CN109196381A - 通过辅助数据对精确位置的快速确定 - Google Patents

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Abstract

相对定位模块(18)应用实时动态(RTK)算法，以提供参考接收器和漫游器的接收器之间的相对位置矢量并提供恢复数据。在漫游器处，(例如，根据精密定位算法)精密定位模块将相对位置矢量、辅助数据、恢复数据和校正数据应用作为输入、约束或两者以用于一个或多个预测滤波器在宽巷模糊度和窄巷模糊度上的收敛。在漫游器处，精密定位模块(16)或导航定位估算器(50)基于收敛或固定的窄巷模糊度和宽巷模糊度来估算漫游器的精确位置。

Description

通过辅助数据对精确位置的快速确定
技术领域
本公开涉及用于通过辅助数据来快速确定精确位置的方法和卫星接收器系统。
背景技术
在某些现有技术中，诸如全球导航卫星系统接收器的卫星导航接收器可以提供厘米级的位置估算。这种卫星导航接收器通常依赖于载波相位测量，所述载波相位测量受到接收到的卫星信号的周期的整周模糊度度的影响。在一些现有技术中，长初始化周期(也称为归整后时间)通常为30至45分钟，由相位模糊度收敛到接近稳定值所花费的时间和达到或接近其最佳精度的解所驱动。在卫星导航接收器求解载波相位测量的整周模糊度之前，位置估算的精度是降低的。
在一些现有技术中，导航接收器的实时动态(RTK)校正数据是本地有效的，而不是全局有效的，并且需要对实时动态基站和通信链路进行大量投资以支持基站和移动卫星导航接收器之间的通信。对于基站和流动站之间的单基线，由于接收器和基站之间的距离依赖性偏差，RTK导航应用通常已经被限制在大约20千米到30千米的短程内。
因此，需要一种导航接收器，该导航接收器能够通过辅助数据快速确定其精确位置并且可以使用全局有效的校正数据。
发明内容
根据一个实施例，参考接收器或参考接收器的测量模块测量接收到的卫星信号的载波相位和码相位。在参考接收器处，精密定位模块或导航定位估算器基于接收到的卫星信号的所测量的载波相位和码相位、对流层延迟模型以及校正数据(例如精密单点位置数据，其具有精密单点定位针对各个卫星的、与精密单点定位算法一致的精确时钟和轨道数据)，解算宽巷模糊度和折射校正后模糊度(或窄巷模糊度)。在参考接收器处，在达到用于载波相位的模糊度解算的收敛状态之后的任何时间，精密定位模块提供并支持第一无线通信装置对以下辅助数据(例如，包括已解算或收敛的模糊度内容)中的一个或多个的无线传输：已解算的宽巷模糊度、估算的折射校正后模糊度(或估算的窄巷模糊度)、估算的对流层延迟偏差、接收到的卫星信号的原始测量载波相位和码相位、以及参考接收器的位置。
在移动接收器或漫游器处，第二无线通信装置接收辅助数据；相对定位模块应用实时动态(RTK)算法，以提供参考接收器和漫游器接收器之间的相对位置矢量和恢复数据。例如，相对定位模块使用参考接收器和漫游器与两个卫星之间的相位测量值的双差来解算双差RTK模糊度或相关数据，即恢复数据。在漫游器处，(例如，根据精密定位算法)精密定位模块将相对位置矢量、辅助数据、恢复数据和校正数据作为用于一个或多个预测滤波器在宽巷模糊度和窄巷模糊度上的收敛的输入、约束或两者。在漫游器处，精密定位模块或导航定位估算器基于收敛或固定的窄巷模糊度和宽巷模糊度来估算漫游器的精确位置。
附图说明
图1A是用于通过辅助数据快速确定精确位置的卫星接收器系统的一个实施例的框图。
图1B是示出(图1A的)校正数据源的一个可能示例的框图，该校正数据源包括用于向移动接收器传播校正数据的通信卫星。
图1C是示出包括RTK基站的(图1A的)校正数据源的另一可能示例的框图。
图1D是用于通过辅助数据快速确定精确位置的卫星接收器系统的另一实施例的框图，其中辅助数据和校正数据都可以通过校正无线装置和一个或多个无线通信系统被传送。
图2是比图1A或图1D更详细地示出的卫星接收器的说明性示例的框图。
图3示出了用于操作卫星接收器以通过辅助数据快速确定精确位置的方法和卫星接收器的一个实施例。
图4示出了用于操作卫星接收器以通过辅助数据快速确定精确位置的方法的另一实施例。
图5示出了用于操作卫星接收器以通过辅助数据快速确定精确位置的方法的一个实施例。
具体实施方式
诸如全球导航卫星系统(GNSS)接收器之类的位置确定接收器或卫星接收器能够接收载波相位测量值，载波相位测量值在所接收到的卫星信号的多个周期或部分周期中受模糊度(例如整周模糊度)的影响。时间点或测量时间意味着导航卫星系统的特定时刻或移动接收器(例如，以某个相应的频率或速率)测量载波相位的时间间隔。如这里所使用的，估算、确定或“解算”的模糊度可以具有整数值、浮点点值或实数值。因此，估算的模糊度、确定的模糊度和解算的模糊度在为本文件中应被视为同义词。相比之下，除非另有说明，否则“固定”的模糊度应表示模糊度具有整数值，例如模糊度被分为固定整数分量和实数值分量(浮点点分量)的情况下。收敛的模糊度指的是整数或实数值模糊度，整数或实数值模糊度与可靠或稳态的精确解或位置估算值相关联，可靠或稳态的精确解或位置估算值对在GNSS中操作的GNSS接收器处于或接近峰值精度和可接受的标准偏差水平。接收器确定或解算载波相位测量值的模糊度，以准确地估算接收器的精确位置或坐标。尽管GNSS接收器的码相位或伪距测量值与接收卫星的周期中的整周模糊度无关，但是码相位测量值不提供某些应用所需的厘米级位置精度。如本文件中所使用的，模糊度对特定等式(例如，稍后在本文中描述的)的形式背景通常是特定的，特定等式涉及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量。因此，可能具有宽巷(WL)模糊度、窄巷(NL)模糊度、单差(SD)模糊度，双差(DD)模糊度、实时动态(RTK)模糊度、以及与一个或多个接收器或一个或多个卫星的相位测量值有关的折射校正(RC)模糊度。
如果卫星导航接收器可以接收至少两个频率，例如L1和L2频率，则可以组合L1和L2载波相位测量值的差值以形成宽巷(WL)测量值(例如，具有用于GPS的大约86.25厘米的波长)，并且可以组合L1和L2载波相位测量值的总和以形成窄巷(NL)测量值(例如，具有大约10.7厘米的波长)。宽巷测量值有助于快速有效地解算宽巷整周模糊度，而窄巷测量值有助于以最小的相位噪声精确和准确地解算窄巷模糊度。折射校正模糊度消除了大气延迟偏差的一阶。
通常关于一个卫星、参考接收器和漫游器的接收器，或来自一个接收器的两个卫星形成(例如，载波相位或码相位的)单差测量值。相比之下，通常关于两个卫星、参考接收器和漫游器的接收器形成双差测量值，或者通过减去两个单差测量值来形成双差测量值。
测量模块56或导航接收器(例如，20或22)可以测量或观测适用的全球导航卫星系统(GNSS)(例如，全球定位系统(GPS)或GLONASS)的L1和L2载波相位和伪距，如等式(1-4)如下所示：
其中：
Pi j和分别是针对给定频率i(例如，1，2，......，例如L1或L2)和卫星j的码相位测量值和载波相位测量值(例如，以米为单位)；
是模糊的或非整数相位测量值，λ1是用于频率L1的载波相位测量值的波长；
是模糊的或非整数相位测量值，λ2是用于频率L2的载波相位测量值的波长；
ρj是卫星j的相位中心和接收器的相位中心之间的几何距离(例如，以米为单位)，包括校正数据108中的卫星精确轨道校正、接收器潮汐位移和地球自转校正；
τr是给定GNSS系统的接收器时钟偏差或误差，其中估算每个GNSS系统的一个接收器时钟偏差，GNSS系统例如为GPS、GLONASS、Galileo或北斗集群；
τj是卫星j的卫星时钟误差；
T是对流层延迟，并分为干分量Tdry和湿分量Twet；
和分别是关于给定频率i(1，2，...)的、依赖于接收器的码偏差和相位偏差，并且对于每个GNSS集群内的所有可见卫星的每个CDMA信号，可以假设它们是相同的；
和分别是关于给定频率i(1，2，...)的、依赖于卫星j的码偏差和相位偏差，该码偏差和相位偏差随时间变化非常缓慢；
fi和λi是GNSS载波信号频率i及其波长；
Ij是给定卫星j的电离层误差；
是对于给定频率i和卫星j的载波相位整周模糊度；
Wj和w分别是周期中的卫星j和接收器的相位饱和误差，相位饱和误差可用模型被校正；
和分别是码错误和相位误差，码错误和相位误差包括卫星j和频率i的白噪声误差、多径误差和剩余模型误差。
在可替换的实施例中，接收器r的时钟偏差τr的替代实施方式是如下的接收器r的时钟偏差，该接收器r的时钟偏差估算诸如GPS的主集群的一个时钟，然后估算主集群与其他GNSS集群之间的相对接收器时钟偏差。为了确定对流层延迟，可以使用先验对流层模型(如全球压力和温度模型(GPT)或GPT2模型)精确建模干分量；在去除先验湿模型之后，剩余的湿分量可以进一步被估算为具有高程映射函数和/或附加的两个水平梯度系数的一个天顶偏差。
如果测量模块56或接收器(例如，20或22)观测或测量GLONASS卫星信号，则必须考虑不同卫星发送器的不同频率。例如，可以从卫星L的频带的基频(L1频带的基频为1602MHz，L2频带的基频为1246MHz)导出由GLONASS卫星发送的卫星信号。每个GLONASS卫星当前使用FDMA技术在不同频率上发射。给出精确L1中心频率的等式如下所示：
f1 j＝1602MHz+nj×0.5625MHz (5)
其中nj是卫星j的频道号(n＝-7，-6，...，6)。在L2频带上，中心频率由如下等式确定：
图1A是用于通过辅助数据30快速确定精确位置的卫星接收器系统11的一个实施例的方框图。校正数据源(24或124)发送包含校正数据32的无线校正信号。校正数据源(24或124)可以包括图1B的校正数据源24或图1C的校正源124。校正数据32可以包括精确的轨道和时钟校正以及任何其他卫星偏差数据，这些数据对于向一个或多个地理区域或全世界中的位置确定接收器提供精密单点位置(PPP)数据服务(例如，具有厘米级精度)是必要或有用的。具有附加卫星偏差数据的校正数据32使移动接收器能够快速收敛并引入精确的精度(例如，厘米级精度)或峰值精度水平。
在本公开中，精密单点定位(PPP)算法可以使用校正数据32提供厘米级精度，校正数据32包括从参考站的稀疏全局网络生成的具有全局有效性的单组时钟和轨道校正。与用于提供校正数据32的某些现有技术实时动态系统不同，PPP消除了对实时动态(RTK)基站和相关无线通信链路的密集网络的需要，以支持利用RTK基站和漫游器22之间的校正信号的局部有效性或通信确定校正数据32。
