DE112006001256B4

DE112006001256B4 - Positionsbestimmungssystem zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten, dazugehöriges Verfahren sowie greifbares Medium

Info

Publication number: DE112006001256B4
Application number: DE112006001256.8T
Authority: DE
Inventors: David G. Bird; Dennis Connor
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: WO2006135526A1; CN101166995A; DE112006001256T5; US20060279455A1; CN101166995B; US7292183B2; WO2006135526B1

Abstract

Positionsbestimmungssystem (30; 50) zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten mit Zusatzfehler zum Kontrollieren geographischer Positionsgenauigkeit, umfassend: einen globalen Referenz-GNSS(Global Navigation Satellite System)-Empfänger (34) zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals (14); und einen synthetischen Phasenprozessor (35; 63; 65) zum Verwenden der Referenzphase, um auf eine synthetische Referenzphase an einer synthetischen Position (33; 133) zu schließen, wobei die synthetische Position (33; 133) von einer Referenzposition durch einen ausgewählten synthetischen Fehlerversatzvektor (32), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; wobei das Positionsbestimmungssystem (30; 50) angeordnet ist zum Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition zur Verwendung durch eine Rover-Station (118; 124A–C), umfassend einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zum synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Dieses Dokument betrifft allgemein die Positionsbestimmung und insbesondere eine Positionsbestimmung mit Positionen hoher Integrität, die abgestufte Genauigkeiten aufweisen. Es beschreibt ein GPS-Referenzsystem, das synthetische Referenzphasen zum Kontrollieren der Genauigkeit von Positionen hoher Integrität bereitstellt. Insbesondere sind beschrieben: ein Positionsbestimmungssystem zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten zum Kontrollieren geographischer Positionsgenauigkeit, ein Verfahren zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit sowie ein greifbares Medium, umfassend einen Satz Anweisungen, um einen Prozessor zu veranlassen, das Verfahren zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit auszuführen.
Beschreibung des Stands der Technik
Das Global Positioning System (GPS) wird von der Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika betrieben, um allen Benutzern in der Welt freie GPS-Positionsbestimmungssignale bereitzustellen. GPS-Standalone-Empfänger können einen Coarse/Acquisition(C/A)-Code in diesen Signalen verwenden, um nicht unterstützte Positionen zu berechnen, die typische Genauigkeiten von ungefähr fünf bis 20 Meter aufweisen. Diese Genauigkeiten sind für einige Anwendungen, umfassend die meisten Navigationsanwendungen, ausreichend. Es gibt jedoch Positionsbestimmungsanwendungen, wie bei der Vermessung, Kartendarstellung, Maschinensteuerung und Landwirtschaft, bei denen eine größere Genauigkeit oder Integrität erforderlich ist.
Einige dieser Anforderungen werden von differentiellen GPS-Systemen erfüllt, die GPS-Code-Phasenkorrekturen bereitstellen. Ein GPS-Empfänger, der für den differentiellen GPS-Betrieb gebaut ist, kann die Code-Phasenkorrekturen verwenden, um Positionen zu berechnen, die typische Genauigkeiten zwischen einigen Zehn Zentimetern bis zu einigen Meter aufweisen. Diese Genauigkeiten sind für viele Positionsbestimmungsanwendungen ausreichend. Ein Benutzer kann jedoch insgesamt nicht auf die Genauigkeiten von standalone oder differentiellen GPS-Positionen vertrauen, weil die Integrität der Positionen durch Mehrwegausbreitung beeinträchtigt wird. Mehrwegreflexionen der GPS-Signale können gelegentliche große Fehler von zehn bis 100 Metern oder sogar mehr verursachen, abhängig von den zusätzlichen Entfernungen, die von reflektierten Signalen durchlaufen werden.
Echtzeit-kinematische(RTK)-Systeme mit festgesetzter Mehrdeutigkeit liefern hoch genaue GPS-Trägerphasenmessungen, um eine größere Genauigkeit bereitzustellen und gleichzeitig die meisten Auswirkungen der Mehrwegausbreitung zu vermeiden. Ein Rover-GPS-Empfänger, der für den RTK-Betrieb gebaut wurde, kann die Trägerphasenmessungen verwenden, um relative Positionen zu bestimmen, die typische Genauigkeiten von ungefähr einem Zentimeter bis zu einigen Zehn Zentimetern aufweisen. Die Bezeichnung „festgesetzte Mehrdeutigkeit” bezieht sich auf die Tatsache, dass eine Ganzzahl von Zyklen von Trägerphasen für die RTK-Trägerphasenmessungen zwischen der Referenzphase und der Phase, die von dem Rover gemessen wird, gelöst (festgesetzt) wird. Die Auflösung der Trägerzyklusganzzahlen schließt Mehrwegsignale ein, die größer als ein Abschnitt der Wellenlänge des Trägers des GPS-Signals sind, was zu einer hohen Sicherheit und Integrität für die RTK-basierten Positionen führt.
Bestehende GPS-RTK-Systeme bieten den Benutzern festgesetzte RTK-Trägerphasenmessungen zu Kosten, die in hohem Maße durch die festgesetzten Infrastrukturkosten zum Bereitstellen des Systems, geteilt durch die Anzahl Benutzer, bestimmt sind. Einige Benutzer benötigen jedoch die Integrität der festgesetzten RTK-basierten Positionsbestimmung, benötigen jedoch nicht die volle Genauigkeit, die sie bietet. Leider gibt es keine bestehende Technik zum Verteilen der Infrastrukturkosten auf mehrere Benutzer, indem Positionen mit hoher Integrität mit Genauigkeiten bereitgestellt werden, die niedriger sind als die volle Genauigkeit des Systems.
1 ist ein Diagramm, das ein herkömmliches auf einem Echtzeit-kinematischen(RTK)-globalen Positionsbestimmungssystem (GPS) basierendes System des Stands der Technik zeigt. Die Referenzstation 12 umfasst einen Referenz-GPS-Empfänger zum Empfangen von GPS-Signalen 14, dargestellt als 14A, 14B und 14C von GPS-Satelliten 16, die als 16A, 16B und 16C dargestellt sind. Die Referenzstation 12 misst die Trägerphase der GPS-Signale 14 und sendet ein Funksignal 17, das Referenzdaten für die gemessenen Phasen und eine geographische Referenzposition an eine oder mehrere Rover-Stationen, die als Rover 18 gezeigt ist/sind, aufweist. Die Rover-Station 18 umfasst einen RTK-GPS-Empfänger zum Messen der Trägerfrequenzen für die gleichen GPS-Signale 14.
Die Differenz zwischen den Referenz- und den Rover-Phasenmessungen ergibt Schätzungen von senkrecht stehenden Abstandsvektoren, die durch einen Vektor d zwischen der Rover-Station 18 und dem GPS-Satelliten 16A dargestellt sind. Messungen von verschiedenen GPS-Satelliten 16 ergeben Schätzungen von verschiedenen senkrecht stehenden Abstandsvektoren und letztlich die Position der Rover-Station 18 in Bezug auf die Referenzstation 12. Der Vektor d kann ein Punktprodukt des Vektors zwischen dem GPS-Satelliten 16 und der Rover-Station 18 und des Vektors zwischen der Referenzstation 12 und der Rover-Station 18 verstanden werden. Ein beispielhaftes RTK-GPS-System wird in US-Patentschrift Nr. 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 das in diesem Dokument verwiesen wird.
1A ist ein Diagramm, das ein virtuelles auf ein RTK-GPS-basiertes Referenzsystem (VRS) des Stands der Technik zeigt. Die Referenznetzstationen 12A, 12B bis 12N umfassen GPS-Referenzempfänger zum Messen von Trägerphasen der GPS-Signale 14, die von den GPS-Satelliten 16 empfangen werden. Die Referenzstationen 12A–N senden Signale 22 aus, die Referenzdaten für Ihre gemessenen Phasen und geographischen Referenzpositionen an einen Server 23 bereitstellen. Eine der Referenzstationen, dargestellt als 12A, wird als Master-Referenzstation bezeichnet. Der Server 23 und die Master-Referenzstation 12A können zusammen liegen. Der Server 23 kommuniziert mit einer oder mehreren VRS-RTK-GPS-Rover-Stationen mit einem Funksignal 25. Die VRS-RTK-GPS-Rover-Stationen sind als Rover 24 gezeigt.
Der Server 23 oder der Server 23 zusammen mit der Rover-Station 24 bestimmt/bestimmen eine virtuelle Referenzposition 26 und einen virtuellen Vektor 27 zwischen der Position der Master-Referenzstation 12A und der virtuellen Referenzposition 26; und verwendet/verwenden dann die Position und die gemessenen Phasen der Master-Referenzstation 12A, die Positionen und gemessenen Phasen der Hilfs-Referenzstationen 12B–N und den virtuellen Vektor 27 (oder die virtuelle Referenzposition 26), um virtuelle Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26 gemäß einem parametrischen Modell eines virtuellen Referenzsystems (VRS) zu berechnen. Die Rover-Station 24 umfasst einen RTK-GPS-Empfänger zum Messen der Phasen für die gleichen GPS-Signale 14. Die Differenz zwischen den virtuellen Referenz- und Rover-Phasenmessungen ergibt Schätzungen von senkrecht stehenden Abstandsvektoren zu den GPS-Satelliten 16, die analog zum Vektor d sind, der zuvor beschrieben wurde, und letztlich die Position der Rover-Station 24 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26.
Die Verwendung eines Netzes von Referenzstationen anstatt einer einzelnen Referenz erlaubt das Modellieren der systematischen parametrischen Fehler der Ionosphere und Troposphere in einem Bereich und bietet somit die Möglichkeit einer Fehlerreduktion. Es gibt Netze, die Public-Domain-RTCM und CMR-Standards für bidirektionale Kommunikations-Referenzdaten an die Rover verwenden. Ausführliche Informationen zum Modellieren der Fehler sind „Virtual Reference Station Systems” von Landau et al. zu entnehmen, veröffentlicht vom Journal of Global Positioning Systems for 2002, Band 1, Nr. 2, Seiten 137 bis 143.
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.
KURZDARSTELLUNG
Die obigen Anforderungen werden gelöst durch ein Positionsbestimmungssystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9 sowie ein greifbares Medium gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, führt das vorliegende Dokument Wege aus, eine Positionsbestimmung hoher Integrität mit kontrollierten Genauigkeiten für eine Rover-Station bereitzustellen, entweder durch Bereitstellen synthetischer Referenzphasen für ein GPS-Referenzsystem oder durch Dithern einer sicheren Rover-Position.
