DE112006001023B4

DE112006001023B4 - Sichere Roverstation mit gesteuerter Genauigkeit, Verfahren zum Steuern der Genauigkeit sowie fühlbares Medium

Info

Publication number: DE112006001023B4
Application number: DE112006001023.9T
Authority: DE
Inventors: David Bird
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: WO2006127316A1; US7227496B2; DE112006001023T5; US7468693B1; CN101166993B; US20060267836A1; CN101166993A

Abstract

Sichere Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit gesteuerter Genauigkeit für eine geografische Position mit einem Roverglobalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) zum Bestimmen 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 einem Positionsditherprozessor (277) zum Dithern der sicheren Position (210; 310) mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor (32; 232) ungleich Null zum Erstellen einer Roverposition (38; 238; 338), die für den Benutzer zur Verfügung steht und einen hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) aufweist, der zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) proportional ist.

Description

Die vorliegende Beschreibung betrifft generell die Positionierung und, genauer gesagt, die Positionierung mit hoher Integrität von Positionen mit graduierten Genauigkeiten. Diese Beschreibung offenbart eine GPS-Roverstation mit Positionsdithering zum Steuern der Genauigkeit von sicheren Positionen, ein Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position sowie ein fühlbares Medium enthaltend einen Satz von Instruktionen, damit ein Prozessor die Schritte zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position ausführt.
Das Globalpositionierungssystem (GPS) wird von der Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika betrieben, um für sämtliche Benutzer auf der Welt freie GPS-Positionierungssignale zur Verfügung zu stellen. Alleinstehende GPS-Empfänger können einen Grob/Akquisitions (C/A) code in diesen Signalen benutzen, um nichtunterstützte Positionen mit typischen Genauigkeiten von etwa 5 bis 20 m zu berechnen. Diese Genauigkeiten sind für einige Anwendungsfälle, einschließlich der meisten Navigationsanwendungsfälle, ausreichend. Es gibt jedoch Positionierungsanwendungsfälle, wie die Vermessung, Kartenerstellung, Maschinensteuerung und Landwirtschaft, in denen eine größere Genauigkeit oder Integrität erforderlich ist.
Einige dieser Bedürfnisse werden von differentiellen GPS-Systemen erfüllt, die GPS-Codephasenkorrekturen zur Verfügung stellen. Ein GPS-Empfänger, der für einen differentiellen GPS-Betrieb konstruiert ist, kann diese Codephasenkorrekturen benutzen, um Positionen mit typischen Genauigkeiten von einigen 10 cm bis zu 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 dieser Positionen durch Mehrwegreflexionen beeinflusst wird. Mehrwegreflexionen der GPS-Signale können gelegentliche große Fehler von 10 bis 100te von m oder noch mehr in Abhängigkeit von den Extradistanzen, die von reflektierten Signalen zurückgelegt werden, verursachen.
Kinematische Echtzeit(RTK)systeme mit fester Ungewissheit liefern sehr genaue GPS-Trägerphasenmessungen, um für eine größere Genauigkeit zu sorgen und gleichzeitig den größten Teil der Mehrwegeffekte zu vermeiden. Ein Rover-GPS-Empfänger, der für einen RPK-Betrieb konstruiert ist, kann die Trägerphasenmessungen benutzen, um Relativpositionen mit typischen Genauigkeiten von etwa 1 cm bis zu einigen 10 cm zu ermitteln. Der Begriff „feste Ungewissheit” bezieht sich auf die Tatsache, dass eine ganzzahlige Anzahl von Zyklen der Trägerphase für die RTK-Trägerphasenmessungen zwischen der Referenzphase und der vom Rover 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 Positionen auf RTK-Basis führt.
Vorhandene GPS-TRK-Systeme bieten den Benutzern feste RTK-Trägerphasenmessungen für Kosten, die zum größten Teil von den festen Infrastrukturkosten zur Bereitstellung des Systems, geteilt durch die Anzahl der Benutzer, bestimmt werden. Einige Benutzer benötigen jedoch die Integrität der festen Positionierung auf RTK-Basis, jedoch nicht die vollständige Genauigkeit, die sie zur Verfügung stellt.
Aus der Druckschrift DE 697 03 227 T2 ist ein Positionierungssystem bekannt geworden, das eine Feststation zum Erzeugen von DGPS-Daten, die Korrekturdaten für eine von künstlichen Stalliten gesendete Satellitensendeinformation beinhalten, aus der Satellitensendeinformation und einer im voraus bekannten Absolutposition, eine Mobilstation zum Erfassen ihrer eigenen Position aus der von künstlichen Satelliten gesendeten Satellitensendeinformation und den von der Feststation gesendeten DGPS-Daten, wobei die Feststation einen vorbestimmten Einstellungsfehler in die Korrekturdaten einschließt und dann die DGPS-Daten sendet und die Mobilstation die Korrekturdaten innerhalb der empfangenen DGPS-Daten korrigiert.
1 ist eine Darstellung, die ein System auf Basis eines herkömmlichen kinematisches Echtzeit (RTK) globalpositionierungssystems (GPS) des Standes der Technik zeigt. Die Referenzstation 12 besitzt einen Referenz-GPS-Empfänger zum Empfangen von GPS-Signalen 14, die bei 14A, 14B und 14C dargestellt sind, von GPS-Satelliten 16, die bei 16A, 16B und 16C dargestellt sind. Die Referenzstation 12 misst die Trägerphasen der GPS-Signale 14 und sendet ein Funksignal 17 mit Referenzdaten für die gemessenen Phasen und die geografische Referenzposition an eine oder mehrere Roverstationen, die als Rover 18 dargestellt sind. Die Roverstation 18 besitzt einen RTK-GPS-Empfänger zum Messen der Trägerphasen für die gleichen GPS-Signale 14.
Die Differenz zwischen den Referenzmessungen und Roverphasenmessungen führt zu Schätzungen der Vektoren für die senkrechte Distanz zwischen der Roverstation 18 und dem GPS-Satellit 16A, die mit dem Vektor d gekennzeichnet sind. Messungen von diversen GPS-Satelliten 16 führen zu Schätzungen von diversen Vektoren für die senkrechte Distanz und schließlich zur 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 Referenz(VRS)-RTK-GPS-Basissystems des Standes der Technik. Referenznetzwerkstationen 12A, 12B–12N umfassen GPS-Empfänger zum Messen der Trägerphasen der GPS-Signale 14, die von den GPS-Satelliten 16 empfangen werden. Die Referenzstationen 12A–N senden Signale 22 mit Referenzdaten für ihre gemessenen Phasen und geografischen Referenzpositionen an einen Server 23. Eine der Referenzstationen, die als 12A bezeichnet ist, wird als Hauptreferenzstation bezeichnet. Der Server 23 und die Hauptreferenzstation 12A können zusammen angeordnet sein. Der Server 23 steht mit einer oder mehreren VRS-RTK-GPS-Roverstationen über ein Funksignal 25 in Verbindung. Die VRS-RTK-GPS-Roverstationen sind als Rover 24 gezeigt.
Der Server 23 oder der Server 23 zusammen mit der Roverstation 24 ermitteln eine virtuelle Referenzposition 26 und einen virtuellen Vektor 25 zwischen der Position der Hauptreferenzstation 12A und der virtuellen Referenzposition 26 und benutzen dann diese Position und die gemessenen Phasen der Hauptreferenzstation 12A, die Positionen und die gemessenen Phasen der Hilfsreferenzstationen 12B–N und den virtuellen Vektor 27 (oder die virtuelle Referenzposition 26) zur Berechnung von virtuellen Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26 gemäß einem parametrischen Modell des virtuellen Referenzsystems (VRS). 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 der senkrechten Distanz zu den GPS-Satelliten 16 analog zum vorstehend beschriebenen Vektor d und schließlich zur Position der Roverstation 24 in Bezug auf die virtuelle 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 somit die Möglichkeit einer Fehlerreduktion. Netzwerke existieren unter Verwendung von öffentlichen Domain-RTCM- und CMR-Standards für bidirektionale Kommunikationsreferenzdaten zu den Rovern. Detaillierte Informationen in Bezug auf die Modellierung der Fehler sind in der Veröffentlichung „Virtual Reference Station Systems” von Landau et al., veröffentlicht vom Journal of Global Positioning Systems für 2002, Band 1, Nr. 2, Seiten 137–143, beschrieben.
