CN1519579A - 使用全球定位系统卫星信号估计位置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明致力于一种使用GPS信号确定或估计位置的方法和设备。该系统包括一个用于接收GPS信号的接收机，例如GPS接收机，以及一个用于从接收到的GPS信号中确定位置的处理器。接收机在第一GPS卫星的第一位置接收来自第一GPS卫星的第一GPS信号。接收机在第一GPS卫星的第二位置接收来自第一GPS卫星的第二GPS信号。利用第一和第二GPS信号确定接收机的位置。可以确定两个信号之间的时差，并将其用于计算位置。

Description

使用全球定位系统卫星信号估计位置的方法和设备

本申请要求2003年1月23日在韩国知识产权局申请的申请号为2003-0004579的韩国专利和在2003年10月30日申请的10/697,209号美国专利申请为优先权，它们的总体内容包括在此作为引用。

技术领域

本发明涉及使用多个以预定时差从一个或多个全球定位系统(GPS)卫星输出的卫星信号，对位置估计设备的位置进行估计的方法和设备。

背景技术

通常，使用GPS卫星系统的位置估计方法利用三角测量以及从GPS卫星输出的整齐和捕捉(clean and acquisition)(C/A，或粗略和捕捉)编码，估计在GPS卫星和位置估计设备(例如，GPS接收机)的天线之间的距离。

GPS卫星总是发射携带C/A编码的1575.42MHz的L1频率。位置估计设备生成与C/A编码相同的编码。将生成的C/A编码与接收到的GPS卫星的C/A编码相比较。从比较的结果中，测量从GPS卫星输出的C/A编码到达位置估计设备所花费的时间。

位置估计设备通过使用光速(从GPS卫星输出的C/A编码的速度)乘以到达所需的时间的结果对GPS卫星和位置估计设备之间的距离进行测量。由于C/A编码包括几乎本身就是噪音的伪随机噪音编码，同时测量的GPS卫星和位置估计设备的距离包含误差，因此该距离被称为伪距离。

传统的位置估计设备同时接收至少从四个GPS卫星输出的卫星信号，测量对应于每个卫星信号的伪距离，并从测量的结果中估计位置估计设备的位置。即，位置估计设备通过同时使用从四个或更多GPS卫星输出的四个或更多卫星信号估计位置估计设备的3维位置。

但是，由于环境的影响，位置估计设备有时不能同时接收至少四个信号。在这种情况下，传统的位置估计设备无法估计它的3维位置。

发明内容

本发明致力于一种使用全球定位卫星(GPS)信号确定位置的方法和设备。第一GPS信号是接收机从具有第一位置的第一GPS卫星接收到的。第二GPS信号是在卫星的第二位置处从卫星接收到的。使用第一和第二GPS信号确定接收机的位置。

在第一GPS卫星的第三位置，可以从第一GPS卫星接收到第三GPS信号，并且第三GPS信号可用于确定接收机的位置。在第一GPS卫星的第四位置，可以从第一GPS卫星接收到第四GPS信号，并且第四GPS信号可用于确定接收机的位置。也可在第二GPS卫星的第一位置从第二GPS卫星接收到第四GPS信号，并且该第四GPS信号可用于确定接收机的位置。

在第二GPS卫星的第一位置，也可从第二GPS卫星接收到第三GPS信号。该第三GPS信号可用于确定接收机的位置。可在第二GPS卫星的第二位置从第二GPS卫星接收到第四GPS信号，并且该第四GPS信号可用于确定接收机的位置。也可在GPS卫星的第一位置从第三GPS卫星接收到该第四GPS信号，并且该第四GPS信号可用于确定接收机的位置。

用于确定位置的设备，包括用于接收GPS信号的接收机和用于确定接收机的位置的位置计算单元。控制器检测可以用于确定位置的可用卫星的数量。静止测量请求和选择单元可请求用户在确定位置时保持静止。位置计算单元可包括一个时差测量确定器，该确定器在如果可用卫星的数量低于一个门限值时请求用户保持静止。位置计算单元也包括时差测量计算器，它可通过测量GPS信号间的时差计算位置。