Kurz gesagt verwendet oder umfasst die vorliegende Erfindung eine oder mehrere Echtzeit-kinematische(RTK)-Referenzstationen zum Empfangen von GPS-Signalen an einer oder mehreren aktuellen Referenzposition/en und zum Messen von Referenzphasen. Wenn drei oder mehrere Referenzstationen verwendet werden, können virtuelle Referenzphasen für eine virtuelle Referenzposition verwendet werden. Ein synthetischer Versatzvektor wird in einer Referenzstation, einem Server in dem Referenzsystem, einer RTK-Rover-Station oder einem synthetischen Phasenprozessor, der zwischen den Referenzstationen und der Rover-Station wirkt, erzeugt. Referenzphasenmessungen werden mit dem synthetischen Versatzvektor verwendet, um auf synthetische Referenzphasen für eine synthetische Position zu schließen, wo die synthetische Position nicht gleich einer tatsächlichen oder virtuellen Referenzposition ist. Die Rover-Station verwendet die tatsächliche oder virtuelle Referenzposition mit den synthetischen Referenzphasen anstatt der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphasen, um eine Rover-Position in Bezug auf die tatsächliche oder virtuelle Referenzposition zu berechnen, die einen Positionszusatzfehler aufweist, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
In einem anderen Ansatz verwendet eine sichere RTK-Rover-Station einen synthetischen Versatzvektor direkt zum Dithern einer sicheren Rover-Position, die von der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphase bestimmt wird. Der synthetische Versatzvektor kann in einer Referenzstation, einem Server in dem Referenzsystem, der Rover-Station oder einem Prozessor, der zwischen dem Referenzsystem und der Rover-Station wirkt, erzeugt werden. Die Positionen, die von der Rover-Station bestimmt werden, weisen die Integrität des RTK-Systems mit einer Genauigkeit auf, die von dem synthetischen Versatzvektor kontrolliert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Positionsbestimmungssystem zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit, umfassend: einen Empfänger für ein globales Referenz-Satelliten-Navigationssystem (GNSS) zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals; und einen synthetischen Phasenprozessor zum Verwenden der Referenzphase, um auf eine synthetische Referenzphase an einer synthetischen Position zu schließen, wobei die synthetische Position von einer Referenzposition durch einen ausgewählten synthetischen Versatzvektor, der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition zur Verwendung durch eine Rover-Station, umfassend einen Rover-GNSS-Empfänger zum Bestimmen einer Rover-Position in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler aufweist, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit, umfassend: Messen einer Referenzphase für ein Signal eines globalen Satelliten-Navigationssystems (GNSS); Schließen auf eine synthetische Referenzphase für das GNSS-Signal zu einer synthetischen Position unter Verwendung der Referenzphasen, wobei die synthetische Position durch einen ausgewählten synthetischen Versatzvektor, der kein Nullvektor ist, von einer Referenzposition getrennt ist; und Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition zur Verwendung durch einen Rover-GNSS-Empfänger zur Bestimmung einer Rover-Position in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler aufweist, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein greifbares Medium, das einen Satz Anweisungen umfasst, um einen Prozessor zu veranlassen, die folgenden Schritte zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit auszuführen, umfassend: Empfangen von Informationen für eine Messung, die eine Referenzphase für das Signal eines globalen Satelliten-Navigationssystems (GNSS) bestimmt; Schließen auf eine synthetische Referenzphase für das GNSS-Signal zu einer synthetischen Position unter Verwendung der Referenzphase, wobei die synthetische Position durch einen ausgewählten synthetischen Versatzvektor, der kein Nullvektor ist, von einer Referenzposition getrennt ist; und Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition zur Verwendung durch einen Rover-GNSS-Empfänger zum Bestimmen einer Rover-Position in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler aufweist, der proportional zum synthetischen Versatzvektor ist.
Allgemein gesagt betrifft dieses Dokument ein Positionsbestimmungssystem oder einen synthetischen Phasenprozessor oder eine Rover-Station zum Bereitstellen von Positionen hoher Integrität mit abgestuften Genauigkeiten. Das Positionsbestimmungssystem umfasst eine oder mehrere Echtzeit-kinematische(RTK)-Referenzstationen zum Empfangen von GPS-Signalen an eingerichteten Referenzpositionen und zum Messen von Referenzphasen. Das Positionsbestimmungssystem oder die Rover-Station wählt einen synthetischen Versatzvektor aus und verwendet den synthetischen Versatzvektor, um von synthetischen Referenzphasen auf eine synthetische Position zu schließen. Die Rover-Station verwendet die synthetischen Referenzphasen mit den tatsächlichen oder virtuellen Referenzpositionen, um eine Rover-Position zu bestimmen, die einen Positionszusatzfehler aufweist, der durch den synthetischen Versatzvektor kontrolliert wird. Für eine andere Ausführungsform dithert eine sichere Rover-Station eine sichere Position mit einem synthetischen Versatz, um eine unsichere Rover-Position bereitzustellen, die den Positionszusatzfehler aufweist.
Diese und andere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann zweifellos offensichtlich, nachdem er die nachfolgend beschriebene beste Ausführungsform der Erfindung gelesen und die verschiedenen Zeichnungen angesehen hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines einzelnen Referenzsystems des Stands der Technik zum Bereitstellen von Referenzphasen an eine Rover-Station;
1A ist ein Diagramm eines Referenznetz-Positionsbestimmungssystems des Stands der Technik zum Bereitstellen von Referenzphasen an eine Rover-Station;
2 ist ein Diagramm eines einzelnen Referenz-Positionsbestimmungssystems der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen synthetischer Referenzphasen an eine Rover-Station zum Addieren eines Positionsfehlers zu einer Rover-Position;
2A ist ein Blockdiagramm einer Referenzstation für das System von 2;
3 ist ein Diagramm eines Referenznetz-Positionsbestimmungssystems der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen synthetischer Referenzphasen an eine Rover-Station zum Addieren eines Positionsfehlers zu einer Rover-Position;
3A, 3B und 3C sind Blockdiagramme einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines Servers für das Positionsbestimmungssystem von 3;
4 ist ein Diagramm, das eine sichere Rover-Station der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen zum Addieren eines Positionsfehlers zu einer Rover-Position zeigt, die in einem einzelnen Referenz-Positionsbestimmungssystem arbeitet;
4A ist ein Blockdiagramm der Rover-Station von 4;
5 ist ein Diagramm, das eine sichere Rover-Station der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen zum Addieren eines Positionsfehlers zu einer Rover-Position in einem Referenznetz-Positionsbestimmungssystem zeigt;
5A und 5B sind Blockdiagramme einer ersten und zweiten Ausführungsform der Rover-Station von 5;
6A und 6B sind Blockdiagramme der ersten und zweiten Ausführungsform eines Zufallsreferenzgenerators zum Bereitstellen synthetischer Referenzphasen für die vorliegende Erfindung;
7 ist ein Diagramm für ein einzelnes Referenz-Positionsbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sichere Rover-Station eine sichere Position dithert, um eine unsichere Position bereitzustellen, die einen Positionszusatzfehler aufweist;
7A und 7B sind Blockdiagramme einer ersten und zweiten Ausführungsform des Positionsbestimmungssystems von 7;
8 ist ein Diagramm für ein Referenznetz-Positionsbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung, bei dem eine sichere Rover-Station eine sichere Position dithert, um eine unsichere Position bereitzustellen, die einen Positionszusatzfehler aufweist;
8A, 8B, 8C und 8D sind Blockdiagramme einer ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform des Positionsbestimmungssystems von 8;
9 ist ein Blockdiagramm eines Prozessors zum Dithern von Zufallspositionen für das System der 7 und 8;
10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen synthetischer Referenzphasen von einem einzelnen Referenz-Positionsbestimmungssystem an eine Rover-Station;
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen synthetischer Referenzphasen von einem Referenznetz-Positionsbestimmungssystem an eine Rover-Station;
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen in einer Rover-Station, die in einem einzelnen Referenz-Positionsbestimmungssystem arbeitet;
13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen in einer Rover-Station, die in einem Referenznetz-Positionsbestimmungssystem arbeiten;
14 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Dithern einer sicheren Rover-Position zum Bereitstellen eines Zusatzfehlers zu einer Rover-Position in einem einzelnen Referenz-Positionsbestimmungssystem; und
15 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Dithern einer sicheren Rover-Position zum Bereitstellen eines Zusatzfehlers zu einer Rover-Position in einem Referenznetz-Positionsbestimmungssystem.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen zum Ausführen des Erfindungsgedankens werden mm beschrieben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung der Einzelheiten die Erfindung nicht auf diese Einzelheiten beschränken soll. Im Gegenteil sollen die Einzelheiten lediglich die beste Ausführungsform des Erfindungsgedankens beschreiben. Es wird einem Fachmann offensichtlich werden, dass der Erfindungsgedanke zahlreiche Alternativen, Abwandlungen und Äquivalente der in diesem Dokument beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird für das Globale Positionsbestimmungssystem (Global Positioning System – GPS) beschrieben. Einem Fachmann wird jedoch offensichtlich sein, dass die Erfindung mit einem allgemeinen Globalen Satelliten-Navigationssystem (GNSS), umfassend das Global Positioning System (GPS), das Global Orbiting Navigation System (GLONASS), das Galileo-System oder eine Kombination aus diesen Systemen ausgeführt werden kann. Es sollte auch beachtet werden, dass anstatt von Satelliten Pseudolites zum Senden von GNSS-Positionsbestimmungssignalen verwendet werden können.
2 ist ein Diagramm, das ein Echtzeit-kinematisches(RTK)-GPS-basiertes Positionsbestimmungssystem der vorliegenden Erfindung zeigt, das mit der Bezugszahl 30 bezeichnet ist. Das Positionsbestimmungssystem 30 umfasst mindestens eine Referenzstation 31 zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenzstation 31 weist eine Referenzposition auf, die durch Vermessung oder andere Mittel bereitgestellt ist. Das System 30 empfängt oder erzeugt einen synthetischen Versatzvektor 32 zum Kontrollieren der Positionsbestimmungsgenauigkeit, die von dem System 30 bereitgestellt wird, für eine oder mehrere RTK-GPS-Rover-Stationen 118. Die Referenzposition und der synthetischen Versatzvektor 32 bestimmen eine synthetische Position 33, wobei die synthetische Position 33 von der Referenzposition durch den synthetischen Versatzvektor 32 getrennt ist. Die Länge und die Richtung des synthetischen Versatzvektors 32 sind zufällig. Normalerweise betragen sie jedoch einige Meter oder weniger.
2A ist ein Blockdiagramm, das die Referenzstation 31 und die Rover-Station 118 zeigt. Die Referenzstation 31 umfasst einen Referenz-GPS-Empfänger 34, einen synthetischen Phasenprozessor 35 und ein Funk-Sende-Empfangsgerät 36. Der Referenz-GPS-Empfänger 34 und der synthetische Phasenprozessor 35 können getrennt oder kombiniert in einer einzigen Einheit sein. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 36 kann ein Sender ohne Empfänger sein, wenn eine Zweiwege-Übertragung mit der Rover-Station 118 nicht erforderlich ist. Der Referenz-GPS-Empfänger 34 misst die Trägerphasen der GPS-Signale 14. Der Prozessor 35 verwendet den synthetischen Versatzvektor 32 mit der Referenzposition für die Station 31 und die dreidimensionalen Winkel zu den GPS-Satelliten 16, um auf die synthetischen Referenzphasen für die Trägerphasen zu schließen, die gemessenen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 33 vorgenommen würden.
Das Funk-Sende-Empfangsgerät 36 sendet ein Funksignal 37, das synthetisierte Referenzdaten für die synthetischen Referenzphasen und die Referenzposition aufweist, an die Rover-Station 118. Mobil- oder Festnetztelefone können verwendet werden, um das Funksignal 37 bereitzustellen oder zu verstärken. Die synthetisierten Referenzdaten umfassen noch immer eine korrekte geographische Referenzposition der Referenzstation 31, wie es herkömmlich ist, aber die Phasen für die GPS-Signale 14 sind nicht die tatsächlichen Phasen, die an der Referenzposition gemessen werden, sondern sind stattdessen die synthetischen Referenzphasen, die von den gemessenen Referenzphasen, der tatsächlichen Referenzposition und dem synthetischen Versatzvektor 32 (oder der synthetischen Position 33) berechnet werden.
Die Rover-Station 118 umfasst einen Rover-GPS-Empfänger 119 und einen Anomaliedetektor 120. Der Rover-GPS-Empfänger 119 empfängt die GPS-Signale 14 und misst die Trägerphasen von den gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den gemessenen Rover-Phasen und den synthetischen Referenzphasen. Unter Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstatt der tatsächlichen Referenzphasen kommt sie nun an geschätzten senkrecht stehenden Abstandsvektoren an, die durch den Vektor d* dargestellt sind, anstatt an den zuvor beschriebenen geschätzten senkrecht stehenden Abstandsvektoren, die durch den Vektor d dargestellt sind. Der Vektor d* kann als Punktprodukt des Vektors zwischen dem GPS-Satelliten 16A und der Rover-Station 118 und des Vektors zwischen der synthetischen Position 33 und der Rover-Station 118 verstanden werden. Wenn die Rover-Station 118 ihre Position in Bezug auf die Referenzstation 31 berechnet, kommt sie an einer Position 38 an, die einen Positionszusatzfehler 39 aufweist, der die gleiche Länge in der entgegen gesetzten Richtung aufweist wie der synthetische Versatzvektor 32. Unter Verwendung dieser Technik ist das Positionsbestimmungssystem 30 in der Lage, den Zusatzfehler 39 zufällig in die Position 38 einzuführen, die von der Rover-Station 118 berechnet wird.