Bedauerlicherweise gibt es keine vorhandene Technik zum Aufteilen der Infrastrukturkosten auf mehr Benutzer durch Schaffung von Positionen mit hoher Integrität mit Genauigkeiten, die geringer sind als die volle Genauigkeit des Systems.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, zeigt die vorliegende Erfindung Wege zum Schaffen einer Positionierung mit hoher Integrität und gesteuerten Genauigkeiten für eine Roverstation auf, und zwar entweder durch Vorsehen von synthetischen Referenzphasen für ein GPS-Referenzsystem oder durch Dithering einer sicheren Roverposition.
Kurz gesagt besitzt oder umfasst die vorliegende Erfindung 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 mehrere 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 synthetische Phasen, der zwischen den Referenzstationen und der Roverstation wirkt, erzeugt. Referenzphasenmessungen werden zusammen mit dem synthetischen Versatzvektor benutzt, um synthetische Referenzphasen für eine synthetische Position abzuleiten, bei der die synthetische Position nicht den aktuellen oder virtuellen Referenzpositionen entspricht. Die Roverstation benutzt die aktuelle oder virtuelle Referenzposition mit den synthetischen Referenzphasen anstelle der aktuellen oder virtuellen Referenzphasen zum Berechnen einer Roverposition in Bezug auf die aktuelle 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 für das Dithering 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 handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um eine sichere Roverstation mit einer gesteuerten Genauigkeit für eine geografische Position, die umfasst: einen Roverempfänger eines Globalnavigationssatellitensystems (GNSS) zum Bestimmen einer sicheren Position, die nicht für einen Benutzer der Roverstation zur Verfügung steht, und einen Positionsditherprozessor zum Dithern einer sicheren Position mit einem ausgewählten Versatzvektor ungleich Null zum Erstellen einer Roverposition, die für den Benutzer zur Verfügung steht und einen hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der zum synthetischen Versatzvektor proportional ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position, das umfasst: das Empfangen eines Signales eines Globalnavigationssatellitensystems (GNSS), das Benutzen des GNSS-Signales zum Ermitteln einer sicheren Position, die nicht für einen Benutzer der Roverstation zur Verfügung steht, und das Dithern der sicheren Position mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor ungleich Null zum Vorsehen einer Roverposition für den Benutzer, die einen hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der zum synthetischen Versatzvektor proportional ist.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein fühlbares Medium, das einen Satz von Instruktionen enthält, um zu bewirken, dass ein Prozessor die folgenden Schritte zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position durchführt, wobei diese Schritte umfassen: das Empfangen eines Signales eines Globalnavigationssatellitensystems (GNSS), das Verwenden des GNSS-Signales zum Ermitteln einer sicheren Position, die für einen Benutzer der Roverstation nicht zur Verfügung steht, und das Dithern der sicheren Position mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor ungleich Null zum Vorsehen einer Roverposition, die für den Benutzer zur Verfügung steht und einen hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
Grob gesagt bezieht sich diese Beschreibung auf ein Positionierungssystem oder 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 an errichteten Referenzpositionen und zum Messen von Referenzphasen. Das Positionierungssystem oder die Roverstation wählt einen synthetischen Versatzvektor aus und benutzt den synthetischen Versatzvektor zum Überführen von synthetischen Referenzphasen auf eine synthetische Position. Die Roverstation benutzt die synthetischen Referenzphasen mit aktuellen oder virtuellen Referenzpositionen zum Ermitteln einer Roverposition, die einen hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der vom synthetischen Versatzvektor gesteuert wird. Bei einer anderen Ausführungsform dithert eine sichere Roverstation eine sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor zum Schaffen einer unsicheren Roverposition, die den hinzugefügten Positionsfehler besitzt.
Diese und andere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zweifelsohne für den Fachmann offensichtlich, der die nachfolgend erläuterte beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung gelesen und die diversen Zeichnungen betrachtet hat.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Darstellung eines einzelnen Referenzsystems des Standes der Technik zum Übermitteln von Referenzphasen an eine Roverstation;
1A eine Darstellung eines Referenznetzwerkpositionierungssystems des Standes der Technik zum Übermitteln von Referenzphasen an eine Roverstation;
2 eine Darstellung eines einzelnen Referenzpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung zum Übermitteln von synthetischen Referenzphasen an eine Roverstation zum Hinzufügen eines Positionsfehlers für eine Roverposition;
2A eine Blockdarstellung einer Referenzstation für das System der 2;
3 eine Darstellung eines Referenznetzwerkpositionierungssystems der vorliegenden Erfindung zum Übermitteln von synthetischen Referenzphasen an eine Roverstation zum Hinzufügen eines Positionsfehlers für eine Roverposition;
die 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 für eine Roverposition, die in einem einzelnen Referenzpositionierungssystem operiert;
4A eine Blockdarstellung der Roverstation der 4;
5 eine Darstellung, die eine sichere Roverstation der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen zum Hinzufügen des Positionsfehlers für eine Roverposition in einem Referenznetzwerkpositionierungssystem zeigt;
die 5A und 5B Blockdiagramme einer ersten und zweiten Ausführungsform der Roverstation der 5;
die 6A und 6B Blockdiagramme einer ersten und zweiten Ausführungsform eines Randomreferenzgenerators zum Vorsehen von synthetischen Referenzphasen für die vorliegende Erfindung;
7 eine Darstellung für ein einzelnes Referenzpositionierungssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sichere Roverstation eine sichere Position zum Vorsehen einer unsicheren Position mit einem hinzugefügten Positionsfehler dithert;
die 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;
die 8A, 8B, 8C und 8D Blockdarstellungen einer ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform des Positionierungssystems der 8;
9 ein Blockdiagramm eines Randompositionsditherprozessors für die Systeme der 7 und 8;
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Vorsehen von synthetischen Referenzphasen von 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 einzelnem 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 hinzugefügten Fehlers zu einer Roverposition in einem einzelnen Referenzpositionierungssystem; und
15 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Dithern einer sicheren Roverposition zum Vorsehen eines hinzugefügten 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 Ausführungsform zum Ausführen der Lehre der Erfindung beschreiben. Zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der hier beschriebenen Ausführungsformen liegen für den Fachmann augenscheinlich innerhalb des Umfangs der Lehre der Erfindung. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird für das Globalpositionierungssystem (GPS) beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung mit einem generischen Globalnavigationssatellitensystem (GNSS) durchgeführt werden kann, das das Globalpositionierungssystem (GPS), das Globalorbitingnavigationssystem (GLONASS), das Galileo-System oder eine Kombination dieser Systeme umfasst. Es versteht sich ferner, dass anstelle von Satelliten zur Übertragung der GNSS-Positionierungssignale Pseudoliten Verwendung finden können.
2 ist eine Darstellung, die ein kinematisches Echtzeit(RTK)-GPS-Basispositionierungssystem der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Referenznummer 30 zeigt. Das Positionierungssystem 30 besitzt mindestens eine Referenzstation 31 zum Empfang der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenzstation 31 besitzt 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 zur Verfügung gestellt 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 Versatzsektors 32 sind willkürlich. Sie betragen jedoch normalerweise einige m oder weniger.
2A ist ein Blockdiagramm, das die Referenzstation 31 und die Roverstation 118 zeigt. Die Referenzstation 31 besitzt einen Referenz-GPS-Empfänger 34, einen Prozessor 35 für synthetische Phasen und einen Funk-Sende-Empfänger 36. Der Referenz-GPS-Empfänger 34 und der Prozessor 35 für synthetische Phasen können getrennt oder zu einer einzigen Einheit kombiniert sein. Der Funk-Sende-Empfänger 36 kann ein Sender ohne Empfänger sein, wenn eine Zweiwege-Übertragung mit 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 Referenzstation für die Station 31 und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16 zum Ableiten der synthetischen Referenzphasen für die Trägerphasen, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 33 durchgeführt würden.
Der Funk-Sende-Empfänger 36 sendet ein Funksignal 37, das synthetisierte Referenzdaten für die synthetischen Referenzphasen und die Referenzpositionen besitzt, an die Roverstation 118. Zellulare Telefone oder Leitungstelefone können Verwendung finden, um das Funksignal 37 zu erzeugen oder zu verstärken. Die synthetisierten Referenzdaten enthalten noch eine korrekte geografische Referenzposition der Referenzstation 31, wie dies herkömmlich der Fall ist, jedoch sind die Phasen für die GPS-Signale 14 nicht die tatsächlichen Phasen, die an der Referenzposition gemessen werden, sondern stattdessen die synthetischen Referenzphasen, die aus den gemessenen Referenzphasen, der tatsächlichen Referenzposition und dem Versatzvektor 32 (oder der synthetischen Position 33) berechnet werden.