如图1A所示，参考位置确定接收器或参考接收器20接收来自在视野或可靠接收范围内的第一组卫星的卫星信号。在一种构造中，接收到的卫星信号具有用伪随机噪声码或其他扩频码编码的载波信号。参考接收器20连接到校正无线装置26或与校正无线装置26通信，校正无线装置26经由发射的无线校正信号从校正数据源(24或124)接收校正数据32。
移动位置确定接收器或漫游器22接收来自在视野或可靠接收范围内的第二组卫星的卫星信号。如本文档中所使用的，术语“漫游器22”和“移动接收器”应该是同义词。对于可以由相对定位模块18(在图2中)执行的RTK算法，在参考接收器20和漫游器22的视野或可靠范围内的第一组卫星和第二组卫星中的成员卫星之间需要共性。然而，对于由漫游器22中的精密定位模块16(图2中)执行的PPP算法，漫游器22可以使用不在第一组内的附加卫星。
对于提供精确结果的相对定位模块18或实时动态滤波器48(图2中)，参考接收器20和漫游器22需要在彼此的最大范围或距离内。例如，如果参考接收器20和漫游器22在0千米到大约30千米的最大范围内，则实时动态滤波器48使用的双差等式可以提供精确的结果。在可替换的实施例中，如果参考接收器20和漫游器22在0千米到大约50千米的最大范围内，则实时动态滤波器48可以提供可接受的或足够的结果。因此，相对定位模块18或实时动态滤波器48可以在应用实时动态(RTK)滤波器解算与双差载波相位测量值相关的模糊度之前，验证参考接收器20在移动接收器或漫游器22之间在0千米到大约30千米的范围内。
漫游器22连接到校正无线装置26或与校正无线装置26通信，校正无线装置26经由所发送的无线校正信号从校正数据源(24或124)接收校正数据32。
在图1A中，第一无线通信装置28连接到参考接收器20。类似地，第二无线通信装置34连接到漫游器22。第一无线通信装置28可以包括发送器或收发器，而第二无线通信装置34可包括接收器或收发器。第一无线通信装置28和第二无线通信装置34可以经由电磁信号直接通信，或者间接地通过可选的无线通信网络36进行通信，无线通信网络36由虚线指示。例如，可选的无线通信网络36可以包括蜂窝通信网络、集群系统、地面中继器或卫星中继器，卫星中继器接收来自第一无线通信装置28的电磁信号并重复另一电磁信号或导出的信号或将另一电磁信号或导出的信号发送到第二无线通信装置34。
在一个实施例中，在有或没有可选的无线通信网络36的情况下，第一无线通信装置28和第二无线通信装置34便于在参考接收器20和移动接收器22之间形成无线电通信信道(例如，数据消息可以通过无线信道发送，无线信道例如移动接收器和接收器处的无线网络上的无线电话或专用无线通信系统)。
如图1A所示，在根据精密单点位置算法或精密定位模块16基于接收到的校正数据32解算与载波相位信号相关联的模糊度之后，参考接收器20获得具有最终精确精度的收敛状态。
在可替换的实施例中，在根据与图1C的作为校正数据源124的RTK基站一致的实时动态(RTK)定位算法或其他差值校正算法基于接收到的校正数据32解算与载波相位信号相关联的模糊度之后，参考接收器20获得具有最终精确精度的收敛状态。
在参考接收器20达到用于载波相位的模糊度解算的收敛状态之后的任何时间，精密定位模块16提供并支持第一无线通信装置28对以下辅助数据30中的一个或多个的无线传输(例如，包括已解算或收敛的模糊度内容)：解算的宽巷模糊度(例如，固定的整数值或实数值)；估算的窄巷模糊度(例如，固定的整数值、实数值或浮点数)或估算的折射校正模糊度；估算的对流层延迟偏差(例如，残余对流层偏差、包括先验模型的天顶方向处的对流层延迟)、原始测量载波相位、接收到的卫星信号的测量码相位、参考接收器的位置和(例如，RTK和PPP坐标系之间或RTK滤波器48和精密定位模块16的位置状态之间的)位置偏移。在一个示例中，位置偏移或位置偏移矢量包括在参考接收器20处的精确位置(例如，精密单点位置，PPP解)与参考坐标之间的偏移矢量，其中精确位置在第一测量时间周期内由精密定位模块16提供并且参考坐标可以包括：(1)参考接收器20在第一测量时间周期时的已知参考坐标(例如，如果参考接收器20静止或与已知参考位置对准)，或者(2)由相对定位模块18或RTK滤波器48在第一测量时间周期内提供的参考接收器20的相应RTK位置，或(3)在第一测量时间周期时来自移动接收器22和参考接收器20的可接受范围中的任何可用RTK基站177的RTK数据消息的任何偏移矢量。通常，解算的模糊度包括从一个或多个GNSS卫星的载波信号中引入的宽巷模糊度和窄巷模糊度(或折射校正模糊度)，在天顶方向上的绝对对流层延迟，包括先验模型和残余对流层延迟估算值。
在移动接收器或漫游器22处，第二无线通信装置34接收辅助数据30；相对定位模块18应用实时动态(RTK)算法，以提供参考接收器20和漫游器22接收器之间的相对位置矢量和恢复数据。例如，相对定位模块18使用参考接收器20和漫游器22与两个卫星之间的相位测量值的双重差值来解算用作恢复数据的双差RTK模糊度或相关数据。在漫游器22处，(例如，根据精密定位算法)精密定位模块将相对位置矢量、辅助数据30、恢复数据和校正数据32应用作为用于一个或多个预测滤波器在宽巷模糊度和窄巷模糊度(或折射校正模糊度)上的收敛的输入、约束或两者。在一个示例中，恢复数据包括来自在移动接收器处的实时动态滤波器48的L1/L2固定双差(DD)模糊度，L1/L2固定双差(DD)模糊度基于移动接收器和参考接收器20处的针对相应一对的卫星的原始相位测量值。本文中，双差L1/L2整周模糊度或实时动态(RTK)双差L1/L2模糊度意味着以下各项的任何一种：DD L1 RTK整周模糊度，DD L2 RTK整周模糊度或两者。在漫游器22处，精密定位模块16或导航定位估算器50基于收敛或固定的窄巷模糊度(或折射校正模糊度)和宽巷模糊度来估算漫游器22的精确位置。
在一个实施例中，一个或多个参考接收器20可以受到服务提供商的控制、租赁或合同义务的控制，以向一个或多个用户提供辅助数据30以快速收敛到用于被授权接收辅助数据30的移动接收器/用户的模糊度解算和精确的位置估算值，模糊度解算和精确的位置估算值可以被加密以防止非用户通过支付适用费用或遵守其他许可条款和条件来读取或解码它。
在可替换的实施例中，可以交换参考接收器20和漫游器22的角色，使得以解算的模糊度收敛的移动或固定漫游器22可以成为另一个接收器或原始参考接收器的参考站，另一个接收器或原始参考接收器在非收敛状态下不充当漫游器22。
图1B是示出(图1A的)校正数据源的一个可能示例的框图，该校正数据源包括用于向移动接收器22传播校正数据32的通信卫星135。在一个实施例中，校正数据源24包括：用于产生和分配校正数据32的电子系统。如图1B所示，校正数据源24包括参考数据网络132、数据处理中心118、地面上行链路站128和通信卫星135。
在一个实施例中，参考接收器130测量来自绕地球运行的卫星上的一组卫星发送器100的一个或多个载波信号或接收到的卫星信号的载波相位。参考接收器130还可以测量在来自该组卫星发送器100的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130接收测量值、星历数据、其他观测量以及从可传输项导出的任何信息，并将测量值、星历数据、其他观测量以及从可传输项导出的任何信息发送到电子数据处理中心118(例如，集线器)。在一个实施例中，每个参考接收器130(例如，通过通信链路、通信网络、无线信道、通信信道、通信线路、传输线路等)发送接收到的卫星信号的一组载波相位测量值、和相关的卫星标识符、以及星历数据到电子数据处理中心118(例如，参考数据处理集线器)。
数据处理中心118或其校正数据估算器134基于测量值、星历数据、其他观测量和从一个或多个参考接收器130接收的任何导出信息来实时确定校正数据32(例如，精确校正数据)。在一个实施例中，数据处理中心118包括电子数据处理器120、数据存储装置124、以及连接到数据总线122的一个或多个数据端口126。数据处理器120、数据存储装置124和一个或多个数据端口126可以经由数据总线122彼此通信。
存储在数据存储装置124中的软件指令和数据可以由数据处理器120执行，以实现本公开文件中描述的任何方框、部件或模块(例如，电子模块，软件模块或两者)。数据处理器120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124可以包括电子构件、非易失性电子存储器、光学存储装置、磁存储装置或用于在有形存储介质(例如光盘，磁盘、或电子存储器)上存储数字或模拟数据的其他装置。每个数据端口126可以包括缓冲存储器、收发器或两者，用于与其他网络元件连接，其他网络元件例如为参考接收器130或地面卫星上行链路站128。
在一个实施例中，数据处理中心118或数据处理器120或校正数据估算器134从参考接收器130接收相位测量值和相应的卫星标识符、参考接收器标识符(或相应的坐标)并处理相位测量值以估算对于每个卫星或者更确切地说每个卫星信号的时钟偏差，或者用于结合到校正数据108中的相应时钟解。如图1A所示，时钟解、时钟偏差或校正数据32被提供给地面上行链路站128或另一通信链路。例如，地面上行链路站128将时钟解、时钟偏差或校正数据32传送或发送到通信卫星135(例如，中继器)。
通信卫星135又将校正数据32发送到在移动接收器22和参考接收器20处的校正无线装置26(例如，卫星接收器或L频带卫星接收器)。校正无线装置26连接到移动接收器22(例如，移动GNSS接收器)或漫游器。移动接收器22和参考接收器20各自接收来自一个或多个GNSS卫星的卫星信号，并测量接收到的卫星信号的载波相位(和码相位)。结合相位测量值，校正数据32中的精确时钟解或时钟偏差可用于估算移动接收器22或其天线和参考接收器20或其天线的精确位置、姿态或速度(例如，解)。例如，移动接收器22可以使用用于卫星的接收信号的精确的时钟解和轨道解进行精确的点定位(PPP)估算。
图1C是示出包括RTK基站177的(图1A的)校正数据源124的另一可能示例的框图。在图1A和图1B中的类似的附图标记指示类似的元件。在一个实施例中，RTK基站177包括具有RTK滤波器48或RTK估算器和精密定位估算器16的参考接收器20。校正无线装置26连接到RTK基站177的参考接收器20以向参考接收器20提供校正数据32。无线通信装置179连接到参考接收器，用于将RTK数据消息(包括偏移矢量)或差值校正数据发送或传送到可用范围内的移动接收器22。