Der Rover-GPS-Empfänger 119 bestimmt Doppeldifferenz-Phasenreste von gegenwärtigen und vorherigen synthetischen Referenzphasen und gegenwärtigen und vorherigen gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 120 weiter. Der Anomaliedetektor 120 erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einem ausgewählten Abstand für eine Integritätsgrenze 40 für den RTK-Betrieb. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Außengrenze einer Zone über der Rover-Position 38. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 120, dass der Rover-GPS-Empfänger 119 den Benutzer der Rover-Station 118 die Rover-Position 38 bereitstellt oder versorgt den Benutzer mit einer Nachricht, dass die Anomalie erkannt wurde und erlaubt dem Benutzer, zu entscheiden, ob die Position 38 verwendet werden soll oder nicht. Alternativ stellt der Anomaliedetektor 120 eine Lösung für die Rover-Position 38 bereit, wo die synthetische Referenzphasen und die gemessene Rover-Phase für das besondere GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden. Der Effekt des Systems 30 der vorliegenden Erfindung ist, dass die Rover-Position 38 den kontrollierten Positionszusatzfehler 39 aufweist, ohne dass die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionsbestimmungslösung der Rover-Position 38 beeinträchtigt wird.
3 ist ein Diagramm, das eine Netzausführungsform eines Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-basierten Positionsbestimmungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt, das mit der Bezugszahl 50 bezeichnet ist. Das Positionsbestimmungssystem 50 umfasst ein Netz von Referenzstationen, die mit 51A, 51B bis 51N bezeichnet sind, zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenznetzstationen 51A–N weisen Referenzpositionen auf, die durch Vermessen oder andere Mittel eingerichtet wurden. Das System 50 empfängt oder erzeugt einen synthetischen Versatzvektor 32 zum Kontrollieren der Positionsbestimmungsgenauigkeit, die durch das System 50 bereitgestellt wird, für eine oder mehrere RTK-GPS-Rover-Stationen, die als Rover-Station 124A, 124B oder 124C gezeigt sind. Die Rover-Station 124A, 124B oder 124C umfasst einen Rover-GPS-Empfänger 125A, 125B beziehungsweise 125C und einen Anomaliedetektor 126A, 126B beziehungsweise 126C.
Das Positionsbestimmungssystem 50 umfasst auch einen Server 52A, 52B oder 52C. Der Server 52A–C und die Referenznetzstationen 51A–N kommunizieren mit Funksignalen 54. Eine der Netzstationen, beispielsweise die Station 51A, kann als Master-Station bestimmt sein und die anderen Referenznetzstationen 51B–N als Hilfsstationen. Die Master-Referenzstation 51A und der Server 52A–C können zusammengelegt sein und können Verarbeitungsleistung teilen oder nicht, oder die Master-Referenzstation 51A und der Server 52A–C können physisch getrennt sein.
Die Referenznetzstationen 51A–N messen Trägerphasen der GPS-Signale 14 und kommunizieren dann ihre Phasenmessungen dem Server 52A–C. Der Server 52A–C kommuniziert mit der Rover-Station 124A–C mit einem Funksignal 56. In einem herkömmlichen System verwendet der Server 23 den virtuellen Vektor 27 und die Master- und Hilfs-Referenzpositionen und -phasen zum Bestimmen der virtuellen Referenzphasen für die virtuelle Referenzposition 26. In der vorliegenden Erfindung ist die Summe des virtuellen Vektors 27 und des synthetischen Versatzvektors 32 ein synthetischer Master-Vektor 64. Die Position der Master-Referenzstation 51A und des synthetischen Master-Vektors 64 bestimmt eine synthetische Position 133. Das System 50 der vorliegenden Erfindung verwendet den synthetischen Versatzvektor 32 und den virtuellen Vektor 27 (oder den synthetischen Master-Vektor 64) und die Master- und Hilfs-Referenzpositionen und -phasen zum Bestimmen der synthetischen Referenzphasen für die synthetische Position 133.
Die Rover-Station 124A–C erwartet Referenzphasen, als würden die Phasen an der virtuellen Referenzposition 26 gemessen, sie empfängt jedoch die synthetischen Referenzphasen gefolgert für die synthetische Position 133. Der Rover-GPS-Empfänger 125A–C empfängt die GPS-Signale 14 und misst die Trägerphasen von den gleichen GPS-Satelliten 16; und berechnet die Differenzen zwischen den gemessenen Rover-Phasen und den synthetischen Referenzphasen. Unter Verwendung der synthetischen Referenzphasen anstatt der virtuellen Referenzphasen kommt sie nun an geschätzten senkrecht stehenden Abstandsvektoren an, die durch den zuvor beschriebenen Vektor d* dargestellt sind. Wenn die Rover-Station 124A–C ihre Position in Bezug auf die virtuelle Position 26 berechnet, kommt sie in Bezug zur virtuellen Referenzposition 26 an der Position 38 an, die den Positionszusatzfehler 39 aufweist, der die gleiche Länge aufweist und in entgegen gesetzter Richtung verläuft, wie der synthetische Versatzvektor 32. Unter Verwendung dieser Technik ist das Positionsbestimmungssystem 50 in der Lage, den Zusatzfehler 39 zufällig in die Position 38 einzuführen, die von der Rover-Station 124A–C berechnet wird.
Der Server 52A–C und die Rover-Station 124A–C können Zweiwege-Kommunikation verwenden, um die geographische Position für die virtuelle Referenzposition 26 zu vereinbaren. Beispielsweise kann die virtuelle Referenzposition 26 so ausgewählt werden, dass sie die am besten geschätzte Position der Rover-Station 124A–C ist. Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht von dem Standort der Verarbeitungsleistung des Servers 52A–C abhängig ist. Die Verarbeitungsleistung des Servers 52A–C kann sich irgendwo im Kommunikationsbereich befindet und kann an verschiedenen Standorten verteilt sein. Mobil- oder Festnetztelefone können verwendet werden, um die Funksignale 54 und/oder 56 bereitzustellen oder zu verstärken.
3A ist ein Blockdiagramm des Servers 52A. Der Server 52A umfasst ein Funk-Sende-Empfangsgerät 62, einen synthetischen Phasenprozessor zur virtuellen Referenz 63 und einen Anomaliedetektor 63A. Der Server 52A empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder besitzt bereits die Referenzpositionen) und die Referenzphasen von den Referenzstationen 51A–N. Der Prozessor 63 verwendet ein parametrisches Modell für ein virtuelles Referenzsystem (VRS) mit dem synthetischen Master-Vektor 64 (anstatt des virtuellen Vektors 27), zusammen mit den Master- und Hilfs-Referenznetzpositionen und -phasen für die Referenznetzstationen 51A–N und den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16, um auf die synthetischen Referenzphasen zu schließen, die gemessen worden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 (anstatt an der virtuellen Referenzposition 26) vorgenommen würde.
Das Funk-Sende-Empfangsgerät 62 sendet das Funksignal 56, das die synthetisierten Referenzdaten aufweist, an die Rover-Station 124A. Die synthetisierten Referenzdaten umfassen noch immer eine korrekte geographische virtuelle Referenzposition 26, wie es herkömmlich ist, umfassen jedoch die synthetischen Referenzphasen, anstatt der tatsächlichen oder virtuellen Referenzphasen, die von einer herkömmlichen Rover-Station für Positionsbestimmungsoperation ohne die Genauigkeitskontrolle der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
3B ist ein Blockdiagramm des Servers 52B. Der Server 52B umfasst das Funk-Sende-Empfangsgerät 62, einen synthetischen Phasenprozessor 65, einen virtuellen Referenzprozessor 66 und einen Anomaliedetektor 66A. Der Server 52B empfängt Daten für die Referenzpositionen (oder er hat die Referenzpositionen bereits) und die Referenzphasen von den Referenzstationen 51A–N. Der virtuelle Referenzprozessor 66 verwendet den virtuellen Vektor 27 und die Referenzpositionen und -phasen für die Referenzstationen 51A–N mit den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16, um die virtuellen Referenzphasen zu bestimmen. Der virtuelle Referenzprozessor 66 gibt dann die virtuellen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26 an den synthetischen Phasenprozessor 65 weiter.
Der synthetischer Phasenprozessor 65 verwendet den synthetischen Versatzvektor 32 mit den virtuellen Referenzphasen und den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16, um auf die synthetischen Referenzphasen für die Trägerphasen zu schließen, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 ausgeführt würden. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 62 sendet das Funksignal 56, das synthetisierte Referenzdaten aufweist, an die Rover-Station 124B. Die synthetisierten Referenzdaten umfassen noch immer eine korrekte geographische virtuelle Referenzposition 26, wie es herkömmlich ist, aber die Phasen für die GPS-Signale 14 sind nicht die virtuellen Referenzphasen, die an der virtuellen Referenzposition 26 gemessen würden, sondern sind stattdessen synthetische Referenzphasen, die an der synthetischen Position 133 gemessen würden.
3C ist ein Blockdiagramm des Servers 52C. Der synthetische Phasenprozessor 65 befindet sich getrennt von dem virtuellen Referenzprozessor 66. Der Server 52C verwendet das öffentliche Fernsprechnetz (Public Switch Telefone Network – PTSN) Telefonsystem 68 zum Empfangen von Referenzdaten und verwendet das Telefonsystem 68 zur Kommunikation zwischen dem virtuellen Referenzprozessor 66 und dem synthetischen Phasenprozessor 65. Der Prozessor 65 empfängt Daten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen von dem virtuellen Referenzprozessor 66 und schließt dann auf die synthetischen Referenzphasen, wie zuvor beschrieben. Der Prozessor 65 kann sich neben der Rover-Station 124C befinden und einen lokal verdrahteten Anschluss aufweisen oder ein Mobiltelefon 69 kann verwendet werden, um die synthetischen Referenzphasen an die Rover-Station 124C weiterzugeben.
Die virtuellen Referenzprozessoren 63 und 66 bestimmen Doppeldifferenz-Phasenreste zwischen der Master- und den Hilfsphasen für gegenwärtige und vorherige Phasenmessungen und geben die Phasenreste an den jeweiligen Anomaliedetektor 63A und 66A weiter. Der Anomaliedetektor 63A und 66A erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Entfernung oder einer Integritätsgrenze 40 für den RTK-Betrieb. Die virtuellen Referenzprozessoren 63 und die Anomaliedetektoren 63A beziehungsweise 66A können Hardware und Software teilen.
Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C bestimmen auch Doppeldifferenz-Phasenreste. Die Phasenreste, die in den Rover-GPS-Empfängern bestimmt werden, sind die Differenzen zwischen den Rover-Phasen und den synthetischen Referenzphasen für derzeitige und vorherige Phasenmessungen. Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C geben die Phasenreste an die jeweiligen Anomaliedetektoren 126A–C weiter. Die Anomaliedetektoren 126A–C erkennen auch eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle, entsprechend einer ausgewählten Entfernung oder einer Integritätsgrenze 40 für den RTK-Betrieb. Die Rover-GPS-Empfänger 125A–C beziehungsweise der Anomaliedetektor 126A–C können Hardware und Software teilen.
Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Rover-Position 38. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 63A, 66A oder 126A–C, dass der Rover-GPS-Empfänger 125A–C die Rover-Position 38 dem Benutzer der Rover-Station 124A–C bereitstellt oder versorgt den Benutzer mit einer Nachricht, dass die Anomalie erkannt wurde und erlaubt dem Benutzer, zu entscheiden, ob die Position 38 verwendet wird oder nicht. Alternativ bietet die Rover-Station 124A–C eine Lösung für die Rover-Position 38, wo die synthetische Referenzphase und die gemessene Rover-Phase für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden. Der Effekt des Systems 50 der vorliegenden Erfindung ist, dass die Rover-Position 38 den kontrollierten Positionszusatzfehler 39 aufweist, ohne dass die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionsbestimmungslösung für die Rover-Position 38 beeinträchtigt wird.
In dem System 50 kann es vorteilhaft sein, die Datenmenge zu reduzieren, die zwischen verschiedenen Standorten übertragen wird, indem Differenzen zwischen Master- und Hilfs-Referenznetzpositionen und/oder Referenznetzphasen anstatt der tatsächlichen Referenzpositionen und -phasen gesendet werden. Beispielsweise können die Referenzpositionen und -phasen für die Hilfsstationen 51B–N als Differenzen in Bezug auf die Referenzpositionen und -phasen die Master-Referenzstation 51A gesendet werden.