根据本发明，可以使用少于四个来自GPS卫星的GPS信号确定诸如GPS接收机的接收机的位置。结果，提供了一个更为可靠的位置确定或估计系统，尤其是在例如阻碍从四个或更多卫星接收GPS信号的环境条件下。

附图说明

通过下列对本发明的优选实施例更为具体的说明，本发明的前述的和其他目标，特征和优势将变得比较清楚，如附图所说明的，其中同样的附图标记字符指示在不同视图中的相同部分。不必对附图标上刻度，重点应放在说明本发明的原理上。

图1是说明根据本发明的第一实施例的位置估计方法的示意图；

图2是更详细地说明根据本发明的第一实施例的位置估计方法的示意图；

图3是说明根据本发明的第二实施例的位置估计方法的示意图；

图4是更详细地说明根据本发明的第二实施例的位置估计方法的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的位置估计设备的方框示意图；

图6是图5所示的控制器和位置计算单元的详细方框示意图；

图7是说明根据本发明基于可测量卫星数量的位置估计方法执行的步骤的流程图；

图8是详细说明根据本发明，如图5所示通过测量时差的位置估计设备的位置估计方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，附图标记11指示GPS卫星在时间(t1)的位置，而附图标记12指示GPS卫星在从时间(t1)经过了预定的一段时间后的时间(t2)的位置。

相应地，如果测量在时间(t1)和时间(t2)从相同的GPS卫星输出的每个卫星信号的伪距离，并随后获得两个距离等式的结果，如果所述位置在一个平面上，位置估计设备，例如GPS接收机的估计的位置，可以是两个位置(13A，13B)。

但是，由于位置估计设备的位置是在空间坐标中并且是可变的，而且在用于位置估计设备的GPS卫星测量之间存在时差，为了获得位置估计设备实际上的位置，要求四个距离等式。但是，用于定位位置估计设备的方法并不仅限于使用伪距离的方法。

图2是详细说明根据本发明的第一优选实施例的位置估计方法的示意图。在根据本发明的位置估计方法中，从一个或更多GPS卫星接收多个有预定的时差的卫星输出信号，并且响应每个接收到的卫星信号，估计位置估计设备的位置。

参照图2，坐标(x，y，z)指示位置估计设备25的估计位置，坐标(x1，y1，z1，t1)指示GPS卫星21在时间(t1)的位置数据(x1，y1，z1)，而p1指示在时间(t1)由位置估计设备测量的伪距离。这里，在位置估计设备最好是静止的或固定的。

坐标(x2，y2，z2，t2)指示GPS卫星22在时间(t2)的位置数据(x2，y2，z2)，而p2指示在时间(t2)由位置估计设备测量的伪距离。这里，时间(t2)指示从时间(t1)经过的预定时期。

坐标(x3，y3，z3，t3)指示GPS卫星23在时间(t3)的位置数据(x3，y3，z3)，而p3指示通过位置估计设备在时间(t3)测量的伪距离。这里，时间(t3)指示从时间(t2)经过的预定时期。

坐标(x4，y4，z4，t4)指示GPS卫星24在时间(t4)的位置数据(x4，y4，z4)，而p4指示由位置估计设备在时间(t4)测量的伪距离。这里，时间(t4)指示从时间(t3)经过的预定时期。附图标记21-24并不指示四个不同的卫星，而是指示在四个不同的时间和位置的同一卫星。

GPS卫星21到24中的每个的识别号码(ID)可以是相同或不同的数字。例如，至少两个或更多GPS卫星的ID可以是同样的数字。

下面的等式1显示了四个距离等式，它们是以各个GPS卫星的位置数据((x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4))，和在时间点(t1，t2，t3，t4)测量的伪距离(p1，p2，p3，p4。)表示的。

