DE112006001018B4

DE112006001018B4 - Globalnavigationssatellitensystem (GNSS) - Referenzsystem zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation, dazugehöriges Verfahren sowie fühlbares Medium

Info

Publication number: DE112006001018B4
Application number: DE112006001018.2T
Authority: DE
Inventors: David G. Bird
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: US20060267838A1; CN101166994B; US7202813B2; DE112006001018T5; CN101166994A; WO2006130334A1

Abstract

Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation (118; 124A-C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit einem Referenzglobalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Empfänger (34; 252) zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals (14); einem Vektorgenerator (260) zum Zur-Verfügung-Stellen eines synthetischen Versatzvektors (32; 232); und einem Referenzdatenprovider (262; 354) zum Herausgeben von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und dem synthetischen Versatzvektor (32; 232), wobei die Referenzdaten zur Verwendung durch eine Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) bestimmt sind, um eine Roverposition (38; 238; 338) mit einem hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) zur Verfügung zu stellen, der zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) proportional ist.

Description

Diese Beschreibung betrifft generell die Positionierung und, genauer gesagt, die Positionierung mit hoher Integrität von Positionen mit graduierten Genauigkeiten. Die Beschreibung beschreibt im allgemeinen ein GPS-Referenzsystem, das einen synthetischen Versatzvektor zum Dithern einer Roverstationsposition vorsieht. Insbesondere betrifft die vorliegende Beschreibung ein Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation, ein Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation sowie ein fühlbares Medium enthaltend einen Satz von Instruktionen, damit ein Prozessor das Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation ausführt.
Das Globalpositionierungssystem (GPS) wird von der Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika betrieben, um sämtlichen Benutzern in der Welt freie GPS-Positionierungssignale zur Verfügung zu stellen. Alleinstehende GPS-Empfänger können einen Grob/Akquisitions(C/A)-Code in diesen Signalen verwenden, um nichtunterstützte Positionen zu berechnen, die typischerweise Genauigkeiten von etwa 5 bis 20 m besitzen. Diese Genauigkeiten sind ausreichend für einige Anwendungsfälle, einschließlich der meisten Navigationsanwendungsfälle. Es gibt jedoch Positionierungsanwendungsfälle, wie beispielsweise Vermessung, Kartenerstellung, Maschinensteuerung und Landwirtschaft, in denen eine größere Genauigkeit oder Integrität erforderlich ist.
Einige dieser Anforderungen werden durch Differential-GPS-Systeme erfüllt, die GPS-Codephasenkorrekturen zur Verfügung stellen. Ein GPS-Empfänger, der für einen Differential-GPS-Betrieb konstruiert ist, kann die Codephasenkorrekturen benutzen, um Positionen mit typischen Genauigkeiten von einigen 10 cm bis einigen m zu berechnen. Diese Genauigkeiten sind ausreichend für viele Positionierungsanwendungsfälle. Ein Benutzer kann jedoch nicht immer auf die Genauigkeiten von alleinstehenden oder differentiellen GPS-Positionen vertrauen, da die Integrität der Positionen durch Mehrwegreflexionen beeinflusst wird. Mehrwegreflexionen der GPS-Signale können gelegentlich große Fehler von 10 bis 100te von m oder noch mehr in Abhängigkeit von den Extradistanzen, die von den reflektierten Signalen durchlaufen werden, verursachen.
Kinematische Echtzeit(RTK)-Systeme mit fester Ungewissheit liefern sehr genaue GPS-Trägerphasenmessungen, um eine größere Genauigkeit zu erzielen und gleichzeitig die meisten Mehrwegeffekte zu vermeiden. Ein Rover-GPS-Empfänger, der für einen RTK-Betrieb konstruiert ist, kann die Trägerphasenmessungen benutzen, um Relativpositionen mit typischen Genauigkeiten von etwa 1 cm bis einigen 10 cm zu ermitteln. Der Begriff „feste Ungewissheit” betrifft die Tatsache, dass eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen von Trägerphasen für die RTK-Trägerphasenmessungen zwischen der Referenzphase und der von der Roverstation gemessenen Phase aufgelöst (fixiert) wird. Die Auflösung der Trägerzykluszahl fängt Mehrwegsignalfehler ein, die größer sind als ein Abschnitt der Wellenlänge des Trägers des GPS-Signals, was zu einer hohen Konfidenz und Integrität für die Positionen auf RTK-Basis führt.
Vorhandene GPS-RTK-Systeme stellen dem Benutzer feste RTK-Trägerphasenmessungen für Kosten zur Verfügung, die zum größten Teil von den festen Infrastrukturkosten verursacht werden, um eine Teilung des Systems durch die Anzahl der Benutzer vorzusehen. Einige Benutzer benötigen jedoch die Integrität der festen Positionierung auf RTK-Basis, jedoch nicht die volle Genauigkeit, die sie vorsieht.
1 ist eine Darstellung, die ein herkömmliches kinematisches Echtzeit(RTK)-Globalpositionierungs(GPS)-Basissystem des Standes der Technik zeigt. Die Referenzstation 12 besitzt einen Referenz-GPS-Empfänger zum Empfangen von GPS-Signalen 14, wie bei 14A, 14B und 14C gezeigt, von GPS-Satelliten 16, die bei 16A, 16B und 16C gezeigt sind. Die Referenzstation 12 misst die Trägerphasen der GPS-Signale 14 und sendet ein Funksignal 17 mit Referenzdaten für die gemessenen Phasen und die geographische Referenzposition an eine oder mehrere Roverstationen, die als Roverstation 18 gezeigt sind. Die Roverstation 18 besitzt einen RTK-GPS-Empfänger zum Messen der Trägerphasen für die gleichen GPS-Signale 14.
Die Differenz zwischen den Referenz- und Roverphasenmessungen führt zu Schätzungen von Vektoren für eine senkrechte Distanz, die durch einen Vektor d gekennzeichnet sind, zwischen der Roverstation 18 und dem GPS-Satellit 16A. Messungen von diversen GPS-Satelliten 16 führen zu Schätzungen von einigen Vektoren für eine senkrechte Distanz und schließlich für die Position der Roverstation 18 in Bezug auf die Referenzstation 12. Bei dem Vektor d kann es sich um ein skalares Produkt des Vektors zwischen dem GPS-Satellit 16 und der Roverstation 18 und des Vektors zwischen der Referenzstation 12 und der Roverstation 18 handeln. Ein beispielhaftes RTK-GPS-System ist in der US-PS 5 519 620 mit dem Titel „centimeter accurate global positioning system receiver for on-the-fly real-time-kinematic measurement and control” von Nicholas C. Talbot et al. beschrieben. Auf diese Veröffentlichung wird hiermit Bezug genommen.
1A ist eine Darstellung eines virtuellen Referenzsystem(VRS)-RTK-GPS-Basissystems des Standes der Technik. Referenznetzwerkstationen 12A, 12B bis 12N enthalten Referenz-GPS-Empfänger zum Messen von Trägerphasen der GPS-Signale 14, die von den GPS-Satelliten 16 empfangen wurden. Die Referenzstationen 12A–N senden Signale 22 mit Referenzdaten für ihre gemessenen Phasen und geographischen Referenzpositionen an einen Server 23. Eine der Referenzstationen, die mit 12A bezeichnet ist, wird als Hauptreferenzstation bezeichnet. Der Server 23 und die Hauptreferenzstation 12A können zusammen angeordnet sein. Der Server 23 kommuniziert mit einer oder mehreren VRS-RTK-GPS-Roverstationen über ein Funksignal 25. Die VRS-RTK-GPS-Roverstationen sind als Roverstation 24 gezeigt.
Der Server 23 oder der Server 23 zusammen mit der Roverstation 24 ermittelt eine virtuelle Referenzposition 26 und einen virtuellen Vektor 27 zwischen der Position der Hauptreferenzstation 12A und der virtuellen Referenzposition 26 und benutzt dann die Position und die gemessenen Phasen der Hauptreferenzstation 12A, die Positionen und gemessenen Phasen der Hilfsreferenzstationen 12B–N und den virtuellen Vektor 27 (oder die virtuelle Referenzposition 26) zum Berechnen von virtuellen Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26 gemäß einem virtuellen parametrischen Referenzsystem(VRS)-Modell. Die Roverstation 24 besitzt einen RTK-GPS-Empfänger zum Messen der Phasen für die gleichen GPS-Signale 14. Die Differenz zwischen den virtuellen Referenz- und Roverphasenmessungen führt zu Schätzungen der Vektoren für die senkrechte Distanz zu den GPS-Satelliten 16 analog zum Vektor d, wie vorstehend beschrieben, und schließlich der Position der Roverstation 24 relativ zur virtuellen Referenzposition 26.
Die Verwendung eines Netzwerkes von Referenzstationen anstelle einer einzigen Referenz ermöglicht die Modellierung der systematischen parametrischen Ionosphären- und Troposphärenfehler in einem Bereich und sieht somit die Möglichkeit einer Fehlerreduktion vor. Es existieren Netzwerke unter Verwendung von öffentlichen Domain-RTCM- und -CMR-Standards für bidirektionale Kommunikationsreferenzdaten zu den Roverstationen. Detaillierte Informationen in Bezug auf die Modellierung der Fehler sind in der Veröffentlichung „Virtual Reference Station Systems” von Landau et al., veröffentlicht im Journal of Global Positioning Systems für 2002, Band 1, Nr. 2, Seiten 137–143 enthalten.
Bedauerlicherweise gibt es keine vorhandene Technik zum Aufteilen der Infrastrukturkosten über mehrere Benutzer, indem Positionen mit hoher Integrität mit Genauigkeiten zur Verfügung gestellt werden, die geringer sind als die volle Genauigkeit des Systems.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verwirklicht die vorliegende Erfindung Wege zum Vorsehen einer Positionierung mit hoher Integrität mit gesteuerten Genauigkeiten für eine Roverstation entweder durch Schaffung von synthetischen Referenzphasen für ein GPS-Referenzsystem oder durch Dithering einer sicheren Roverposition.
Kurz gesagt benutzt die vorliegende Erfindung oder umfasst eine oder mehrere kinematische Echtzeit(RTK)-Referenzstationen zum Empfangen von GPS-Signalen an einer oder mehreren tatsächlichen Referenzpositionen und zum Messen von Referenzphasen. Wenn drei oder mehr Referenzstationen Verwendung finden, können virtuelle Referenzphasen für eine virtuelle Referenzposition ermittelt werden. Ein synthetischer Versatzvektor wird in einer Referenzstation, einem Server im Referenzsystem, einer RTK-Roverstation oder einem Prozessor für eine synthetische Phase, der zwischen den Referenzstationen und der Roverstation wirkt, erzeugt. Referenzphasenmessungen werden mit dem synthetischen Versatzvektor benutzt, um synthetische Referenzphasen für eine synthetische Position abzuleiten, wobei die synthetische Position nicht einer der tatsächlichen oder virtuellen Referenzpositionen entspricht. Die Roverstation benutzt die tatsächliche oder virtuelle Referenzposition mit den synthetischen Referenzphasen anstelle der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphasen zum Berechnen einer Roverposition in Bezug auf die tatsächliche oder virtuelle Referenzposition mit einem hinzugefügten Positionsfehler, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
Bei einem anderen Versuch benutzt eine sichere RTK-Roverstation einen synthetischen Versatzvektor direkt zum Dithern einer sicheren Roverposition, die aus der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphase ermittelt wurde. Der synthetische Versatzvektor kann in einer Referenzstation, einem Server im Referenzsystem, der Roverstation oder einem Prozessor, der zwischen dem Referenzsystem und der Roverstation wirkt, erzeugt werden. Die von der Roverstation ermittelten Positionen besitzen die Integrität des RTK-Systems mit einer vom synthetischen Versatzvektor gesteuerten Genauigkeit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem zu Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation, das umfasst: einen Referenzglobalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Empfänger zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals, einen Vektorgenerator zum Vorsehen eines synthetischen Versatzvektors und einen Referenzdatenprovider zum Erstellen von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und des synthetischen Versatzvektors, wobei die Referenzdaten zur Verwendung durch eine Roverstation bestimmt sind, um eine Roverposition mit einem hinzugefügten Positionsfehler, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist, zur Verfügung zu stellen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation, das umfasst: das Messen einer Referenzphase eines Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Signals mit einem Referenz-GNSS-Empfänger, das Erzeugen eines synthetischen Versatzvektors und das Erstellen von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und dem synthetischen Versatzvektor, wobei die Referenzdaten zur Verwendung durch eine Roverstation dienen, um eine Roverstation mit einem hinzugefügten Positionsfehler, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist, zur Verfügung zu stellen.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung ein fühlbares Medium, das einen Satz von Instruktionen enthält, um zu bewirken, dass ein Prozessor die nachfolgenden Schritte zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation ausführt: das Messen einer Referenzphase eines Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Signals mit einem Referenz-GNSS-Empfänger, das Erzeugen eines synthetischen Versatzvektors und das Erstellen von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und des synthetischen Versatzvektors, wobei die Referenzdaten zur Benutzung durch eine Roverstation dienen, um eine Roverposition zur Verfügung zu stellen, die einen hinzugefügten Positionsfehler aufweist, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
Generell bezieht sich diese Beschreibung auf ein Positionierungssystem, einen Prozessor für eine synthetische Phase oder eine Roverstation zum Erzeugen von Positionen mit hoher Integrität und graduierten Genauigkeiten. Das Positionierungssystem besitzt eine oder mehrere kinematische Echtzeit(RTK)-Referenzstationen zum Empfangen von GPS-Signalen auf errichteten Referenzpositionen und zum Messen von Referenzphasen. Das Positionierungssystem oder die Roverstation wählt einen synthetischen Versatzvektor aus und benutzt den synthetischen Versatzvektor zum Ableiten von synthetischen Referenzphasen für eine synthetische Position. Die Roverstation benutzt die synthetischen Referenzphasen mit tatsächlichen oder virtuellen Referenzpositionen zum Ermitteln einer Roverposition, die einen hinzugefügten Positionsfehler aufweist, der vom synthetischen Versatzvektor gesteuert wird. Bei einer anderen Ausführungsform dithert eine sichere Roverstation eine sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor, um eine unsichere Roverposition mit dem hinzugefügten Positionsfehler vorzusehen.