4 ist ein Diagramm, das eine sichere Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Rover-Station 70 der vorliegenden Erfindung zum Empfangen herkömmlicher Referenzdaten in einem sicheren Format von einem GPS-basierten Positionsbestimmungssystem 71 zeigt. Das Positionsbestimmungssystem 71 umfasst mindestens eine Referenzstation 112, die eine Referenzposition aufweist, die durch Vermessung oder andere Mittel bereitgestellt ist, zum Empfangen von GPS-Signalen 14 von den GPS-Satelliten 16. Die Referenzstation 112 misst die Trägerphasen der GPS-Signale 14 und sendet ein Funksignal 117, das sichere Referenzdaten für die Referenzphasen aufweist, an die Rover-Station 70. Die Sicherheit der Referenzdaten kann durch die Maßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 aufrechterhalten werden, um nicht autorisierten Zugriff auf ein urheberrechtlich geschütztes Werk zu verhindern. Alternativ können die Referenzdaten verschlüsselt sein.
Die Rover-Station 70 empfängt oder erzeugt oder wählt ansonsten den synthetischen Versatzvektor 32 aus. Der synthetische Versatzvektor 32 und die Referenzposition der Referenzstation 112 bestimmen eine synthetische Position 33, wie zuvor beschrieben.
Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 32 ist zufällig, aber die Länge beträgt normalerweise einige Meter oder weniger. Wenn gewünscht ist, dass die Rover-Station 70 der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen RTK-GPS-basierten Referenzsystemen arbeitet, kann die Referenzstation 112 eine zuvor beschriebene herkömmliche Referenzstation 12 sein, mit zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten vor nicht autorisiertem Zugriff.
4A ist ein Blockdiagramm der Rover-Station 70. Die Rover-Station 70 umfasst einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 74, umfassend einen Anomaliedetektor 74A, einen sicheren synthetischen Phasenprozessor 75 und ein Funk-Sende-Empfangsgerät 76. Der Rover-GPS-Empfänger 74 misst die Trägerphasen für die gleichen GPS-Signale 14, die von der Referenzstation 112 gemessen werden. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 76 kann durch einen Funkempfänger ohne einen Sender ersetzt werden, wenn keine Zweiwegekommunikation erforderlich ist. Ein Mobiltelefon kann als Funk-Sende-Empfangsgerät 76 verwendet werden. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 76 empfängt die Referenzposition und die sicheren Referenzdaten für die Referenzphasen im Funksignal 117.
Der sichere synthetische Phasenprozessor 75 wählt den synthetischen Versatzvektor 32 aus und verwendet dann den synthetischen Versatzvektor 32 mit der Referenzposition, den sicheren Referenzphasen und den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten, um auf die synthetischen Referenzphasen zu schließen. Der sichere synthetische Phasenprozessor 75 führt die Verarbeitung der Signale und Daten innerhalb physikalischer Grenzen des Prozessors 75 auf eine Weise aus, die es für einen nicht autorisierten Benutzer schwierig macht, die Verarbeitungsalgorithmen zu ändern oder die Signale oder Daten anzusehen. Außerdem sind die Algorithmen, Signale, Nachrichten und Daten durch die Zugriffskontrollen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 geschützt.
Der sichere synthetische Phasenprozessor 75 gibt die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 74 weiter. Der GPS-Empfänger 74 verwendet die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen mit der Referenzposition und den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16, um die Rover-Position 38 zu berechnen. Die herkömmliche Rover-Station 18 würde die Differenz zwischen den Referenz- und Rover-Phasenmessungen für die senkrecht stehenden Abstandsvektoren berechnen, die durch den Vektor d zum GPS-Satelliten 16A dargestellt sind. Die Rover-Station 70 der vorliegenden Erfindung kommt jedoch an geschätzten senkrecht stehenden Abstandsvektoren an, die durch d* dargestellt sind, anstatt an den Vektoren, die durch d dargestellt sind.
Wenn die Rover-Station 70 ihre Position in Bezug auf die Referenzstation 112 berechnet, kommt sie an einer Position 38 an, die einen Vektorpositionsversatzfehler 39 aufweist, der die gleiche Länge aufweist und in entgegen gesetzter Richtung verläuft, wie der synthetische Versatzvektor 32. Die Sicherheitsmaßnahmen in dem sicheren Prozessor 75 verhindern, dass der Benutzer die Genauigkeitskontrolle der vorliegenden Erfindung nicht ausführt, indem die gemessenen Referenzphasen anstatt der synthetischen Referenzphasen verwendet werden. Messungen durch den Rover-GPS-Empfänger 74 von verschiedenen GPS-Satelliten 16 ergeben verschiedene senkrechte Abstandsvektoren d* und letztlich die Position der Rover-Station 70 in Bezug auf die Referenzstation 112 mit dem Zusatzfehler 39. Unter Verwendung dieser Technik ist der sichere synthetische Phasenprozessor 75 in der Lage, den Zufallszusatzfehler 39 in die Position 38 einzuführen, die von der Rover-Station 70 berechnet wird.
Der Rover-GPS-Empfänger 74 bestimmt Phasenreste von derzeitigen und vorherigen synthetischen Referenzphasen und gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 74A weiter. Der Anomaliedetektor 74A erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 40 für den RTK-Betrieb ist. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Rover-Position 38. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 74A, dass der Rover-GPS-Empfänger 74 die Rover-Position 38 dem Benutzer der Rover-Station 70 bereitstellt oder sendet dem Benutzer eine Nachricht, dass die Anomalie erkannt wurde und erlaubt dem Benutzer, zu entscheiden, ob die Position 38 verwendet werden soll oder nicht. Alternativ bietet der Anomaliedetektor 74A eine Lösung für die Rover-Position 38, wo die synthetische Referenzphase und die gemessene Rover-Phase für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden. Der Effekt des Systems 70 der vorliegenden Erfindung ist, dass die Rover-Position 38 den kontrollierten Positionszusatzfehler 39 aufweist, ohne dass die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionsbestimmungslösung für die Rover-Position 38 beeinträchtigt wird.
5 ist ein Diagramm, dass eine sichere Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Rover-Station 80A oder 80B der vorliegenden Erfindung zum Empfangen herkömmlicher Referenzdaten in einem sicheren Format von einem Netzpositionsbestimmungssystem 81 zeigt. Die Rover-Station 80A–B empfängt Referenzdaten, die sichere Referenzphasen aufweisen, von dem System 81 und wählt den synthetischen Versatzvektor 32 aus, um die Positionsbestimmungsgenauigkeit zu kontrollieren, die sie bietet. Die Sicherheit der Referenzphasen kann durch die Zugriffskontrollmaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 und/oder durch Verschlüsselung geschützt sein. Das Positionsbestimmungssystem 81 umfasst einen Server 123 und ein Netz aus Referenznetzstationen, bezeichnet als 112A, 112B bis 112N, die Referenzpositionen aufweisen, die durch einen Verwertungsvorgang oder durch andere Mittel bekannt sind.
Die Referenznetzstationen 112A–N umfassen Referenz-GPS-Empfänger zum Empfangen der GPS-Signale 14 von den GPS-Satelliten 16 und zum Messen von Trägerphasen. Wenn gewünscht wird, dass die Rover-Station 80A–B der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen RTK-GPS-basierten Referenzsystemen zusammenarbeitet, können die Referenzstationen 112A–N herkömmliche Referenzstationen 12A–N sein und der Server 123 kann der herkömmliche zuvor beschriebenen Server 23 mit zusätzlichen Sicherheitsmaßnahmen zum Schützen der Referenzdaten sein. Eine der Referenzstationen, dargestellt als 112A, kann als Master-Referenzstation bezeichnet sein und die anderen Referenznetzstationen 112B–N als Hilfsstationen.
Die Referenznetzstationen 112A–N kommunizieren mit dem Server 123 in Signalen 122 und der Server kommuniziert mit der Rover-Station 80A–B mit einem Funksignal 127, das ein sicheres Datenformat aufweist, so dass die Referenzphasen nicht einfach von einem nicht autorisierten Benutzer verwendet werden können. Die Summe des virtuellen Vektors 27 und des synthetischen Versatzvektors 32 ist ein synthetischer Master-Vektor 64. Die Position der Master-Referenzstation 112A und des synthetischen Master-Vektors 64 bestimmen eine synthetische Position 133.
5A ist ein Blockdiagramm der Rover-Station 80A. Die Rover-Station 80A umfasst ein Funk-Sende-Empfangsgerät 82, einen sicheren virtuellen synthetischen Referenzphasenprozessor 83 und einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 84A, umfassend einen Anomaliedetektor 86A. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 82 empfängt Daten für die Master- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen für die Master- und Hilfsreferenznetzstationen 112A–N in dem Funksignal 127. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 82 kann ein Funk-Sende-Empfangsgerät ohne einen Sender sein, wenn keine Zweiwegekommunikation erforderlich ist. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 82 kann ein Mobiltelefon sein. Um die Datenmenge zu vermindern, die übermittelt wird, können die Referenzpositionen und -phasen für die Hilfsreferenzstation 112B–N als Differenzen von der Referenzposition und den -phasen der Master-Referenzstation 112A übermittelt werden.
Der synthetische Phasenprozessor 83 empfängt oder erzeugt oder wählt ansonsten den synthetischen Versatzvektor 32 aus und bestimmt dann die virtuelle Referenzposition 26 oder verhandelt mit dem Server 123, um die virtuelle Referenzposition 26 zu bestimmen. Die virtuelle Referenzposition 26 und der synthetische Versatzvektor 32 bestimmen die synthetische Position 133, wo die synthetische Position 133 von der virtuellen Referenzposition 26 durch den synthetischen Versatzvektor 32 getrennt ist. Der Prozessor 83 bestimmt den synthetischen Master-Vektor 64 von 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 zufällig, aber die Länge beträgt normalerweise einige Meter oder weniger.
Der Prozessor 83 verwendet dann den synthetischen Master-Vektor 64 anstatt des virtuellen Vektors 27, zusammen mit den Master- und Hilfsreferenznetzpositionen und -phasen für die Referenznetzstationen 112A–N und die dreidimensionalen Winkel zu den GPS-Satelliten 16, um auf die synthetischen Referenzphasen zu schließen, die gemessen würden, wenn die Messungen an der synthetischen Position 133 ausgeführt würden. Der Prozessor 83 gibt die synthetischen Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die synthetischen Referenzphasen an den Rover-GPS-Empfänger 84A weiter. Der Rover-GPS-Empfänger 84A misst die Phasen der gleichen GPS-Signale und verwendet die gemessenen Rover-Phasen, die Master- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen mit den synthetischen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26, um die Rover-Position 38 zu bestimmen.
5B ist ein Blockdiagramm der Rover-Station 80B. Die Rover-Station 80B ähnelt der Rover-Station 70, die zuvor beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass die Rover-Station 80B die virtuelle Referenzposition 26 anstatt der tatsächlichen Referenzposition der Referenzstation 112 verwendet. Die Rover-Station 80B umfasst ein Funk-Sende-Empfangsgerät 82, den Rover-GPS-Empfänger 84B, umfassend einen Anomaliedetektor 86B und einen sicheren synthetischen Phasenprozessor 85. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 82 empfängt Daten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen in dem Funksignal 127.
Der Prozessor 85 verwendet 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 für die GPS-Satelliten, um auf die synthetischen Referenzphasen zu schließen, die an der synthetischen Position 133 gemessen würden. Der Prozessor 85 gibt 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 verwendet die gemessenen Rover-Phasen mit den synthetischen Referenzphasen und die virtuelle Referenzposition 26, um die Rover-Position 38 zu bestimmen.
Der Rover-GPS-Empfänger 84A–B bestimmt Phasenreste von derzeitigen und vorherigen synthetischen Referenzphasen und gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 86A–B weiter. Der Anomaliedetektor 86A–B erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle, entsprechend einem ausgewählten Abstand oder einer Integritätsgrenze 40 für den RTK-Betrieb. Die Integritätsgrenze 40 entspricht einer Zone um die Rover-Position 38. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 86A–B, dass der Rover-GPS-Empfänger 84A–B die Rover-Position 38 dem Benutzer der Rover-Station 80A–B bereitstellt oder versorgt den Benutzer mit einer Benachrichtigung, dass die Anomalie erkannt wurde und erlaubt dem Benutzer zu entscheiden, ob die Position 38 verwendet werden soll oder nicht. Alternativ bietet der Anomaliedetektor 86A–B eine Lösung für die Rover-Position 38, wo die synthetische Referenzphase und die gemessene Rover-Phase für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zu gehörig ist, nicht verwendet werden.