相应地，位置估计设备接收在各个时间点(t1，t2，t3，t4)分别从GPS卫星21到24输出的位置数据((x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4))。然后，通过分别测量各个伪距离(p1，p2，p3，p4)，获得如等式1所给出的四个距离等式的解(或根)，可以计算或估计位置估计设备的位置25的空间坐标(x，y，z)。

$\sqrt{{(x1-x)}^2+{(y1-y)}^2+{(z1-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p1$

$\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+{(z2-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p2$

$\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p3$

$\sqrt{{(x4-x)}^2+{(y4-y)}^2+{(z4-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p4........\left(1\right)$

这里，c表示光速，而Δt表示GPS卫星的时间与位置估计设备的时间之间的差。

为了获得位置估计设备的空间坐标(x，y，z)25，需要至少如等式1所示的四个距离等式。相应地，可同时接收到的卫星信号的GPS卫星的数量确定了伪距离测量次数的最小值。

例如，如果位置估计设备能够接收从两个GPS卫星输出的卫星信号，位置估计设备在一个时间点接收从两个GPS卫星输出的卫星信号，并测量各个伪距离。然后，在另外一个时间点，位置估计设备接收从两个GPS卫星输出的卫星信号(或从两个GPS卫星输出的两个卫星信号)，并测量各个伪距离。通过这样做，可获得如等式1中所示的四个距离等式。

在这种情况下，为了获得位置估计设备的位置25，即空间坐标(x，y，z)，在每个不同的时间点至少测量两次伪距离。

同样，如果位置估计设备能接收从三个GPS卫星输出的卫星信号，位置估计设备在一个时间点接收从三个GPS卫星输出的卫星信号，并测量各个伪距离。然后，在另外一个时间点，位置估计设备接收从三个GPS卫星中任何一个输出的卫星信号，并测量伪距离。通过这样做，可获得如等式1所示的四个距离等式。

相应地，为了获得位置估计设备的位置25，即坐标(x，y，z)，在每个不同的时间点至少测量两次伪距离。

如果已知位置估计设备的高度(即，z轴的坐标)，用于估计位置估计设备的空间坐标的伪距离测量次数的最小值比用于当高度是未知时估计空间坐标的次数少了至少一次。

图3是说明根据本发明的第二优选实施例的位置估计方法的概念性示意图。位置估计设备通过使用每两个在时间上接近的伪距离的差估计位置估计设备的位置。

在此方法中，可从在相对较短的时差内从单个GPS卫星输出的多个卫星信号的每一个中测量伪距离(例如，GPS卫星的ID，每个时间点，在各个时间点的位置数据)。然后，通过使用测量的伪距离，可估计位置估计设备的位置。相应地，对卫星信号而言很普遍的延迟，例如，电离层和对流层的延迟，互相抵消，这样以便更精确地估计位置估计设备的位置

当通过使用在时间上接近的每两个伪距离的差估计位置估计设备的位置时，位置估计设备的估计位置对应于双曲线上的坐标。因此，两个或更多双曲线相交的交叉点是位置估计设备的估计位置。

参照图3，附图标记31，32，和33指示具有在不同的时间点具有相同的ID的单个GPS卫星的位置，而p1，p2，和p3指示由位置估计设备分别在位置31，32，和33测量的伪距离。

在平面上，双曲线(k1)，其中(p1-p2)的值是常数，以及双曲线(k2)，其中(p2-p3)的值是常数，在两个点(34A，34B)上相交，以使两个点(34A，34B)相应于估计设备的位置的一个估计位置。

但是，由于位置估计设备的位置是3维空间位置，为了估计位置估计设备的位置，必须在不同的时间点测量伪距离至少四次。如果位置估计设备的高度(即，z轴的坐标)已知，位置估计设备可以通过在不同的时间点至少三次测量伪距离来估计位置估计设备的空间位置。