图1D是用于通过辅助数据快速确定精确位置的卫星接收器系统的另一实施例的框图，其中辅助数据和校正数据都可以通过校正无线装置和一个或多个无线通信系统传送。在图1A、图1B和图1D中的类似的附图标记指示类似的元件或特征。
如图1D所示，卫星接收器系统224包括参考数据网络132、数据处理中心118、通信装置127(例如，服务器)、通信网络139(例如，因特网)、以及一个或多个无线通信系统136。使用多个无线通信系统136，无线通信系统136可以通过通信链路、通信线路、光纤电缆或通信网络进行通信。在一个实施例中，每个无线通信系统136可以包括蜂窝通信系统、集群系统、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局(MTSO)通信的小区站点或基站，其中MTSO与诸如因特网的通信网络139连接。
通信网络139可以包括微波链路、光纤链路、公共交换电话网(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，该服务器以数据包(例如，与TCP/IP传输控制协议/互联网协议兼容的数据包)格式化、组织或传输校正数据，以便通过通信网络139进行传输。通信网络139与无线通信系统136通信，无线通信系统136又与校正无线装置26(例如，蜂窝收发器)通信，校正无线装置26与移动接收器22或参考接收器20相关联或连接。
图1D的卫星接收器系统224支持相同校正无线装置26对校正数据32和辅助数据30的通信。此外，每个校正无线装置26可以通过一个或多个无线通信系统136传送校正数据32和辅助日期30。
图2是比图1更详细地示出的卫星接收器的说明性示例的框图。图2的位置确定接收器可以用作参考接收器20、漫游器22或两者。例如，参考接收器20在收敛状态下操作，在收敛状态下，精确位置(例如，其接近最终精确精度)基于解算的整周模糊度或解算的浮点整周模糊度，而移动接收器22尝试在收敛状态或欲收敛状态中收敛于解算的模糊度。然而，一旦移动接收器22可能在来自参考接收器20的辅助数据的帮助下达到收敛状态，则收敛的移动接收器22然后可以充当另一个移动接收器22的参考接收器。实际上，移动网络上的移动接收器22的用户可以同意在互惠的基础上与其他用户共享辅助数据以充当参考接收器。
在一个实施例中，接收器(20或22)包括连接到电子数据处理系统152的接收器前端10。接收器前端10包括天线17、射频(RF)前端和模数(A/D)转换器14。RF前端12可以包括以下各项中的一个或多个：射频放大器或微波放大器、滤波器(例如，带通滤波器)和用于将接收到的卫星信号下变频到中频信号或基带信号的下变频器。
电子数据处理系统152包括接收器的在模数转换器14进行模数转换之后处理数据的部分。例如，电子数据处理系统152可包括电子数据处理器66、数据存储装置62(例如，电子存储器)和数据总线64，数据总线64用于在电子数据处理器66和数据存储装置62之间进行通信，其中软件指令和数据存储在数据存储装置62中并由数据处理器执行以实现在图2中示出的任何方框、部件或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)。接收器可以包括位置确定接收器以用于：(a)确定接收器天线的位置或精确位置(例如，三维坐标)；并包括(b)范围确定接收器以用于确定接收器天线和卫星(例如，卫星天线)之间的范围或距离，(c)确定接收器天线与一个或多个卫星之间的范围，或(d)确定移动接收器20或其天线的位置、速度、加速度或姿态(例如，偏航、俯仰、侧滚)。
模数转换器14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率获得的一个或多个数字样本。每个样本具有有限量化电平，并且每个样本能够由电子数据处理系统152处理。
在一个实施例中，数据存储装置62存储以下模块或部件：基带/中频处理模块54、测量模块56和导航定位估算器50。
基带/中频(IF)处理模块54或测量模块56处理数字信号。测量模块56或载波相位测量模块58测量或检测来自视野或接收范围中的一组GNSS卫星的接收到的卫星信号的载波相位。例如，测量模块56通过将接收的数字信号与局部产生的参考信号相关联来测量接收的信号的载波相位。然而，测量模块56或载波相位测量模块58测量卫星信号的载波相位，该载波相位在多个周期中受到接收器天线和卫星之间的任何路径中的模糊度或整周模糊度的影响。测量模块56或码相位测量模块60测量接收到的卫星信号的码相位或伪距。
基带/中频处理模块54连接到导航定位估算器50或与导航定位估算器50通信。在一个实施例中，导航定位估算器50包括精密定位模块16(例如，PPP模块)和相对定位模块18。在某些实施例中，精密定位模块16表示精密单点位置(PPP)估算器。精密定位模块16可以执行精确的点定位算法，以基于经由校正无线装置26接收的校正数据32来估算接收器或其天线的精确位置。通常，在一个实施例中，精密定位模块16包括预测滤波器，例如卡尔曼滤波器或改进或改型卡尔曼滤波器。
在一个实施例中，精密定位模块16可包括可选的零差滤波器38、宽巷滤波器40、窄巷滤波器44、辅助收敛模块46和可选的大气偏差估算器42。零差滤波器38和大气偏压估算器42在图2中用虚线表示为可选的。尽管零差滤波器38可以包括如图所示的宽巷滤波器40和窄巷滤波器44，但是精密定位模块16可以实现用于宽巷模糊度解算、窄巷模糊度解算或无电离层模糊度的解的一个或多个单差滤波器或双差滤波器。
在一个实施例中，精密定位模块16包括精密单点定位模块，精密单点定位模块根据精密单点定位算法操作。出于说明性目的，以下等式可用于实现如下的一个可能的实施例。
已广泛用于PPP的观测模型基于无电离层码和载波相位观测量，载波相位观测量消除了电离层误差的一阶，如等式(1-4)所示。在一个或多个预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器、或宽巷滤波器40和窄巷滤波器44的组合)中一起处理从所有卫星接收的诸如载波相位和码相位测量值的观测量，这解算了不同的未知量，即接收器坐标、接收器时钟、天顶对流层延迟和相位浮点模糊度。卫星时钟和轨道的精度是影响PPP解的质量的最重要因素之一。为了充分发挥应用潜力，PPP面临两大挑战，包括较长的初始化时间和获得更精确的解的稳健可靠的整周模糊度解算。
在一个实施例中，可以应用于PPP确定的宽巷滤波器40使用下面描述的以下等式。给定来自两个频率的码和相位测量值，例如用于GPS的L1和L2、用于GLONASS的G1和G2，可以形成如下所示的Melbourne-线性组合
通过使用等式(1)-(4)展开上述等式(7)，可以看到消除了几何范围相关项，几何范围相关项包括范围、接收器和卫星时钟、电离层和对流层误差以及相位饱和项。它可以用等式(8)表示为
其中：
λWL是宽巷波长，对于GPS约为86.4cm，c是光速，
其中：
其中是卫星j的整周宽巷模糊度，
其中bWL是宽巷接收器偏差(每个接收器和所有可见卫星的集群各有一个宽巷接收器偏差)，宽巷接收器偏差是L1和L2接收器码偏差和相位偏差的组合，如等式(11)所示：
其中大多数码测量值中的GLONASS频率间偏差和通常被假定为GLONASS卫星频率数的线性或三角函数；对于所有可见卫星而言，其与CDMA信号(如GPS)的情况不同；
其中IFBj是卫星j的频率间偏差，卫星j例如为GLONASS卫星；
其中是宽巷卫星j偏差(每个卫星一个)；和
其中是卫星j的宽巷测量值误差，包括白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差。
关于每个卫星的频率间偏差，对于GLONASS集群，线性模型可以如下近似为等式(12)：
IFBj≈k·nj (12)
其中k是接收器码偏差的IFB系数。IFB因接收器而异，也从一个选址(天线和布线设置)到另一个选址有所不同。以这种方式建模，通常k小于0.1。
宽巷卫星j的偏差(每个卫星一个)是L1和L2卫星码偏差和卫星相位偏差的组合，如等式(13)所示；卫星偏差随时间缓慢变化；卫星和接收器宽巷偏差都会随着时间而变化：
其中是在频率L1(f1)上编码的伪距信号或码相位的卫星j的卫星偏差，其中是频率L2(f2)上的码相位或伪距的卫星j的卫星偏差，其中是频率L1上的载波相位的卫星j的卫星偏差，其由是频率L2上的载波码的卫星j的卫星偏差。
可选的零差滤波器可用于确定与接收到的卫星信号的载波相位测量值相关联的无差或零差(ZD)模糊度状态或浮点点模糊度状态。零差滤波器38在图2中以虚线示出，以示出零差滤波器38是可选的，并且在可替换的实施例中可以被包括在宽巷滤波器40内。例如，可以基于包含来自网络或一组参考接收器组20的卫星偏差信息的校正数据32来确定零差模糊度状态。
宽巷滤波器40在等式(7)中使用零差(ZD)Melbourne-线性组合作为输入测量值以估算每个可见卫星的一个宽巷浮点模糊状态宽巷卫星偏差可以在校正数据32或者校正信号内实时传播到移动接收器，并且将使用等式(8)补偿该项。
精密定位模块16或宽巷滤波器40将接收器宽巷偏差bWL结合到浮点WL模糊状态因此，因为所有ZD WL模糊度包括共用的接收器宽巷偏差，所以ZD WL模糊度不保持整数特性。然而，移动或参考接收器处的每个集群(例如，GPS集群)内的卫星之间的单差(SD)宽巷模糊度仍然是整数，并且可以根据SD等式解算为整数。此外，接收器(20、22)和卫星之间的DD窄巷模糊度、DD宽巷模糊度、或DD L1/L2模糊度仍然是整数，并且可以根据通过减去两个SD观测量形成的、得益于接收器偏差消除的双差等式以被解算。对于GLONASS集群，可能需要额外的频率间偏差(IFB)状态以便保持SD模糊度的整数性质。
假设实际ZD浮点模糊度状态变量是ZD整周模糊度和接收器偏差之和，如上所述，接收器偏差方差的动态更新需要包含在ZD模糊度状态的过程噪声模型中，如下面的等式14如下所示：
其中QWL是宽巷模糊度的时变接收器偏差方差，是与所有变量的矩阵或各个变量的矩阵相关联的过程噪声，并且Δt是时间t-1和t之间的时间间隔。
等式(8)将用于宽巷滤波器40。零差宽巷原始观测量用于宽巷滤波器40中的测量值更新。状态变量包括每个可见卫星的一个浮点宽巷模糊度，每个浮点宽巷模糊度概念上包括各个集群的宽巷整周模糊度和共用的接收器相位偏差。
即使在接收到来自校正数据32的卫星宽巷(WL)偏差校正之前，或者即使卫星WL偏差校正无效，宽巷滤波器40也将开始处理。当卫星WL偏差校正变得有效时(例如，从无效状态转变为有效状态)，导航定位估算器50或宽巷滤波器40通过卫星宽巷偏差校正减小浮点宽巷(WL)模糊度。同样，当卫星宽巷偏差变得无效时(例如，从有效状态转变为无效状态)，导航定位估算器50或宽巷滤波器40从浮点宽巷模糊度中移除卫星WL偏差(并且卫星WL偏差增加)。