Diese und andere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zweifelsohne für den Fachmann offensichtlich, nachdem er die nachfolgende beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung gelesen und die diversen Zeichnungen betrachtet hat. Hiervon zeigen:
1 eine Darstellung eines einzelnen Referenzsystems des Standes der Technik zum Liefern von Referenzphasen an eine Roverstation;
1A eine Darstellung eines Referenznetzwerkpositionierungssystems des Standes der Technik zum Liefern von Referenzphasen an eine Roverstation;
2 eine Darstellung eines einzelnen Referenzpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung zum Liefern von synthetischen Referenzphasen an eine Roverstation zum Hinzufügen eines Positionsfehlers zu einer Roverposition;
2A eine Blockdarstellung einer Referenzstation für das System der 2;
3 eine Darstellung eines Referenznetzwerkpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung zum Liefern von synthetischen Referenzphasen an eine Roverstation zum Hinzufügen eines Positionsfehlers zu einer Roverposition;
3A, 3B und 3C Blockdarstellungen einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines Servers für das Positionierungssystem der 3;
4 eine Darstellung einer sicheren Roverstation der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen zum Hinzufügen eines Positionsfehlers zu einer Roverposition, welche in einem einzelnen Referenzpositionierungssystem operiert;
4A eine Blockdarstellung der Roverstation der 4;
5 eine Darstellung einer sicheren Roverstation der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen zum Addieren eines Positionsfehlers zu einer Roverposition in einem Referenznetzwerkpositionierungssystem;
5A und 5B Blockdarstellungen einer ersten und zweiten Ausführungsform der Roverstation der 5;
6A und 6B Blockdarstellungen einer ersten und zweiten Ausführungsform des Randomreferenzgenerators zum Vorsehen von synthetischen Referenzphasen für die vorliegende Erfindung;
7 eine Darstellung eines einzelnen Referenzpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sichere Roverstation eine sichere Position zum Vorsehen einer unsicheren Position mit einem hinzugefügten Positionsfehler dithert;
7A und 7B Blockdarstellungen einer ersten und zweiten Ausführungsform des Positionierungssystems der 7;
8 eine Darstellung eines Referenznetzwerkpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sichere Roverstation eine sichere Position zum Vorsehen einer unsicheren Position mit einem hinzugefügten Positionsfehler dithert;
8A, 8B, 8C und 8D Blockdarstellungen einer ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform des Positionierungssystems der 8;
9 eine Blockdarstellung eines Randompositionsditherprozessors für die Systeme der 7 und 8;
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen von synthetischen Referenzphasen aus einem einzelnen Referenzpositionierungssystem für eine Roverstation;
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen von synthetischen Referenzphasen aus einem Referenznetzwerkpositionierungssystem für eine Roverstation;
12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen in einer Roverstation, die in einem einzelnen Referenzpositionierungssystem operiert;
13 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen in einer Roverstation, die in einem Referenznetzwerkpositionierungssystem operiert;
14 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Dithern einer sicheren Roverposition zum Vorsehen eines zu einer Roverposition in einem einzelnen Referenzpositionierungssystem addierten Fehlers; und
15 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Dithern einer sicheren Roverposition zum Vorsehen eines addierten Fehlers zu einer Roverposition in einem Referenznetzwerkpositionierungssystem.
Es werden nunmehr die Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen zum Ausführen der Lehre der Erfindung erläutert. Es versteht sich, dass die Beschreibung dieser Einzelheiten in keiner Weise die Erfindung auf diese Einzelheiten beschränkt. Vielmehr sollen diese Einzelheiten lediglich die beste Art und Weise zur Ausführung der erfindungsgemäßen Lehre beschreiben. Zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der hier beschriebenen Ausführungsformen liegen für den Fachmann innerhalb des Umfanges der erfindungsgemäßen Lehre. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist für das globale Positionierungssystem (GPS) beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mit einem generischen globalen Navigationssatellitensystem (GNNS) ausgeführt werden kann, einschließlich des globalen Positionierungssystems (GPS), des globalen Orbitingnavigationssystems (GLONASS), des Galileosystems oder einer Kombination dieser Systeme. Es versteht sich ferner, dass anstelle von Satelliten zum Übertragen von GNSS-Positionierungssignalen auch Pseudolite verwendet werden können.
2 ist eine Darstellung, die ein kinematisches Echtzeit(RTK)-GPS-Basispositionierungssystem der vorliegenden Erfindung zeigt, das mit einem Bezugszeichen 30 versehen ist. Das Positionierungssystem 30 besitzt mindestens eine Referenzstation 31 zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenzstation 31 hat eine Referenzposition, die durch eine Vermessung oder irgendwelche anderen Mittel erstellt wurde. Das System 30 empfängt oder erzeugt einen synthetischen Versatzvektor 32 zum Steuern der Positionierungsgenauigkeit, die vom System 30 für eine oder mehrere RTK-GPS-Roverstationen 118 erzeugt wird. Die Referenzposition und der synthetische Versatzvektor 32 definieren eine synthetische Position 33, wobei die synthetische Position 33 von der Referenzposition durch den synthetischen Versatzvektor 32 getrennt ist. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 32 sind willkürlich. Sie beträgt jedoch normalerweise einige m oder weniger.
2A ist eine Blockdarstellung, die die Referenzstation 31 und die Roverstation 118 zeigt. Die Referenzstation 31 besitzt einen Referenz-GPS-Empfänger 34, einen Prozessor 35 für eine synthetische Phase und einen Funk-Sende-Empfänger 36. Der Referenz-GPS-Empfänger 34 und der Prozessor 35 für die synthetische Phase können getrennt oder zu einer einzigen Einheit kombiniert sein. Der Funk-Sende-Empfänger 36 kann ein Sender ohne einen Empfänger sein, wenn eine Zweiwegeübertragung mit der Roverstation 118 nicht erforderlich ist. Der Referenz-GPS-Empfänger 34 misst die Trägerphasen der GPS-Signale 14. Der Prozessor 35 benutzt den synthetischen Versatzvektor 32 mit der Referenzposition für die Station 31 und die dreidimensionalen Winkel zu den GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen für die Trägerphasen abzuleiten, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 33 durchgeführt würden.
Der Funk-Sende-Empfänger 36 sendet ein Funksignal 37 mit synthetisierten Referenzdaten für die synthetischen Referenzphasen und die Referenzposition an die Roverstation 118. Zellulare Telefone oder Festnetztelefone können verwendet werden, um das Funksignal 37 vorzusehen oder zu verstärken. Die synthetisierten Referenzdaten enthalten noch eine korrekte geographische Referenzposition der Referenzstation 31, wie dies herkömmlich der Fall ist. Die Phasen für die GPS-Signale 14 entsprechen nicht den tatsächlichen Phasen, die an der Referenzposition gemessen werden, sondern stattdessen den synthetischen Referenzphasen, die aus den gemessenen Referenzphasen, der tatsächlichen Referenzposition und dem synthetischen Versatzvektor 32 (oder der synthetischen Position 33) berechnet werden.
Die Roverstation 118 besitzt einen Rover-GPS-Empfänger 119 und einen Anomaliedetektor 120. Der Rover-GPS-Empfänger 119 empfängt die GPS-Signale 14 und misst die Trägerphasen von den gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den gemessenen Roverphasen und den synthetischen Referenzphasen. Durch Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstelle der tatsächlichen Referenzphasen werden nunmehr geschätzte Vektoren für senkrechte Distanzen ermittelt, die durch den Vektor d* anstelle der geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch den vorstehend beschriebenen Vektor d gekennzeichnet sind, repräsentiert werden. Der Vektor d* kann als skalares Produkt des Vektors zwischen dem GPS-Satellit 16A und der Roverstation 118 und des Vektors zwischen der synthetischen Position 33 und der Roverstation 118 aufgefasst werden. Wenn die Roverstation 118 ihre Position relativ zur Referenzstation 31 berechnet, gelangt sie zu einer Position 38, die einen hinzugefügten Positionsfehler 39 gleicher Länge und entgegengesetzter Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 besitzt. Unter Anwendung dieser Technik kann das Positionierungssystem 30 willkürlich den hinzugefügten Fehler 39 in die Position 38 einführen, die von der Roverstation 118 berechnet wird.
Der Rover-GPS-Empfänger 119 ermittelt Doppeldifferenzphasenreste aus momentanen und vorhergehenden synthetischen Referenzphasen und momentanen und vorhergehenden gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 120 weiter. Der Anomaliedetektor 120 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle, die einer ausgewählten Distanz für eine Integritätsgrenze 40 zur RTK-Operation entspricht. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer äußeren Grenze einer Zone um die Roverposition 38 herum. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 120, dass der Rover-GPS-Empfänger 119 die Roverposition 38 dem Benutzer der Roverstation 118 mitteilt, oder gibt eine Notiz an den Benutzer, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob er die Position 38 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 120 eine Lösung für die Roverposition 38 vor, wenn die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden. Der Effekt des Systems 30 der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Roverposition 38 den gesteuerten hinzugefügten Positionsfehler 39 aufweist, ohne die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung der Roverposition 38 herabzusetzen.
3 ist eine Darstellung einer Netzwerkausführungsform eines kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Basispositionierungssystems der vorliegenden Erfindung, das mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist. Dieses Positionierungssystem 50 besitzt ein Netzwerk von Referenzstationen, die mit 51A, 51B bis 51N bezeichnet sind, um die GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16 zu empfangen. Die Referenznetzwerkstationen 51A–N weisen Referenzpositionen auf, die durch eine Vermessung oder irgendwelche anderen Mittel erstellt wurden. Das System 50 empfängt oder erzeugt einen synthetischen Versatzvektor 32 zum Steuern der Positionierungsgenauigkeit, die vom System 50 für eine oder mehrere RTK-GPS-Roverstationen zur Verfügung gestellt wird, welche als Roverstation 124A, 124B oder 124C gezeigt sind. Die Roverstation 124A, 124B oder 124C besitzt einen Rover-GPS-Empfänger 125A, 125B oder 125C sowie einen Anomaliedetektor 126A, 126B oder 126C.
Das Positionierungssystem 50 umfasst ferner einen Server 52A, 52B oder 52C. Der Server 52A–C und die Referenznetzwerkstationen 51A–N kommunizieren über Funksignale 54. Eine der Netzwerkstationen, beispielsweise die Station 51A, kann als Hauptnetzwerkstation bezeichnet werden, während die anderen Referenznetzwerkstationen 51B–N als Hilfsstationen bezeichnet werden können. Die Hauptreferenzstation 51A und der Server 52A–C können zusammen angeordnet sein und sich entsprechende Prozessenergie teilen oder auch nicht, oder die Hauptreferenzstation 51A und der Server 52A–C können physikalisch getrennt sein.