Die Position 38, die von der Rover-Station 80A–B in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26 berechnet wird, weist den Positionszusatzversatzfehler 39 auf, der die gleiche Länge aufweist und in entgegen gesetzter Richtung verläuft, wie der synthetische Versatzvektor 32. Unter Verwendung dieser Technik ist die Rover-Station 80A–B in der Lage, den Zusatzfehler 39 in die Position 38 einzuführen, ohne dass die Integritätsgrenze 40 der RTK-Positionsbestimmungslösung für die Rover-Position 38 beeinträchtigt wird.
Die sicheren synthetischer Phasenprozessoren 83 und 85 führen eine Verarbeitung der Signale und Daten aus, die in die Grenzen der Rover-Stationen 80A und 80B auf eine Weise eingebettet sind, die es Benutzern der Rover-Stationen 80A und 80B physikalisch schwierig macht, die Verarbeitungsalgorithmen zu verändern oder Signale oder Daten anzusehen. Außerdem sind die Algorithmen, Signale, Nachrichten und Daten durch die Zugriffskontrollen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 geschützt.
6A und 6B sind Blockdiagramme Zufallsreferenzgeneratoren der vorliegenden Erfindung, bezeichnet durch die Bezugszahlen 90A beziehungsweise 90B. Der Zufallsreferenzgenerator 90A wird in den synthetischen Phasenprozessoren 63 und 83 der vorliegenden Erfindung mit einem parametrischen VRS-Modell zum Erzeugen synthetischer Referenzphasen verwendet. Der Zufallsreferenzgenerator 90B wird in den synthetischen Phasenprozessoren 35, 65, 75 und 85 der vorliegenden Erfindung mit einer tatsächlichen oder virtuellen Referenzposition zum Erzeugen synthetischer Referenzphasen verwendet. Die synthetischen Referenzphasen werden von den Systemen 30 und 50 an die RTK-GPS-Empfänger in den Rover-Stationen 118 oder 124A–C weitergegeben, um die Rover-Position 38 zu bestimmen; oder in sicheren Prozessoren innerhalb der Rover-Station 70 oder 80A–B berechnet, um die Rover Position 38 zu bestimmen.
Die Zufallsreferenzgeneratoren 90A und 90B umfassen einen Zufallsprozessvektorgenerator 170. Der Zufallsprozessvektorgenerator 170 speichert oder empfängt Werte für eine maximale Änderungsrate und eine oder mehrere maximale Dimensionen und verwendet die Werte als Eingaben für einen zufälligen oder pseudo-zufälligen Prozess zum durchgängigen Berechnen synthetischer Versatzvektoren 32. Weil die synthetischen Versatzvektoren 32 mit einem zufälligen oder fast zufälligen Prozess berechnet werden, ist es wichtig hervorzuheben, dass der Zusatzfehler 39 nicht einfach durch Benutzer oder durch Software-Programmierung in den Rover-Stationen umkehrbar ist.
Der Wert oder die Werte für maximale Dimensionen kann ein maximaler Radius zum Bereitstellen einer spherischen Fehlerzone sein, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Bereitstellen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Bereitstellen einer Kastenfehlerzone oder Ähnliches sein. Die Fehlerzonen beziehen sich auf ein Volumen oder einen dreidimensionalen Bereich des Zusatzfehlers 39 für die Rover-Position 38 um die Position für die Rover-Station, die von einer RTK-Rover-Station ohne die vorliegende Erfindung für die Genauigkeitskontrolle bestimmt würde. Beispielsweise weist der Zusatzversatz 39 für die Kastenfehlerzone mögliche Fehler x, y und z in drei Dimensionen von |x| ≤ X, |y| ≤ Y und |z| ≤ Z auf. Die Kastenfehlerzone muss keine gleichen oder orthogonalen Dimensionen aufweisen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können verwendet werden, um den Zufallsprozessvektorgenerator 170 zu beschränken, so dass der Zusatzfehler 39 auf horizontale beziehungsweise vertikale Richtungen begrenzt ist.
Der Zusatzfehler 39 kann eine verhältnismäßig große Größe, aber eine geringe Veränderungsrate in jeder Richtung aufweisen, während der Rover-GPS-Empfänger, der für den festen RTK-Betrieb gebaut ist, weiterhin die gelöste ganze Zahl der Trägerphasenzyklen für seine Positionsbestimmung verwendet. Durch das weitere Versenden der Ganzzahlen ist die Integrität der RTK-GPS-Lösung der Rover-Position 38 innerhalb der Integritätsgrenze 40 so gering wie einige Zentimeter, selbst wenn der Zusatzfehler 39 einige Meter oder mehr beträgt. Die RTK-Rover-Position 38 weist eine hohe Integrität auf, selbst wenn die Genauigkeit bei der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt ist, weil die Fehler aufgrund der Mehrwegausbreitung weitestgehend beseitigt sind. Ein Fachmann wird schätzen, dass das bloße direkte Dithern der Referenzträgerphasenmessungen und das Bereitstellen der geditherten Referenzphasen an die Rover-Station es für eine RTK-Rover-Station unmöglich machen kann, die Trägerphasen-Ganzzahl zu lösen, wodurch der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionslösung verloren geht.
Der Zufallsreferenzgenerator 90A umfasst einen Vektorsummierer 172 und einen virtuellen Referenzphasensynthetisierer 174. Der Vektorsummierer 172 summiert den synthetischen Versatzvektor 32 mit dem virtuellen Vektor 27, um den synthetischen Master-Vektor 64 zu bestimmen. Der virtuelle Referenzphasensynthetisierer 174 verwendet den synthetischen Master-Vektor 64 mit den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16 und die Master- und Hilfsreferenzpositionen und entsprechenden gemessenen Master- und Hilfsreferenz-Trägerphasen für die GPS-Signale 14, um die synthetischen Referenzphasen zu berechnen. Die synthetischen Referenzphasen werden dann wie zuvor bei den Trägerphasen beschrieben, die von dem RTK-Rover-GPS-Empfänger gemessen werden, verwendet, um die Rover-Position 38 zu berechnen.
Der Zufallsreferenzgenerator 90B umfasst einen Phasensynthetisierer 175. Der Phasensynthetisierer 175 verwendet den synthetischen Versatzvektor 32 von dem Zufallsprozessvektorgenerator 170 mit einer Referenzträgerphase und den dreidimensionalen Winkeln für die GPS-Satelliten 16, um die synthetischen Referenzphasen für die GPS-Signale 14 zu berechnen. Die Referenzträgerphase kann eine tatsächliche Referenzphasen sein, die an einer tatsächlichen Referenzposition gemessen wird, oder eine virtuelle Referenzphase, die für die virtuelle Referenzposition 26 berechnet wird. Die synthetischen Referenzphasen werden dann wie zuvor beschrieben verwendet, wobei die Trägerphasen von dem RTK-Rover-GPS-Empfänger zum Berechnen der Rover-Position 38 gemessen werden.
7 ist ein Systemdiagramm, das eine sichere Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Rover-Station 200A oder 200B der vorliegenden Erfindung für den Betrieb mit einer Referenzstation 212A beziehungsweise 212B in einem Positionsbestimmungssystem 201 zeigt. Die Rover-Station 200A–B empfängt Referenzsystemdaten in einer sicheren Form von dem 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 Rover-Station 200A–B zum Berechnen einer sicheren Position 210 verwendet. Die Rover-Station 200A–B dithert dann die sichere Position 210 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um einem Benutzer der Rover-Station 200A–B eine ungesicherte Rover-Position 238 bereitzustellen, die einen Positionszusatzfehler 239 aufweist.
Der Vektor für den Positionszusatzfehler 239 hat die gleiche Länge und Richtung wie der synthetische Versatzvektor 232. Doppeldifferenz-Phasenreste werden in den Rover-Stationen 200A–B überwacht, um eine Integritätsgrenze 240 für den RTK-Betrieb um die sichere Position 210 aufrecht zu erhalten. Die Integritätsgrenze 240 ist eine äußere Grenze einer Zone um die sichere Position 210. Der Positionszusatzfehler 239 versetzt die sichere Position 210 zur unsicheren Position 238, ohne die Integritätsgrenze 240 um die unsichere Position 238 zu beeinträchtigen. Die Integritätsgrenze 240 kann 20 cm oder weniger betragen. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 232 und der Positionszusatzfehler 239 sind zufällig, aber die Länge beträgt normalerweise einige Meter oder weniger.
Die Referenzstation 212A–B weist eine Referenzposition auf, die durch Vermessung oder andere Mittel zum Empfangen von GPS-Signalen 14 von GPS-Satelliten 16 und Messen von Referenzträgerphasen bereitgestellt ist. Der synthetische Versatzvektor 232 und die Referenzposition bestimmen eine synthetische Position 233 der Referenzstation 212A–B. Die Referenzstation 212A–B sendet ein Funksignal 217, das die sicheren Referenzdaten für die gemessenen Referenzphasen und die Referenzposition aufweist, an die Rover-Station 200A–B. Informationen für den synthetischen Versatzvektor 232 können die sicheren Referenzdaten umfassen, die an die Rover-Station 200A gesendet werden oder innerhalb der Rover-Station 200B erzeugt oder in der Rover-Station 200A von einer anderen sicheren Quelle empfangen werden. Wenn gewünscht wird, dass die Rover-Station 200B der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen RTK-GPS-basierten Referenzsystemen arbeitet, kann die Referenzstation 212B eine zuvor beschriebene herkömmliche Referenzstation 12 sein, mit zusätzlicher Sicherheit für die Referenzdaten, die an die Rover-Station 100B gesendet werden.
7A ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Referenzstation 212A und der Rover-Station 200A, wobei die Referenzstation 212A den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Die Referenzstation 212A umfasst einen Referenz-GPS-Empfänger 252, einen Referenzpositionsspeicher 254, einen synthetischen Vektorgenerator 62, einen sicheren Referenzdaten-Provider 262 und einen Funkwandler 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 synthetische Vektorgenerator 260 erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232. Der sichere Datenprovider 262 verarbeitet die Referenzphasen, die Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor 232 in ein sicheres Format für die Referenzdaten. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 264 gibt die sicheren Referenzdaten in dem Funksignal 217 an die Rover-Station 200A aus.
Die Rover-Station 200A umfasst ein Funk-Sende-Empfangsgerät 272, einen RTK-Rover-GPS-Empfänger 274, umfassend einen Anomaliedetektor 275 und einen Position-Dither-Prozessor 277. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 272 kann durch einen Funkempfänger ohne einen Sender ersetzt werden, wenn keine Zweiwegekommunikation erforderlich ist. Ein Mobiltelefon kann für das Funk-Sende-Empfangsgerät 272 verwendet werden.
Das Funk-Sende-Empfangsgerät 272 empfängt die sicheren Referenzdaten für den synthetischen Versatzvektor 232 und eine Referenzposition und gemessene Referenzphasen in dem Funksignal 217; und gibt die Referenzposition und -phasen an den GPS-Empfänger 274 und den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positions-Dither-Prozessor 277 weiter. Der GPS-Empfänger 274 misst die Trägerphasen für die GPS-Signale 14 für die gleichen GPS-Satelliten 16 und berechnet die Differenzen zwischen den Referenz- und Rover-Phasenmessungen. Die Phasendifferenzen führen zu geschätzten senkrecht stehenden Abstandsvektoren, die durch den Vektor d für das GPS-Signal 14A wie zuvor beschrieben zum Bestimmen der sicheren Rover-Position 210 dargestellt sind.