在一个实施例中，每当检测到卫星宽巷(WL)偏差的+/-2个周期跳转时，导航定位估算器50或宽巷滤波器40调节浮点模糊度，该周期跳转指示有效状态和无效状态之间的转换。上述卫星宽巷偏差的调节限于+/-2个周期离差的离差，以减少数据处理所需的带宽或资源。如上所述，可以进行每个集群的卫星间单差模糊度解算，这相当于双差模糊度解算。模糊度解算过程将跳过没有有效卫星宽巷偏差的卫星，并且一旦相应的模糊度已经固定，协方差矩阵项可以由表示较小方差的项放大，例如1e-4个周期平方。
如前所述，宽巷滤波器40可包括零差(ZD)宽巷滤波器、单差(SD)宽巷滤波器或双差(DD)宽巷滤波器、或者所有前述滤波器，以用于确定ZD WL模糊度、SD WL模糊度和/或DDWL模糊度。每个集群的单差宽巷模糊度和方差协方差矩阵是从宽巷滤波器40导出的，宽巷滤波器40例如为零差宽巷浮点模糊度卡尔曼滤波器。
在一个实施例中，执行LAMBDA(最小二乘模糊度去相关调节)或改型LAMBDA过程以解算WL模糊度。例如，在由模糊度的方差和协方差矩阵确定的搜索区域上执行用于去相关模糊度的最小二乘等式的误差最小化；浮点模糊度估算值和相关方差协方差矩阵可以用作LAMBDA过程的输入，其中输出是整周模糊度估算值。
在通过模糊度解算验证之后，可以基于等式(8)将表示浮点宽巷模糊度的单差的整数约束应用于浮点模糊度滤波器。固定的单差宽巷模糊将用于参考接收器20的模糊度固定和要在校正数据32中使用的参考接收器20(例如，虚拟基站)的校正生成(例如，分布到任何移动接收器)。
在一个实施例中，上述WL滤波器40使用WL等式来加速WL模糊度的解的收敛并且为窄巷滤波器44和窄巷模糊度解算提供约束或输入，因为WL载波相位测量值与NL载波相位测量值相比与相位噪声更相关联，所以这可以提供位置估算值的更大的潜在精度。
在一个实施例中，窄巷滤波器44可以使用下面描述的以下等式。折射校正(RC)测量值具有消除电离层延迟误差的一阶的优点。使用等式(1-2)的RC码测量值在如下的等式(15)中形成，其具有米级精度但无偏差。
其中：
bRC是接收器折射校正后码偏差(每个接收器和所有可见CDMA卫星(如GPS卫星)的集群各有一个码偏差)，它是L1接收器码偏差和L2接收器码偏差的折射校正(RC)组合；
是卫星码偏差，卫星码偏差是L1卫星码偏差和L2卫星码偏差的折射校正(RC)组合；
是与卫星j相关的折射校正(RC)后码测量值误差，包括白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差；和
其他变量或参数具有与本文前面所述相同的含义。
在等式15中，bRC可以结合到接收器时钟状态，并且可以作为接收器时钟噪扰参数一起被估算。对于GLONASS卫星，如果信道间码偏差的数值很大，则可能需要估算额外的信道间码偏差。当在PPP网络的卫星时钟确定中一起估算额外的信道间码偏差时，可以将结合到卫星校正τj中。因此，为简单起见，等式(15)中的偏差bRC和可以忽略并显示在等式(16)中，
其中：
是与卫星j相关的折射校正后相位码(或伪距)；
P1 j是与卫星j相关的、在L1频率上的测量的相位码或测量的伪距；
是与卫星j相关的、在L2频率上的测量的相位码或测量的伪距；
是与卫星j相关的校正(RC)后的相位码测量值误差，包括白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差；并且
其他变量在下面的等式17中限定。使用等式(3-4)的与卫星j相关的折射校正(RC)后载波相位测量值也在如下的等式(17)中形成，等式(17)具有厘米级精确但由模糊度项偏差。
其中：
f1是接收到的卫星信号的L1载波频率，f2是接收到的卫星信号的L2载波频率；
是从卫星j发送的L1载波频率的测量载波相位；
是从卫星j发送的L2载波频率的测量载波相位；
ρj是卫星j的相位中心和接收器的相位中心之间的几何距离，该几何距离包括卫星StarFire轨道校正、接收器潮汐位移和地球自转校正；
τr是给定GNSS系统的接收器时钟偏差或误差，其中估算每个GNSS系统的一个接收器r时钟偏差，GNSS系统例如为GPS、GLONASS、Galileo或北斗集群；
τj是卫星时钟误差；
bNL是接收器窄巷相位偏差(每个接收器和所有可见卫星的集群各有一个接收器窄巷相位偏差)，
是与卫星j相关的窄巷相位偏差(所有接收器的每个卫星具有一个窄巷相位偏差)，其是L1卫星相位偏差和L2卫星相位偏差的RC组合；
T是对流层延迟，并分为干分量Tdry和湿分量Twet；
Wj和w分别是在周期中与卫星j和接收器相关的相位饱和误差，该相位饱和误差可用模型被校正；
是折射校正(RC)后载波相位模糊度项；
是窄巷波长；并且
是与卫星j相关的RC相位测量值误差，包括白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差。
在等式17中，bNL是L1接收器相位偏差和L2接收器相位偏差的RC组合。如果将bNL结合到浮点模糊度状态中，则可以忽略等式(17)中的bNL。然而，该模型意味着个体模糊度不具有整数特性。与WL的情况类似，卫星之间的单差窄巷模糊度仍然保持整数属性。
卫星和接收器窄巷偏差都随时间变化。卫星j窄巷偏差也代表基于码的时钟和基于整数相位的时钟的差值的小数部分。如果将卫星码偏差合并到卫星时钟校正中，则等式(17)中的将成为的差值。
是等式(18)中的RC载波相位模糊度项，如下所示，
RC载波相位模糊度项可以进一步划分为两个整周模糊度项。有三种等效组合形式，如等式(18)所示：
(1)等式(10)中的整周WL模糊度与NL模糊度的组合；
(2)整周WL模糊度和整周L1载波相位模糊度的组合；和
(3)整周WL模糊度和整周L2载波相位模糊度的组合。
可以解算WL/NL模糊度整数和或L1/L2载波相位模糊度整数以提高位置精度并减少归整时间。只要从折射校正(RC)后相位测量值中去除偏差项，就可以使用高精度载波相位测量值来提供厘米级定位。窄巷波长比WL波长短得多。在GPS的情况下，窄巷波长约为10.7cm，而WL波长为86.4cm。因此，与相比，可以相对容易地解算GPS WL模糊度整数为了恢复RC载波相位模糊度项的整数属性，首先需要解算WL模糊度整数
在一个实施例中，等式(16-17)可用于窄巷滤波器44。零差折射校正码和相位原始观测量用于窄巷滤波器44测量值更新。因此，在备份数据中，存储的窄巷模糊度或存储的折射校正模糊度可用于导出窄巷模糊度。状态变量包括接收器位置和速度、接收器时钟偏移、残余对流层延迟和浮点折射校正模糊度(其隐含地组合等式(18)中的整数宽巷模糊度和整数窄巷模糊度以及接收器相位偏差)。对于GLONASS卫星，如果信道间码偏差的数值很大，则可能需要估算每个卫星的附加信道间码偏差。
在一个实施例中，可以在应用先验对流层模型之后估算对流层天顶延迟和/或水平梯度系数。应注意，该方法的接收器时钟项可以吸收接收器码偏差。将应用从校正数据32接收的卫星轨道、时钟和卫星窄巷偏差校正，并将剩余误差降低到亚厘米级。
在说明性构造中，窄巷滤波器44甚至可以在接收到卫星窄巷偏差校正之前或者如果它们无效时开始处理。当其从无效状态改变为有效状态时，浮点窄巷模糊度由卫星窄巷偏差调节。同样，当窄巷偏差从有效状态改变到无效状态时，调节卫星窄巷偏差或从浮点窄巷模糊度移除卫星窄巷偏差。在一个实施例中，每当检测到卫星窄巷偏差的+/-2个周期跳转时，就调节浮点模糊度。卫星窄巷偏差的调节限于+/-2个周期，以减少用于数据处理的带宽或资源。
在一个实施例中，可以使用最佳整数等变量(BIE)算法或改型最佳整数等变量算法来利用模糊度的整数性质来加速引入时间并提高整体定位精度。
基于等式(16-17)的观测模型允许估算位置坐标、接收器时钟偏移和浮点模糊度(每个组合整数窄巷模糊度与接收器相位偏差)。对流层延迟可以与其他参数一起被建模或估算。应注意，该方法的接收器时钟项可以吸收接收器码偏差。可以从应用的校正数据32获得卫星轨道、时钟和卫星窄巷偏差校正，并且将剩余的误差减小到亚厘米级。
总之，可以通过两个步骤来解算模糊度：
(1)第一步骤是使用等式(8)的宽巷模糊度解算。例如，结合本文中的宽巷滤波器40讨论宽巷模糊度解算的细节。
(2)第二步骤是窄巷模糊度解算。通过将解算的整周宽巷模糊度插入等式(18)来有效地计算(例如，在约束的基础上)这些参数。例如，结合本文中的窄巷滤波器44讨论窄巷模糊度解算的细节。该窄巷模糊度可以是与L1或L2频率相关联的整周模糊度值，或L1和L2频率的窄巷组合。有效的窄巷模糊度波长约为10.7cm，这与解算窄巷模糊度中的哪一个无关。使用等式(18)可以容易地计算L1或L2模糊度的窄巷波长。如果使用L1和L2频率的窄巷组合，则组合的窄巷模糊度波长仅是单个窄巷模糊度的波长的一半。然而，由于组合的窄巷模糊度必须具有与宽巷模糊度相同的奇偶整数特性，因此由于奇偶约束，相同的有效波长(10.7cm)导致组合的窄巷模糊度和单独的窄巷模糊度。
在一个实施例中，解算宽巷模糊度和窄巷模糊度以达到折射校正后的窄巷模糊度解算和相关的精确位置估算值的参考接收器20可用于形成或生成供网络中的一个或者更多漫游器22或移动接收器22使用的校正数据32。在窄巷滤波器44从参考接收器20收敛(例如，位置误差小于10厘米(cm))之后的参考接收器20处，可以基于等式(1-4)生成原始测量值校正、校正数据32或辅助数据30。在说明性构造中，辅助数据30可包括以下各项中的一个或多个：参考接收器20的收敛位置估算值、残余对流层延迟、来自等式(17)的折射校正模糊度、固定的宽巷模糊度和协方差、以及原始测量值校正。该辅助数据30可以经由无线通信装置和/或可选的无线通信网络36(以虚线示出)传播，以用于相对于参考接收器20在附近或在最大范围内的其他移动接收器22(例如，在接收器的接收范围内，仅通过共用相同的整个一组卫星，或者，基本上重叠一组的卫星来限制)。参考接收器20可以是固定的或移动的，并且仍然为本公开所述的方法和接收器(例如，22)提供辅助数据30。此外，相反，在引入漫游器或移动接收器22之后，引入的移动接收器22可以有效地变换为参考接收器20，参考接收器20产生辅助数据30并将其发送到其他移动接收器22，或者甚至发送到之前的参考接收器20，之前的参考接收器20经历信号丢失或中断，并且现在试图收敛以解算所接收到的卫星信号的模糊度。因此，参考接收器20和移动接收器22可以协同工作并且将它们的角色交换为虚拟基站(参考接收器20)和漫游器移动接收器。