Die Referenznetzwerkstationen 51A–N messen Trägerphasen der GPS-Signale 14 und senden dann ihre Phasenmessungen an den Server 52A–C. Der Server 52A–C kommuniziert mit der Roverstation 124A–C über ein Funksignal 56. Bei einem herkömmlichen System benutzt der Server 52A–C den virtuellen Vektor 27 und die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen zum Ermitteln der virtuellen Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Summe aus dem virtuellen Vektor 27 und dem synthetischen Versatzvektor 32 ein synthetischer Hauptvektor 64. Die Position der Hauptreferenzstation 51A und der synthetische Hauptvektor 64 bilden eine synthetische Position 133. Das System 50 der vorliegenden Erfindung nutzt den synthetischen Versatzvektor 32 und den virtuellen Vektor 27 (oder den synthetischen Hauptvektor 64) sowie die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen zum Ermitteln der synthetischen Referenzphasen für die synthetische Position 133.
Die Roverstation 124A–C erwartet Referenzphasen, als ob die Phasen an der virtuellen Referenzposition 26 gemessen würden. Sie empfängt jedoch die synthetischen Referenzphasen, die für die synthetische Position 133 abgeleitet sind. Der Rover-GPS-Empfänger 125A–C empfängt die GPS-Signale 14 und misst die Trägerphasen von den gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den gemessenen Roverphasen und den synthetischen Referenzphasen. Durch die Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstelle der virtuellen Referenzphasen gelangt er nunmehr zu geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch den Vektor d* repräsentiert werden, wie vorstehend beschrieben. Wenn die Roverstation 124A–C ihre Position in Bezug auf die virtuelle Position 26 berechnet, gelangt sie zur Position 38 relativ zur virtuellen Referenzposition 26, die den hinzugefügten Positionsfehler 39 aufweist, der die gleiche Länge und die entgegengesetzte Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 aufweist. Unter Anwendung dieser Technik kann das Positionierungssystem 50 willkürlich den hinzugefügten Fehler 39 in die Position 38 einführen, die von der Roverstation 124A–C berechnet wird.
Der Server 52A–C und die Roverstation 124A–C können eine Zweiwegekommunikation benutzen, um sich auf die geographische Position für die virtuelle Referenzposition 26 zu einigen. Beispielsweise kann die virtuelle Referenzposition 26 so ausgewählt werden, dass es sich hierbei um die am besten geschätzte Position der Roverstation 124A–C handelt. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht vom Ort der Prozessenergie des Servers 52A–C abhängig ist. Die Prozessenergie des Servers 52A–C kann irgendwo im Kommunikationsbereich angeordnet sein und auf diverse Orte verteilt sein. Zellulare Telefone oder Festnetztelefone können verwendet werden, um die Funksignale 54 und/oder 56 zu erzeugen oder zu verstärken.
3A ist eine Blockdarstellung des Servers 52A. Der Server 52A besitzt einen Funk-Sende-Empfänger 62, einen Prozessor 63 für eine virtuelle synthetische Referenzphase und einen Anomaliedetektor 63A. Der Server 52A empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder besitzt bereits die Referenzpositionen) und die Referenzphasen von den Referenzstationen 51A–N. Der Prozessor 63 benutzt ein parametrisches virtuelles Referenzsystem(VRS)-Modell mit dem synthetischen Hauptvektor 64 (anstelle des virtuellen Vektors 27) zusammen mit den Haupt- und Hilfsreferenznetzwerkpositionen und -phasen für die Referenznetzwerkstationen 51A–N sowie die dreidimensionalen Winkel zu den GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen abzuleiten, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 durchgeführt würden (anstelle der virtuellen Referenzposition 26).
Der Funk-Sende-Empfänger 62 überträgt das Funksignal 56 mit synthetisierten Referenzdaten an die Roverstation 124A. Die synthetisierten Referenzdaten umfassen noch eine korrekte virtuelle geographische Referenzposition 26, wie dies herkömmlich der Fall ist, weisen jedoch die synthetischen Referenzphasen anstelle der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphasen auf, die von einer herkömmlichen Roverstation für eine Positionierungsoperation ohne die Genauigkeitssteuerung der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
3B ist eine Blockdarstellung des Servers 52B. Der Server 52B besitzt den Funk-Sende-Empfänger 62, einen Prozessor 65 für eine synthetische Phase, einen virtuellen Referenzprozessor 66 und einen Anomaliedetektor 66A. Der Server 52B empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder besitzt die Referenzpositionen) und die Referenzphasen von den Referenzstationen 51A–N. Der virtuelle Referenzprozessor 66 benutzt den virtuellen Vektor 27 und die Referenzpositionen und Phasen für die Referenzstationen 51A–N mit den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die virtuellen Referenzphasen zu ermitteln. Der virtuelle Referenzprozessor 66 leitet dann die virtuellen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26 an den Prozessor 65 für die synthetische Phase.
Der Prozessor 65 für die synthetische Phase benutzt den synthetischen Versatzvektor 32 mit den virtuellen Referenzphasen und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen für die Trägerphasen abzuleiten, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 durchgeführt würden. Der Funk-Sende-Empfänger 62 sendet das Funksignal 56 mit den synthetisierten Referenzdaten an die Roverstation 124B. Die synthetisierten Referenzdaten enthalten noch eine korrekte geographische virtuelle Referenzposition 26, wie dies herkömmlich der Fall ist, jedoch sind die Phasen für die GPS-Signale 14 nicht die virtuellen Referenzphasen, die an der virtuellen Referenzposition 26 gemessen würden, sondern sind vielmehr synthetische Referenzphasen, die an der synthetischen Position 133 gemessen würden.
3C ist eine Blockdarstellung des Servers 52C. Der Prozessor 65 für die synthetische Phase ist separat vom virtuellen Referenzprozessor 66 angeordnet. Der Server 52C benutzt das öffentliche Switchtelefonnetzwerk(PTSN)-Telefonsystem 68 zum Empfangen von Referenzdaten und benutzt das Telefonsystem 68 für die Kommunikation zwischen dem virtuellen Referenzprozessor 66 und dem Prozessor 65 für die synthetische Phase. Der Prozessor 65 empfängt Daten für die virtuelle Referenzposition 26 und virtuelle Referenzphasen vom virtuellen Referenzprozessor 66 und leitet dann die synthetischen Referenzphasen ab, wie vorstehend beschrieben. Der Prozessor 65 kann benachbart zur Roverstation 124C angeordnet sein, die eine lokal verdrahtete Verbindung besitzt, oder es kann ein Zellulartelefon 69 verwendet werden, um die synthetischen Referenzphasen zur Roverstation 124C zu leiten.
Die virtuellen Referenzprozessoren 63 und 66 ermitteln Doppeldifferenzphasenreste zwischen den Haupt- und Hilfsphasen für momentane und vorhergehende Phasenmessungen und leiten die Phasenreste an die entsprechenden Anomaliedetektoren 63A und 66A. Der Anomaliedetektor 63A und 66A detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn die Phasenreste größer sind als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Distanz oder Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation. Die virtuellen Referenzprozessoren 63 und die Anomaliedetektoren 63 und 66A können sich Hardware und Software teilen.
Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C ermitteln ferner Doppeldifferenzphasenreste. Bei den in den Rover-GPS-Empfängern ermittelten Phasenresten handelt es sich um die Differenzen zwischen den Roverphasen und den synthetischen Referenzphasen für momentane und vorhergehende Phasenmessungen. Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C leiten die Phasenreste an die entsprechenden Anomaliedetektoren 126A-–C weiter. Die Anomaliedetektoren 126A–C detektieren auch eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Distanz oder Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation. Der Rover-GPS-Empfänger 125A–C und der Anomaliedetektor 126A–C können sich Hardware und Software teilen.
Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Roverposition 38 herum. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 63A, 66A oder 126A–C, dass der Rover-GPS-Empfänger 125A–C die Roverposition 38 dem Benutzer der Roverstation 124A–C mitteilt, oder schickt an den Benutzer eine Notiz, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob er die Position 38 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht die Roverstation 124A–C eine Lösung für die Roverposition 38 vor, wenn die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht benutzt werden. Der Effekt des Systems 50 der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Roverposition 38 den gesteuerten hinzugefügten Positionsfehler 39 aufweist, ohne die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung für die Roverposition 38 zu verschlechtern.
Im System 50 kann es günstig sein, die Datenmenge, die zwischen verschiedenen Orten übertragen wird, zu reduzieren, indem Differenzen zwischen Haupt- und Hilfsreferenznetzwerkpositionen und/oder Referenznetzwerkphasen anstelle der tatsächlichen Referenzpositionen und Phasen versendet werden. Beispielsweise können die Referenzpositionen und Phasen für die Hilfsstationen 51B–N als Differenzen in Bezug auf die Referenzposition und Phasen der Hauptstation 51A zugeführt werden.
4 ist eine Darstellung einer sicheren kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung zum Empfangen von herkömmlichen Referenzdaten in einem sicheren Format von einem Positionierungssystem 71 auf GPS-Basis. Das Positionierungssystem 71 besitzt mindestens eine Referenzstation 112 mit einer Referenzposition, die durch eine Vermessung oder irgendwelche anderen Mittel erstellt wurde, zum Empfangen von GPS-Signalen 14 von GPS-Satelliten 16. Die Referenzstation 112 misst die Trägerphasen der GPS-signale 14 und sendet ein Funksignal 117 mit den sicheren Referenzdaten für die Referenzphasen an die Roverstation 70. Die Sicherheit der Referenzdaten kann durch die Maßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 aufrechterhalten werden, um einen nichtautorisierten Zugang auf ein urheberrechtlich geschütztes Werk zu verhindern. Alternativ dazu können die Referenzdaten verschlüsselt sein.
Die Roverstation 70 empfängt oder erzeugt oder wählt in sonstiger Weise den synthetischen Versatzvektor 32 aus. Der synthetische Versatzvektor 32 und die Referenzposition der Referenzstation 112 definieren eine synthetische Position 33, wie vorstehend beschrieben. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 32 sind willkürlich, obwohl die Länge normalerweise einige m oder weniger beträgt. Wenn die Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operieren soll, kann es sich bei der Referenzstation 112 um eine herkömmliche Referenzstation 12 handeln, wie vorstehend beschrieben, unter Hinzufügung von Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten gegenüber einem nicht autorisierten Zugriff.
4A ist eine Blockdarstellung der Roverstation 70. Die Roverstation 70 besitzt einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 74 einschließlich eines Anomaliedetektors 74A, eines sicheren Prozessors 75 für eine synthetische Phase und eines Funk-Sende-Empfängers 76. Der Rover-GPS-Empfänger 74 misst die Trägerphasen für die gleichen GPS-Signale 14, die von der Messstation 112 gemessen werden. Der Funk-Sende-Empfänger 76 kann durch einen Funkempfänger ohne Sender ersetzt werden, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Ein Zellulartelefon kann für den Funk-Sende-Empfänger 76 verwendet werden. Der Funk-Sende-Empfänger 76 empfängt die Referenzposition und die sicheren Referenzdaten für die Referenzphasen im Funksignal 117.
Der sichere Prozessor 75 für die synthetische Phase wählt den synthetischen Versatzvektor 32 aus und benutzt dann den synthetischen Versatzvektor 32 mit der Referenzposition, den sicheren Referenzphasen und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten, um die synthetischen Referenzphasen abzuleiten. Der sichere Prozessor 75 für die synthetische Phase führt eine Verarbeitung der Signale und Daten innerhalb physikalischer Grenzen des Prozessors 75 derart durch, dass es für den nichtautorisierten Benutzer schwierig wird, die Verarbeitungsalgorithmen zu verändern oder die Signale oder Daten zu betrachten. Ferner sind die Algorithmen, Signale, Botschaften und Daten durch die Zugriffskontrollen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 geschützt.
Der sichere Prozessor 75 für die synthetische Phase leitet die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 74 weiter. Der GPS-Empfänger 74 benutzt die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen mit der Referenzposition und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die Roverposition 38 zu berechnen. Die herkömmliche Roverstation 18 würde die Differenz zwischen den Referenz- und Roverphasenmessungen für die durch den Vektor d zum GPS-Satellit 16A gekennzeichneten Distanzvektoren berechnen. Die Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung gelangt jedoch zu geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch d* gekennzeichnet sind, anstelle der durch d repräsentierten Vektoren.