Die Roverstation 118 besitzt einen Rover-GPS-Empfänger 110 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. Unter Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstelle der tatsächlichen Referenzphasen werden nunmehr geschätzte Vektoren für senkrechte Distanzen erreicht, die durch den Vektor d* repräsentiert werden, anstelle der geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch den vorstehend beschriebenen Vektor d gekennzeichnet sind. Der Vektor d* kann als Skalarprodukt 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 in entgegengesetzter Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 besitzt. Unter Verwendung 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 zum Anomaliedetektor 120. Der Anomaliedetektor 120 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle, die einer ausgewählten Distanz für eine Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation entspricht. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer äußeren Grenze einer Zone um die Roverposition 38. Wenn eine Anomalie detektiert wird, hindert der Anomaliedetektor 120 den Rover-GPS-Empfänger 119 daran, die Roverposition 38 dem Benutzer der Roverstation 118 zuzuführen, oder gibt dem Benutzer eine Notiz, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung, ob die Position 38 verwendet wird oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 120 eine Lösung für die Roverposition 38 vor, wo die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht benutzt werden. Der Effekt des Systems 30 der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Roverposition 38 den gesteuerten hinzugefügten Positionsfehler 39 besitzt, ohne die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung der Roverposition 38 herabzusetzen.
3 zeigt eine Netzwerkausführungsform eines Positionierungssystems der vorliegenden Erfindung auf kinematischer Echtzeit(RTK)-GPS-Basis, das mit dem Bezugszeichen 50 gekennzeichnet ist. Das Positionierungssystem 50 besitzt ein Netzwerk von Referenzstationen, die als 51A, 51B bis 51N bezeichnet sind, zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenznetzwerkstationen 51A–N besitzen Referenzpositionen, 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-GTS-Roverstationen zur Verfügung gestellt wird, welche als Roverstation 124A, 124B oder 124C gezeigt sind. Die Roverstationen 124A, 124B oder 124C besitzen jeweils einen Rover-GPS-Empfänger 125A, 125B oder 125C und 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 Hauptstation 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 die Prozessenergie teilen oder nicht, oder die Hauptreferenzstation 51A und die Server 52A–C können physikalisch voneinander getrennt sein.
Die Referenznetzwerkstationen 51A–N messen die Trägerphasen der GPS-Signale 14 und geben dann ihre Phasenmessungen an den Server 52A–C weiter. Der Server 52A–C steht mit der Roverstation 124–C mit einem Funksignal 56 in Verbindung. Bei einem herkömmlichen System benutzt der Server 23 den virtuellen Vektor 27 und die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen sowie Phasen zum Bestimmen der virtuellen Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26. Bei der vorliegenden Erfindung entspricht die Summe aus dem virtuellen Vektor 27 und dem synthetischen Versatzvektor 32 einem synthetischen Hauptvektor 64. Die Position der Hauptreferenzstation 51A und der synthetische Hauptvektor 64 definieren eine synthetische Position 133. Das System 50 der vorliegenden Erfindung benutzt den synthetischen Versatzvektor 32 und den virtuellen Vektor 27 (oder den synthetischen Hauptvektor) 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 wären. Sie empfängt jedoch die synthetischen Referenzphasen, die für die synthetische Position 133 abgleitet sind. Der Rover-GPS-Empfänger 125A–C empfängt die GPS-Signale 14, misst die Trägerphasen von den gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den gemessen Roverphasen und den synthetischen Referenzphasen. Durch die Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstelle der virtuellen Referenzphasen werden nunmehr geschätzte Vektoren für die senkrechte Distanz erhalten, die durch den vorstehend beschriebenen Vektor d* gekennzeichnet sind. 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 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 39 versehen ist, der die gleiche Länge und die entgegengesetzte Richtung besitzt wie der synthetische Versatzvektor 32. Unter Verwendung 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 Zweiwege-Kommunikation benutzen, um sich auf die geographische Position für die virtuelle Referenzposition 26 zu einigen. Beispielsweise kann die virtuelle Referenzposition 26 so ausgewählt werden, dass sie die beste geschätzte Position der Roverstation 124A–C bildet. Es versteht sich, dass diese Erfindung nicht vom Ort der Verarbeitungsenergie des Servers 52A–C abhängig ist. Die Verarbeitungsenergie des Servers 52A–C kann irgendwo im Kommunikationsbereich angeordnet und auf diverse Stellen 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 virtuellen Referenzprozessor 63 für synthetische Phasen und einen Anomaliedetektor 63A. Der Server 52A empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder er besitzt die Referenzpositionen) und die Referenzphasen von den Referenzstationen 51A–N. Der Prozessor 63 benutzt ein parametrisches Modell eines virtuellen Referenzsystems (VRS) mit dem synthetischen Hauptvektor 64 (anstelle des virtuellen Vektors 27) zusammen mit den Haupt- und Hilfsreferenznetzwerkpositionen und Phasen für die Referenznetzwerkstationen 51A–N und die dreidimensionalen Winkel zu den GPS-Satelliten 16 zum Ableiten der synthetischen Referenzphasen, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 (anstelle der virtuellen Referenzposition 26) durchgeführt würden.
Der Funk-Sende-Empfänger 62 sendet das Funksignal 56 mit synthetisierten Referenzdaten an die Roverstation 124A. Die synthetisierten Referenzdaten enthalten noch eine korrekte virtuelle geographische Referenzposition 26, wie dies in herkömmlicher Weise der Fall ist, besitzen jedoch die synthetischen Referenzphasen anstelle der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphasen, die von einer herkömmlichen Roverstation für eine Positionierungsoperation ohne die Genauigkeitssteuerung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
3B ist eine Blockdarstellung des Servers 52B. Der Server 52B besitzt den Funk-Sende-Empfänger 62, einen Prozessor 65 für synthetische Phasen, einen virtuellen Referenzprozessor 66 und einen Anomaliedetektor 66A. Der Server 52B empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder er besitzt bereits 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 zum Ermitteln der virtuellen Referenzphasen. Der virtuelle Referenzprozessor 66 leitet dann die virtuellen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26 zum 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 umfassen noch eine korrekte virtuelle geographische Referenzposition 26, wie dies in herkömmlicher Weise der Fall ist, jedoch bilden die Phasen für die GPS-Signale 14 nicht die virtuellen Referenzphasen, die an der virtuellen Referenzposition 26 gemessen würden, sondern stattdessen 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 Public Switch Telephone Network(PTSN)-Telefonsystem 68 zum Empfangen von Referenzdaten und benutzt das Telefonsystem 68 zur 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 in der vorstehend beschriebenen Weise ab. Der Prozessor 65 kann benachbart zur Roverstation 124C mit lokaler Leitungsverbindung angeordnet sein, oder es kann ein zellulares Telefon 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. Diese Anomaliedetektoren 63A und 66A detektieren eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Distanz oder Integritätsgrenze 40 für die RTK-Operation. Die virtuellen Referenzprozessoren 63 und die Anomaliedetektoren 63A und 66A können sich Hardware und Software teilen.
Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C ermitteln ebenfalls Doppeldifferenzphasenreste. Die Phasenreste, die von den Rover-GPS-Empfängern ermittelt werden, bilden die Referenzen 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. Die Anomaliedetektoren 126A–C detektieren ebenfalls 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. 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 sendet eine Notiz an den Benutzer, dass die Anomalie detektiert wurde, und setzt den Benutzer in den Stand, darüber zu entscheiden, ob er die Position 38 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht die Roverstation 124A–C eine Lösung für die Roverposition 38 vor, bei der die synthetische Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht verwendet 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 übersandt werden. Beispielsweise können die Referenzpositionen und Phasen für die Hilfsstationen 51B–N als Differenzen in Bezug auf die Referenzposition und Phasen der Hauptreferenzstation 51A übertragen werden.