如图1B和图1D所示，数据处理中心118或校正数据估算器134确定或提供校正数据32。参考接收器20和移动接收器22将校正数据32应用于载波相位测量值、码相位测量值或两者。校正数据32包含用于以下各项中的一个或多个的校正：卫星轨道校正、时钟校正、潮汐校正(例如，固体地球潮汐、海潮和极地潮汐)、接收器和卫星天线相位中心变化和偏移、以及接收器和卫星相位饱和(wind-up)。
在一个实施例中，需要校正估算的参数，例如接收器位置、GNSS接收器时钟和对流层延迟。等式(1-2)中的卫星和接收器的码偏差、等式(3-4)中的卫星和接收器的相位偏差和电离层延迟都是未经校正的。载波相位测量值的整周模糊度和接收器相位偏差保持在相位校正中。等式(17)中的收敛位置、残余对流层延迟、折射校正模糊度、等式(8)中的固定宽巷模糊度及其方差信息与原始测量值校正组合以作为用于移动接收器的辅助数据30，或者作为要分配给移动接收器的校正数据32中的分量。
在一个实施例中，相对定位模块18包括实时动态(RTK)滤波器48或相对位置估算器。通常，相对定位模块18包括预测滤波器，例如卡尔曼滤波器或修改的卡尔曼滤波器。RTK算法是可靠的方法，以用于在实时(例如，用于导航应用)的载波相位定位中确定两个接收器(例如参考接收器20和移动接收器22)之间的相对位置和模糊度差值。RTK算法或类似RTK的算法使用以下用于码相位和载波相位的双差等式来确定参考接收器20和移动接收器22之间的相对位置矢量(例如，基线矢量)：
是关于卫星i和j、漫游器和参考接收器的双差L1载波相位测量值；
是卫星j的相位中心和接收器的相位中心之间以及卫星i的相位中心和接收器的相位中心之间的双差几何距离，双差几何距离包括卫星轨道校正、接收器潮汐位移和地球自转校正；
是给定卫星j和卫星i的双差电离层误差；
是与卫星i相关的单差整周模糊度乘以来自卫星i的L1载波的波长；
是与卫星j相关的单差整周模糊度乘以来自卫星j的L1载波的波长；
是与卫星j和卫星i相关的双差相位测量值误差，包括关于L1频率的白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差；
是关于卫星i和j、漫游器和参考接收器的双差L2载波相位测量值；
是与卫星i相关的单差整周模糊度乘以来自卫星i的L2载波的波长；
是与卫星j相关的单差整周模糊度乘以来自卫星j的L2载波的波长；
是与卫星j和卫星i相关的双差相位测量值误差，包括关于L2频率的白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差；和
f1是接收到的卫星信号的L1载波频率，f2是接收到的卫星信号的L2载波频率。
在等式(19-22)中，接收器/卫星相关误差，例如码相位偏差(例如，接收器码相位偏差和卫星码相位偏差)，载波相位偏差(例如，接收器相位偏差和卫星相位偏差)和时钟偏差(例如，接收器时钟偏差和卫星时钟偏差)，在卫星和接收器之间是共用的，并且可以通过卫星和接收器之间的双差操作来抵消。一些电离层传播延迟偏差在双差等式中抵消。在对参考接收器20和漫游器22之间的短基线(例如，0千米到30千米之间的距离的范围)进行双差之后，可以忽略包括电离层和对流层延迟的剩余大气误差。但是，剩余的电离层误差对于较长的基线是极大的，且需要针对在RTK引擎中的每个卫星估算。
这里，对于上述等式(19-22)，需要两个GNSS接收器(例如，参考接收器20和漫游器22)和两个卫星来形成双差测量值。在根据RTK算法的一个实施例中，需要最少四个双差等式和五个卫星来解算三维位置估算值的相对位置矢量和相关的整周模糊度(例如，在笛卡尔坐标中，x，y，z)。
包括轨道和时钟校正的校正数据32被应用于两个接收器(20、22)。应该提到的是，不同的GLONASS卫星具有不同的频率和波长。因此，对于GLONASS卫星，可以消除双差相位测量值之后的接收器时钟误差，但是得到的双差模糊不再是整数。需要估算每个参考卫星(例如，GLONASS卫星)的浮点模糊度偏差。
相对定位模块18或RTK算法可用于估算参考接收器20和漫游器22之间的双差整数L1/L2模糊度、每个卫星的剩余电离层延迟偏差、移动接收器22的漫游器位置X(rove)与参考接收器20的参考位置X(ref)之间的相对位置ΔXRTK＝X(rove)-X(ref)。如果等式(17)中的实时动态滤波器48或相对定位模块18已经在参考接收器20处收敛，则X(ref)是具有精确(例如，PPP)厘米级精度的收敛位置。
在一个实施例中，可以应用标准LAMBDA方法、最小二乘法或另一种模糊度解算技术来解算DD模糊度。如果模糊度解算成功，则相对位置精度ΔXRTK也可以确定为厘米级。因此，可以以厘米级精度导出漫游器22的精确位置。如果可以在等式(21-22)中正确地固定DDL1/L2模糊度，则可以使用等式(23-24)导出卫星i和j之间的宽巷整周模糊度和折射校正模糊度的双差：
其中：
是卫星i和j的关于参考接收器20和漫游器22的RTK双差宽巷模糊度；
是卫星i和j的关于参考接收器20和漫游器22的双差L1宽巷模糊度；
是卫星i和j的关于参考接收器20和漫游器的双差L2宽巷模糊度；
f1是L1载波相位信号的频率，f2是L2载波相位信号的频率；和
是卫星i和j的关于参考接收器20和漫游器22的RTK折射校正后的双差浮点模糊度(例如，宽巷或窄巷)。
在一种构造中，恢复数据包括以下各项中的一个或多个：RTK DD宽巷整周模糊度RTK固定折射校正(RC)浮点模糊度和相对位置ΔX(例如，参考接收器20和漫游器22之间的相对位置矢量)；和相对位置ΔX的方差/协方差。恢复数据可以用作附加约束或输入(例如，与辅助数据30和精确校正数据32一起)以加速在精密定位模块16中的漫游器22处的当前的滤波器收敛(例如，宽巷滤波器40收敛，窄巷滤波器44收敛，或两者)过程。
图3示出了通过辅助数据30快速确定精确位置的方法和卫星接收器的一个实施例。图3的方法开始于步骤S300。
在步骤S300中，参考接收器20或测量模块56测量接收到的卫星信号的载波相位和码相位。例如，载波相位测量模块58测量在视野或接收范围内的接收到的卫星信号的载波相位。
在步骤S302中，在参考接收器20处，精密定位模块16或导航定位估算器50基于所测量的接收卫星信号的载波相位和码相位、对流层延迟模型和校正数据32(例如，根据精密单点定位算法)来解算宽巷模糊度和窄巷模糊度或折射校正模糊度。举例来说，参考接收器20可基于校正数据32(例如，精密单点位置数据，具有用于各个卫星的精确时钟和轨道数据)在参考接收器20处估算宽巷(WL)模糊度(例如，单差(SD)WL模糊度)、窄巷模糊度(例如，单差(SD)NL模糊度)、折射校正(RC)模糊度、参考位置和残余对流层偏差。在一个示例中，与解算的模糊度一致，精密定位模块16或导航定位估算器50估算参考解或参考位置(例如，三维坐标)，参考解或参考位置包括固定的或移动的参考接收器20的精密单点定位参考位置。
在步骤S304中，在参考接收器20处，精密定位模块16提供并支持第一无线通信装置28(在图1A中)或(图1D的)校正无线装置26对以下辅助数据30至移动接收器22或漫游器的无线传输：(1)解算的宽巷模糊度；(2)估算的窄巷模糊度或估算的折射校正模糊度；(3)估算的对流层延迟偏差，(4)接收到的卫星信号的原始测量的载波相位和码相位，(5)(参考接收器20的)参考接收器的位置，以及(6)(例如，RTK坐标系和PPP坐标系之间，或RTK滤波器48的位置状态和精密定位模块16的位置状态之间的)位置偏移。在一个示例中，位置偏移或位置偏移矢量包括在参考接收器20处的精确位置(例如，精密单点位置，PPP解)与参考坐标之间的偏移矢量，其中精确位置在第一测量时间周期内由精密定位模块16提供并且参考坐标可以包括：(1)参考接收器20在第一测量时间周期时的已知参考坐标(例如，如果参考接收器20静止或与已知参考位置对准)，或者(2)由相对定位模块18或RTK滤波器48在第一测量时间周期内提供的关于参考接收器20的相应RTK位置，或(3)在第一测量时间周期时来自移动接收器22和参考接收器20的可接受范围中的任何可用RTK基站177的RTK数据消息的任何偏移矢量。
在步骤S306中，在移动接收器或漫游器22处，第二无线通信装置34(在图1A中)或校正无线装置26(在图1D中)接收辅助数据30；相对定位模块18或实时动态(RTK)滤波器48应用实时动态(RTK)算法以提供参考接收器20和漫游器22之间的相对位置或相对位置矢量以及恢复数据(例如，与在参考接收器20和漫游器22之间的解算的双差模糊度相关联并且与一对卫星相关联)。如上所述，恢复数据包括以下各项中的一个或多个：RTK双差(DD)宽巷整周模糊度RTK固定折射校正(RC)双差(DD)浮点模糊度和相对位置ΔX(例如，参考接收器20和漫游器22之间的相对位置矢量)；和相对位置ΔX的方差/协方差。可以通过各种技术来执行步骤S306，这些技术可以单独地或累积地应用。
在第一技术下，相对定位模块18使用参考接收器20和漫游器22与两个卫星之间的相位测量值的双差来解算双差RTK模糊度。
在第二技术下，相对定位模块18或实时动态滤波器48基于一组实时动态(RTK)算法确定移动接收器和参考接收器20之间的相对位置或相对位置矢量以解算L1/L2双差(DD)固定整数值，L1/L2双差(DD)固定整数值包括：L1频率处的参考移动接收器22与每个全球导航卫星系统(GNSS)的一对参考卫星(i和j)之间的L1双差(DD)宽巷(WL)固定整数值(N1或)，和在L2频率处的参考接收器20和每个GNSS系统的相同的一对参考卫星(i和j)之间的L2 DD WL固定整数值(N2或)。例如，第二技术可以使用等式24。
在第三技术下，漫游器22的数据存储装置62存储或检索由参考接收器20提供的辅助数据30，其中辅助数据30包括以下各项中的一个或多个的组：解算的宽巷模糊度；估算的窄巷模糊度或估算的折射校正模糊度；估算的对流层延迟偏差、所接收到的卫星信号的原始测量载波相位、参考接收器的位置(例如，参考接收器20的完全或基本上收敛的精密单点位置(PPP))和(例如，在RTK坐标系和PPP坐标系之间或者在RTK滤波器48的位置状态和精密定位模块16的位置状态之间的)位置偏移。