图4是更详细地说明根据本发明的第一优选实施例的位置估计方法的示意图。坐标(x，y，z)指示位置估计设备45的估计位置，坐标(x1，y1，z1，t1)指示GPS卫星41在时间(t1)的位置数据(x1，y1，z1)，而p1指示在时间(t1)由位置估计设备测量的伪距离。坐标(x2，y2，z2，t2)指示在时间(t2)GPS卫星42的位置数据(x2，y2，z2)，p2指示在时间(t2)由位置估计设备测量的伪距离。这里，时间(t2)指示从时间(t1)经过的预定时期。坐标(x3，y3，z3，t3)指示GPS卫星43在时间(t3)的位置数据(x3，y3，z3)，p3指示在时间(t3)由位置估计设备测量的伪距离。这里，时间(t3)指示从时间(t2)经过的预定时期。坐标(x4，y4，z4，t4)指示GPS卫星44在时间(t4)的位置数据(x4，y4，z4)，而p4指示在时间(t4)由位置估计设备测量的伪距离。这里，时间(t4)指示从时间(t3)经过的预定时期。这里，GPS卫星41到44是相同的GPS卫星，并且位置估计设备45最好是静止的或固定的。

下列等式2说明了由GPS卫星在时间点(t1，t2，t3，t4)的各个位置数据((x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4))，以及测量的伪距离(p1，p2，p3，p4)表示的四个伪距离等式。这里，k1表示一个双曲线，其中(p1-p2)的值是常数，k2表示一个双曲线，其中(p2-p3)的值是常数，同时k3表示一个双曲线，其中(p3-p4)的值是常数。

相应地，位置估计设备接收从相同的GPS卫星在各个时间点(t1，t2，t3，t4)输出的位置数据((x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)，(x4，y4，z4))。然后，通过测量各个伪距离(p1，p2，p3，p4)，获得如等式2给出的距离等式的解(或根)，可以计算或估计位置估计设备的位置45的空间坐标(x，y，z)。

$\sqrt{{(x1-x)}^2+{(y1-y)}^2+{(z1-z)}^2}-\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+{(z2-z)}^2}=k1$

$\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+{(z2-z)}^2}-\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}=k2$

$\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}-\sqrt{{(x4-x)}^2+{(y4-y)}^2+{(z4-z)}^2}=k3..........\left(2\right)$

图5是根据本发明的优选实施例的位置估计设备的结构示意图。参考图5，位置估计设备(例如，一个GPS接收机500)包括一个天线510，一个信号处理单元520，一个位置计算单元540，以及一个静止测量请求和选择单元550。

天线510从卫星接收卫星信号。信号处理单元520计算在通过天线510接收的卫星信号上加载的C/A编码和自生成的C/A编码之间的相关值，然后基于计算结果把延迟信息输出到位置计算单元540。

信号处理单元520包括一个预放大器521，一个下变频器523，一个模数(A/D)转换器525，一个自动增益控制器(AGC)527，一个混频器529，一个载波数控振荡器(NCO)531，一个编码生成器533，一个相关器535，一个编码NCO537，以及一个控制器539。

预放大器521将通过天线510从卫星接收到的卫星信号放大，并把放大的卫星信号输出到下变频器523。

下变频器523接收放大的卫星信号，响应于AGC527的输出信号，把同一信号转换为中频信号，并输出转换后的信号到A/D转换器525。

A/D转换器525接收中频信号，并把同一信号转换成数字信号。

AGC527响应A/D转换器525的输出信号控制下变频器523的增益。

为了补偿卫星信号的多普勒效应，载波NCO531生成I(同相)正弦波和Q(正交相移)正弦波。

混频器529将A/D转换器525的输出信号与从载波NCO531输出的I和Q正弦波进行混合，以补偿卫星信号的多普勒效应。从而，混频器529向相关器535提供从GPS卫星输出的C/A编码。

编码NCO537依照来自编码生成器533生成的C/A编码的卫星信号预期的延迟生成延迟编码，并把生成的编码输出到相关器535。编码生成器533基于检测的位置估计设备500的基准时间和将要检测的卫星的识别号码(ID)生成C/A编码。