4 ist eine Darstellung, die eine sichere kinematische Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung zum Empfangen von herkömmlichen Referenzdaten in einem sicheren Format von einem Positionierungssystem 71 auf GPS-Basis zeigt. Das Positionierungssystem 71 besitzt mindestens eine Referenzstation 112 mit einer Referenzposition, die durch eine Vermessung oder einige andere 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 sicheren Referenzdaten für die Referenzphasen an die Roverstation 70. Die Sicherheit der Referenzdaten kann durch die Maßnahmen des Digital Millennium Copyright Act of 1998 zum Verhindern eines nichtautorisierten Zugriffes auf ein urheberechtlich geschütztes Werk aufrechterhalten werden. Alternativ dazu können die Referenzdaten verschlüsselt sein.
Die Roverstation 70 empfängt, erzeugt oder wählt auf sonstige 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, wobei jedoch die Länge normalerweise einige m oder weniger beträgt. Wenn gewünscht wird, dass die Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operiert, kann die Referenzstation 112 eine herkömmliche Referenzstation 12, die vorstehend beschrieben wurde, mit hinzugefügten Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten gegenüber einem unerlaubten Zugriff sein.
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 synthetische Phasen und eines Funk-Sende-Empfängers 76. Der Rover-GPS-Empfänger 74 misst die Trägerphasen für die gleichen GPS-Signale 14, die von der Referenzstation 112 gemessen werden. Der Funk-Sende-Empfänger 76 kann durch einen Funkempfänger oder Sender ersetzt werden, wenn eine Zweiwege-Kommunikation nicht erforderlich ist. Ein zellulares Telefon 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 synthetische Phasen 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 zur Ableitung der synthetischen Referenzphasen. Der sichere Prozessor 75 für synthetische Phasen führt eine Verarbeitung von Signalen und Daten innerhalb von physikalischen Grenzen des Prozessors 75 auf eine Weise durch, die es für einen autorisierten Benutzer 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 of 1998 geschützt.
Der sichere Prozessor 75 für synthetische Phasen leitet die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 74 weiter. Der GPS-Empfänger 74 benutzt die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen mit der Referenzposition und den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16, um die Roverposition 38 zu berechnen. Die herkömmliche Roverstation 18 berechnet die Differenz zwischen den Referenz- und Roverphasenmessungen für die Distanzvektoren, die durch den Vektor d gekennzeichnet sind, für den GPS-Satellit 16A. Die Roverstation 70 der vorliegenden Erfindung gelangt jedoch zu geschätzten Vektoren für senkrechte Distanzen, die durch d* gekennzeichnet sind, anstelle der durch d gekennzeichneten 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 in entgegengesetzter Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 besitzt. Die Sicherheitsmaßnahmen im sicheren Prozessor 75 verhindern, dass der Benutzer die Genauigkeitskontrolle der vorliegenden Erfindung durchführt, indem er die gemessenen Referenzphasen anstelle der synthetischen Referenzphasen benutzt. Die 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 38. Unter Verwendung dieser Technik ist der sichere Prozessor 75 für synthetische Phasen in der Lage, den willkürlich hinzugefügten Fehler 39 in die Position 38 einzuführen, die von der Roverstation 70 berechnet wurde.
Der Rover-GPS-Empfänger 74 ermittelt Phasenreste aus momentanen und vorhergehenden synthetischen Referenzphasen und gemessenen Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 74A weiter. 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. 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 sendet 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 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 ist, ohne dass die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionierungslösung für die Rover-Position 38 verschlechtert wird.
5 ist eine Darstellung, die eine sichere kinematische Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 80A oder 80B der vorliegenden Erfindung zum Empfangen von herkömmlichen Referenzdaten in einem sicheren Format von einem Netzwerkpositionierungssystem 81 zeigt. Die Roverstation 80A–B empfängt Referenzdaten mit sicheren Referenzphasen vom System 81 und wählt den synthetischen Versatzvektor 32 zum Steuern der Positionierungsgenauigkeit, die sie vorsieht, aus. Die Sicherheit der Referenzphasen kann durch Zugriffssteuermaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act of 1998 und/oder durch Verschlüsselung geschützt werden. Das Positionierungssystem 81 umfasst einen Server 123 und ein Netzwerk von Referenznetzwerkstationen, die als 112A, 112B bis 112N bezeichnet sind, mit Referenzpositionen, die durch eine Vermessung oder 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 ein herkömmlicher Server 23 sein, der vorstehend beschrieben wurde, unter Hinzufügung von Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten. Eine der Referenzstationen, die mit 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 der Roverstation 80A–B mit einem Funksignal 127, das ein Sicherheitsdatenformat besitzt, so dass die Referenzphasen nicht in einfacher Weise von einem nichtautorisierten Benutzer verwendet werden können. Die Summe aus dem virtuellen Vektor 27 und dem synthetischen Versatzvektor 32 wird von einem synthetischen Hauptvektor 64 gebildet. Die Position der Hauptreferenzstation 112A und der synthetische Hauptvektor 64 bilden eine synthetische Position 133.
5A ist ein Blockdiagramm der Roverstation 80A. Die Roverstation 80A besitzt einen Funk-Sende-Empfänger 82, einen sicheren virtuellen Referenzprozessor 83 für synthetische Phasen und einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 84A, der einen Anomaliedetektor 86A umfasst. 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 zellulares Telefon 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 oder erzeugt oder wählt auf sonstige Weise den synthetischen Versatzvektor 32 aus und ermittelt dann die virtuelle Referenzposition 26 oder verhandelt mit dem Server 124, um die virtuelle Referenzposition zu bestimmen. Die virtuelle Referenzposition 26 und der synthetische Versatzvektor 32 bilden die synthetische Position 133, wobei die synthetische Position 133 durch den synthetischen Versatzvektor 32 von der virtuellen Referenzposition 26 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 weiter zum Rover-GPS-Empfänger 84A. 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 der virtuellen 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, um die synthetischen Referenzphasen abzuleiten, 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 der virtuellen 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 die Roverposition 38 dem Benutzer der Roverstation 80A–B mitteilt, oder sendet dem Benutzer eine Notiz, dass die Anomalie detektiert worden ist, und ermöglicht dem Benutzer einen Entscheidung, ob er die Position 38 benutzen will oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 86A–B 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.
Die von der Roverstation 80A–B relativ zur virtuellen Referenzposition 26 berechnete Position 38 ist mit dem hinzugefügten Positionsversatzfehler 39 versehen, der die gleiche Länge und die entgegengesetzte Richtung wie der synthetische Versatzvektor 32 besitzt. Unter Verwendung dieser Technik kann die Roverstation 80A–B willkürlich den hinzugefügten Fehler 39 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 mit den Signalen und Daten, die in den Grenzen der Roverstation 80A und 80B eingebettet sind, in einer Weise durch, die es für Benutzer der Roverstation 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 Coypright Act of 1998 geschützt.
Die 6A und 6B zeigen Blockdarstellungen von Randomreferenzgeneratoren der vorliegenden Erfindung, die mit den Bezugszeichen 90A und 90B versehen sind. 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 findet in den Prozessoren 35, 65, 75 und 85 für die synthetische Phase der vorliegenden Erfindung mit einer aktuellen oder virtuellen Referenzposition zum Erzeugen von synthetischen Referenzphasen Verwendung. Die synthetischen Referenzphasen werden von den Systemen 30 und 50 an die RTK-GPS-Empfänger in den Roverstationen 118 oder 124A–C geleitet, um die Roverposition 38 zu ermitteln, oder in sicheren Prozessoren innerhalb der Roverstation 70 oder 80A–B berechnet, um die Roverposition 38 zu ermitteln.
Die Randomreferenzgeneratoren 90A und 90B umfassen einen Randomprozessvektorgenerator 170. Der Randomprozessvektorgenerator 170 speichert oder empfängt Werte für eine maximale Veränderungsrate und eine oder mehrere maximale Dimensionen und benutzt die Werte als Eingaben für einen Random- oder Pseudorandomprozess zum kontinuierlichen Berechnen von synthetischen Versatzvektoren 32. Da die synthetischen Versatzvektoren 32 mit einem Random- oder nahezu einem Randomprozess berechnet werden, ist es von Bedeutung, dass der hinzugefügte Fehler 39 durch Benutzer oder eine Softwareprogrammierung in den Roverstationen nicht in einfacher Weise reversibel ist.