Wenn die Roverstation 70 ihre Position in Bezug auf die Referenzstation 112 berechnet, gelangt sie zu einer Position 38, die einen Vektorpositionsversatzfehler 39 gleicher Länge und entgegengesetzter Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 besitzt. Die Sicherheitsmaßnahmen im sicheren Prozessor 75 hindern den Benutzer daran, die Genauigkeitssteuerung der vorliegenden Erfindung rückgängig zu machen, indem er die gemessenen Referenzphasen anstelle der synthetischen Referenzphasen benutzt. Messungen durch den Rover-GPS-Empfänger 74 von diversen GPS-Satelliten 16 führen zu diversen Vektoren d* für senkrechte Distanzen und schließlich zur Position der Roverstation 70 relativ zur Referenzstation 112 mit dem hinzugefügten Fehler 39. Für die Anwendung dieser Technik ist der sichere Prozessor 75 für die synthetische Phase in der Lage, den willkürlich hinzugefügten Fehler 39 in die Position 38 einzuführen, die von der Roverstation 70 berechnet wird.
Der Rover-GPS-Empfänger 74 ermittelt Phasenreste aus momentanen und vorhergehenden synthetischen Referenzphasen und gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 74A. Der Anomaliedetektor 74A detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Roverposition 38 herum. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 74A, dass der Rover-GPS-Empfänger 74 die Roverposition 38 dem Benutzer der Roverstation 70 mitteilt, oder schickt eine Notiz an den Benutzer, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob er die Position 38 benutzt oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 74A eine Lösung für die Roverposition 38 vor, wenn die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden. Der Effekt des Systems 70 der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Roverposition 38 mit dem gesteuerten hinzugefügten Positionsfehler 39 versehen wird, ohne die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung für die Roverposition 38 zu verschlechtern.
5 ist eine Darstellung einer sicheren kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 80A oder 80B der vorliegenden Erfindung zum Empfangen von herkömmlichen Referenzdaten in einem sicheren Format von einem Netzwerkpositionierungssystem 81. Die Roverstation 80A–B empfängt Referenzdaten mit sicheren Referenzphasen vom System 81 und wählt den synthetischen Versatzvektor 32 zum Steuern der Positionierungsgenauigkeit aus, die sie vorsieht. Die Sicherheit der Referenzphasen kann durch die Zugriffssteuermaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 und/oder durch Verschlüsselung geschützt werden. Das Positionierungssystem 81 besitzt einen Server 123 und ein Netzwerk von Referenznetzwerkstationen, die als 112A, 112B bis 112N bezeichnet werden und Referenzpositionen besitzen, die aus einer Vermessung oder durch andere Mittel bekannt sind.
Die Referenznetzwerkstationen 112A–N umfassen Referenz-GPS-Empfänger zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16 und zum Messen von Trägerphasen. Wenn die Roverstation 80A–B der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operieren soll, kann es sich bei den Referenzstationen 112A–N um herkömmliche Referenzstationen 12A–N handeln und kann der Server 123 der herkömmliche Server 23 sein, wie vorstehend beschrieben wurde, unter Hinzufügung von Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten. Eine der Referenzstationen, die als 112A bezeichnet ist, kann als Hauptreferenzstation bezeichnet werden, während die anderen Referenznetzwerkstationen 112B–N als Hilfsstationen bezeichnet werden können.
Die Referenznetzwerkstationen 112A–N kommunizieren mit dem Server 123 über Signale 122, und der Server kommuniziert mit den Roverstationen 80A–B mit einem Funksignal 127 mit einem sicheren Datenformat, so dass die Referenzphasen von einem nichtautorisierten Benutzer nicht auf einfache Weise benutzt werden können. Die Summe aus dem virtuellen Vektor 27 und dem synthetischen Versatzvektor 32 ist ein synthetischer Hauptvektor 64. Die Position der Hauptreferenzstation 112A und der synthetische Hauptvektor 64 definieren eine synthetische Position 133.
5A ist eine Blockdarstellung der Roverstation 80A. Die Roverstation 80A besitzt einen Funk-Sende-Empfänger 82, einen sicheren Prozessor 83 für eine virtuelle synthetische Referenzphase und einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 84A, der einen Anomaliedetektor 86A aufweist. Der Funk-Sende-Empfänger 82 empfängt Daten für die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und Phasen für die Haupt- und Hilfsreferenznetzwerkstationen 112A–N im Funksignal 127. Der Funk-Sende-Empfänger 82 kann ein Funkempfänger ohne einen Sender sein, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Bei dem Funk-Sende-Empfänger 82 kann es sich um ein Zellulartelefon handeln. Um die Menge der Daten, die übertragen werden, zu reduzieren, können die Referenzpositionen und Phasen für die Hilfsreferenzstationen 112B–N als Differenzen aus der Referenzposition und den Phasen der Hauptreferenzstation 112A übertragen werden.
Der Prozessor 83 für die synthetische Phase empfängt, erzeugt oder wählt auf sonstige Weise den synthetischen Versatzvektor 32 aus und ermittelt dann die virtuelle Referenzposition 26 oder verhandelt mit dem Server 123, um die virtuelle Referenzposition 26 zu ermitteln. Die virtuelle Referenzposition 26 und der synthetische Versatzvektor 32 definieren die synthetische Position 133, wobei die synthetische Position 133 von der virtuellen Referenzposition 26 durch den synthetischen Versatzvektor 32 getrennt ist. Der Prozessor 83 ermittelt den synthetischen Hauptvektor 64 aus der Vektorsumme des virtuellen Vektors 27 und des synthetischen Versatzvektors 32 (oder der virtuellen Referenzposition 26 und des synthetischen Versatzvektors 32). Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 32 sind willkürlich, wobei jedoch die Länge normalerweise einige m oder weniger beträgt.
Der Prozessor 83 benutzt dann den synthetischen Hauptvektor 64 anstelle des virtuellen Vektors 27 zusammen mit den Haupt- und Hilfsreferenznetzwerkpositionen und Phasen für die Referenznetzwerkstationen 112A–N und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen abzuleiten, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 durchgeführt würden. Der Prozessor 83 leitet die synthetischen Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 84A weiter. Der Rover-GPS-Empfänger 84A misst die Phasen der gleichen GPS-Signale und benutzt die gemessenen Roverphasen, die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und Phasen mit den synthetischen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26 zum Ermitteln der Roverposition 38.
5B ist eine Blockdarstellung der Roverstation 80B. Die Roverstation 80B entspricht der vorstehend beschriebenen Roverstation 70, mit der Ausnahme, dass die Roverstation 80B die virtuelle Referenzposition 26 anstelle der tatsächlichen Referenzposition der Referenzstation 112 benutzt. Die Roverstation 80B besitzt einen Funk-Sende-Empfänger 82, den Rover-GPS-Empfänger 84B einschließlich eines Anomaliedetektors 86B und einen sicheren Prozessor 85 für die synthetische Phase. Der Funk-Sende-Empfänger 82 empfängt Daten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen im Funksignal 127.
Der Prozessor 85 benutzt den synthetischen Versatzvektor 32 (oder die Differenz zwischen der virtuellen Referenzposition 26 und der synthetischen Position 133) mit der virtuellen Referenzposition 26, den virtuellen Referenzphasen und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten zum Ableiten der synthetischen Referenzphasen, die an der synthetischen Position 133 gemessen würden. Der Prozessor 85 leitet die synthetischen Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 84B weiter. Der Rover-GPS-Empfänger 84B misst die Phasen der gleichen GPS-Signale und benutzt die gemessenen Roverphasen mit den synthetischen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26 zum Ermitteln der Roverposition 38.
Der Rover-GPS-Empfänger 84A–B ermittelt Phasenreste aus momentanen und vorhergehenden synthetischen Referenzphasen und gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 86A–B weiter. Der Anomaliedetektor 86A–B detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Distanz oder Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Roverposition 38 herum. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 86A–B, dass der Rover-GPS-Empfänger 84A–B dem Benutzer der Roverstation 80A–B die Roverposition 38 mitteilt, oder gibt eine Notiz an den Benutzer, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob er die Position 38 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 86A–B eine Lösung für die Roverpositionn 38 vor, wenn die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden.
Die von der Roverstation 80A–B relativ zur virtuellen Referenzposition 26 berechnete Position 38 besitzt den hinzugefügten Positionsversatzfehler 39, dessen Länge der des synthetischen Versatzvektors 32 entspricht und dessen Richtung entgegengesetzt hierzu ist. Unter Anwendung dieser Technik kann die Roverstation 80A–B den hinzugefügten Fehler 39 willkürlich in die Position 38 einführen, ohne die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung für die Roverposition 38 herabzusetzen.
Die sicheren Prozessoren 83 und 85 für die synthetische Phase führen eine Verarbeitung von Signalen und Daten, die in die Grenzen der Roverstationen 80A und 80B eingebettet sind, in einer Weise durch, die es für Benutzer der Roverstationen 80A und 80B physikalisch schwierig macht, die Verarbeitungsalgorithmen zu verändern oder die Signale oder Daten zu betrachten. Ferner werden die Algorithmen, Signale, Botschaften und Daten durch die Zugriffskontrollen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 geschützt.
Die 6A und 6B sind Blockdarstellungen von Randomreferenzgeneratoren der vorliegenden Erfindung, die die Bezugszeichen 90A und 90B aufweisen. Der Randomreferenzgenerator 90A findet in den Prozessoren 63 und 83 für die synthetische Phase der vorliegenden Erfindung mit einem parametrischen VRS-Modell zum Erzeugen von synthetischen Referenzphasen Verwendung. Der Randomreferenzgenerator 90B wird in den Prozessoren 35, 65, 75 und 85 für die synthetische Phase der vorliegenden Erfindung mit einer tatsächlichen oder virtuellen Referenzposition zum Erzeugen von synthetischen Referenzphasen verwendet. Die synthetischen Referenzphasen werden von den Systemen 30 und 50 zu den RTK-GPS-Empfängern in den Roverstationen 118 oder 124A–C geleitet, um die Roverposition 38 zu ermitteln, oder in sicheren Prozessoren in der Roverstation 70 oder 80A–B berechnet, um die Roverposition 38 zu ermitteln.
Die Randomreferenzgeneratoren 90A und 90B besitzen einen Randomprozessvektorgenerator 170. Der Randomprozessvektorgenerator 170 speichert oder empfängt Werte für eine maximale Änderungsrate und eine oder mehrere maximale Dimensionen und benutzt die Werte als Eingaben für einen Randomoder Pseudorandomprozess zum kontinuierlichen Berechnen von synthetischen Versatzvektoren 32. Da die synthetischen Versatzvektoren 32 mit einem Randomprozess oder nahezu einem Randomprozess berechnet werden, ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass der hinzugefügte Fehler 39 durch die Benutzer oder durch Softwareprogrammierung in den Roverstationen nicht einfach reversibel ist.
Der Wert oder die Werte für maximale Dimensionen können ein maximaler Radius zum Vorsehen einer sphärischen Fehlerzone, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Vorsehen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Vorsehen einer Box-Fehlerzone o. ä. sein. Die Fehlerzonen betreffen ein Volumen oder einen dreidimensionalen Bereich des hinzugefügten Fehlers 39 für die Roverstation 38 um die Position für die Roverstation herum, die von einer RTK-Roverstation ohne die vorliegende Erfindung zur Genauigkeitssteuerung ermittelt werden würde. Beispielsweise besitzt der hinzugefügte Versatzfehler 39 für die Box-Fehlerzone mögliche Fehler x, y und z in drei Dimensionen von |x| ≤ X, |y| ≤ und |z| ≤ Z. Die Box-Fehlerzone muss keine gleichen oder orthogonalen Dimensionen aufweisen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können benutzt werden, um den Randomprozessvektorgenerator 170 so einzuschränken, dass der hinzugefügte Fehler 39 auf horizontale oder vertikale Richtungen beschränkt wird.
Der hinzugefügte Fehler 39 kann eine relativ große Größe, jedoch eine geringe Änderungsrate in jeder Richtung besitzen, während der Rover-GPS-Empfänger, der für eine feste RTK-Operation konstruiert ist, weiterhin die aufgelöste ganzzahlige Anzahl der Trägerphasenzyklen für seine Positionierung benutzt. Durch die weitere Benutzung der Zahlen besitzt die Roverposition 38 die Integrität der RTK-GPS-Lösung innerhalb der Integritätsgrenze 40 von nur einigen cm, selbst wenn der hinzugefügte Fehler 39 einige m oder mehr beträgt. Die RTK-Roverposition 38 hat eine hohe Integrität selbst dann, wenn die Genauigkeit mit der vorliegenden Erfindung verschlechtert wird, da Mehrwegfehler zum größten Teil eliminiert werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass es durch das bloße direkte Dithering der Referenzphasenmessungen und Mitteilen der geditherten Referenzphasen an die Roverstation für eine RTK-Roverstation unmöglich gemacht werden kann, die Trägerphasenzahl aufzulösen, so dass daher der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionierungslösung verloren geht.