相关器535计算加载在混频器529的输出信号上的C/A编码和从编码NCO537输出的C/A编码之间的相关值，并把基于计算结果的延迟信息输出到控制器539。

控制器539响应相关器535的输出信号检测卫星信号。如果没有检测到卫星信号，控制器539控制下一个预期的多普勒频率，延迟的编码值或另外一个卫星的编码值，将其通过载波NCO531和编码NCO537输出到混频器529或相关器535。这样，重复执行相关器535的操作。

但是，如果检测到期望的卫星信号，控制器539控制相关器535的计算结果，将其输出到位置计算单元540。

位置计算单元540，响应于从信号处理单元520输出的延迟信号，获得伪距离和/或通过等式1和2表示的距离等式的解。在这种情况下，当同时可测量的卫星的数量通常地小于估计位置估计设备500的位置所需卫星的数量时，位置计算单元540使用根据本发明的位置估计方法，利用语音或文本通过静止测量请求和选择单元550请求位置估计设备500的用户停止或保持静止。

在用户停止后，静止测量请求和选择单元550选择静止测量功能，并随后输出预定的选择信号到位置计算单元540。从而，位置计算单元540使用根据本发明的位置估计方法开始估计位置估计设备500的静止位置。

图6是图5所示的控制器539，静止测量请求和选择单元550，以及位置计算单元540的详细示意图。参照图5和6，静止测量请求和选择单元550包括停止请求显示器5501和停止选择器5503。控制器539包括一个静止信号处理器5391和一个接收机控制器5393。位置计算单元540包括一个时差测量确定器5401，一个时差测量计算器5403，和一个GPS位置计算器5405。

时差测量确定器5401响应从控制器539输出的延迟信息，确定是否启动时差测量。时差测量计算器5403通过测量时差计算位置估计设备500的位置。GPS位置计算器5405通过常规方法计算位置估计设备500的位置。也就是说，GPS位置计算器5405是一个用于从同时接收到的多个卫星信号中估计位置估计设备500的位置的示范性电路。

如果接收机控制器5393向位置计算单元540的时差测量确定器5401输出相应于检测到的卫星的数据延迟信息，即，从可测量的卫星输出的卫星信号，时差测量确定器5401基于接收到的延迟信息确定是否存在足够的卫星信号以计算位置估计设备500的位置。

如果接收到的卫星信号的数量足够，时差测量确定器5401命令通用GPS位置计算器5405计算位置估计设备500的位置。如果接收到的卫星信号的数量不够，时差测量确定器5401把用于静止测量的请求信号发送到静止信号处理器5391。

已经接收到从时差测量确定器5401输出的信号的静止信号处理器5391通过停止请求显示器5501通知用户停止。然后，如果被通知的用户允许通过停止选择器5503的静止测量，停止选择器5503通过静止信号处理器5391把许可信号输出到时差测量确定器5401。

假设用户已经停止，已经接收到许可信号的时差测量确定器5401命令时差测量计算器5403开始根据本发明的时差测量。

当不允许静止测量时，即使通过停止请求显示器5501用户已被请求停止，时差测量确定器5401无法计算位置估计设备500的位置，并且连续检测用于计算位置估计设备500的位置所必需的卫星。

由于用户在使用时差估计位置估计设备500的位置期间保持静止，用户是连续地被通知保持静止。例如，为了开始时差测量，停止请求显示器5501闪动指示灯。在测量时差期间打开指示灯。因此，用户可以区分用于开始时差测量的停止请求和用于保持静止状态的停止请求状态。

同样，如果由于在测量时差时接收到足够的卫星信号，而不需要时差测量，停止请求显示器5501关闭指示灯，从而通知用户他/她不必保持静止了。

图7是根据本发明第一和第二优选实施例基于可测量的卫星的数量的位置估计方法所执行的步骤的流程图。参照图5到7，响应多个以预定的时差从至少一个或更多GPS卫星输出的卫星信号，位置计算单元540可估计位置估计设备500的位置。