Der Positions-Dither-Prozessor 277 dithert die sichere Rover-Positionen 210 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die Rover-Position 238 bereitzustellen, die den Positionszusatzfehler 239 aufweist. Vorzugsweise ist der Positions-Dither-Prozessor 277 ein kodierter Algorithmus, der in einem Speicher oder in einer Signalverarbeitungs-Hardware eingebettet ist, der gelesen oder anderweitig von der Hardware und Software in dem Rover-GPS-Empfänger 274 verarbeitet wird. Sowohl der Rover-GPS-Empfänger 274 als auch der Positions-Dither-Prozessor 277 müssen vor unerlaubten Änderungen durch Benutzer der Rover-Station 200A sicher gemacht werden, um zu verhindern, dass Benutzer die Genauigkeitskontrolle rückgängig machen, die durch die Rover-Station 200A bereitgestellt ist.
Der Rover-GPS-Empfänger 274 bestimmt Doppeldifferenz-Phasenreste von derzeitigen und vorherigen Referenzphasen und derzeitigen und vorherigen gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 275 weiter. Der Anomaliedetektor 275 erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einem ausgewählten Abstand für die Integritätsgrenze 240. Die Integritätszone um die sichere Position 210 wird von dem Positions-Dither-Prozessor 277 zur Integritätszone 240 um die geditherte Rover-Position 238 gesendet. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 275, dass der Position-Dither-Prozessor 277 die Rover-Position 238 dem Benutzer der Rover-Station 200 bereitstellt oder den Benutzer benachrichtigt, dass die Anomalie erkannt wurde und dem Benutzer erlaubt, zu entscheiden, ob die Position 238 zu verwenden ist oder nicht. Alternativ bietet der Anomaliedetektor 275 eine Lösung für die sichere Position 210 und der Positions-Dither-Prozessor 277 stellt die Rover-Position 238 bereit, wobei die Referenzphase und die gemessene Rover-Phase für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden.
7B ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Referenzstation 212B und der Rover-Station 200B, wobei die Rover-Station 200B den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Die Referenzstation 212B und die Rover-Station 200B arbeiten wie zuvor beschrieben für die Referenzstation 212A und die Rover-Station 200A, mit der Ausnahme, dass der synthetische Versatzvektor 232 von dem synthetischen Vektorgenerator 260 in der Rover-Station 200B erzeugt wird.
8 ist ein Systemdiagramm, dass eine sichere Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Rover-Station 300A, 300B, 300C oder 300D der vorliegenden Erfindung für den Betrieb mit einem Server 323A, 323B, 323C beziehungsweise 323D in einem Netzpositionsbestimmungssystem zeigt, das allgemein mit dem Bezugszeichen 301 bezeichnet ist. Die Rover-Station 300A–D empfängt die sicheren Referenzsystemdaten von dem System 301 und empfängt oder erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 zum Kontrollieren der Positionsbestimmungsgenauigkeit, die es bereitstellt. Der synthetische Versatzvektor 232 versetzt die virtuelle Referenzposition 26 für das System 301 zu einer synthetischen Position 333. Die Referenzdaten werden von der Rover-Station 300A–D verwendet, um eine sichere Position 310 zu berechnen.
Die Rover-Station 300A–D verwendet dann den synthetischen Versatzvektor 232, um die sichere Position 310 zu dithern, um einem Benutzer der Rover-Station 300A–D eine unsichere Rover-Position 338 bereitzustellen, die den Positionszusatzfehler 239 aufweist. Die Integritätsgrenze 240 für den RTK-Betrieb stellt die Außengrenze einer Zone um die sichere Position 310 dar. Der Positionszusatzfehler 239 versetzt die sichere Position 310 zur unsicheren Position 338, ohne die Integritätsgrenze 240 zu beeinträchtigen, so dass die Integritätsgrenze 240 die Außengrenze einer Zone um die Position 338 wird. Der Vektor für den Positionszusatzfehler 239 hat die gleiche Länge und Richtung wie der synthetische Versatzvektor 232. Die Länge und Richtung des synthetischen Versatzvektors 232 und der Positionszusatzfehler 239 sind zufällig, aber die Länge beträgt normalerweise einige Meter oder weniger.
Das Positionsbestimmungssystem 301 umfasst ein Netz von Referenznetzstationen, die mit 312A, 312B bis 312N bezeichnet sind und Referenzpositionen aufweisen, die durch Vermessung oder 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, die die Referenzsystemdaten für die gemessenen Phasen aufweisen, an den Server 323A–D. Die sicheren Referenzdaten können Informationen für den synthetischen Versatzvektor 232 umfassen, die an die Rover-Station 300A, C gesendet werden, oder innerhalb der Rover-Station 300B, D erzeugt werden oder in der Rover-Station 300A, C von einer anderen sicheren Quelle empfangen werden. Der Server 323A–D kommuniziert mit einem Funksignal 325, um Referenzdaten in einem sicheren Format an die Rover-Station 300A–D zu senden. Eine der Referenzstationen, dargestellt als 312A, kann als Master-Referenzstation bezeichnet werden und die anderen Referenznetzstationen 312B–N als Hilfsreferenzstationen.
Das System 301 bestimmt die virtuelle Referenzposition 26 und den virtuellen Vektor 27 von der Master-Referenzstation 312A zur virtuellen Referenzposition 26. Wenn gewünscht wird, dass die Rover-Station 300B, D der vorliegenden Erfindung mit vorhandenen RTK-GPS-basierten Referenzsystemen arbeiten soll, können der Server 323D und die Referenzstationen 312A–N der Server 23 und die Referenzstationen 12A–N des Stands der Technik sein, mit der zusätzlichen Sicherheit für die Referenzdaten, die zur Rover-Station 300B, D gesendet werden. Es sollte beachtet werden, dass die Elemente des Servers 323A–D sich nicht an einem physikalischen Standort befinden müssen.
8A ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den Server 323A und die Rover-Station 300A, wobei der Server 323A den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323A umfasst den synthetischen Vektorgenerator 260, einen VRS-Positionsphasenprozessor 353, umfassend einen Anomaliedetektor 353, einen sicheren Referenzdaten-Provider 354 und ein Funk-Sende-Empfangsgerät 356. Der synthetische Vektorgenerator 260 erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und gibt ihn an den sicheren Datenprovider 354 weiter.
Der VRS-Referenzpositionsphasenprozessor 352 empfängt die Master- und Hilfsreferenzphasen von den Referenzstationen 312A–N in dem Signal 322. Die Master- und Hilfsreferenzpositionen werden von dem Prozessor 352 einbehalten oder in dem Signal 322 empfangen. Der Prozessor 352 verwendet die virtuelle Referenzposition 26 mit den Master- und Hilfspositionen und -phasen von den Referenzstationen 312A–N, um virtuelle Referenzphasen für die GPS-Signale 14 zu bestimmen, die auf die virtuelle Referenzposition 26 bezogen sind und gibt die Referenzdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen an den sicheren Datenprovider 354 weiter. Der Anomaliedetektor 353 überwacht Doppeldifferenz-Phasenreste zwischen den derzeitigen und vorherigen gemessenen Phasen zwischen den Referenzstationen 312A–N, um zu verhindern, dass die Referenzdaten von der Rover-Station 300A verwendet werden, wenn eine der derzeitigen Referenzphasen außerhalb einer Phasenrestschwelle entsprechend der Integritätsgrenze 240 liegt.
Der sichere Datenprovider 354 verarbeitet die Referenzdaten in einem sicheren Format und gibt die sicheren Referenzdaten an das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 weiter. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 gibt die sicheren Referenzdaten in dem Funksignal 325 an die Rover-Station 300A aus. Die Rover-Station 300A umfasst den Position-Dither-Prozessor 277, einen Funkempfänger 362 und einen Rover-RTK-GPS-Empfänger 364, umfassend einen Anomaliedetektor 365. Der Funkempfänger 362 empfängt sichere Referenzdaten in dem Funksignal 325 und gibt die Referenzsystempositions- und Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 364 und den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positions-Dither-Prozessor 277 weiter. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 kann ein Funkempfänger ohne einen Sender sein, wenn keine Zweiwegekommunikation erforderlich ist. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 kann ein Mobiltelefon 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 verwendet dann die Referenzsystempositions- und Phasendaten zum Korrigieren der Trägerphasen, die er misst und kommt letztlich an der sicheren Position 310 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26 an.
Der Rover-GPS-Empfänger 364 bestimmt Phasenreste von derzeitigen und vorherigen Referenzphasen und gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 365 weiter. Der Anomaliedetektor 365 erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 240. Die Integritätsgrenze 240 entspricht einer Zone um die Rover-Position 310. Der Positions-Dither-Prozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die Integritätsgrenze 240 zur unsicheren Position 338 zu übertragen, die den Zusatzfehler 239 aufweist. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 362, dass der Rover-GPS-Empfänger 364 die sichere Rover-Position 310 an den Positions-Dither-Prozessor 277 bereitstellt und verhindert letztlich, dass die Rover-Station 300A dem Benutzer der Rover-Station 300A die Rover-Position 338 bereitstellt. Alternativ stellt der Anomaliedetektor 365 die Position 338 bereit, wobei die gemessenen Referenz- und Rover-Phasen für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden.
8B ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den Server 323B und die Rover-Station 300B, wobei die Rover-Station 300B den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323B umfasst den VRS-Positionsphasenprozessor 352, umfassend den Anomaliedetektor 353, den sicheren Datenprovider 354 und das Funk-Sende-Empfangsgerät 356, wie zuvor beschrieben. Die Rover-Station 300B umfasst den synthetischen Vektorgenerator 260, den Positions-Dither-Prozessor 277, das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 und den Rover-RTK-GPS-Empfänger 364, umfassend den Anomaliedetektor 365, wie zuvor beschrieben.
Das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 sendet die Referenzsystemdaten für die virtuelle Referenzposition 26 und die virtuellen Referenzphasen in einem sicheren Format in dem Funksignal 325 an die Rover-Station 300B. Der synthetische Vektorgenerator 260 in der Rover-Station 300B gibt den synthetischen Versatzvektor 232 an den Positions-Dither-Prozessor 277 weiter. Der Positions-Dither-Prozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die unsichere Rover-Position 338 dem Benutzer der Rover-Station 300B bereitzustellen, die die Integritätsgrenze 240 aufweist.
8C ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den Server 323C und die Rover-Station 300C, wobei der Server 323C den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323C umfasst den synthetischen Vektorgenerator 260, einen Referenz-Server-Prozessor 368, den sicheren Datenprovider 354 und das Funk-Sende-Empfangsgerät 356. Der synthetische Vektorgenerator 260 erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und gibt ihn an den sicheren Datenprovider 354 weiter.
Der Referenz-Server-Prozessor 368 empfängt die Master- und Hilfsreferenzphasen von den Referenzstationen 312A–N in dem Signal 322. Die Master- und Hilfsreferenzpositionen werden von dem Prozessor 368 eingehalten oder werden in dem Signal 322 empfangen. Der Prozessor 368 gibt die Master- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen an den sicheren Datenprovider 354 weiter.
Der sichere Datenprovider 354 verarbeitet die Referenzdaten in einem sicheren Format und gibt die sicheren Referenzdaten an das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 weiter. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 gibt die sicheren Referenzdaten im Funksignal 325 an die Rover-Station 300C aus. Die Rover-Station 300C umfasst den Positions-Dither-Prozessor 277, das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 und einen Rover-RTK-GPS-Empfänger 374, umfassend einen Anomaliedetektor 375. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 empfängt sichere Referenzdaten in dem Funksignal 325 und gibt die Referenzsystem-Position- und Phasendaten an den Rover-GPS-Empfänger 374 und den synthetischen Versatzvektor 232 an den Position-Dither-Prozessor 277 weiter. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 kann ein Funkempfänger ohne einen Sender sein, wenn Zweiwegekommunikation nicht erforderlich ist. Das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 kann ein Mobiltelefon sein.
Der Rover-GPS-Empfänger 374 misst Trägerphasen für die GPS-Signale 14 für die gleichen GPS-Satelliten 16 wie die Referenzstationen 312A–N und verwendet dann die Referenzsystemposition und -phasendaten zum Korrigieren der Trägerphasen, die er misst und kommt schließlich an der sicheren Position 310 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26 an. Die sichere Position 310 wird an den Position-Dither-Prozessor 277 weitergegeben.