Der Randomreferenzgenerator 90A umfasst einen Vektorsummierer 172 und einen virtuellen Referenzphasensynthesizer 174. Der Vektorsummierer 172 summiert den synthetischen Versatzvektor 32 und den virtuellen Vektor 27 zum Ermitteln des synthetischen Hauptvektors 64. Der virtuelle Referenzphasensynthesizer 174 benutzt den synthetischen Hauptvektor 64 mit den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16 und die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und entsprechenden gemessenen Haupt- und Hilfsreferenzträgerphasen für die GPS-Signale 14 zum Berechnen der synthetischen Referenzphasen. Die synthetischen Referenzphasen werden dann in der vorstehend beschriebenen Weise mit den gemessenen Trägerphasen vom RTK-Rover-GPS-Empfänger zum Berechnen der Roverposition 38 benutzt.
Der Randomreferenzgenerator 90B besitzt einen Phasensynthesizer 175. Der Phasensynthesizer 175 benutzt den synthetischen Versatzvektor 32 vom Randomprozessvektorgenerator 170 mit einer Referenzträgerphase und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen für die GPS-Signale 14 zu berechnen. Die Referenzträgerphase kann eine tatsächliche Referenzphase sein, die an einer tatsächlichen Referenzposition gemessen wurde, oder eine virtuelle Referenzphase, die für die virtuelle Referenzposition 26 gemessen wurde. Die synthetischen Referenzphasen werden dann in der vorstehend beschriebenen Weise mit den gemessenen Trägerphasen vom RTK-Rover-GPS-Empfänger zur Berechnung der Roverposition 38 benutzt.
7 ist eine Systemdarstellung, die eine sichere kinematische Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 200A oder 200B der vorliegenden Erfindung zur Operation mit einer Referenzstation 212A oder 212B in einem Positionierungssystem 201 zeigt. Die Roverstation 200A–B empfängt Referenzsystemdaten in einer sicheren Form vom System 201 und empfängt oder erzeugt einen synthetischen Versatzvektor 232 in Bezug auf die Position der Referenzstation 212A–B. Die sicheren Referenzdaten werden in der Roverstation 200A–B verwendet, um eine sichere Position 210 zu berechnen. Die Roverstation 200A–B dithert dann die sichere Position 210 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um eine ungesicherte Roverposition 238 mit einem hinzugefügten Positionsfehler 239 für einen Benutzer der Roverstation 200A–B vorzusehen.
Der Vektor für den hinzugefügten Positionsfehler 239 hat die gleiche Länge und Richtung wie der synthetische Versatzvektor 232. Doppeldifferenzphasenreste werden in den Roverstationen 200A–B überwacht, um eine Integritätsgrenze 240 für die RTK-Operation um die sichere Position 210 herum aufrechtzuerhalten. Die Integritätsgrenze 240 ist eine äußere Grenze einer Zone um die sichere Position 210 herum. Der hinzugefügte Positionsfehler 239 versetzt die sichere Position 210 auf die unsichere Position 238, ohne die Integritätsgrenze 240 um die unsichere Position 238 herum zu verschlechtern. Die Integritätsgrenze 240 kann 20 cm oder weniger betragen. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 232 und des hinzugefügten Positionsfehlers 239 sind willkürlich, wobei die Länge normalerweise einige m oder weniger beträgt.
Die Referenzstation 212A–B besitzt eine Referenzposition, die durch eine Vermessung oder irgendwelche anderen Mittel zum Empfangen von GPS-Signalen 14 von GPS-Satelliten 16 und Messen von Referenzträgerphasen erstellt wurde. Der synthetische Versatzvektor 232 und die Referenzposition definieren eine synthetische Position 233 der Referenzstation 212A–B. Die Referenzstation 212A–B sendet ein Funksignal 217 mit den sicheren Referenzdaten für die gemessenen Referenzphasen und die Referenzposition an die Roverstation 200A–B. Informationen für den synthetischen Versatzvektor 232 können in den zur Roverstation 200A übertragenen oder in der Roverstation 200B erzeugten oder in der Roverstation 200A von irgendeiner anderen sicheren Quelle empfangenen sicheren Referenzdaten enthalten sein. Wenn die Roverstation 200B der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operieren soll, kann es sich bei der Referenzstation 212B um eine herkömmliche Referenzstation 12, wie vorstehend beschrieben, unter Hinzufügung von Sicherheit für die Referenzdaten, die an die Roverstation 200B übertragen werden, handeln.
7A ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für die Referenzstation 212A und die Roverstation 200A, wobei die Referenzstation 212A den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Die Referenzstation 212A besitzt einen Referenz-GPS-Empfänger 252, einen Referenzpositionsspeicher 254, einen Generator 260 für einen synthetischen Vektor, einen Provider 262 für sichere Referenzdaten und einen Funk-Sende-Empfänger 264. Der Referenz-GPS-Empfänger 252 empfängt und misst die Trägerphasen für die GPS-Signale 14. Der Referenzpositionsspeicher 254 speichert die Position der Referenzstation 212A. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232. Der Provider 262 für sichere Daten verarbeitet die Referenzphasen, Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor 232 in einem sicheren Format für die Referenzdaten. Der Funk-Sende-Empfänger 264 führt die sicheren Referenzdaten im Funksignal 217 zur Roverstation 200A.
Die Roverstation 200A besitzt einen Funk-Sende-Empfänger 272, einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 274 einschließlich eines Anomaliedetektors 275 und einen Positionsditherprozessor 277. Der Funk-Sende-Empfänger 272 kann durch einen Funkempfänger ohne Sender ersetzt werden, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Ein Zellulartelefon kann für den Funk-Sende-Empfänger 272 verwendet werden.
Der Funk-Sende-Empfänger 272 empfängt die sicheren Referenzdaten für den synthetischen Versatzvektor 232 und eine Referenzposition sowie gemessene Referenzphasen im Funksignal 217 und leitet die Referenzposition und Phasen an den GPS-Empfänger 274 sowie den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Der GPS-Empfänger 274 misst die Trägerphasen für die GPS-Signale 14 für die gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den Referenz- und Roverphasenmessungen. Die Phasendifferenzen führen zu geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch den Vektor d für das GPS-Signal 14A repräsentiert werden, wie vorstehend beschrieben, um die sichere Roverposition 210 zu ermitteln.
Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Roverposition 210 mit dem synthetischen Versatzvektor 232 zum Vorsehen der Roverposition 238 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 239. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Positionsditherprozessor 277 um einen codierten Algorithmus, der in Speicher- oder Signalverarbeitungshardware eingebettet ist und von der Hardware und Software im Rover-GPS-Empfänger 274 gelesen oder sonst wie bearbeitet wird. Sowohl der Rover-GPS-Empfänger 274 als auch der Positionsditherprozessor 277 müssen gegenüber einer Benutzung durch Benutzer der Roverstation 200A gesichert sein, um Benutzer daran zu hindern, die Genauigkeitssteuerung, die von der Roverstation 200A vorgesehen wird, rückgängig zu machen.
Der Rover-GPS-Empfänger 274 ermittelt Doppeldifferenzphasenreste aus momentanen und vorhergehenden Referenzphasen und momentanen und vorhergehenden gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 275 weiter. Der Anomaliedetektor 275 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Distanz für die Integritätsgrenze 240. Die Integritätszone um die sichere Position 210 herum wird vom Positionsditherprozessor 277 auf die Integritätszone 240 um die geditherte Roverposition 238 herum übertragen. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 275, dass der Positionsditherprozessor 277 die Roverposition 238 an den Benutzer der Roverstation 200 mitteilt, oder schickt dem Benutzer eine Notiz, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob er die Position 238 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 275 eine Lösung für die sichere Position 210 vor, und sieht der Positionsditherprozessor 277 die Roverposition 238 vor, wenn die Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden.
7B ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für die Referenzstation 212B und die Roverstation 200B, wobei die Roverstation 200B den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Die Referenzstation 212B und die Roverstation 200B operieren in der vorstehend beschriebenen Weise wie die Referenzstation 212A und Roverstation 200A, mit der Ausnahme, dass der synthetische Versatzvektor 232 vom Generator 260 für den synthetischen Vektor in der Roverstation 200B erzeugt wird.
8 ist eine Systemdarstellung einer sicheren kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 300A, 300B, 300C oder 300D der vorliegenden Erfindung zum Betrieb mit einem Server 323A, 323B, 323C oder 323D in einem Netzwerkpositionierungssystem, das generell mit einem Referenzidentifikator 301 dargestellt ist. Die Roverstation 300A–D empfängt die sicheren Referenzsystemdaten vom System 301 und empfängt oder erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 zum Steuern der Positionierungsgenauigkeit, die sie vorsieht. Der synthetische Versatzvektor 232 versetzt die virtuelle Referenzposition 26 für das System 301 für eine synthetische Position 333. Die Referenzdaten werden von der Roverstation 300A–D zum Berechnen einer sicheren Position 310 verwendet.
Die Roverstation 300A–D benutzt dann den synthetischen Versatzvektor 232 zum Dithern der sicheren Position 310, um eine nichtsichere Roverposition 338 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 239 für einen Benutzer der Roverstation 300A–D vorzusehen. Die Integritätsgrenze 240 für die RTK-Operation repräsentiert die äußere Grenze einer Zone um die sichere Position 310 herum. Der hinzugefügte Positionsfehler 239 versetzt die sichere Position 310 auf die nichtsichere Position 338, ohne die Integritätsgrenze 240 zu verschlechtern, so dass die Integritätsgrenze 240 zur äußeren Grenze einer Zone um die Position 338 wird. Der Vektor für den hinzugefügten Positionsfehler 239 hat die gleiche Länge und Richtung wie der synthetische Versatzvektor 232. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 232 und der hinzugefügte Positionsfehler 239 sind willkürlich, wobei jedoch die Länge normalerweise einige m oder weniger beträgt.
Das Positionierungssystem 301 besitzt ein Netzwerk von Referenznetzwerkstationen, die als 312A, 312B bis 312N bezeichnet sind und Referenzpositionen besitzen, die aus einer Vermessung oder durch andere Mittel bekannt sind. Die Referenzstationen 312A–N messen die Trägerphasen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16 und senden Telefon- oder Funksignale 322 mit den Referenzsystemdaten für die gemessenen Phasen an den Server 323A–D. Informationen für den synthetischen Versatzvektor 232 können in den zur Roverstation 300A–C übertragenen sicheren Referenzdaten enthalten sein, in der Roverstation 300B, D erzeugt werden oder in der Roverstation 300A, C von irgendeiner anderen sicheren Quelle empfangen werden. Der Server 323A–D kommuniziert mit einem Funksignal 325, um Referenzdaten in einem sicheren Format an die Roverstation 300A–D zu senden. Eine der Referenzstationen, die als 312A dargestellt ist, kann als Hauptreferenzstation bezeichnet werden, während die anderen Referenznetzwerkstationen 312B–N als Hilfsstationen bezeichnet werden.
Das System 301 ermittelt die virtuelle Referenzposition 26 und den virtuellen Vektor 27 aus der Hauptreferenzstation 312A für die virtuelle Referenzposition 26. Wenn die Roverstation 300B, D der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operieren soll, können der Server 323B, D und die Referenzstationen 312A–N vom Server 23 und den Referenzstationen 12A–N des Standes der Technik unter Hinzufügung der Sicherheit für die Referenzdaten, die zur Roverstation 300B, D übertragen werden, gebildet werden. Es versteht sich, dass die Elemente des Servers 323A–D nicht an einem physikalischen Ort sein müssen.
8A ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für den Server 323A und die Roverstation 300A, wobei der Server 323A den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323A umfasst den Generator 260 für den synthetischen Vektor, einen VRS-Positionsphasenprozessor 352 einschließlich eines Anomaliedetektors 353, einen Provider 354 für sichere Referenzdaten und einen Funk-Sende-Empfänger 356. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und leitet diesen an den Provider 354 für die sicheren Daten weiter.
Der VRS-Referenzpositionsphasenprozessor 352 empfängt die Haupt- und Hilfsreferenzphasen von den Referenzstationen 312A–N im Signal 322. Die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen werden vom Prozessor 352 gehalten oder im Signal 322 empfangen. Der Prozessor 352 benutzt die virtuelle Referenzposition 26 mit den Haupt- und Hilfspositionen und Phasen von den Referenzstationen 312A–N zum Ermitteln von virtuellen Referenzphasen für die GPS-Signale 14, die auf die virtuelle Referenzposition 26 bezogen sind, und leitet die Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen an den Provider 354 für die sicheren Daten. Der Anomaliedetektor 353 überwacht Doppeldifferenzphasenreste zwischen den momentanen und vorhergehenden gemessenen Phasen zwischen den Referenzstationen 312A–N, um zu verhindern, dass die Referenzdaten von der Roverstation 300A benutzt werden, wenn sich eine der momentanen Referenzphasen außerhalb einer Phasenrestschwelle entsprechend der Integritätsgrenze 240 befindet.