位置计算单元540接收多个以预定的时差从至少一个或更多GPS卫星输出的卫星信号，并可随后估计位置估计设备500的位置。

如果位置估计设备500在步骤70开始位置估计，则在步骤71，位置计算单元540的时差测量确定器5401确定可测量其伪距离的卫星的数量(下文称为“可测量的卫星的数量”)是否大于3。即，如果从四个或更多卫星都可接收到卫星信号，或如果可测量的卫星的数量大于3，则位置计算单元540通用GPS位置计算单元5405使用在步骤72中的常规方法估计它的位置。

当在步骤73可测量的卫星的数量是3时，如果在步骤74已知位置估计设备500的高度信息(坐标z)，在步骤75位置计算单元540的通用GPS位置计算单元5405使用常规方法估计它的位置。

但是，当在步骤76可测量的卫星的数量是1或2时，或当可测量的卫星的数量是3并且在步骤73和74位置估计设备500的高度信息未知时，停止请求显示器5501要求位置估计设备500的用户停止，并根据本发明的位置估计方法估计位置估计设备500的位置。在步骤77，如果用户响应此要求，停止并开始执行根据本发明的位置估计方法，响应于以预定的时差输入的多个卫星信号之中的每一个，位置估计设备500对伪距离进行测量(下文中称为“时差测量”)，并且在步骤78中基于卫星信号和各个伪距离估计位置估计设备500的位置。在这种情况下，使用等式2。

但是，如果在步骤76根本没有可测量的卫星，或如果在步骤77用户不响应停止请求也不执行位置估计方法，在步骤79无法估计位置估计设备500的位置。

图8是详细显示了根据本发明的第一和第二实施例的位置估计方法的流程图。即，图8是详细说明图7的步骤78的流程图。

在步骤78，如果通过时差测量开始对位置估计设备500进行位置估计，位置计算单元540的时差测量确定器5401在步骤81确定可测量的卫星的数量是否为3。如果在步骤81确定结果指示可测量的卫星的数量是3，在步骤83，位置估计设备500响应于每一个在第一时间点从三个可测量的卫星输出的卫星信号测量一个伪距离，并且响应于从三个可测量的卫星之中的任何一个在从第一时间点经过了预定的时间后的第二时间点输出的卫星信号，或从除了该三个卫星之外的新的卫星输出的一个卫星信号，对伪距离进行测量。因此，在第一时间点后测量时差的最小次数是一。

如果在步骤84可测量的卫星的数量是2，在步骤85，时差计算器5403响应于在第一时间点从两个可测量的卫星输出的每一个卫星信号测量伪距离，并响应于从两个可测量的卫星在从第一时间点经过了预定的时间的第二时间点输出的每一个卫星信号，或从除了该两个卫星之外的新的卫星输出的一个卫星信号，测量伪距离。因此，在第一时间点后的测量时差的最小次数是二。

如果在步骤84可测量的卫星的数量是2，并且位置估计设备500的高度信息已知，在步骤85中，位置估计设备500响应于在第二时间点从两个可测量的卫星输出的每一个卫星信号对伪距离进行测量。因此，在第一时间点后测量时差的最小次数是一。

如果可测量的卫星的数量不是2，即，如果在步骤84可测量的卫星的数量是1，位置估计设备500响应于在第一时间点从可测量的卫星输出的卫星信号，测量一个伪距离，响应于在从第一时间点经过了预定时间的第二时间点上从可测量的卫星输出的卫星信号，或从除了那个卫星之外的新的卫星输出的卫星信号，测量一个伪距离，响应于在从第二时间点经过了预定时间的第三时间点上从可测量的卫星输出的卫星信号，或从新的可测量的卫星输出的卫星信号，测量一个伪距离，并且响应于在从第三时间点经过了预定时间的第四时间点上从可测量的卫星输出的卫星信号，或从新的可测量的卫星输出的卫星信号，测量一个伪距离。因此，在步骤86中在第一时间点之后，测量时差的最小次数是3次。