在第四示例中，S306，漫游器22可以从参考接收器20或数据存储器62接收辅助数据30的数据消息，其中辅助数据30包括来自一个或多个卫星载波信号的估算的(例如，引入或收敛后)宽巷(WL)模糊度和窄巷(NL)模糊度、在漫游器22附近或在漫游器的特定范围内的参考接收器20的估算(例如，归整或收敛后)参考位置或坐标、或在漫游器22和参考接收器20在任何规定测量时间时观测到的卫星上具有足够的重叠的估算(例如，归整或收敛后)参考位置或坐标、包括先验模型和残余对流层延迟估算值的在天顶方向上的对流层延迟、和参考接收器20的原始相位测量值。漫游器22或其相对定位模块18适于基于一组实时动态(RTK)算法估算移动接收器22和参考接收器20之间的相对位置或相对位置矢量，以解算载波频率L1处的参考移动接收器与每个GNSS系统的参考卫星对(例如GPS或GLONASS)之间以及载波频率L2处的参考接收器20和每个GNSS系统的相同参考卫星对之间的L1/L2双差(DD)固定整数值(N1，N2)。双差可用于消除接收器时钟偏差并估算载波相位测量值中的频率相关偏差。不同载波频率(例如，L1，L2)处的载波相位测量值可用于估算或补偿电离层延迟。
在步骤S308中，在漫游器22处，精密定位模块16或辅助收敛模块46(例如，根据精密定位算法)应用相对位置矢量、辅助数据30、恢复数据和校正数据32(例如，具有关于接收到的卫星信号的精确的时钟和轨道信息)以作为用于一个或多个预测滤波器(例如，40、44)在宽巷模糊度和窄巷模糊度上的收敛的输入、约束或两者。例如，漫游器22、其宽巷滤波器40或其数据处理器66适于基于恢复数据以及辅助数据30计算单差(SD)宽巷模糊度(例如，整周模糊度)，恢复数据例如为与RTK解相关联的L1/L2固定、双差(DD)模糊度(例如，步骤S306中的解算的RTK模糊度)，辅助数据30诸如为来自参考接收器20的估算的宽巷(WL)模糊度(例如，浮点WL模糊度)和来自参考接收器20的折射校正(RC)模糊度。辅助数据30可以包括以下数据中的任何一个：解算的宽巷(WL)模糊度；估算的窄巷(NL)模糊度或折射校正(RC)模糊度、参考接收器20的原始相位测量值、参考接收器的参考接收器的位置和位置偏移。
在针对至少五个GNSS卫星的参考站和漫游器22成功完成RTK模糊度解算之后，漫游器22可以使用恢复数据、辅助数据30和校正数据32来应用模糊度解算的快速固定或快速收敛或精密定位模块16的一个或多个滤波器(例如，40、44)的精确位置估算。通常，上述过程可以被称为卫星导航接收器的辅助快速收敛过程。例如，在某些实施例中，可以使用上述快速收敛过程的卫星导航接收器可以被称为StarFire InstantFixTM卫星导航接收器，该StarFire Instant FixTM卫星导航接收器是美国伊利诺斯州的Moline市的迪尔公司的商标。
在一个实施例中，辅助快速收敛过程包括以下五个步骤，以下五个步骤在精密单点定位过程中将以下约束应用于宽巷滤波器40、窄巷滤波器44或精密定位模块16：(1)单差宽巷模糊度约束，(2)当前漫游器22的位置约束，(3)对流层偏差约束，(4)单差折射校正模糊约束和(5)约束离群检测和调节。辅助快速收敛过程的约束的高级目的是允许精密定位模块16(例如，无缝精密单点位置PPP估算器)基于恢复数据(例如，RTK结果)和来自参考接收器20的辅助信息迅速地收敛。
在零差零差滤波器38或精密定位模块16中，零差模糊度包含整周模糊度值和共用的接收器相位偏差。共用的接收器相位偏差可以快速改变。卫星之间的单差模糊度约束优于零差模糊度约束，因为单差等式抵消了发射的卫星信号相位偏差和发射的卫星时钟偏差，而在由一个接收器提供相位测量值的情况下，接收器时钟偏差保持。
在一个实施例中，可以使用等式(8)将来自参考接收器20的单差(SD)宽巷(WL)模糊度固定为宽巷滤波器40中的整数值。SD WL模糊度是针对参考接收器20的两个卫星i和j的单差。等式(23)中的固定DD宽巷模糊度和可用于恢复漫游器22的宽巷SD整周模糊度可以在下面的等式(25)中计算SD宽巷整周模糊度。然后可以在等式8中将整数约束应用于的漫游器22处的宽巷滤波器40。
换句话说，漫游器22处的导航定位估算器50、精密定位模块16或宽巷滤波器40可以使用用于卫星i和j的(关于漫游器22和参考接收器20的)RTK双差宽巷模糊度和单差宽巷模糊度在参考接收器处根据等式25导出或估算在移动接收器或漫游器22处的相应的单差模糊度
漫游器22的精确(例如，PPP)位置X(rove)可以在等式(26)中从RTK解中的相对位置变化ΔXRTK＝X(rove)-X(ref)和来自参考接收器20处的收敛的精确的(例如，PPP)解算的参考接收器20的RTK基点位置X(ref)导出，如下所示：
X(rove)＝ΔXRTK+X(ref) (26)
其中：
X(rove)是移动接收器的位置；
ΔXRTK是移动接收器和参考接收器之间的位置的相对变化；和
X(ref)是参考接收器的位置。
如果假设它们是不相关的，则如在等式(27)中所示，漫游器22的漫游器位置的协方差矩阵QXYZ(rove)可以从参考接收器的位置QXYZ(ref)的方差和漫游器22在RTK中的相对位置变化QΔXYZ(RTK)导出：
QXYZ(rove)＝QΔXYZ(RTK)+QXYZ(ref) (27)
QXYZ(rove)是移动接收器的估算位置的协方差矩阵；
QΔXYZ(RTK)是与位置的相对变化ΔXRTK相关的协方差矩阵的变化；和
QXYZ(ref)是参考接收器的估算位置的协方差矩阵。
漫游器22的漫游器位置X(rove)和相应的协方差矩阵QXYZ(rove)可以被认为是要应用于漫游器22的当前窄巷滤波器44或精密定位模块16的虚拟测量值或约束。
因为剩余的对流层延迟误差随时间缓慢变化并且随着参考接收器20和漫游器22之间的行进距离而变化，所以在先验建模之后，可以估算剩余的对流层延迟误差。在某些构造中，假设估算的对流层延迟在诸如几分钟的较短周期内保持不变，如等式(28)所示。然而，在等式(29)中，估算的延迟的方差需要通过方程(29)中的空间(例如百万分之一(ppm))和时间相关因子(例如每小时1厘米(cm))来放大。下面的等式(28-29)可以被认为是用于约束精密定位模块16(例如，PPP估算器)中的对流层延迟估算值的虚拟测量值。
T(rove)≈T(ref) (28)
其中：
T(rove)是移动接收器的估算的对流层延迟；和
T(ref)是参考接收器的估算的对流层延迟。
其中：
Qrove是漫游器或移动接收器的估算的对流层延迟的方差；
是一个空间相关因子，用于放大移动接收器的空间位移的协方差；
是随时间放大协方差的时间相关因子；
|ΔXRTK|是移动接收器相对于参考接收器的相对距离或基线，和
Δt＝t2-t1或第一测量时间和第二测量时间之间的时间差值。
其中|ΔXRTK|是参考接收器20和漫游器22的接收器之间的基线长度或相对距离。类似地，基于两个卫星i和j之间的在参考接收器20处的收敛单差(SD)折射校正(RC)模糊度和DD模糊度可以在如下所示的等式(30-31)中导出用于漫游器22的SD折射校正模糊度和方差。在漫游器22处关于两个卫星i和j的SD RC模糊度是并且方差可以计算作为来自窄巷滤波器44的虚拟基点校正的一部分，如等式(16-17)中所示。
如果L1和L2模糊度都固定为整数值，则的方差为零。否则，在L1或L2模糊度是浮点解的情况下，浮点模糊度的方差可以从RTK模糊状态方差导出。应该提到的是，也可以应用来自RTK的浮点模糊度的约束。
在确定单差(SD)宽巷(WL)模糊度的约束之后，通过宽巷滤波器40和窄巷滤波器44估算漫游器22的漫游器位置、对流层延迟偏差和单差(SD)模糊度。这些约束的拟合后残差(例如，分别为SD WL模糊度，其他SD模糊度或DD模糊度)可由导航定位估算器50计算。可以计算拟合后残差或其标准偏差除以约束(例如，分别为SD WL模糊度，其他SD模糊度或DD模糊度)的方差(例如，标准偏差)的平方根的比率。如果该比率超过诸如三(3)之类的较大的阈值，则该约束应被视为有问题。例如，超过阈值的比率可能由RTK滤波器48或导航定位估算器50的不正确的RTK模糊度解算输出引起。这个比率超过阈值或不正确的模糊度解算的问题的补救措施是逐个消除相应的问题约束。另一种方法是通过例如使用比率作为比例因子来增加它们的方差从而减轻那些有问题的约束的权重。通常，错误检查或错误解算以迭代方式完成。
在步骤S310中，在漫游器22处，精密定位模块16或导航定位估算器50基于收敛或固定的窄巷模糊度(或折射校正模糊度)和宽巷模糊度(例如，得益于辅助数据、恢复数据(例如，相对位置数据、RTK数据或从辅助数据和观测量导出的数据)和校正数据)来估算漫游器22的精确位置。移动接收器或定位引擎可以基于参考接收器20的相对位置和参考绝对位置(在包括参考接收器20的坐标和/或(例如，来自已知位置或已知坐标的静止参考接收器20的)位置偏移的接收数据消息中)来计算移动接收器的绝对位置。漫游器22、精密定位模块16或导航定位估算器50可以基于辅助数据估算移动接收器的精确位置(例如，精密单点位置、PPP或完全收敛的精确位置)，辅助数据例如为收敛或固定的窄巷模糊度和宽巷模糊度，宽巷模糊度还包括估算的宽巷(WL)模糊度；折射校正(RC)模糊度或窄巷模糊度、用于移动接收器的移动对流层偏差、参考接收器的位置和位置偏移。此外，精密定位模块16或导航定位估算器50可以忽略、忽视或不管模糊度和相关的相应的相位测量值或卫星信号，由于方差或标准偏差比测试，模糊度和相关的相应的相位测量值或卫星信号被认为是不可靠的。图3的上述步骤可由移动接收器的电子数据处理系统152的数据处理器66执行或实现。
根据一个实施例，图4公开了一种通过辅助数据30快速确定精确位置的方法和卫星接收器。图4的方法开始于步骤S101。
在步骤S101中，参考接收器20、数据处理器66或精密定位模块16(例如，精密单点定位模块)确定辅助数据30，例如收敛的宽巷模糊度；窄巷模糊度或折射校正模糊度、对流层延迟、参考接收器位置和原始测量值(例如，相位测量值和码测量值)。例如，参考接收器20或精密定位模块16根据精确的点定位算法确定来自一个或多个GNSS系统(例如，GPS、GLONASS和/或Galileo)的一组卫星的一组接收的载波相位信号、接收的码信号或两者的辅助数据30。首先，精密定位模块16可以估算无差或零差宽巷模糊度。第二，精密定位模块16可以估算单差宽巷(WL)模糊度。第三，精密定位模块16可以使用估算的宽巷模糊度作为用于估算窄巷模糊度或折射校正模糊度的约束或输入。例如，在参考接收器20处，通过预测滤波器估算宽巷(WL)模糊度基于LAMBDA(最小二乘模糊度去相关调节)或改型LAMBDA过程以准备确定整数形式的窄巷模糊度(例如，根据最佳整数等价(BIE)算法或修改的BIE算法)。BIE是模糊度解算或模糊度固定技术，该模糊度解算或模糊度固定技术可以最小化整周模糊度的均方误差或浮点解的实部。