Der Rover-GPS-Empfänger 374 bestimmt Phasenreste von derzeitigen und vorherigen Referenzphasen und gemessenen Rover-Phasen und gibt die Phasenreste an den Anomaliedetektor 375 weiter. Der Anomaliedetektor 375 erkennt eine Phasenrestanomalie, wenn der Phasenrest größer ist als eine Phasenschwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze 240. Die Integritätsgrenze 240 entspricht der Außengrenze einer Zone um die Rover-Position 310. Der Position-Dither-Prozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um die Integritätsgrenze 240 an die unsichere Rover-Position 338 zu übermitteln, die den Positionszusatzfehler 239 in Bezug auf die virtuelle Referenzposition 26 aufweist. Wenn eine Anomalie erkannt wird, verhindert der Anomaliedetektor 375, dass der Rover-GPS-Empfänger 374 die sichere Rover-Position 310 dem Position-Dither-Prozessor 277 bereitstellt und verhindert letztlich, dass die Rover-Station 300C dem Benutzer der Rover-Station 300C die Rover-Position 338 bereitstellt. Alternativ bietet der Anomaliedetektor 375 eine Lösung für die Rover-Position 338, wobei die Referenzphasen und die gemessene Rover-Phase für das bestimmte GPS-Signal 14, das der Anomalie zugehörig ist, nicht verwendet werden.
8D ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform für den Server 323D und die Rover-Station 300D, wobei die Rover-Station 300D den synthetischen Versatzvektor 232 erzeugt. Der Server 323D umfasst den Referenz-Server-Prozessor 368, den sicheren Daten-Provider 354 und das Funk-Sende-Empfangsgerät 356, wie zuvor beschrieben. Die Rover-Station 300D umfasst den synthetischen Vektorgenerator 260, den Positions-Dither-Prozessor 277, das Funk-Sende-Empfangsgerät 362 und den Rover-RTK-GPS-Empfänger 374, umfassend den Anomaliedetektor 375, wie zuvor beschrieben.
Das Funk-Sende-Empfangsgerät 356 sendet die Referenzsystemdaten für die Master- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen (oder die Differenz zwischen den Master- und Hilfspositionen und -phasen) in einem sicheren Format in dem Funksignal 325 an die Rover-Station 300D. Der synthetische Vektorgenerator 260 in der Rover-Station 300D erzeugt den synthetischen Versatzvektor 232 und gibt ihn an den Position-Dither-Prozessor 277 weiter. Der Position-Dither-Prozessor 277 dithert die sichere Position 310 mit dem synthetischen Versatzvektor 232, um dem Benutzer der Rover-Station 300D die unsichere Rover-Position 338 bereitzustellen.
Unter Verwendung dieser Techniken ist die sichere Rover-Station 200A–B, 300A–D in der Lage, den Zufallszusatzfehler 239 in die Position 238, 338 einzuführen, die von der Rover-Station 200A–B, 300A–D bereitgestellt wird, ohne dass die Integritätsgrenze 240 beeinträchtigt wird, 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 Position-Dither-Prozessor 277 müssen vor unerlaubten Änderungen durch Benutzer sicher sein, um zu verhindern, dass Benutzer die Genauigkeitskontrolle rückgängig machen, die von der Rover-Station 200A–B, 300A–D bereitgestellt wird.
Anomaliedetektoren, wie 63A, 66A, 74A, 86A–B, 120, 126A–C, 275, 353, 365 und 375 wurden zuvor beschrieben. Sie erkennen Anomalien (auch bekannt als Ausreißer) für Phasenreste auf Satelliten-nach-Satelliten-Basis für Echtzeit-kinematische(RTK)-Positionsbestimmungen. Die Anomalie wird erkannt, wenn der Phasenrest eine ausgewählte Phasenrestgrenze überschreitet. Die Phasenrestgrenze wird ausgewählt, so dass, wenn die Phasenreste innerhalb der Phasenrestgrenze liegen, die Positionsbestimmung die bezeichnete Integritätsgrenze 40, 240 aufweist.
Die Algorithmen, Signale, Nachrichten und Daten in dem Rover-GPS-Empfänger 274, 364, 374, dem Position-Dither-Prozessor 277 und die Referenzdaten in den Signalen 127, 217 und 325 werden mit den Zugriffskontrollmaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 bereitgestellt. 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 der Signale und Daten aus, die in den Grenzen der Rover 200A–B und 300A–D auf eine Weise eingebettet sind, die es für einen nicht autorisierten Benutzer der Rover 200A–B von 300A–D mechanisch und elektrisch schwierig macht, die Algorithmen zu verändern oder die Signale oder Daten anzusehen. Alle Benutzer sind nicht autorisierte Benutzer, sofern sie nicht von dem Provider der Algorithmen, Signale oder Daten als autorisierte Benutzer bestimmt sind.
Es ist anzumerken, dass das Positionsbestimmungssystem 30, 50, 71, 81, 201 oder 301 als Basis für einen Gebühren-basierten RTK-GPS-Service verwendet werden könnte, wobei der Preis für den Service auf der Genauigkeit der Positionsbestimmung basiert.
9 ist ein Blockdiagramm, das den synthetischen Vektorgenerator 260 und den Position-Dither-Prozessor 277 darstellt. Der synthetische Vektorgenerator 260 umfasst einen Zufallsprozessvektorgenerator 380. Der Zufallsprozessvektorgenerator 380 speichert oder empfängt Werte für eine maximale Änderungsrate und eine oder mehrere maximale Dimensionen und verwendet die Werte als Eingaben in einem zufälligen oder pseudo-zufälligen Prozess zum kontinuierlichen Berechnen des synthetischen Versatzvektors 232. Der Position-Dither-Prozessor 277 umfasst einen Summierer 382 zum Summieren des synthetischen Versatzvektors 232 mit der sicheren Position 210, 310. Es ist wichtig hervorzuheben, dass, weil der synthetische Versatzvektor 232 der gleiche wie der Positionszusatzfehler 239 ist und der synthetische Versatzvektor 232 mit einem zufälligen oder fast zufälligen Prozess berechnet wird, der Positionszusatzfehler 239 nicht einfach durch nicht autorisierte Benutzer umkehrbar ist.
Der Wert oder Werte für maximale Dimensionen kann/können ein maximaler Radiuswert zum Bereitstellen einer spherischen Fehlerzone, ein maximaler Radius und eine maximale Länge zum Bereitstellen einer zylindrischen Fehlerzone, drei maximale Längen X, Y und Z zum Bereitstellen einer Kastenfehlerzone oder Ähnliches sein. Die Fehlerzonen betreffen ein Volumen oder einen dreidimensionalen Bereich des Positionszusatzfehlers 239 für die geditherte (unsichere) Rover-Position 238, 338 um die sichere Rover-Position 210, 310. Beispielsweise weist der Positionszusatzfehler 239 für die Kastenfehlerzone mögliche Fehler x, y und z in drei Dimensionen von |x| ≤ X, |y| ≤ Y und |z| ≤ Z auf. Die Kastenfehlerzone muss keine gleichen oder orthogonalen Dimensionen aufweisen. Die Werte für die maximalen Dimensionen z = 0 oder x und y = 0 können verwendet werden, um den Zufallsprozessvektorgenerator 380 zu beschränken, so dass der Zusatzfehler 239 auf horizontale beziehungsweise vertikale Richtungen begrenzt ist.
Der Zusatzfehler 239 kann von verhältnismäßig großer Größe in beliebiger Richtung sein, während der Rover-GPS-Empfänger, der für den festen RTK-Betrieb gebaut ist, weiterhin die gelöste Ganzzahl Trägerphasenzyklen für seine Positionsbestimmung verwendet. Indem die Ganzzahlen weiterhin gelöst werden, ist die Integrität der RTK-GPS-Lösung der Rover-Position 238, 338 innerhalb der Integritätsgrenze 240 bis zu wenige Zentimeter klein, selbst wenn der Zusatzfehler 239 einige Meter oder mehr beträgt. Die RTK-Rover-Position 238, 338 weist eine hohe Integrität auf, wenn die Genauigkeit in der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt wird, weil die Fehler aufgrund der Mehrwegausbreitung in hohem Maße beseitigt werden. Ein Fachmann wird schätzen, dass bloßes direktes Dithern der Referenzposition und Bereitstellen der geditherten Referenzposition an den Rover es für eine RTK-Rover-Station unmöglich machen könnte, die Trägerphasen-Ganzzahl zu lösen, wodurch der Vorteil der hohen Integrität der RTK-Positionslösung verloren geht.
10 ist ein Flussdiagramm von Schritten in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen der synthetischen Referenzphasen von dem Referenzsystem 30, das eine Referenzstation zu einer oder mehreren Rover-Stationen aufweist. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 600 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Das Medium 600 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen gebaut sein, wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten in einem Schritt 602 ausgewählt. In einem Schritt 604 werden von einem Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Empfänger GPS-Signale an der Referenzstation empfangen. In einem Schritt 606 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale an einer Referenzposition.
Eine synthetische Position wird durch die Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor bestimmt. In einem Schritt 608 verwendet das Referenzsystem den synthetischen Versatzvektor und die gemessenen Referenzphasen, um die synthetischen Referenzphasen für die GPS-Signale zu bestimmen, die an der synthetischen Position empfangen würden. In einem Schritt 612 sendet das Referenzsystem synthetisierte Referenzdaten, umfassend die synthetischen Referenzphasen an die Rover-Station.
Eine GPS-Rover-Station, die einen RTk-GPS-Empfänger aufweist, empfängt die synthetisierten Referenzdaten in einem Schritt 614. In einem Schritt 616 empfängt der Rover-GPS-Empfänger die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten. In einem Schritt 618 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der gleichen GPS-Signale. In einem Schritt 622 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. In einem Schritt 624 verwendet die Rover-Station, wenn die Integrität überprüft worden ist, die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die Rover-Phasen zum Bestimmen ihrer Position. Die Position, die von der Rover-Station bestimmt wird, weist die gleiche RTK-Integrität auf, als ob sie mit den Phasen für die Referenzposition bestimmt würden, aber mit einem Zusatzversatzfehler, der der Rover-Station nicht bekannt ist, der die gleiche Länge wie der synthetische Versatzvektor aufweist.
11 ist ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen der synthetischen Referenzphasen von einem Referenznetzsystem, wie dem Referenznetzsystem 50, an eine oder mehrere Rover-Stationen. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 650 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Das Medium 650 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem gebaut sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten in dem Schritt 602 ausgewählt. In einem Schritt 652 ist eine der Referenzstationen des Netzes als Master-Referenzstation bezeichnet. In einem Schritt 654 werden GPS-Signale an den Referenznetzstationen empfangen. In einem Schritt 656 messen die Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-Empfänger an den Referenzstationen die Referenznetzphasen für die Träger der GPS-Signale an Referenznetzpositionen.
Eine virtuelle Referenzposition wird von dem System ausgewählt oder zwischen dem System und der Rover-Station in einem Schritt 662 verhandelt. In einem Schritt 664 wird ein virtueller Vektor zwischen der Position der Master-Referenzstation und der virtuellen Referenzposition berechnet. In einem Schritt 666 wird ein synthetischer Master-Vektor durch Addieren des virtuellen Vektors und des synthetischen Versatzvektors berechnet. Eine synthetische Position wird durch die virtuelle Referenzposition und den synthetischen Versatzvektor bestimmt oder äquivalent durch die Position der Master-Referenzstation und den synthetischen Master-Vektor. In einem Schritt 674 verwendet das System den synthetischen Master-Vektor, die Referenznetzpositionen und die gemessenen Referenznetzphasen, um die synthetischen Referenzphasen mathematisch zu bestimmen, die für GPS-Signale gemessen würden, die an der synthetischen Position empfangen werden. In einem Schritt 675 verwendet das Referenzsystem Doppeldifferenz-Phasenreste der Master- und Hilfsreferenzphasen zum Testen der Integrität. In einem Schritt 676 sendet das System, wenn die Integrität der Referenzphasen bestimmt worden ist, synthetisierte Referenzdaten, umfassend die synthetischen Referenzphasen. In einem Schritt 678 empfängt die Rover-Station die synthetischen Referenzdaten.
Eine GPS-Rover-Station, die einen Echtzeit-kinematische(RTK)-GPS-Empfänger aufweist, 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 Rover-Phasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. In einem Schritt 686 verwendet die Rover-Station, wenn die Integrität überprüft worden ist, die synthetischen Referenzphasen zum Bestimmen ihrer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Rover-Station bestimmt wird, weist die gleiche Integrität auf, als würde sie in einer RTK-Lösung mit den Phasen für die virtuelle Referenzposition, aber mit einem Zusatzversatzfehler bestimmt, der der Rover-Station unbekannt ist, der die gleiche Länge wie der synthetische Versatzvektor aufweist.