但是，如果位置估计设备500的高度信息已知，位置估计设备500响应于在第二时间点从可测量的卫星输出的卫星信号，或从一个新的可测量的卫星输出的卫星信号，对伪距离进行测量，并且响应于在第三时间点从可测量的卫星输出的卫星信号，或从一个新的可测量的卫星输出的卫星信号，对伪距离进行测量。因此，在步骤86，在第一时间点后测量时差的最小次数是二。

当执行时差测量时，在步骤87，位置估计设备500确定在每个时间点可测量的卫星是否是相同的卫星。如果确定结果指示卫星是相同的卫星，在步骤88，位置估计设备500测量位置估计设备500和具有时差的卫星之间的伪距离，并通过使用由等式2表示的每两个伪距离的差，估计位置估计设备500的位置。

如果确定结果指示卫星不是相同的卫星，在步骤89，位置估计设备500通过测量位置估计设备500和具有时差的卫星之间的伪距离来估计它的位置。

如上所述，通过根据本发明的位置估计方法和设备，即使当可测量的卫星的数量是3或更少时，通过使用时差可测量伪距离，并通过使用测量的伪距离，可精确地估计或计算位置估计设备的位置。

尽管参照本发明的优选实施例，特别地说明和描述了本发明，本领域的技术人员将理解在不偏离由所附的权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种形式和细节上的变化。

Claims (41)

1.一种使用全球定位卫星(GPS)信号确定位置的方法，包括步骤：

接收机在第一GPS卫星的第一位置接收来自第一GPS卫星的第一GPS信号；

接收机在第一GPS卫星的第二位置接收来自第一GPS卫星的第二GPS信号；以及

使用第一和第二GPS信号确定接收机的位置。

2.如权利要求1所述的方法，还包括接收机在第一GPS卫星的第三位置接收来自第一GPS卫星的第三GPS信号。

3.如权利要求2所述的方法，还包括使用第三GPS信号确定接收机的位置。

4.如权利要求2所述的方法，还包括接收机在第一GPS卫星的第四位置接收来自第一GPS卫星的第四GPS信号。

5.如权利要求4所述的方法，还包括使用第四GPS信号确定接收机的位置。

6.如权利要求4所述的方法，还包括使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

7.如权利要求2所述的方法，还包括接收机在第二GPS卫星的第一位置接收来自第二GPS卫星的第四GPS信号。

8.如权利要求7所述的方法，还包括使用第四GPS信号确定接收机的位置。

9.如权利要求7所述的方法，还包括使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

10.如权利要求1所述的方法，还包括接收机在第二GPS卫星的第一位置接收来自第二GPS卫星的第三GPS信号。

11.如权利要求10所述的方法，还包括使用第三GPS信号确定接收机的位置。

12.如权利要求10所述的方法，还包括接收机在第二GPS卫星的第二位置接收来自第二GPS卫星的第四GPS信号。

13.如权利要求12所述的方法，还包括使用第四GPS信号确定接收机的位置。

14.如权利要求12所述的方法，还包括使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

15.如权利要求10所述的方法，还包括接收机在第三GPS卫星的第一位置接收来自第三GPS卫星的第四GPS信号。

16.如权利要求15所述的方法，还包括使用第四GPS信号确定接收机的位置。

17.如权利要求15所述的方法，还包括使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

18.如权利要求1所述的方法，其中使用一个与在第一和第二GPS信号之间经过的时间相关的时差来确定接收机的位置。

19.如权利要求1所述的方法，其中根据下列等式来确定接收机的位置：

$\sqrt{{(x1-x)}^2+{(y1-y)}^2+{(z1-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p1$

$\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+{(z2-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p2$