Der Wert oder die Werte für maximale Dimensionen können ein maximaler Radius zum Schaffen einer sphärischen Fehlerzone, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Schaffen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Schaffen einer Box-Fehlerzone o. ä. sein. Die Fehlerzonen betreffen ein Volumen oder einen dreidimensionalen Bereich des hinzugefügten Fehlers 39 für die Roverposition 38 über die Position für die Roverstation, die von einer RTK-Roverstation ohne die vorliegende Erfindung für die Genauigkeitssteuerung ermittelt würde. Beispielsweise besitzt der hinzugefügte Versatz 39 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 besitzen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können dazu benutzt werden, um den Randomprozessvektorgenerator 170 zu beschränken, so dass der hinzugefügte Fehler 39 auf horizontale oder vertikale Richtungen begrenzt wird.
Der hinzugefügte Fehler 39 kann eine relativ große Größe, jedoch geringe Veränderungsrate in jeder beliebigen Richtung besitzen, während der Rover-GPS-Empfänger, der für die fixierte RTK-Operation konstruiert ist, weiterhin die aufgelöste ganzzahlige Anzahl von Trägerphasenzyklen für seine Positionierung benutzt. Durch kontinuierliche Verwendung dieser Zahlen besitzt die Roverposition 38 die Integrität der RTK-GPS-Lösung innerhalb der Integritätsgrenze 40 von einigen cm, selbst wenn der hinzugefügte Fehler 39 einige m oder mehr beträgt. Die RTK-Roverposition 38 besitzt eine hohe Integrität, selbst wenn die Genauigkeit mit der vorliegenden Erfindung verschlechtert wird, da die Fehler aufgrund des Mehrweges zum größten Teil eliminiert werden. Es versteht sich für den Fachmann, dass durch das bloße direkte Dithering der Referenzträgerphasenmessungen und das Vorsehen der geditherten Referenzphasen für die Roverstation es für eine RTK-Roverstation unmöglich gemacht werden kann, die Trägerphasenzahl aufzulösen, so dass auf diese Weise der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionslösung verloren geht.
Der Randomreferenzgenerator 90A besitzt einen Vektorsummierer 172 und einen Synthesizer 174 für die virtuelle Referenzphase. Der Vektorsummierer 172 summiert den synthetischen Versatzvektor 32 mit dem virtuellen Vektor 27 zum Ermitteln des synthetischen Hauptvektors 64. Der Synthesizer 174 für die virtuelle Referenzphase benutzt den synthetischen Hauptvektor 64 mit den dreidimensionalen Winkeln zu den GPS-Satelliten 16 und die Haupt- und Hilfsreferenzpositionen sowie die 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 vom RTK-Rover-GPS-Empfänger gemessenen Trägerphasen benutzt, um die Roverposition 38 zu berechnen.
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. Bei der Referenzträgerphase kann es sich um eine tatsächliche Referenzphase handeln, die an einer tatsächlichen Referenzposition gemessen wurde, oder um eine virtuelle Referenzphase, die für die virtuelle Referenzposition 26 berechnet wurde. Die synthetischen Referenzphasen werden dann in der vorstehend beschriebenen Weise mit den vom RTK-Rover-GPS-Empfänger gemessenen Trägerphasen benutzt, um die Roverposition 38 zu berechnen.
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 benutzt, 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 besitzt 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 aufrechtzuerhalten. Die Integritätsgrenze 240 ist eine äußere Grenze einer Zone um die sichere Position 210 herum. Durch den hinzugefügten Positionsfehler 239 wird die sichere Position 210 auf die unsichere Position 238 versetzt, ohne die Integritätsgrenze 240 um die unsichere Position 238 zu verschlechtern. Die Integritätsgrenze 240 kann 20 cm oder weniger betragen. 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.
Die Referenzstation 212A–B besitzt eine Referenzposition, die durch eine Vermessung oder irgendwelche anderen Mittel erstellt wurde, um GPS-Signale 14 von GPS-Satelliten 16 zu empfangen und Referenzträgerphasen zu messen. Der synthetische Versatzvektor 232 und die Referenzposition definieren eine synthetische Position 232 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 an die Roverstation 200A gesendeten sicheren Referenzdaten enthalten sein oder innerhalb der Roverstation 200B erzeugt oder in der Roverstation 200A von irgendeiner anderen sicheren Quelle empfangen werden. Wenn die Roverstation 200B der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen Referenzsystemen auf RTK-GPS-Basis operieren soll, kann die Referenzstation 212B eine vorstehend beschriebene herkömmliche Referenzstation 12 unter Hinzufügung von Sicherheit für die Referenzdaten, die zur Roverstation 200B übertragen werden, sein.
7A ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform für die Referenzstation 212A und die Roverstation 200A, wenn 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 Funksignalumformer 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, die Referenzpositionen und den synthetischen Versatzvektor 232 in ein sicheres Format für die Referenzdaten. Der Funk-Sende-Empfänger 264 gibt die sicheren Referenzdaten in das 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 keine Zweiwegekommunikation erforderlich ist. Ein zellulares Telefon kann für den Funk-Sende-Empfänger 272 Verwendung finden.
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 zum GPS-Empfänger 274 sowie den synthetischen Versatzvektor 232 zum Positionsditherprozessor 277. 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 vom Vektor d für das GPS-Signal 14A repräsentiert werden, wie vorstehend zur Ermittlung der sicheren Roverposition 210 beschrieben.
Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Roverposition 210 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die Roverposition 238 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 239 vorzusehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Positionsditherprozessor 277 um einen codierten Algorithmus, der in einen Speicher oder in eine Signalverarbeitungshardware eingebettet ist, welcher bzw. welche von der Hardware und Software im Rover-GPS-Empfänger 274 gelesen oder sonst wie verarbeitet wird. Sowohl der Rover-GPS-Empfänger 274 als auch der Positionsditherprozessor 277 müssen gegenüber einem Zugriff durch Benutzer der Roverstation 200A gesichert sein, um Benutzer daran zu hindern, die von der Roverstation 200A durchgeführte Genauigkeitssteuerung 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 wird vom Positionsditherprozessor 277 auf die Integritätszone 240 um die geditherte Roverposition 238 übertragen. Wenn eine Anomalie detektiert wird, hindert der Anomaliedetektor 275 den Positionsditherprozessor 277 daran, die Roverposition 238 an den Benutzer der Roverstation 200 weiterzuleiten, oder sendet dem Benutzer eine Notiz, dass die Anomalie detektiert wurde, und ermöglicht dem Benutzer eine Entscheidung darüber, ob er die Position 238 benutzt oder nicht. Alternativ dazu sieht der Anomaliedetektor 275 eine Lösung für die sichere Position 210 vor, und der Positionsditherprozessor 277 liefert die Roverposition 238, wenn die Referenzphase und die gemessene Roverphase für das spezielle GPS-Signal 14, das zur Anomalie gehört, nicht benutzt 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 gleichen 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, die eine sichere kinematische Echtzeit(RTK)-GPS-Roverstation 300A, 300B, 300C oder 300D der vorliegenden Erfindung für eine Operation mit einem Server 323A, 323B, 323C oder 323D in einem Netzwerkpositionierungssystem, das generell mit einem Referenzidentifikator 301 dargestellt ist, zeigt. 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 auf eine synthetische Position 333. Die Referenzdaten werden von der Roverstation 300A–D zum Berechnen einer sicheren Position 310 benutzt.
Die Roverstation 300A–D benutzt dann den synthetischen Versatzvektor 232, um die sichere Position 310 zu dithern und eine unsichere 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. Durch den hinzugefügten Positionsfehler 239 wird die sichere Position 310 auf die unsichere Position 338 versetzt, 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 mit 312A, 312B bis 312N bezeichnet sind und Referenzpositionen besitzen, die aus einer Vermessung oder über 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 an die Roverstation 300A, C gesendeten sicheren Referenzdaten enthalten sein oder in der Roverstation 300B, D erzeugt 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 mit 312A, bezeichnet 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 von 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 der Server 23 und die Referenzstationen 12A–N des Standes der Technik unter Hinzufügung der Sicherheit für die Referenzdaten, die zur Roverstation 300B, D gesendet werden, sein. 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 sichere Daten.