在步骤S102中，在参考接收器20处，第一无线通信装置28(在图1A中)经由无线信号将辅助数据30发送到移动接收器或漫游器22。
或者，在步骤S102中，在参考接收器20处，校正无线装置26(在图1D中)直接或经由一个或多个无线通信系统136将辅助数据30发送到漫游器22处的校正装置26。此外，相同的校正无线装置26可用于将校正数据32从数据处理中心118传播到参考接收器20和漫游器22。
在步骤S103中，在漫游器22处，第二无线通信装置34(在图1A中)直接或间接地接收由第一无线通信装置28(在图1A中)发送的辅助数据30。例如，第一无线通信装置28和第二无线通信装置34可以包括通过无线通信网络36通信的收发器，无线通信网络36例如为蜂窝系统、集群系统、中继器或卫星通信系统。
或者，在步骤S103中，在漫游器22处，校正无线装置26(在图1D中)接收由参考接收器20的校正无线装置26(在图1D中)发送的辅助数据30。
在步骤S104中，在漫游器22处，相对定位模块18或实时动态(RTK)模块确定参考接收器20和漫游器22的载波相位测量值之间的双差，以抵消一对卫星与漫游器22和参考接收器20之间的共用的码偏差、相位偏差和时钟偏差。
在步骤105中，在漫游器22处，相对定位模块18或实时动态(RTK)模块估算与所确定的双差一致的双差L1/L2整周模糊度(例如，双差L1/L2RTK整周模糊度)。本文中，双差L1/L2整周模糊度或实时动态(RTK)双差L1/L2模糊度意味着以下各项的任何一种：DD L1 RTK整周模糊度，DD L2 RTK整周模糊度或两者。可以根据各种技术来执行步骤S105，这些技术可以单独地并且累积地应用。
在第一技术下，漫游器22、相对定位模块18或实时动态(RTK)模块通过最小化与最小二乘等式相关联的误差，以在候选整周模糊度解算中搜索最佳或可接受的整周模糊度解算来估算双差L1/L2整周模糊度，例如DD L1 RTK整周模糊度、DD L2 RTK整周模糊度或两者。
在第二技术下，漫游器22、相对定位模块18或实时动态(RTK)模块通过LAMBDA(最小二乘模糊度去相关调节)或改型LAMBDA方法估算双差L1/L2整周模糊度。例如，在由模糊度的方差和协方差矩阵确定的搜索区域上执行用于去相关模糊度的最小二乘等式的误差最小化；浮点模糊度估算值和相关方差协方差矩阵可以用作LAMBDA过程的输入，其中输出是整周模糊度估算值。
在第三技术下，漫游器22、相对定位模块18或实时动态(RTK)模块估算每个卫星的双差L1/L2整周模糊度和电离层延迟偏差。
在步骤S106中，在漫游器22处，相对定位模块18或实时动态(RTK)模块根据估算的双差L1/L2(例如，RTK)整周模糊度确定参考接收器20和漫游器22之间的相对位置矢量。例如，可以根据等式21和22，例如通过减去一对卫星的两个SD L1模糊度并减去同一对卫星的两个SD L2模糊度，来解算双差L1/L2整周模糊度。实际上，相对定位模块18还可以使用伪距等式(等式19和20)作为约束来解算SD L1(例如，RTK)整周模糊度和SD L2(例如，RTK)整周模糊度。
在步骤S107中，在漫游器22处，导航定位估算器50、相对定位模块18或实时动态(RTK)模块基于作为约束的估算的双差L1/L2(例如，RTK)整周模糊度并且基于根据大气模型的大气或对流层延迟偏差，确定(例如，在漫游器22和参考接收器20的接收范围内，或者在漫游器22和参考接收器20的接收范围内具有重叠的多组的卫星的)卫星之间的双差、宽巷WL RTK整周模糊度和折射校正的RTK整周模糊度(或窄巷模糊度)。
在步骤S108中，在漫游器22处，其数据处理器66或其精密单点定位模块16应用恢复数据(例如，RTK解)和辅助数据30，例如收敛的宽巷模糊度，窄巷模糊度；折射校正模糊度或窄巷模糊度；对流层延迟、参考接收器的位置、位置偏移和原始测量值(例如，相位测量值和码测量值)以加速漫游器22的精密单点定位模块中的预测滤波器收敛。可以根据各种技术来执行步骤S108，可以单独或累积应用各种技术。
在第一技术下，在步骤S108中，漫游器22，其数据处理器66或其精密单点定位模块16(例如，辅助收敛模块46)应用辅助数据30，诸如(例如，来自步骤S105的)解算的双差宽巷模糊度，(例如，来自步骤S107的)估算的折射校正的RTK整周模糊度或窄巷模糊度，(例如，来自步骤S106的)相对位置矢量或相对位置，这些辅助数据30用作与精密单点定位模块16相关联的一个或多个预测滤波器(例如，宽巷滤波器40，窄巷滤波器44)的约束数据。
在用于执行步骤S108的第二技术下，漫游器22，其数据处理器66或其精密单点定位模块16将辅助数据30(例如，模糊度的方差和协方差)应用为与精密单点定位模块相关联的一个或多个预测滤波器(例如，宽巷滤波器40，窄巷滤波器44)的约束数据。例如，导航定位估算器50或精密定位模块16可以使用方差来确定解算的模糊度的标准偏差或位置估算值的标准偏差，以测量解算的模糊度和位置估算值的质量。此外，导航定位估算器50可以使用方差或确定的标准偏差来决定是否消除或减少来自最终位置估算或解算的某些卫星的某些不太可靠(或更易变)的载波相位测量值的加权。
在步骤S109中，在漫游器22处，其数据处理器66或其精密单点定位模块16(例如，辅助收敛模块46)基于以下各项中的一个或多个确定或恢复漫游器22的漫游器宽巷单差(SD)模糊度：(1)(例如，在步骤S101中的)在参考接收器20处固定或解算的单差宽巷整周模糊度或其他辅助数据，以及(2)(例如，来自步骤S107的)解算或固定的双差(DD)宽巷模糊度(例如，RTK)或其他恢复数据。
在步骤S110中，在漫游器22处，其数据处理器66或其精密定位模块16(例如，辅助收敛模块46)确定：(1)漫游器22的相对位置的方差和协方差矩阵，该方差和协方差矩阵用作一个或更多预测滤波器的约束数据，该一个或更多预测滤波器例如为与精密单点定位模块相关联的窄巷预测滤波器，(2)(例如，步骤S109的)基于单差宽巷整周模糊度，或(例如，步骤S109的)基于相对位置的方差和协方差矩阵与单差宽巷整周模糊度的组合的单差窄巷模糊度。例如，导航定位估算器50或精密定位模块16可以使用方差来确定解算的模糊度的标准偏差或位置估算值的标准偏差，以测量解算的模糊度和位置估算值的质量。此外，导航定位估算器50可以使用方差或确定的标准偏差来决定是否消除或减少来自最终位置估算或解算的某些卫星的某些不太可靠(或更易变)的载波相位测量值的加权。步骤S110是可选的，如虚线所示。
在步骤S111中，在漫游器22处，其数据处理器66或其精密定位模块16(例如，辅助收敛模块46)可基于与漫游器22处的接收的载波相位信号相关联的窄巷模糊度(或折射校正模糊度)的解确定估算的漫游器位置或漫游器解。
在步骤S112中，在漫游器22处，其数据处理器66或其精密定位模块16(例如，辅助收敛模块46)可基于参考接收器20处的(例如，步骤S101的)收敛的折射校正模糊度(或估算的窄巷模糊度)和(例如，步骤S107的)折射校正的双差模糊度(RTK)确定漫游器22的折射校正的单差模糊度。例如，(例如，根据等式17)对于估算折射校正模糊度需要对流层延迟偏差；参考接收器20的对流层延迟偏差近似等于(例如，具有±5％的公差)漫游器22的对流层偏差，其中参考接收器20和漫游器22彼此分开最大距离并且考虑参考接收器20和漫游器22之间的相对高度差值。
图5示出了可以结合图3的方法实现的可选的误差检查过程或方法，例如，在该方法的迭代之后，或者在步骤S112之后，或者作为图4B中的步骤S110的一部分。
在步骤S500中，在将一个或多个约束(SD WL模糊度或SD NL模糊度分别地)应用到单差宽巷等式、单差窄巷等式或大气(例如对流层)模型之后，导航定位估算器50、精密定位模块16或其中的误差检测模块(针对SD WL模糊度或SD NL模糊度分别地)确定拟合后残差。
在步骤S502中，导航定位估算器50、精密定位模块16或误差检测模块确定拟合后残差或其标准偏差的除以(分别针对SD WL模糊度或SD NL模糊度的)约束的方差的平方根(即标准偏差)的(分别针对SD WL模糊度或SD NL模糊度的)比率。方差的平方根也称为变量的标准偏差(例如，对于正态分布)。
在步骤S504中，导航定位估算器50、精密定位模块16或误差检测模块确定该比率是否大于阈值。该阈值可以包括整数(例如，2或3)或实数值，该整数(例如，2或3)或实数值基于经验数据、现场测试、校正数据或特定移动接收器20的服务级别，或者从依赖于移动接收器20的当前位置或地理区域的等式导出。如果导航定位估算器50、精密定位模块16或误差检测模块确定该比率大于阈值，则该方法继续执行步骤S506。然而，如果导航定位估算器50、精密定位模块16或误差检测模块确定该比率不大于阈值(或等于阈值)，则该方法继续执行步骤S508。
在步骤S506中，精密定位模块16或其部件通过从相关的单差宽巷等式；窄巷等式或折射校正等式；或大气模型(例如，对流层延迟约束)中去除约束或对约束进行去加权来测试每个约束(例如，诸如SD，WL，NL，RC模糊度的任何模糊度)。例如，精密定位模块16或导航定位估算器50可以消除、忽略、忽视或减少被确定为不可靠的载波相位测量值的加权，以在本文中阐述的任何方法或过程中得出估算的漫游器位置或解。
在步骤S508中，精密定位模块16或其部件确定约束值是好的或在(例如，预期值或误差最小化过程的)可接受的公差内。例如，精密定位模块16或导航定位估算器50可以包括或保持被确定为不可靠的载波相位测量值的加权，以在本文所述的任何方法或过程中得出估算的漫游器位置或解。
出于解释的目的，已经参考特定实施例描述了前述内容。然而，上面的说明性讨论并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。实施例被选择和描述以最好地解释本发明的原理和其实际应用，从而能使在本领域的技术人员最好地利用本发明和具有适于特定预期用途的各种修改的多个实施例。

Claims (21)

1.一种用于快速确定移动接收器的精确位置的方法，所述方法包括在移动接收器处或由移动接收器执行以下步骤：
测量一个或多个接收到的卫星信号的载波相位；
存储由参考接收器提供的辅助数据，所述辅助数据包括一组以下数据：解算的宽巷模糊度、确定的窄巷模糊度、估算的对流层延迟偏差、接收到的卫星信号的原始测量的载波相位和伪距、以及参考接收器的位置；
应用实时动态(RTK)滤波器以提供参考接收器和移动接收器之间的相对位置矢量，并提供与解算的双差模糊度相关的恢复数据；