Der Provider 354 für sichere Daten verarbeitet die Referenzdaten in ein sicheres Format und leitet die sicheren Referenzdaten an den Funk-Sende-Empfänger 356. Der Funk-Sende-Empfänger 356 gibt die sicheren Referenzdaten im Funksignal 325 an die Roverstation 300A. Die Roverstation 300A besitzt den Positionsditherprozessor 277, einen Funk-Sende-Empfänger 362 und einen Rover-RTK-GPS-Empfänger 364 einschließlich eines Anomaliedetektors 365. Der Funk-Sende-Empfänger 362 empfängt sichere Referenzdaten im Funksignal 325 und leitet die Referenzsystempositions- und Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 364 und den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Bei dem Funk-Sende-Empfänger 362 kann es sich um einen Funkempfänger ohne einen Sender handeln, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Der Funk-Sende-Empfänger 362 kann ein Zellulartelefon sein.
Der Rover-GPS-Empfänger 364 misst Trägerphasen für die GPS-Signale 14 für die gleichen GPS-Satelliten 16 wie der Referenz-GPS-Empfänger 352 und benutzt dann die Referenzsystempositions- und Phasendaten zum Korrigieren der Trägerphasen, die er misst, und gelangt schließlich zur sicheren Position 310 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26.
Der Rover-GPS-Empfänger 364 ermittelt Phasenreste aus momentanen und vorhergehenden Referenzphasen und gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 365 weiter. Der Anomaliedetektor 365 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 240. Die Integritätsgrenze 240 entspricht einer Zone um die Roverposition 310 herum. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232 zum Überführen der Integritätsgrenze 240 auf die nichtsichere Position 338 mit dem hinzugefügten Fehler 239. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 365, dass der Rover-GPS-Empfänger 364 die sichere Roverposition 310 an den Positionsditherprozessor 277 weitergibt, und verhindert schließlich, dass die Roverstation 300A die Roverposition 338 an den Benutzer der Roverstation 300A weitergibt. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 365 die Position 338 vor, bei der die gemessenen Referenz- und Roverphasen für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden.
8B ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für den Server 323B und die Roverstation 300B, bei der die Roverstation 300B den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323B umfasst den Prozessor 352 für die VRS-Positionsphase einschließlich des Anomaliedetektors 353, den Provider 354 für sichere Daten und den Funk-Sende-Empfänger 356, wie vorstehend beschrieben. Die Roverstation 300B besitzt den Generator 260 des synthetischen Vektors, den Positionsditherprozessor 277, den Funk-Sende-Empfänger 362 und den Rover-RTK-GPS-Empfänger 364 einschließlich des Anomaliedetektors 365, wie vorstehend beschrieben.
Der Funk-Sende-Empfänger 356 sendet die Referenzsystemdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen in einem sicheren Format im Funksignal 325 zur Roverstation 300B. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor in der Roverstation 300B leitet den synthetischen Versatzvektor 232 zum Positionsditherprozessor 277. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die unsichere Roverposition 338 mit der Integritätsgrenze 240 dem Benutzer der Roverstation 300B zur Verfügung zu stellen.
8C ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für den Server 323C und die Roverstation 300C, wobei der Server 323C den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323C besitzt den Generator 260 für den synthetischen Vektor, einen Referenzserverprozessor 368, den Provider 354 für die sicheren Daten und den Funk-Sende-Empfänger 356. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und leitet diesen an den Provider 354 für die sicheren Daten.
Der Referenzserverprozessor 368 empfängt die Haupt- und Hilfsreferenzphasen von den Referenzstationen 312A–N im Signal 322. Die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen werden vom Prozessor 368 gehalten oder im Signal 322 empfangen. Der Prozessor 368 leitet die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und Phasen an den Provider 354 für sichere Daten.
Der Provider 354 für sichere Daten verarbeitet die Referenzdaten in ein sicheres Format und leitet die sicheren Referenzdaten an den Funk-Sende-Empfänger 356 weiter. Der Funk-Sende-Empfänger 356 schickt die sicheren Referenzdaten im Funksignal 325 an die Roverstation 300C. Die Roverstation 300C besitzt den Positionsditherprozessor 277, den Funk-Sende-Empfänger 362 und einen Rover-RTK-GPS-Empfänger 374 einschließlich eines Anomaliedetektors 375. Der Funk-Sende-Empfänger 362 empfängt sichere Referenzdaten im Funksignal 325 und leitet die Referenzsystemposition und Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 374 und den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Bei dem Funk-Sende-Empfänger 362 kann es sich auch um einen Funkempfänger ohne Sender handeln, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Der Funk-Sende-Empfänger 362 kann ein Zellulartelefon sein.
Der Rover-GPS-Empfänger 374 misst Trägerphasen für die GPS-Signale 14 für die gleichen GPS-Satelliten 16 wie die Referenzstationen 312A–N und benutzt dann die Referenzsystempositions- und Phasendaten zum Korrigieren der Trägerphasen, die er misst, und gelangt schließlich zur sicheren Position 310 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26. Die sichere Position 310 wird an den Positionsditherprozessor 277 geleitet.
Der Rover-GPS-Empfänger 374 ermittelt Phasenreste aus momentanen und vorhergehenden Referenzphasen und gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 375. Der Anomaliedetektor 375 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle, die einer ausgewählten Integritätsgrenze 240 entspricht. Die Integritätsgrenze 240 entspricht der Außengrenze einer Zone um die Roverposition 310 herum. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 370 mit dem synthetischen Versatzvektor 232 zum Überführen der Integritätsgrenze 240 auf die unsichere Roverposition 338 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 239 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26. Wenn eine Anomalie detektiert wird, verhindert der Anomaliedetektor 375, dass der Rover-GPS-Empfänger 374 die sichere Roverposition 310 dem Positionsditherprozessor 277 mitteilt, und verhindert schließlich, dass die Roverstation 300C die Roverposition 338 dem Benutzer der Roverstation 300C mitteilt. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 375 eine Lösung für die Roverposition 338 vor, wenn die Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet werden.
8D ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für den Server 323D und die Roverstation 300D, wobei die Roverstation 300D den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323D umfasst den Referenzserverprozessor 368, den Provider 354 für sichere Daten und den Funk-Sende-Empfänger 356, wie vorstehend beschrieben. Die Roverstation 300D besitzt den Generator 260 für den synthetischen Vektor, den Positionsditherprozessor 277, den Funk-Sende-Empfänger 362 und den Rover-RTK-GPS-Empfänger 374 einschließlich des Anomaliedetektors 375, wie vorstehend beschrieben.
Der Funk-Sende-Empfänger 356 sendet die Referenzsystemdaten für die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen (oder die Differenz zwischen den Haupt- und Hilfspositionen und -phasen) in einem sicheren Format im Funksignal 325 an die Roverstation 300D. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor in der Roverstation 300D erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und leitet diesen an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die unsichere Roverposition 338 für den Benutzer der Roverstation 300D vorzusehen.
Unter Anwendung dieser Techniken ist die sichere Roverstation 200A–B, 300A–D in der Lage, den willkürlich hinzugefügten Fehler 239 in die Position 238, 338, die von der Roverstation 200A–B, 300A–D vorgesehen wird, einzuführen, ohne die Integritätsgrenze 240, die für die sichere Position 210, 310 berechnet wird, zu verschlechtern. Die Referenzdaten müssen sicher sein, und sowohl der Rover-GPS-Empfänger 274, 364, 374 als auch der Positionsditherprozessor 277 müssen gegenüber einem Zugriff durch Benutzer gesichert sein, um zu verhindern, dass Benutzer die Genauigkeitssteuerung, die von der Roverstation 200A–B, 300A–D durchgeführt wird, rückgängig zu machen.
Anomaliedetektoren, wie 63A, 66A, 74A, 86A–B, 120, 126A–C, 275, 353, 365 und 375, sind vorstehend beschrieben, um Anomalien (auch als Ausreißer bezeichnet) für Phasenreste auf einer Satellit-Satellit-Basis für kinematische Echtzeit(RTK)-Positionsermittlungen zu detektieren. Die Anomalie wird detektiert, wenn der Phasenrest eine ausgewählte Phasenrestgrenze übersteigt. Die Phasenrestgrenze ist so ausgewählt, dass dann, wenn die Phasenreste innerhalb der Phasenrestgrenze liegen, die Positionsermittlung die bezeichnete Integritätsgrenze 40, 240 besitzt.
Die Algorithmen, Signale, Botschaften und Daten im Rover-GPS-Empfänger 274, 364, 374 und Positionsditherprozessor 277 sowie die Referenzdaten in den Signalen 127, 217 und 325 sind mit den Zugriffskontrollmaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1989 versehen. Die Referenzdaten in den Signalen 127, 217 und 325 können auch durch Verschlüsselung geschützt sein. Die Roverstationen 200A–B und 300A–D führen eine Verarbeitung der Signale und Daten, die innerhalb der Grenzen der Roverstationen 200A–B und 300A–D eingebettet sind, so durch, dass es für einen nichtautorisierten Benutzer der Roverstationen 200A–B und 300A–D mechanisch oder elektrisch schwierig ist, die Algorithmen zu verändern oder die Signale oder Daten zu betrachten. Sämtliche Benutzer sind nichtautorisierte Benutzer, es sei denn, dass sie vom Provider der Algorithmen, Signale oder Daten als autorisierte Benutzer bezeichnet werden.
Das Positionierungssystem 30, 50, 71, 81, 201 oder 301 kann als Basis für einen RTK-GPS-Service auf Gebührenbasis verwendet werden, wobei der Preis für den Service auf der Genauigkeit der Positionierung basiert.
9 ist eine Blockdarstellung, die den Generator 260 für den synthetischen Vektor und den Positionsditherprozessor 277 zeigt. Der Generator 260 für den synthetischen Vektor besitzt einen Randomprozessvektorgenerator 380. Der Randomprozessvektorgenerator 380 speichert oder empfängt Werte für eine maximale Änderungsrate und eine oder mehrere maximale Dimensionen und benutzt diese Werte als Eingaben für einen Random- oder Pseudorandomprozess zum kontinuierlichen Berechnen des synthetischen Versatzvektors 232. Der Positionsditherprozessor 277 umfasst einen Summierer 382 zum Summieren des synthetischen Versatzvektors 232 mit der sicheren Position 210, 310. Da der synthetische Versatzvektor 232 dem hinzugefügten Positionsfehler 239 entspricht und der synthetischen Versatzvektor 232 mit einem Randomprozess oder nahezu einem Randomprozess berechnet wird, ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass der hinzugefügte Positionsfehler 239 durch nichtautorisierte Benutzer nicht einfach reversibel ist.
Der Wert oder die Werte für maximale Dimensionen können ein maximaler Radiuswert zum Vorsehen einer sphärischen Fehlerzone, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Vorsehen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Vorsehen einer Box-Fehlerzone o. ä. sein. Die Fehlerzonen betreffen ein Volumen oder einen dreidimensionalen Bereich des hinzugefügten Positionsfehlers 239 für die geditherte (unsichere) Roverposition 238, 338 um die sichere Roverposition 210, 310 herum. Beispielsweise besitzt der hinzugefügte Positionsfehler 239 für die Box-Fehlerzone mögliche Fehler x, y und z in drei Dimensionen von |x| ≤ X, |y| ≤ Y und |z| ≤ Z. Die Box-Fehlerzone muss keine gleichen oder orthogonalen Dimensionen aufweisen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können benutzt werden, um den Randomprozessvektorgenerator so einzuschränken, dass der hinzugefügte Positionsfehler 239 auf horizontale oder vertikale Richtungen beschränkt wird.
Der hinzugefügte Fehler 239 kann eine relativ große Größe in jeder beliebigen Richtung aufweisen, während der Rover-GPS-Empfänger, der für eine feste RTK-Operation konstruiert ist, weiterhin die aufgelöste ganzzahlige Anzahl der Trägerphasenzyklen für seine Positionierung benutzt. Durch fortgesetzte Auflösung dieser Zahlen besitzt die Roverposition 238, 338 die Integrität der RTK-GPS-Lösung innerhalb der Integritätsgrenze 240 von einigen wenigen cm, selbst wenn der hinzugefügte Fehler 239 einige m oder mehr beträgt. Die RTK-Roverposition 238, 338 besitzt eine hohe Integrität, wenn sich die Genauigkeit mit der vorliegenden Erfindung verschlechtert, da Mehrwegfehler zum größten Teil eliminiert werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass es durch bloßes direktes Dithern der Referenzposition und Vorsehen der geditherten Referenzposition für die Roverstation für eine RTK-Roverstation unmöglich gemacht werden kann, die Trägerphasenzahl aufzulösen, so dass der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionslösung verloren geht.