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 sich auf die virtuelle Referenzposition 26 beziehen, und leitet die Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen an den Provider 354 für sichere 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 weiter 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 Referenzsystemposition und Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 364 sowie den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Bei dem Funk-Sende-Empfänger 362 kann es sich um einen Funkempfänger ohne Sender handeln, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Der Funk-Sende-Empfänger 362 kann ein zellulares Telefon 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. 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 Übertragen der Integritätsgrenze 240 auf die unsichere 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 dem Positionsditherprozessor 277 zuführt, und verhindert schließlich, dass die Roverstation 300A die Roverposition 338 dem Benutzer der Roverstation 300A zur Verfügung stellt. Alternativ dazu liefert der Anomaliedetektor 365 die Position 338, wenn 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, wobei die Roverstation 300B den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323B umfasst den VRS-Positionsphasenprozessor 352 einschließlich des Anomaliedetektors 353, den Provider 354 für sichere Daten und den Funk-Sende-Empfänger 356, wie vorstehend beschrieben. Die Roverstation 300B umfasst den Generator 260 für den synthetischen Vektor, 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 an die 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 umfasst den Generator 260 für den synthetischen Vektor, einen Referenzserverprozessor 368, den Provider 354 für sichere 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 sichere Daten weiter.
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 weiter.
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 gibt die sicheren Referenzdaten im Funksignal 325 an die Roverstation 300C ab. 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-Emfpänger 362 empfängt sichere Referenzdaten im Funksignal 325 und leitet die Referenzsystemposition und die Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 374 sowie den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positionsditherprozessor 277 weiter. Der Funk-Sende-Empfänger 362 kann ein Funkempfänger ohne Sender sein, wenn eine Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Bei dem Funk-Sende-Empfänger 362 kann es sich um ein zellulares Telefon handeln.
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 weitergegeben.
Der Rover-GPS-Empfänger 374 ermittelt Phasenreste aus den momentanen und vorhergehenden Referenzphasen und misst Roverphasen und leitet die Phasenreste an den Anomaliedetektor 375. Der Anomaliedetektor 375 detektiert eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 240. Die Integritätsgrenze 240 entspricht der äußeren Grenze einer Zone um die Roverposition 310. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232 zur Übertragung der Integritätsgrenze 240 auf die unsichere Roverposition 338 mit dem hinzugefügten Positionsfehler 239 relativ zur virtuellen 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 zur Verfügung stellt. 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 benutzt 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 überträgt 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. Der Positionsditherprozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die unsichere Roverposition 338 dem Benutzer der Roverstation 300D zur Verfügung zu stellen.
Unter Anwendung dieser Techniken kann die sichere Roverstation 200A–B, 300A–D den willkürlich hinzugefügten Fehler 239 in die Position 238, 338, die von der Roverstation 200A–B, 300A–D zur Verfügung gestellt wird, einführen, ohne die Integritätsgrenze 240 zu verschlechtern, die für die sichere Position 210, 310 berechnet wird. Die Referenzdaten müssen sicher sein, und sowohl der Rover-GPS-Empfänger 274, 364, 374 als auch der Positionsditherprozessor 277 müssen gegenüber einem unzulässigen Zugriff durch Benutzer gesichert sein, um Benutzer daran zu hindern, die Genauigkeitssteuerung, die von der Roverstation 200A–B, 300A–D vorgesehen wird, rückgängig zu machen.
Anomaliedetektoren, wie 63A, 66A, 74A, 86A–B, 120, 126A–C, 275, 353, 365 und 375, zum Detektieren von Anomalien (auch als Ausreißer bekannt) für Phasenreste auf Satellit-Satellit-Basis für kinematische Echtzeit(RTK)positionsbestimmungen wurden vorstehend beschrieben. Die Anomalie wird detektiert, wenn der Phasenrest eine ausgewählte Phasenrestgrenze übersteigt. Die Phasenrestgrenze wird so ausgewählt, dass dann, wenn die Phasenreste innerhalb der Phasenrestgrenze liegen, die Positionsbestimmung die designierte Integritätsgrenze 40, 240 besitzt.
Die Algorithmen, Signale, Botschaften und Daten im Rover-GPS-Empfänger 274, 364, 374 und im Positionsditherprozessor 277 sowie die Referenzdaten in den Signalen 127, 217 und 325 sind mit den Zugriffskontrollmaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act of 1998 ausgestattet. Die Referenzdaten in den Signalen 127, 217 und 325 können auch durch Verschlüsselung geschützt sein. Die Rover 200A–B und 300A–D führen eine Verarbeitung mit Signalen und Daten durch, die innerhalb der Grenzen der Rover 200A–B und 300A–D eingebettet sind, und zwar in einer Weise, die es mechanisch oder elektrisch für einen nichtautorisierten Benutzer der Rover 200A–B und 300A–D schwierig macht, die Algorithmen zu verändern oder die Signale oder Daten zu betrachten. Sämtliche Benutzer sind nichtautorisierte Benutzer, es sei denn, sie werden vom Provider der Algorithmen, Signale oder Daten als autorisierte Benutzer bezeichnet.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das Positionierungssystem 30, 50, 71, 81, 201 oder 301 auch als Basis für einen RTK-GPS-Service auf Gebührenbasis verwendet werden kann, wenn 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 die Werte als Eingaben für einen Random- oder Pseudorandomprozess zum kontinuierlichen Berechnen des synthetischen Versatzvektors 232. Der Positionsditherprozessor 277 besitzt 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 zu bemerken, dass der hinzugefügte Positionsfehler 239 von nichtautorisierten Benutzern nicht einfach reversiert werden kann.
Der Wert oder die Werte für maximale Dimensionen können ein maximaler Radiuswert zum Schaffen einer sphärischen Fehlerzone, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Schaffen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Schaffen 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, z in drei Dimensionen von |x| ≤ X, |y| ≤ Y und |z| ≤ Z. Die Box-Fehlerzone muss keine gleichen oder senkrechten Dimensionen besitzen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können dazu benutzt werden, um den Randomprozessvektorgenerator 380 so zu beschränken, dass der hinzugefügte Positionsfehler 239 auf horizontale oder vertikale Richtungen begrenzt wird.
Der hinzugefügte Fehler 239 kann eine relativ große Größe in jeder beliebigen Richtung haben, während der Rover-GPS-Empfänger, der für eine fixierte RTK-Operation konstruiert ist, weiterhin die aufgelöste ganzzahlige Anzahl von Trägerphasenzyklen für seine Positionierung verwendet. Durch weitere Auflösung dieser Zahlen besitzt die Roverposition 238, 338 die Integrität der RTK-GPS-Lösung innerhalb der Integritätsgrenze 240, die nur einige cm beträgt, selbst wenn der hinzugefügte Fehler 239 einige m oder mehr beträgt. Die RTK-Roverposition 238, 338 besitzt eine hohe Integrität, wenn die Genauigkeit bei der vorliegenden Erfindung verschlechtert wird, da die Mehrwegfehler zum größten Teil eliminiert sind. Es versteht sich für den Fachmann, dass das bloße direkte Dithering der Referenzposition und das Liefern der geditherten Referenzpositionen an den Rover es für eine RTK-Roverstation unmöglich machen können, die Trägerphasenzahl aufzulösen, so dass daher der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionslösung verloren geht.
10 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung, um die synthetischen Referenzphasen vom Referenzsystem 30 mit einer Referenzstation einer oder mehreren Roverstationen zugänglich zu machen. 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, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä., konstruiert sein. Bei dem Prozessor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einem Schritt 602 empfangen, erzeugt oder sonstwie ausgewählt. In einem Schritt 604 werden GPS-Signale an der Referenzstation von einem kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger empfangen. In Schritt 606 misst der GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale an einer Referenzposition.
Eine synthetische Position wird von der Referenzposition und dem 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 Schritt 612 sendet 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 Schritt 614. In Schritt 616 empfängt der Rover-GPS-Empfänger die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten. In Schritt 618 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der gleichen GPS-Signale. In einem Schritt 622 finden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen Verwendung. In einem Schritt 624 benutzt die Roverstation nach Verifizierung der Integrität die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die Roverphasen zum Ermitteln ihrer Position. Die Position, die von der Roverstation ermittelt wurde, 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 synthetische Versatzvektor besitzt.