$\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p3$

$\sqrt{{(x4-x)}^2+{(y4-y)}^2+{(z4-z)}^2}+\mathrm{c\Δt}=p4-------\left(1\right)$

其中p1，p2，p3，p4是伪距离，c是光速，Δt是卫星和接收机之间的时间差，(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)，(x3，y3，z3)以及(x4，y4，z4)表示在四个不同的时间t1，t2，t3，t4接收到的位置数据；以及

$\sqrt{{(x1-x)}^2+{(y1-y)}^2+{(z1-z)}^2}-\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+{(z2-z)}^2}=k1$

$\sqrt{{(x2-x)}^2+{(y2-y)}^2+(z2-z{)}^2}-\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}=k2$

$\sqrt{{(x3-x)}^2+{(y3-y)}^2+{(z3-z)}^2}-\sqrt{{(x4-x)}^2+{(y4-y)}^2+{(z4-z)}^2}=k3------\left(2\right)$

其中(x，y，z)是接收机的位置坐标，并且

p1-p2＝k1，为一个常数；

p2-p3＝k2，常数；以及

p3-p4＝k3，常数。

20.一个使用全球定位卫星(GPS)信号确定位置的设备，包括：

一个接收机，用于在第一GPS卫星的第一位置接收来自第一GPS卫星的第一GPS信号，并且在第一GPS卫星的第二位置接收来自第一GPS卫星的第二GPS信号；以及

一个处理器，用于使用第一和第二GPS信号确定接收机的位置。

21.如权利要求20所述的设备，其中接收机在第一GPS卫星的第三位置接收来自第一GPS卫星的第三GPS信号。

22.如权利要求21所述的设备，其中处理器使用第三GPS信号确定接收机的位置。

23.如权利要求21所述的设备，其中接收机在第一GPS卫星的第四位置接收来自第一GPS卫星的第四GPS信号。

24.如权利要求23所述的设备，其中处理器使用第四GPS信号确定接收机的位置。

25.如权利要求23所述的设备，其中处理器使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

26.如权利要求21所述的设备，其中接收机在第二GPS卫星的第一位置接收来自第二GPS卫星的第四GPS信号。

27.如权利要求26所述的设备，其中处理器使用第四GPS信号确定接收机的位置。

28.如权利要求26所述的设备，其中处理器使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

29.如权利要求20所述的设备，其中接收机在第二GPS卫星的第一位置接收来自第二GPS卫星的第三GPS信号。

30.如权利要求29所述的设备，其中处理器使用第三GPS信号确定接收机的位置。

31.如权利要求29所述的设备，其中接收机在第二GPS卫星的第二位置接收来自第二GPS卫星的第四GPS信号。

32.如权利要求31所述的设备，其中处理器使用第四GPS信号确定接收机的位置。

33.如权利要求31所述的设备，其中处理器使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

34.如权利要求29所述的设备，其中接收机在第三GPS卫星的第一位置接收来自第三GPS卫星的第四GPS信号。

35.如权利要求34所述的设备，其中处理器使用第四GPS信号确定接收机的位置。

36.如权利要求34所述的设备，其中处理器使用第三和第四GPS信号确定接收机的位置。

37.一个使用全球定位卫星(GPS)信号确定位置的设备，包括：

一个接收机，用于在第一GPS卫星的第一位置接收来自第一GPS卫星的第一GPS信号，并且在第一GPS卫星的第二位置接收来自第一GPS卫星的第二GPS信号；以及

一个位置计算单元，用于使用第一和第二GPS信号确定接收机的位置。

38.如权利要求37所述的设备，还包括一个控制器，用于检测可被用来确定位置的可用卫星的数量。

39.如权利要求37所述的设备，还包括一个静止测量请求和选择单元，用于请求用户在位置确定期间保持静止。

40.如权利要求37所述的设备，其中位置计算单元包括一个时差测量确定器，该确定器在如果可用卫星的数量低于一个门限值时请求用户在位置确定期间保持静止。

41.如权利要求37所述的设备，其中位置计算单元包括一个时差测量计算器，其通过测量GPS信号之间的时差计算位置。

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