根据精密定位算法应用所述相对位置矢量、辅助数据、来自RTK滤波器的恢复数据以及具有关于卫星信号的精确时钟和轨道信息的校正数据，作为用于一个或多个预测滤波器在宽巷模糊度和窄巷模糊度上的收敛的输入、约束或两者；以及
基于处于收敛状态或固定状态的、已解算的宽巷模糊度和估算的宽巷模糊度估算移动接收器的精确位置，其中，上述步骤能够由移动接收器的电子数据处理系统的数据处理器执行或实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述参考接收器的位置包括参考接收器的固定或移动的精密单点定位参考位置，并且其中所述恢复数据包括以下各项中的一个或多个：RTK双差(DD)宽巷整周模糊度RTK固定折射校正后(RC)双差(DD)浮点模糊度和参考接收器和移动接收器之间的相对位置；和所述相对位置的方差/协方差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述辅助数据还包括在所述参考接收器处估算的以下各项中的一个或多个：精密单点定位参考位置和参考固定坐标之间的位置差值、解算的宽巷模糊度和确定的窄巷模糊度、和天顶方向上的包括先验模型的估算的对流层延迟。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述恢复数据包括来自所述移动接收器处的RTK滤波器的L1/L2固定双差(DD)模糊度，所述L1/L2固定双差(DD)模糊度基于相应的一对卫星的在所述移动接收器和参考接收器处的原始相位测量值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，应用所述实时动态(RTK)滤波器还包括：
基于一组实时动态(RTK)算法，通过RTK滤波器估算移动接收器和参考接收器之间的相对位置或相对位置矢量，以解算在L1处的参考移动接收器和每个全球导航卫星系统(GNSS)的参考卫星之间的以及参考接收器L2和每个GNSS系统的同一参考卫星之间的L1/L2双差(DD)固定整数值(L1、N2)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述解算的宽巷模糊度包括归整或收敛的宽巷模糊度，并且其中估算的窄巷模糊度包括在参考接收器处的、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)的卫星的载波信号的归整或收敛的窄巷模糊度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，
基于估算的窄巷模糊度和宽巷模糊度来估算移动接收器的精确位置还包括将宽巷(WL)模糊度估算到收敛状态，将折射校正(RC)后模糊度估算到收敛状态，并估算用于移动接收器的移动对流层偏差。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在参考接收器处，基于LAMBDA或改型LAMBDA过程，通过预测滤波器或宽巷滤波器估算宽巷(WL)模糊度，以准备以整数形式确定窄巷模糊度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法进一步包括：
在应用实时动态(RTK)滤波器以解算与双差载波相位测量值相关的模糊度之前，验证参考接收器和移动接收器之间的范围等于0千米到大约30千米；和
在参考接收器和移动接收器之间提供无线通信信道或无线电通信信道。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述参考接收器处，在解算所述窄巷模糊度之后，根据以下等式确定用于卫星j的折射校正后模糊度(NRC)：
其中：
f1是接收到的卫星信号的L1载波频率，f2是接收到的卫星信号的L2载波频率；
是从卫星j发送的L1载波频率的测量载波相位；
是从卫星j发送的L2载波频率的测量载波相位；
ρj是卫星j的相位中心和接收器的相位中心之间的几何距离，所述几何距离包括卫星轨道校正、接收器潮汐位移和地球自转校正；
τr是给定GNSS系统的接收器r时钟偏差或误差；
τj是卫星时钟误差；
bNL是接收器窄巷相位偏差(每个接收器和所有可见卫星的集群具有一个接收器窄巷相位偏差)，
是卫星j的窄巷相位偏差(针对所有接收器，每个卫星具有一个窄巷相位偏差)，所述卫星j的窄巷相位偏差是L1卫星相位偏差和L2卫星相位偏差的RC组合；
T是对流层延迟，并分为干分量Tdry和湿分量Twet；
Wj和w分别是卫星j和接收器二者在周期中的相位饱和误差，所述相位饱和误差能够用模型校正；
是折射校正(RC)后的载波相位模糊度项；
是窄巷波长；并且
是卫星j的RC相位测量值误差，所述卫星j的RC相位测量值误差包括白噪声误差、多径误差和剩余未建模误差。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述解算的双差(DD)L1/L2整周模糊度根据以下等式确定：
其中：
是与卫星i和j、移动接收器和参考接收器相关的双差L1载波相位测量值；
是卫星j的相位中心与移动接收器的相位中心之间以及卫星i的相位中心与接收器的相位中心之间的双差几何距离，包括卫星轨道校正、接收器潮汐位移和地球自转校正；
是给定卫星j和卫星i的双差电离层误差；
是卫星i的单差整周模糊度乘以来自卫星i的L1载波的波长；
是卫星j的单差整周模糊度乘以来自卫星j的L1载波的波长；
是卫星j和卫星i的双差相位测量误差，包括与L1频率相关的白噪声误差、多路径误差和剩余的未建模误差；
是与卫星i和j以及在第一测量时间与第二测量时间之间的移动接收器相关的双差L2载波相位测量；
是卫星i的单差整周模糊度乘以来自卫星i的L2载波的波长；
是卫星j的单差整周模糊度乘以来自卫星j的L2载波的波长；
是卫星j和卫星i的双差相位测量误差，包括与L2频率相关的白噪声误差、多路径误差和剩余的未建模误差；以及
f1是接收到的卫星信号的L1载波频率并且f2是接收到的卫星信号的L2载波频率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在解算权利要求11中的单差L1/L2模糊度或相关的双差L1/L2模糊度之后，根据以下等式确定RTK宽巷模糊度：
其中：
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的RTK双差宽巷模糊度；
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的双差L1宽巷模糊度；和
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的双差L2宽巷模糊度。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：提供包括在卫星i和j之间的折射校正后模糊度的辅助数据，所述辅助数据能够根据以下等式导出：
其中：
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的RTK折射校正后的双差宽巷模糊度；
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的双差L1宽巷模糊度；
是卫星i和j的与参考接收器和移动接收器相关的双差L2宽巷模糊度；和
f1是L1载波相位信号的频率，f2是L2载波相位信号的频率。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，以下参数被用作附加约束，以加速移动接收器处的一个或多个预测滤波器的滤波器收敛过程：双差(DD)宽巷整周模糊度、固定折射校正后的浮点模糊度、相对位置ΔX及其方差协方差。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据以下等式，在参考接收器处使用用于卫星i和j的(与移动接收器和参考接收器相关的)RTK双差宽巷模糊度和单差宽巷模糊度导出或估算在移动接收器处的相应的单差模糊度
16.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用漫游器位置X(rove)和相应的协方差矩阵QXYZ(rove)作为将应用于窄巷滤波器的虚拟测量值或约束，所述窄巷滤波器作为所述一个或多个预测滤波器。
17.一种移动接收器，用于基于从校正数据源接收的校正数据快速确定精确位置，所述移动接收器包括：
测量模块，所述测量模块用于测量一个或多个接收到的卫星信号的载波相位；
数据存储装置，所述数据存储装置用于存储由参考接收器提供的辅助数据，所述辅助数据包括一组以下数据：解算的宽巷模糊度、估算的窄巷模糊度、估算的对流层延迟偏差、接收到的卫星信号的原始测量的载波相位、以及参考接收器的位置；
相对定位模块，所述相对定位模块用于应用实时动态(RTK)滤波器，以提供参考接收器和移动接收器之间的相对位置矢量，并提供与解算的双差模糊度相关的恢复数据；
精密定位模块，所述精密定位模块根据精密定位算法应用所述相对位置矢量、辅助数据、来自RTK滤波器的恢复数据以及具有关于卫星信号的精确时钟和轨道信息的校正数据，作为用于一个或多个预测滤波器在宽巷模糊度和窄巷模糊度上的收敛的输入、约束或两者；并且
导航定位估算器，所述导航定位估算器基于收敛或固定的窄巷模糊度和宽巷模糊度来估算移动接收器的精确位置，其中上述模块能够由移动接收器的电子数据处理系统的数据处理器执行或实现。
18.根据权利要求17所述的移动接收器，其中，所述参考位置包括参考接收器的固定或移动的精密单点定位参考位置。
19.根据权利要求17所述的移动接收器，其中，所述辅助数据还包括在所述参考接收器处估算的以下各项中的一个或多个：残余对流层偏差、估算的折射校正模糊度、码相位、与先验模型相关联的天顶方向上的对流层延迟。
20.根据权利要求17所述的移动接收器，其中，所述恢复数据包括来自所述移动接收器处的RTK滤波器的L1/L2固定DD模糊度。
21.根据权利要求17所述的移动接收器，其中，实时动态(RTK)滤波器适于基于一组实时动态(RTK)算法，估算移动接收器和参考接收器之间的相对位置或相对位置矢量，以解算在L1处的参考移动接收器和每个GNSS系统的参考卫星之间以及参考接收器L2和每个GNSS系统的同一参考卫星之间的L1/L2双差(DD)固定整数值(L1、N2)。
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