11 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Mitteilen der synthetischen Referenzphasen von einem Referenznetzwerksystem, wie beispielsweise dem Referenznetzwerksystem 50, an eine oder mehrere Roverstationen. Die vorliegenden Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 650 verwirklicht sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit das System die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 650 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen, wie Kompaktdisks, elektronischen Speicherchips, Hartplatten, digitalen Videovorrichtungen o. ä., konstruiert sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in Schritt 602 empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 652 wird eine des Netzwerkes 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 den Referenznetzwerkpositionen. Eine virtuelle Referenzposition wird vom System ausgewählt oder zwischen dem System und der Roverstation in einem Schritt 662 verhandelt. In einem Schritt 664 wird ein virtueller Vektor zwischen der Position der Hauptreferenzstation und der virtuellen Referenzposition berechnet. In 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 in äquivalenter 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, welche an der synthetischen Position empfangen werden, gemessen werden würden. In einem Schritt 675 benutzt das Referenzsystem Doppeldifferenzphasenreste der Haupt- und Hilfsreferenzphasen zum Testen der Integrität. In einem Schritt 676 sendet das System nach Bestimmung der Integrität der Referenzphasen 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 benutzt. In einem Schritt 686 benutzt die Roverstation nach Verifizierung der Integrität die synthetischen Referenzphasen zum Ermitteln ihrer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Roverstation ermittelt wurde, 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 die Roverstation unbekannt ist und dessen Länge dem synthetischen Versatzvektor entspricht.
12 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte 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 sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit 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. Bei dem Prozessor kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die üblicherweise als Computer oder Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einem Schritt 702 in einem sicheren Prozessor für eine synthetische Phase empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 704 werden GPS-Signale an einer Referenzposition über einen kinematischen Echtzeit(RTK)-GPS-Empfänger in einer GPS-Referenzstation empfangen. Eine synthetische Position wird durch die Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor definiert. In einem Schritt 706 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 708 überträgt das Referenzsystem ein Signal mit sicheren Referenzdaten, die die Referenzposition und die gemessenen Referenzphasen umfassen.
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 benutzt. In einem Schritt 724 benutzt der Rover-GPS-Empfänger nach Verifizierung der Integrität die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Roverphasen zum Ermitteln seiner Position. Die Genauigkeit der Position, die durch die Roverstation ermittelt wurde, besitzt die gleiche RTK-Integrität, als wenn sie mit den echten Referenzphasen ermittelt worden wäre, weist jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler auf, der für die Roverstation nicht bekannt ist und die gleiche Länge wie der synthetische Versatzfehler besitzt.
13 ist ein Ablaufdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen von synthetischen Referenzphasen in einer Roverstation, wie der Roverstation 80A oder 80B, und zum nachfolgenden Benutzen der synthetischen Referenzphasen zum Berechnen einer Roverposition mit einem hinzugefügten Fehler. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 750 verwirklicht sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 750 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 sicheren Phasenprozessor in der Roverstation in Schritt 702 empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 752 wird eine aus einem Netzwerk von Referenzstationen als Hauptreferenzstation ausgewählt oder 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 772 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 Hinzufügung des virtuellen Vektors und des synthetischen Versatzvektors) und die virtuelle Referenzposition und die 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 benutzt, um die Integrität der Phasenmessungen zu testen. In einem Schritt 786 benutzt der Rover-GPS-Empfänger nach Verifizierung der Integrität die virtuelle Referenzposition und die Phasen sowie die synthetischen Referenzphasen zum Ermitteln einer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Roverstation ermittelt wurde, besitzt die gleiche RTK-Integrität, als wenn sie für die virtuellen Referenzphasen ermittelt worden wäre, hat jedoch einen hinzugefügten Versatzfehler, der für die Roverstation nicht bekannt ist und dessen Länge dem synthetischen Versatzvektor entspricht.
14 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Hinzufügen 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 sein und enthält Instruktionen, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführen kann. Das Medium 800 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 auch Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einem Schritt 802 in der Roverstation empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 804 werden GPS-Signale an einer Referenzposition von einem kinematischen Echtzeit(RKT)-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 die gemessenen 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 den normalen Benutzern der Roverstation nicht zur Verfügung gestellt. In einem Schritt 824 dithert die Roverstation die sichere Roverposition mit dem synthetischen Versatzvektor von Schritt 802, um für Benutzer der sicheren Roverstation eine unsichere Roverposition zu schaffen. Die unsichere Roverposition ist mit dem hinzugefügten Fehler versehen, der dem Versatz der synthetischen Position entspricht.
15 ist ein Ablaufdiagramm der Schritte eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Hinzufügen eines Fehlers, der vorstehend als hinzugefügter Fehler 239 gezeigt und beschrieben wurde, zu einer Roverposition. Die vorliegende Erfindung kann in einem fühlbaren Medium 850 verwirklicht sein, das Instruktionen enthält, die von einem Prozessor oder Prozessoren gelesen werden können, damit die Roverstation die Schritte des Verfahrens ausführt. Das Medium 850 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen konstruiert 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 bezeichnet wird.
Ein synthetischer Versatzvektor wird in einer sicheren Roverstation im Schritt 802 empfangen, erzeugt oder auf sonstige Weise ausgewählt. In einem Schritt 852 wird eine aus einem Netzwerk von Referenzstationen ausgewählt und als Hauptreferenzstation 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.
Eine virtuelle Referenzposition wird in einem Schritt 862 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 zur 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 nutzt der Rover-GPS-Empfänger die Refrenznetzwerk- und die Rover-GPS-Phasenmessungen zum Ermitteln einer sicheren Roverposition. Die sichere Position wird den normalen Benutzern der Roverstation nicht zur Verfügung gestellt. In einem Schritt 886 dithert die Roverstation die sichere Roverposition mit dem synthetischen Versatzvektor, um für die Benutzer der Roverstation eine unsichere Referenzposition zur Verfügung zu stellen. Die unsichere Referenzposition ist mit dem hinzugefügten Fehler versehen, der dem synthetischen Versatzfehler entspricht.
Die Referenzdaten, Roverstationen und strukturellen Teile der Roverstationen wurden in diversen Ausführungsformen der Erfindung als sicher beschrieben. Im Zusammenhang mit der Erfindung bedeutet der Begriff „sicher”, dass Sicherheitsvorkehrungen getroffen wurden, um nichautorisierte 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 aus 1998 zum Verhindern eines nichtautorisierten Zugriffs auf urheberrechtlich geschützte Werke und physikalische Beschränkungen umfassen, wie beispielsweise eine abgeschirmte Verpackung und die Benutzung von eingebetteten Codes, Signalen und Daten, 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 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 bestimmen die Parteien, bei denen es sich um autorisieret Benutzer handelt. Alle anderen Benutzer des Referenzsystems, der Referenzdaten und/oder der Roverstationen sind nichtautorisierte Benutzer. Irgendjemand, der vom Provider zum Steuern der Positionsgenauigkeit nicht bestimmt wurde, ist ein „nichtautorisierter Benutzer”. Der nichtautorisierte Benutzer wird daran gehindert, die Roverstation zum Erzielen einer Positionsgenauigkeit, die nicht den hinzugefügten Positionsfehler besitzt, der vom Provider gesteuert wird, zu benutzen. Generell ist der Provider der Verkäufer des Referenzsystems, der Referenzdaten oder der Roverstation oder repräsentiert diese, und der nichtautorisierte Benutzer ist derjenige, der die Roverstation für Feldarbeiten als normaler Benutzer oder 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 einer vorhandenen Roverstation mitteilt. Die 3 und 11 zeigen Ausführungsformen, bei denen ein Referenznetzwerksystem synthetische Referenzphasen erzeugt und die synthetischen Referenzphasen in einem öffentlichen Signal einer vorhandenen Roverstation mitteilt. Die 4 und 12 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine sichere Roverstation synthetische Referenzphasen aus den echten Referenzphasen synthetisiert, die in einem sicheren (privaten) Signal von einem einzigen Referenzstationssystem empfangen wurden. 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 einzigen Referenzstationssystem empfängt, eine sichere private echte Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um für einen Benutzer eine unsichere Position zur Verfügung zu stellen. Die 8 und 15 zeigen Ausführungsformen, bei denen eine Roverstation Referenzdaten in einem sicheren (privaten) Signal von einem Referenznetzwerksystem empfängt, eine echte sichere private Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um einem Benutzer eine unsichere Position zur Verfügung zu stellen.

