计由被平滑的基本偏移矢量补偿，以避免该下一个精确位置估计的跳变或不连续性。
24.根据权利要求15所述的接收器，其中：
在移动接收器处的所述RTK信号丢失、中断或损坏时，所述导航定位估算器适于：
如果所述参考接收器的所述精确位置已经收敛，以及如果在初始化时间段之后平滑了实时基本偏移矢量，则切换到具有由参考接收器提供的实时基本偏移矢量的、作为第一优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由移动接收器提供的实时移动偏移矢量的、作为第二优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经确定了与所述精确位置相关联的模糊度的浮点解，则切换到具有实时基本偏移矢量或实时移动偏移矢量的、作为第三优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的数据存储装置中的存储的偏移矢量相对于测量时间与所述当先时间之间的时间段是足够最新的，则切换到具有所述存储的偏移矢量的、作为第四优先级的精确位置模式，其中所述实时偏移矢量不可用。
25.根据权利要求15所述的接收器，其中：
在所述移动接收器处的所述RTK信号丢失、中断或损坏时，所述导航定位估算器适于；
如果所述参考接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由所述参考接收器提供的实时基本偏移矢量的、作为第一优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置已经收敛，则切换到具有由所述移动接收器提供的实时移动偏移矢量的、作为第二优先级的精确位置模式；
如果所述移动接收器的所述精确位置没有收敛到与第一优先级或第二优先级一致，则切换到作为第三优先级的相对位置模式。
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