10 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen der synthetischen Referenzphasen vom Referenzsystem 30, das eine Referenzstation besitzt, für eine oder mehrere Roverstationen. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 600 verwirklicht sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit das System die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 600 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen konstruiert sein, wie Kompaktdisks, elektronischen Chips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
In einem Schritt 602 wird ein synthetischer Versatzvektor empfangen, erzeugt oder auf andere Weise ausgewählt. In einem Schritt 604 werden GPS-Signale an der Referenzstation durch einen kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger empfangen. In einem Schritt 606 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale an einer Referenzposition.
Eine synthetische Position wird durch die Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor definiert. In einem Schritt 608 benutzt das Referenzsystem den synthetischen Versatzvektor und die gemessenen Referenzphasen zum Ermitteln von synthetischen Referenzphasen für die GPS-Signale, die an der synthetischen Position empfangen werden würden. In einem Schritt 612 überträgt das Referenzsystem synthetisierte Referenzdaten, die die synthetischen Referenzphasen enthalten, an die Roverstation.
Eine GPS-Roverstation mit einem RTK-GPS-Empfänger empfängt die synthetisierten Referenzdaten in einem Schritt 614. In einem Schritt 616 empfängt der Rover-GPS-Empfänger die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten. In einem Schritt 618 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der gleichen GPS-Signale. In einem Schritt 622 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet.
Wenn die Integrität verifiziert worden ist, benutzt in einem Schritt 624 die Roverstation die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die Roverphasen zum Ermitteln ihrer Position. Die Position, die von der Roverstation ermittelt wird, besitzt die gleiche RTK-Integrität, als wenn sie mit den Phasen für die Referenzposition ermittelt worden wäre, weist jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler auf, der für die Roverstation unbekannt ist und die gleiche Länge wie der synthetischen Versatzvektor hat.
11 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen der synthetischen Referenzphasen aus einem Referenznetzwerksystem, wie dem Referenznetzwerksystem 50, für eine oder mehrere Roverstationen. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 650 verwirklicht sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, damit das System die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 650 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen konstruiert sein, wie Kompaktdisks. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird im Schritt 602 empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 652 wird eine aus dem Netzwerk der Referenzstationen als Hauptreferenzstation bezeichnet. In einem Schritt 654 werden GPS-Signale an den Referenznetzwerkstationen empfangen. In einem Schritt 656 messen die kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger an den Referenzstationen Referenznetzwerkphasen für die Träger der GPS-Signale an Referenznetzwerkpositionen.
Eine virtuelle Referenzposition wird vom System ausgewählt oder zwischen dem System und der Roverstation in einem Schritt 662 ausgehandelt. In einem Schritt 664 wird ein virtueller Vektor zwischen der Position der Hauptreferenzstation und der virtuellen Referenzposition berechnet. In einem Schritt 666 wird ein synthetischer Hauptvektor berechnet, indem der virtuelle Vektor und der synthetische Versatzvektor addiert werden. Eine synthetische Position wird durch die virtuelle Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor oder auf äquivalente Weise durch die Position der Hauptreferenzstation und den synthetischen Hauptvektor definiert. In einem Schritt 674 benutzt das System den synthetischen Hauptvektor, die Referenznetzwerkpositionen und die gemessenen Referenznetzwerkphasen zum mathematischen Ermitteln der synthetischen Referenzphasen, die für GPS-Signale, die an der synthetischen Position empfangen wurden, gemessen würden. In einem Schritt 675 benutzt das Referenzsystem Doppeldifferenzphasenreste der Haupt- und Hilfsreferenzphasen zum Testen der Integrität. Wenn die Integrität der Referenzphasen ermittelt worden ist, überträgt das System in einem Schritt 676 synthetisierte Referenzdaten einschließlich der synthetischen Referenzphasen. In einem Schritt 678 empfängt die Roverstation die synthetischen Referenzdaten.
Eine GPS-Roverstation mit einem kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger empfängt die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten in einem Schritt 682. In einem Schritt 684 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 685 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. Wenn die Integrität verifiziert worden ist, benutzt die Roverstation in einem Schritt 686 die synthetischen Referenzphasen zum Ermitteln ihrer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Roverstation ermittelt wird, besitzt die gleiche Integrität, als wenn sie in einer RTK-Lösung mit den Phasen für die virtuelle Referenzposition ermittelt worden wäre, weist jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler auf, der für dir Roverstation unbekannt ist und die gleiche Länge wie der synthetische Versatzvektor besitzt.
12 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen in einer Roverstation, wie der Roverstation 70, und zum nachfolgenden Benutzen der synthetischen Referenzphasen zum Berechnen einer Roverposition mit einem hinzugefügten Fehler. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 700 verwirklicht werden, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um zu bewirken, dass die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 700 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen konstruiert sein, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einem Schritt 702 in einem sicheren Prozessor für eine synthetische Phase in der Roverstation empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 704 werden GPS-Signale an einer Referenzposition von einem kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger in einer GPS-Referenzstation empfangen. Eine synthetische Position wird von der Referenzposition und dem synthetischen Versatzvektor definiert. In einem Schritt 706 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 708 sendet das Referenzsystem ein Signal, das sichere Referenzdaten aufweist, welche die Referenzposition und gemessene Referenzphasen enthalten.
Der Rover-GPS-Empfänger empfängt die sicheren Referenzdaten vom System in einem Schritt 714. In einem Schritt 716 empfängt der Rover-GPS-Empfänger die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten. In einem Schritt 718 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 722 benutzt die Roverstation die Referenzposition und Phasen sowie den synthetischen Versatzvektor zum Ableiten der synthetischen Referenzphasen für die GPS-Signale, die an der synthetischen Position empfangen werden würden. In einem Schritt 723 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. Wenn die Integrität verifiziert worden ist, benutzt in einem Schritt 724 der Rover-GPS-Empfänger die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Ermitteln seiner Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Roverstation ermittelt wird, besitzt die gleiche RTK-Integrität, als wenn sie mit den echten Referenzphasen ermittelt werden würde, weist jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler auf, der für die Roverstation unbekannt ist und die gleiche Länge wie der synthetische Versatzvektor besitzt.
13 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen in einer Roverstation, wie der Roverstation 80A oder 80B, und zum nachfolgenden Verwenden der synthetischen Referenzphasen zum Berechnen einer Roverposition mit einem hinzugefügten Fehler. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 740 verwirklicht werden, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um zu bewirken, dass die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 750 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen ausgebildet sein, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä. Bei dem Prozessor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die üblicherweise als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in Schritt 702 in einem sicheren Phasenprozessor in der Roverstation empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 752 wird eine aus einem Netzwerk von Referenzstationen ausgewählt oder als Hauptreferenzstation bezeichnet. In einem Schritt 754 werden GPS-Signale von kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfängern an GPS-Referenznetzwerkstationen empfangen. In einem Schritt 756 messen die Referenz-GPS-Empfänger Referenznetzwerkphasen für die Träger der GPS-Signale.
In einem Schritt 762 wird eine virtuelle Referenzposition vom System ausgewählt oder zwischen dem System und der Roverstation ausgehandelt. In einem Schritt 764 wird ein virtueller Vektor aus der Position der Hauptreferenzstation für die virtuelle Referenzposition berechnet. Eine synthetische Position wird durch die virtuelle Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor definiert. In einem Schritt 774 berechnet das System oder die Roverstation virtuelle Referenzphasen aus dem virtuellen Referenzvektor und den Referenznetzwerkpositionen und Phasen. In einem Schritt 776 sendet das System sichere Referenzdaten mit den gemessenen Haupt- und Hilfsreferenzpositionen und Phasen oder der virtuellen Referenzposition und Phasen an die Roverstation.
Der Rover-GPS-Empfänger empfängt die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten in einem Schritt 778. In einem Schritt 782 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 784 benutzt die Roverstation den synthetischen Versatzvektor direkt oder indirekt durch den synthetischen Hauptvektor (berechnet durch Addition des virtuellen Vektors und des synthetischen Versatzvektors) und die virtuelle Referenzposition und Phasen oder die Haupt- und Hilfspositionen und Phasen zum Berechnen der synthetischen Referenzphasen für die synthetische Position. In einem Schritt 785 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. Wenn die Integrität verifiziert worden ist, benutzt in einem Schritt 786 der Rover-GPS-Empfänger die virtuelle Referenzposition und Phasen sowie die synthetischen Referenzphasen zum Ermitteln einer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Roverstation ermittelt wurde, hat die gleiche RTK-Integrität, als wenn sie für die virtuellen Referenzphasen ermittelt worden wäre, besitzt jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler, der für die Roverstation unbekannt ist und die gleiche Länge wie der synthetischen Versatzvektor besitzt.
14 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Addieren eines Fehlers, der vorstehend als hinzugefügter Fehler 239 gezeigt und beschrieben wurde, zu einer Roverposition. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 800 verwirklicht werden, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um zu bewirken, dass die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 800 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen ausgestattet sein, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä. Bei dem Prozessor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die üblicherweise als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einem Schritt 802 in der Roverstation empfangen, erzeugt oder sonst wie ausgewählt. In einem Schritt 804 werden GPS-Signale an einer Referenzstation von einem kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger in einer GPS-Referenzstation empfangen. In einem Schritt 806 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 808 sendet das Referenzsystem sichere Referenzdaten, die die Referenzposition und gemessene Referenzphasen enthalten, in einem sicheren Format an die Roverstation.
Die sichere Roverstation empfängt die Referenzdaten in einem Schritt 814. Der Rover-GPS-Empfänger empfängt die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten in einem Schritt 816. In einem Schritt 818 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der gleichen GPS-Signale. In einem Schritt 820 werden die Referenz- und Roverphasen in Bezug auf die Integrität der Phasenmessungen getestet. In einem Schritt 822 benutzt der Rover-GPS-Empfänger die Referenzdaten und die Rover-GPS-Phasenmessungen zum Ermitteln einer sicheren Roverposition. Die sichere Position wird für die normalen Benutzer der Roverstation nicht verfügbar gemacht. In einem Schritt 824 dithert die Roverstation die sichere Roverposition mit dem synthetischen Versatzvektor von Schritt 802, um für Benutzer der sicheren Roverstation eine nichtsichere Roverposition vorzusehen. Die nichtsichere Roverposition ist mit dem hinzugefügten Fehler versehen, der zum synthetischen Positionsversatz äquivalent ist.
15 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Hinzufügen eines Fehlers, der als hinzugefügter Fehler 239 vorstehend gezeigt und beschrieben wurde, zu einer Roverposition. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 850 verwirklicht werden, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um zu bewirken, dass die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 850 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen versehen sein, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä. Bei dem Prozessor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in Schritt 802 in einer sicheren Roverstation empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 852 wird eine aus einem Netzwerk von Referenzstationen als Hauptreferenzstation ausgewählt oder bezeichnet. In einem Schritt 854 werden GPS-Signale von kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfängern an GPS-Referenznetzwerkstationen empfangen. In einem Schritt 856 messen die Referenz-GPS-Empfänger Referenznetzwerkphasen für die Träger der GPS-Signale.
In einem Schritt 862 wird eine virtuelle Referenzposition vom System ausgewählt oder zwischen dem System und der Roverstation ausgehandelt. In einem Schritt 864 wird ein virtueller Vektor aus der Position der Hauptreferenzstation für die virtuelle Referenzposition berechnet. In einem Schritt 874 berechnet das System oder die Roverstation virtuelle Referenzphasen aus dem virtuellen Referenzvektor und den Referenznetzwerkpositionen und Phasen. In einem Schritt 876 sendet das System Referenzdaten einschließlich der Referenzphasen in einem sicheren Format an die Roverstation. In einem Schritt 877 empfängt die sichere Roverstation die Referenzdaten.