Claims

Sichere Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) mit gesteuerter Genauigkeit für eine geografische Position mit einem Roverglobalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) zum Bestimmen 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 einem Positionsditherprozessor (277) zum Dithern der sicheren Position (210; 310) mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor (32; 232) ungleich Null zum Erstellen einer Roverposition (38; 238; 338), die für den Benutzer zur Verfügung steht und einen hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) aufweist, der zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) proportional ist.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) Sicherheitsvorkehrungen zum Verhindern der Benutzung der sicheren Position (210; 310) durch den Benutzer aufweist.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsditherprozessor (277) einen Randomprozessvektorgenerator (170; 380) zur Erzeugung eines Stromes von Randomvektoren als synthetischer Versatzvektor (32; 232) besitzt.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Randomprozessvektorgenerator (170; 380) mit maximalen Eingangswerten dazu gezwungen wird, den synthetischen Versatzvektor (32; 232) auf eine horizontale Ebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone zu beschränken.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er des Weiteren einen Signalempfänger (119; 125A–C; 76; 82; 272; 362) zum Empfangen von sicheren Referenzdaten mit Informationen für eine Referenzphase für ein GNSS-Signal und eine Referenz-Position von einem Globalnavigationssatellitensystem(GNNS)-Referenzsystem (30; 50; 71; 81; 201; 301) aufweist und dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) die Referenzphase und die Referenzposition (210; 310) zum Ermitteln der sicheren Roverposition relativ zur Referenzposition benutzt.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen, gemessen durch eine Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252; 352) an einer Vielzahl von Referenznetzwerkpositionen, aufweisen, und dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) die Referenznetzwerkphasen und die Referenznetzwerkpositionen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26), die nicht zusammen mit einem der Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und die virtuelle Referenzphase und die virtuelle Referenzposition (26) zum Ermitteln der sicheren Roverposition (210; 310) benutzt.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C; 74; 84A–B; 274; 364; 374) eine Roverphase für das GNSS-Signal misst und einen Doppeldifferenzphasenrest entsprechend einer Differenz zwischen einer momentanen Phasendifferenz und einer erwarteten Phasendifferenz ermittelt, wobei die momentane Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase und die erwartete Phasendifferenz auf vorhergehenden Ermittlungen und Differenzen zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase basieren, und des Weiteren einen Anomaliedetektor (120; 126A–C; 74A; 86A–B; 275; 365; 375) zum Detektieren einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40; 240) übersteigt, und zum Verhindern der Nutzung der Roverposition (38; 238; 338), wenn die Anomalie detektiert wird, umfasst.
Roverstation (118; 124A–C; 70, 80A–B; 200A–B; 300A–D) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwas 10 cm bis etwa 2 m liegt und dass die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.
Verfahren zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position mit den Schritten: Empfangen (616; 682; 712; 778; 816; 878) eines Signales eines Globalnavigationssatellitensystems (GNSS); Benutzen (822; 884) des GNSS-Signales 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 Dithern (824; 886) der sicheren Position (210; 310) mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor (32; 232) ungleich Null zum Vorsehen einer Roverposition (38; 238; 338) mit einem hinzugefügten Positionsfehler (39; 239), der proportional zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) ist, für den Benutzer.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln einer sicheren Position (210; 310) das Benutzen von Sicherheitsvorkehrungen umfasst, um die Benutzung der sicheren Position (210; 310) durch den Benutzer zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren das Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) unter Anwendung eines Randomprozesses zum Schaffen eines Stromes von Randomvektoren für den synthetischen Versatzvektor (32; 232) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es das Zwingen des Randomprozesses mit maximalen Eingangswerten zur Beschränkung des synthetischen Versatzvektors (32; 232) auf eine Horizontalebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren das Empfangen (814; 877) von sicheren Referenzdaten mit Informationen für eine Referenzphase für ein GNSS-Signal und einer Referenzposition von einem Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem (30; 50; 71; 81; 201; 301) umfasst, wobei das Vorsehen der sicheren Position (210; 310) das Benutzen der Referenzphase zum Ermitteln der sicheren Position (210; 310) relativ zur Referenzposition aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen, gemessen durch eine Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252; 352) bei einer Vielzahl von Referenznetzwerkspositionen, umfassen und dass das Ermitteln der sicheren Position (210; 310) das Benutzen der Referenznetzwerkphasen und der Referenznetzwerkpositionen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26), die nicht zusammen mit einem der Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und das Benutzen der virtuellen Referenzphase und der virtuellen Referenzposition (26) zum Ermitteln der sicheren Position (210; 310) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der sicheren Position (210; 310) das Messen (818; 882) einer Roverphase für das GNSS-Signal und das Bestimmen eines Phasenrestes entsprechend einer Differenz zwischen einer momentanen Phasendifferenz und einer erwarteten Phasendifferenz, wobei die momentane Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase und die erwartete Phasendifferenz auf vorhergehenden Bestimmungen von Differenzen zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase basieren, und des Weiteren das Detektieren einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer gewählten Integritätsgrenze (40; 240) übersteigt, und das Verhindern der Benutzung der Roverposition (38; 238; 338), wenn die Anomalie detektiert wird, umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwa 10 cm bis etwa 2 m liegt und die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.
Fühlbares Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) enthaltend einen Satz von Instruktionen, damit ein Prozessor die folgenden Schritte zum Steuern der Genauigkeit einer geografischen Position ausführt, die umfassen: das Empfangen (616; 682; 716; 778; 816; 878) eines Signales eines Globalnavigationssatellitensystems (GNSS); das Benutzen (822; 884) des GNNS-Signales 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 das Dithern (824; 886) der sicheren Position (210; 310) mit einem ausgewählten synthetischen Versatzvektor (32; 232) ungleich Null zum Erstellen einer Roverposition (38; 238; 338), die für den Benutzer verfügbar ist und einen hinzugefügten Positionsfehler (39; 239) proportional zum synthetischen Versatzvektor (32; 232) aufweist.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln einer sicheren Position (210; 310) das Anwenden von Sicherheitsvorkehrungen zum Verhindern der Benutzung der sicheren Position (210; 310) durch den Benutzer umfasst.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren Instruktionen zum Erzeugen des synthetischen Versatzvektors (32; 232) unter Anwendung eines Randomprozesses zum Vorsehen eines Stromes von Randomvektoren für den synthetischen Versatzvektor (32; 232) umfasst.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren Instruktionen zum Zwingen des Randomprozesses mit maximalen Eingangswerten zur Beschränkung des synthetischen Versatzvektors (32; 232) auf eine Horizontalebene, eine Vertikalrichtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Box-Fehlerzone umfasst.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren Instruktionen zum Empfangen (814; 877) von sicheren Referenzdaten mit Informationen für eine Referenzphase für ein GNSS-Signal und einer Referenzposition aus einem Globalnavigationssatellitensystem(GNSS)-Referenzsystem (30; 50; 71; 81; 201; 301) umfasst, wobei das Vorsehen der sicheren Position (210; 310) das Benutzen der Referenzphase zum Ermitteln der sicheren Position (210; 310) relativ zur Referenzposition aufweist.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten eine Vielzahl von Referenznetzwerkphasen, gemessen von einer Vielzahl von Referenznetzwerk-GNSS-Empfängern (34; 252) an einer Vielzahl von Referenznetzwerkpositionen, umfassen und das Ermitteln der sicheren Position (210; 310) das Benutzen der Referenznetzwerkphasen und der Referenznetzwerkpositionen zum Ermitteln einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26), die nicht zusammen mit einem der Referenznetzwerk-GNSS-Empfänger (34; 252; 352) angeordnet ist, und das Benutzen der virtuellen Referenzphase sowie der virtuellen Referenzposition (26) zum Ermitteln der sicheren Position (210; 310) aufweist.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der sicheren Position (210; 310) das Messen (818; 882) einer Roverphase für das GNSS-Signal und das Ermitteln eines Phasenrestes entsprechend einer Differenz zwischen einer momentanen Phasendifferenz und einer erwarteten Phasendifferenz aufweist, wobei die momentane Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase und die erwartete Phasendifferenz auf vorhergehenden Bestimmungen von Differenzen zwischen der gemessenen Roverphase und der virtuellen Referenzphase basieren, und ferner das Detektieren einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40; 240) übersteigt, und das Verhindern der Benutzung der Roverposition (38; 238; 338), wenn die Anomalie detektiert wird, umfasst.
Medium (600; 650; 700; 750; 800; 850) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der hinzugefügte Positionsfehler (39; 239) in einem Bereich von etwa 10 cm bis etwa 2 m liegt und die ausgewählte Integritätsgrenze (40; 240) geringer ist als etwa 20 cm.