Ein GPS-Empfänger in der Roverstation empfängt die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten in einem Schritt 878. In einem Schritt 882 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der gleichen GPS-Signale. In einem Schritt 883 werden die Referenznetzwerk- und Roverphasen in Bezug auf die Integrität der Phasenmessungen getestet. In einem Schritt 884 benutzt der Rover-GPS-Empfänger die Referenznetzwerk- und die Rover-GPS-Phasenmessungen zum Ermitteln einer sicheren Roverposition. Die sichere Position wird für normale Benutzer der Roverstation nicht zugänglich gemacht. In einem Schritt 886 dithert die Roverstation die sichere Roverposition mit dem synthetischen Versatzvektor zum Vorsehen einer nichtsicheren Roverposition für die Benutzer der Roverstation. Die nichtsichere Roverposition weist den hinzugefügten Fehler auf, der zum synthetischen Vektor äquivalent ist.
Die Referenzdaten, Roverstationen und strukturellen Teile der Roverstationen werden in diversen Ausführungsformen der Erfindung als sicher beschrieben. Im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet der Begriff „sicher”, dass Sicherheitsvorkehrungen getroffen sind, um nichtautorisierte Benutzer daran zu hindern, die Signale, Daten oder Algorithmen in den sicheren Elementen zu betrachten, hierauf zuzugreifen oder diese zu verändern. Die Sicherheitsvorkehrungen können eine Verschlüsselung, die Maßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 zum Verhindern eines nichtautorisierten Zugriffes auf ein urheberrechtlich geschütztes Werk und physikalische Beschränkungen, wie eine abgesicherte Packung, sowie die Verwendung von eingebetteten Codes, Signalen und Daten enthalten, so dass es physikalisch oder mechanisch schwierig ist, die Codes, Signale und Daten zu betrachten, hierauf zuzugreifen oder diese zu verändern. Eine sichere Position ist nur für einen autorisierten Benutzer verfügbar. Eine unsichere bzw. nichtsichere Position ist eine Position, die für nichtautorisierte (normale) Benutzer zur Verfügung steht.
Der Provider des Referenzsystems, der Provider der Referenzdaten und/oder der Provider der Algorithmen zum Steuern der Positionsgenauigkeit der Roverstation bezeichnen die Parteien, bei denen es sich um autorisierte Benutzer handelt. Alle anderen Benutzer des Referenzsystems, der Referenzdaten und/oder Roverstationen sind nichtautorisierte Benutzer. Jeder, der vom Provider zum Steuern der Positionsgenauigkeit nicht bezeichnet ist, ist ein „nichtautorisierter Benutzer”. Der nichtautorisierte Benutzer wird daran gehindert, die Roverstation zum Erhalten einer Positionsgenauigkeit, die nicht den hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der vom Provider gesteuert wird, zu benutzen. Generell handelt es sich bei dem Provider um den Verkäufer des Referenzsystems, der Referenzdaten oder der Roverstation oder um den Repräsentanten derselben, während der nichtautorisierte Benutzer ein solcher ist, der die Roverstation für Feldarbeit als normaler Benutzer oder als Endbenutzer für die Roverpositionen benutzt.
Die 2 und 10 zeigen Ausführungsformen, bei denen ein einziges Referenzstationssystem synthetische Referenzphasen erzeugt und die synthetischen Referenzphasen in einem unsicheren (öffentlichen) Signal an eine vorhandene Roverstation weitergibt. Die 3 und 11 zeigen Ausführungsformen, bei denen ein Referenznetzwerksystem synthetische Referenzphasen erzeugt und die synthetischen Referenzphasen in einem öffentlichen Signal an eine vorhandene Roverstation leitet. Die 4 und 12 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine sichere Roverstation synthetische Referenzphasen aus den echten Referenzphasen, die in einem sicheren (privaten) Signal von einem einzigen Referenzstationssystem empfangen wurden, synthetisiert. Die 5 und 13 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine sichere Roverstation synthetische Referenzphasen aus den echten Referenzphasen synthetisiert, die in einem sicheren (privaten) Signal von einem Referenznetzwerksystem empfangen wurden.
Die 7 und 14 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine sichere Roverstation Referenzdaten in einem sicheren (privaten) Signal von einem einzelnen Referenzstationssystem empfängt, eine sichere private wahre Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um an einen Benutzer eine unsichere Position zu liefern. Die 8 und 15 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine Roverstation Referenzdaten in einem sicheren (privaten) Signal von einem Referenznetzwerksystem empfängt, eine wahre sichere private Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um einem Benutzer eine unsichere Position zur Verfügung zu stellen.

Claims

Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation (118; 124A-C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit einem Referenzglobalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Empfänger (34; 252) zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals (14); einem Vektorgenerator (260) zum Zur-Verfügung-Stellen eines synthetischen Versatzvektors (32; 232); und einem Referenzdatenprovider (262; 354) zum Herausgeben von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und dem synthetischen Versatzvektor (32; 232), wobei die Referenzdaten zur Verwendung durch eine Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) bestimmt sind, um eine Roverposition (38; 238; 338) mit einem hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) zur Verfügung zu stellen, der zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) proportional ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten durch Sicherheitsvorkehrungen geschützt sind, um zu verhindern, dass bei Benutzung der Referenzdaten eine Position der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) ohne den hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) zur Verfügung gestellt wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit einem Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) zum Messen einer Roverphase des GNSS-Signals (14) und zum Benutzen der Roverphase und der Referenzphase zum Ermitteln einer sicheren Position (210; 310), die für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) nicht zur Verfügung steht, und mit einem Positionsditherprozessor (277) zum Dithern der sicheren Position (210; 310) mit dem synthetischen Versatzvektor (32; 232) zum Erzeugen einer nichtsicheren Position und zum Herausgeben der nichtsicheren Position als die Roverposition (38; 238; 338) an den Benutzer umfasst.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen einschließlich der Referenzphase, gemessen durch eine Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252; 352) an einer Vielzahl von Referenznetzwerkpositionen, aufweisen, dass die Referenznetzwerkphasen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26) verwendet werden, die nicht zusammen mit einem Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und dass die virtuelle Referenzphase und die virtuelle Referenzposition (26) zur Benutzung in der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) zum Ermitteln der sicheren Roverposition (210; 310) dienen.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren einen Anomaliedetektor (120; 126A–C; 74A; 86A–B; 275; 365; 375) zum Detektieren einer Anomalie, wenn eine Restphase für das GNSS-Signal (14) eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40; 240) für die sichere Position (210; 310) übersteigt, und zum Verhindern der Verfügbarkeit der Roverposition (38; 238; 338) für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D), wenn die Anomalie detektiert wird, umfasst.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwa 10 cm bis etwa 2 m liegt und dass die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektorgenerator (260) einen Randomprozess zum Vorsehen eines Stromes von Randomvektoren als synthetischer Versatzvektor (32; 232) aufweist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Randomprozess mit maximalen Eingabewerten beschränkt wird, um den synthetischen Versatzvektor (32; 232) auf eine Horizontalebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone einzuschränken.
Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit den folgenden Schritten: Messen (606; 656; 706; 756; 806; 856) einer Referenzphase eines Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Signals (14) mit einem Referenz-GNSS-Empfänger (34; 252); Erzeugen (602) eines synthetischen Versatzvektors (32, 232); und Erstellen (608) von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und des synthetischen Versatzvektors (32; 232), wobei die Referenzdaten zur Benutzung durch eine Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) dienen, um eine Roverposition (38; 238; 338) mit einem hinzugefügten Positionsfehler (39; 239), der zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) proportional ist, zur Verfügung zu stellen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstellen (608) der Referenzdaten das Schützen der Referenzdaten durch Sicherheitsvorkehrungen umfasst, um zu verhindern, dass durch die Benutzung der Referenzdaten eine Position der Referenzstation ohne den hinzugefügten Positionsfehler zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) des weiteren einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) zum Messen einer Roverphase des GNSS-Signals (14) und zur Verwendung der Roverphase und der Referenzphase zum Ermitteln einer sicheren Position (210; 310), die für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) nicht zur Verfügung steht, und einen Positionsditherprozessor (277) zum Dithern der sicheren Position (210; 310) mit dem synthetischen Versatzvektor (32; 232) zum Erzeugen einer nichtsicheren Position und zum Ausgeben der nichtsicheren Position als die Roverposition (38; 238; 338) an den Benutzer verwendet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen einschließlich der Referenzphase, gemessen durch eine Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252; 352) an einer Vielzahl von Referenznetzwerkpositionen, aufweisen, dass die Referenznetzwerkphasen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26) benutzt werden, die nicht zusammen mit einem der Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und dass die virtuelle Referenzphase sowie die virtuelle Referenzposition (26) zur Benutzung in der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) zum Ermitteln der sicheren Roverposition (210; 310) dienen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren umfasst: das Detektieren einer Anomalie, wenn eine Restphase für das GNSS-Signal (14) eine Schwelle übersteigt, die einer ausgewählten Integritätsgrenze (40; 240) für die sichere Position (210; 310) entspricht; und das Verhindern der Verfügbarkeit der Roverposition (38; 238; 338) für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D), wenn die Anomalie detektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwa 10 cm bis etwa 2 m liegt und dass die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) das Verwenden eines Randomprozesses zum Vorsehen eines Stromes von Randomvektoren als synthetischer Versatzvektor (32; 232) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) des weiteren das Einschränken des Randomprozesses mit maximalen Eingabewerten umfasst, um den synthetischen Versatzvektor (32; 232) auf eine Horizontalebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrischen Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone einzuschränken.
Fühlbares Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) enthaltend einen Satz von Instruktionen, damit ein Prozessor die nachfolgenden Schritte zum Steuern der Genauigkeit einer geographischen Position einer Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) ausführt, wobei diese Schritte umfassen: das Messen (606; 656; 706; 756; 806; 856) einer Referenzphase eines Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Signals (14) mit einem Referenz-GNSS-Empfänger (34; 252; 352); das Erzeugen (602) eines synthetischen Versatzvektors (32; 232); und das Erstellen (608) von Referenzdaten einschließlich der Referenzphase und des synthetischen Versatzvektors (32; 232), wobei die Referenzdaten zur Benutzung durch eine Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) dienen, um eine Roverposition (38; 238; 338) mit einem hinzugefügten Positionsfehler (39; 239), der proportional zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) ist, zur Verfügung zu stellen.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstellen (608) der Referenzdaten das Schützen der Referenzdaten durch Sicherheitsvorkehrungen umfasst, um zu verhindern, dass bei Verwendung der Referenzdaten eine Position der Referenzstation ohne den hinzugefügten Positionsfehler zur Verfügung gestellt wird.
Fühlbares Medium (700) enthaltend einen Satz von Instruktionen, damit ein Prozessor die folgenden Schritte in einer Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D), die die Referenzdaten, die durch Ausführen der Instruktionen des fühlbaren Mediums (600; 650) nach Anspruch 17 zur Verfügung gestellt werden, empfängt, ausführt: Verwenden eines Rover-GNSS-Empfängers (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) zum Messen einer Roverphase des GNSS-Signals (14) und zum Verwenden der Roverphase und der Referenzphase zum Ermitteln einer sicheren Position (210; 310), die für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) nicht zur Verfügung steht, sowie eines Positionsditherprozessor (277) zum Dithern der sicheren Position (210; 310) mit dem synthetischen Versatzvektor (32; 232) zum Erzeugen einer nichtsicheren Position und zum Aus-geben der nichtsicheren Position als Roverposition (38; 238; 338) an den Benutzer.
Medium (600; 650: 700; 750; 800; 850) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen einschließlich der Referenzphase, gemessen durch eine Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252; 352) an einer Vielzahl von Referenznetzwerkpositionen, umfassen, dass die Referenznetzwerkphasen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26) verwendet werden, die nicht zusammen mit einem der Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und dass die virtuelle Referenzphase und die virtuelle Referenzposition (26) zur Verwendung in der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D) zum Ermitteln der sicheren Roverposition (210; 310) dienen.
Medium (700) nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch weitere Instruktionen zur Ausführung folgender Schritte: Detektieren einer Anomalie, wenn eine Restphase für das GNSS-Signal (14) eine Schwelle übersteigt, die einer ausgewählten Integritätsgrenze (40; 240) für die sichere Position (210; 310) entspricht, und Verhindern der Verfügbarkeit der Roverposition (38; 238; 338) für einen Benutzer der Roverstation (118; 124A–C; 70; 80A–B; 200A–B; 300A–D), wenn die Anomalie detektiert wird.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwa 10 cm bis etwa 2 m liegt und dass die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.
Medium (600; 650; 700: 750; 800; 850) nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) das Verwenden eines Randomprozesses zum Vorsehen eines Stromes von Randomvektoren für den synthetischen Versatzvektor (32; 232) umfasst.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) des weiteren das Beschränken des Randomprozesses mit maximalen Eingabewerten umfasst, um den synthetischen Versatzvektor (32; 232) auf eine Horizontalebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone einzuschränken.