12 ist ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen in einer Rover-Station, wie der Rover-Station 70, und dann zum Verwenden der synthetischen Referenzphasen zum Berechnen einer Rover-Station, die einen Zusatzfehler aufweist. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 700 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Das Medium 700 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtung/en wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem gebaut sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten in einem sicheren synthetischen Phasenprozessor in der Rover-Station in einem Schritt 702 ausgewählt. In einem Schritt 704 werden GPS-Signale an einer Referenzposition von einem Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-Empfänger in einer GPS-Referenzstation empfangen. Eine synthetische Position wird von der Referenzposition und dem synthetischen Versatzvektor bestimmt. In einem Schritt 706 misst der Referenz-GPS-Empfänger Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 708 sendet das Referenzsystem ein Signal, das sichere Referenzdaten aufweist, die die Referenzposition und gemessene Referenzphasen umfassen.
Der Rover-GPS-Empfänger empfängt die sicheren Referenzdaten von dem 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 verwendet die Rover-Station die Referenzposition und -phasen und den synthetischen Versatzvektor, um auf die synthetischen Referenzphasen von den GPS-Signalen zu schließen, die an der synthetischen Position empfangen würden. In einem Schritt 723 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. In einem Schritt 724 verwendet der Rover-GPS-Empfänger, wenn die Integrität überprüft worden ist, die Referenzposition, die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen zum Bestimmen seiner Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Rover-Station bestimmt wird, weist die gleiche RTK-Integrität auf, als würde sie mit den echten Referenzphasen bestimmt, aber mit einem Zusatzversatzfehler, der der Rover-Station unbekannt ist, der die gleiche Länge wie der synthetische Versatzvektor aufweist.
13 ist ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Berechnen synthetischer Referenzphasen in einer Rover-Station, wie der Rover-Station 80A oder 80B und dann zum Verwenden der synthetischen Referenzphasen zum Berechnen einer Rover-Position, die einen Zusatzfehler aufweist. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 750 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszufahren. Das Medium 750 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem gebaut sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten in einem sicheren Phasenprozessor in der Rover-Station in Schritt 702 ausgewählt. In einem Schritt 752 wird eine von einem Netz von Referenzstationen ausgewählt oder als Master-Referenzstation bezeichnet. In einem Schritt 754 werden GPS-Signale von den Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-Empfängern an GPS-Referenznetzstationen empfangen. In einem Schritt 756 messen die Referenz-GPS-Empfänger Referenznetzphasen für die Träger der GPS-Signale.
Eine virtuelle Referenzposition wird von dem System ausgewählt oder zwischen dem System und der Rover-Station in einem Schritt 762 verhandelt. In einem Schritt 764 wird ein virtueller Vektor von der Position der Master-Referenzstation zur virtuellen Referenzposition berechnet. Eine synthetische Position wird von der virtuellen Referenzposition und dem synthetischen Versatzvektor bestimmt. In einem Schritt 774 berechnet das System oder die Rover-Station virtuelle Referenzphasen von dem virtuellen Referenzvektor und den Referenznetzpositionen und -phasen. In einem Schritt 776 sendet das System sichere Referenzdaten, die die gemessenen Master- und Hilfsreferenzpositionen und -phasen oder die virtuelle Referenzposition und -phasen aufweisen, an die Rover-Station.
Der Rover-GPS-Empfänger empfängt die GPS-Signale von den gleichen GPS-Satelliten in einem Schritt 778. In einem Schritt 782 misst der Rover-GPS-Empfänger die Trägerphasen der GPS-Signale. In einem Schritt 784 verwendet die Rover-Station den synthetischen Versatzvektor direkt oder indirekt durch den synthetischen Master-Vektor (berechnet durch Addieren des virtuellen Vektors und des synthetischen Versatzvektors) und die virtuelle Referenzposition und -phasen oder die Master- und Hilfspositionen und -phasen zum Berechnen der synthetischen Referenzphasen für die synthetische Position. In einem Schritt 785 werden die synthetischen Referenzphasen und die gemessenen Rover-Phasen zum Testen der Integrität der Phasenmessungen verwendet. In einem Schritt 786 verwendet der Rover-GPS-Empfänger, wenn die Integrität überprüft worden ist, die virtuelle Referenzposition und -phasen und die synthetischen Referenzphasen zum Bestimmen einer Position. Die Genauigkeit der Position, die von der Rover-Station bestimmt wird, weist die gleiche RTK-Integrität auf, als würde sie für die virtuellen Referenzphasen bestimmt, aber mit einem Zusatzversatzfehler, der der Rover-Station nicht bekannt ist, der die gleiche Länge aufweist, wie der synthetische Versatzvektor.
14 ist ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Addieren eines Fehlers, der zuvor als Zusatzfehler 239 gezeigt und beschrieben wurde, zu einer Rover-Position. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 800 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Das Medium 800 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem gebaut sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten der Rover-Station in einem Schritt 802 ausgewählt. In einem Schritt 804 werden GPS-Signale von den Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-Empfängern an einer Referenzposition 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 in einem sicheren Format an die Rover-Station umfassen.
Die sichere Rover-Station 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 Rover-Phasen auf die Integrität der Phasenmessungen getestet. In einem Schritt 822 verwendet der Rover-GPS-Empfänger die Referenzdaten und die Rover-GPS-Phasenmessungen, um eine sichere Rover-Position zu bestimmen. Die sichere Position wird normalen Benutzern der Rover-Station nicht zur Verfügung gestellt. In einem Schritt 824 dithert die Rover-Station die sichere Rover-Position mit dem synthetischen Versatzvektor von dem Schritt 802, um den Benutzern der sicheren Rover-Station eine unsichere Rover-Position bereitzustellen. Die unsichere Rover-Position weist den Zusatzfehler auf, der dem synthetischen Positionsversatz äquivalent ist.
15 ist ein Flussdiagramm von Schritten eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Addieren eines Fehlers, der zuvor als Zusatzfehler 239 gezeigt und beschrieben wurde, zu einer Rover-Position. Die vorliegende Erfindung kann in einem greifbaren Medium 850 ausgeführt sein, das Anweisungen enthält, die von einem Prozessor oder von Prozessoren gelesen werden können, um das System zu veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszufahren. Das Medium 850 kann mit einer oder mehreren Speichervorrichtungen wie Compact Disks, elektronischen Speicherchips, Festplatten, digitalen DVDs oder Ähnlichem gebaut sein. Der Prozessor kann eine Vorrichtung sein, die allgemein als Computer oder als Mikroprozessor bekannt ist.
Ein synthetischer Versatzvektor wird empfangen oder erzeugt oder ansonsten in einem Schritt 802 ausgewählt. In einem Schritt 852 wird eine von einem Netz von Referenzstationen ausgewählt oder als Master-Referenzstation bezeichnet. In einem Schritt 854 werden GPS-Signale von den Echtzeit-kinematischen(RTK)-GPS-Empfängern an GPS-Referenznetzstationen empfangen. In einem Schritt 856 messen die Referenz-GPS-Empfänger Referenznetzphasen für die Träger der GPS-Signale.
Eine virtuelle Referenzposition wird von dem System ausgewählt oder zwischen dem System und der Rover-Station in einem Schritt 862 verhandelt. In einem Schritt 864 wird ein virtueller Vektor von der Position der Master-Referenzstation zur virtuellen Referenzposition berechnet. In einem Schritt 874 berechnet das System oder der Rover virtuelle Referenzphasen von dem virtuellen Referenzvektor und den Referenznetzpositionen und -phasen. In einem Schritt 876 sendet das System Referenzdaten, umfassend die Referenzphasen in einem sicheren Format an die Rover-Station. In einem Schritt 877 empfängt die sichere Rover-Station die Referenzdaten.
Ein GPS-Empfänger in der Rover-Station 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 Referenznetz- und Rover-Phasen auf die Integrität der Phasenmessungen getestet. In einem Schritt 884 verwendet der Rover-GPS-Empfänger die Referenznetz- und die Rover-GPS-Phasenmessungen, um eine sichere Rover-Position zu bestimmen. Die sichere Position wird normalen Benutzern der Rover-Station nicht zur Verfügung gestellt. In einem Schritt 886 dithert die Rover-Station die sichere Rover-Position mit dem synthetischen Versatzvektor, um Benutzern der Rover-Station eine unsichere Rover-Position zur Verfügung zu stellen. Die unsichere Rover-Position weist den Zusatzfehler auf, der dem synthetischen Versatzvektor äquivalent ist.
Die Referenzdaten, Rover-Stationen und Bauteile der Rover-Stationen sind in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung als sicher beschrieben. Im Zusammenhang der Erfindung bedeutet die Bezeichnung „sicher”, dass Sicherheitsvorkehrungen getroffen wurden, um zu verhindern oder vorzubeugen, dass nicht autorisierte Benutzer die Signale, die Daten oder die Algorithmen in den sicheren Elementen ansehen, auf sie zugreifen oder sie verändern. Die Sicherheitsvorkehrungen können Verschlüsselung, die Geheimhaltungsmaßnahmen des Digital Millennium Copyright Act von 1998 zum Verhindern nicht autorisierten Zugreifens auf ein urheberrechtlich geschütztes Werk und physische Beschränkungen, wie versiegelte Verpackungen und die Verwendung eingebetteter Codes, Signale und Daten auf die Weise, dass es physisch oder mechanisch schwierig ist, auf die Codes, Signale und Daten zuzugreifen oder sie zu ändern, umfassen. Eine sichere Position steht nur einem autorisierten Benutzer zur Verfügung. Eine unsichere Position ist eine Position, die nicht autorisierten (normalen) Benutzern zur Verfügung steht.
Der Provider des Referenzsystems, der Provider der Referenzdaten und/oder der Provider der Algorithmen zum Kontrollieren der Positionsgenauigkeit der Rover-Station bezeichnet die Parteien, die autorisierte Benutzer sind. Alle anderen Benutzer des Referenzsystems, der Referenzdaten und/oder der Rover-Stationen sind nicht autorisierte Benutzer. Eine beliebige Person, die nicht von dem Provider zum Kontrollieren der Positionsgenauigkeit bezeichnet wurde, ist ein „nicht autorisierter Benutzer”. Der nicht autorisierte Benutzer ist darauf beschränkt, die Rover-Station zu verwenden, um eine Positionsgenauigkeit zu erhalten, die nicht den Positionszusatzfehler aufweist, der von dem Provider kontrolliert wird. Im Allgemeinen ist der Provider der Verkäufer des Referenzsystems, der Referenzdaten oder der Rover-Station oder stellt es/sie dar, und der nicht autorisierte Benutzer ist derjenige, der die Rover-Station für Feldarbeiten als normaler Benutzer oder Endbenutzer für die Rover-Positionen verwendet.
Die 2 und 10 zeigen Ausführungsformen, bei denen ein einzelnes Referenzstationssystem synthetische Referenzphasen erzeugt und die synthetischen Referenzphasen in einem unsicheren (öffentlichen) Signal einer vorhandenen Rover-Station bereitstellt. 3 und 11 zeigen Ausführungsformen, in denen ein Referenznetzsystem synthetische Referenzphasen erzeugt und die synthetischen Referenzphasen in einem öffentlichen Signal einer vorhandenen Rover-Station bereitstellt. 4 und 12 zeigen Ausführungsformen, in denen eine sichere Rover-Station synthetische Referenzphasen von den wahren Referenzphasen synthetisiert, die in einem sicheren (privaten) Signal von einem einzelnen Referenzstationssystem empfangen werden. 5 und 13 zeigen Ausführungsformen, in denen eine sichere Rover-Station synthetische Referenzphasen von den wahren Referenzphasen synthetisieren, die in einem sicheren (privaten) Signal von einem Referenznetzsystem empfangen werden.
7 und 14 zeigen Ausführungsformen, in denen eine sichere Rover-Station Referenzdaten in einem sicheren (privaten) Signal von einem einzelnen Referenzstationssystem empfängt, eine sichere private wahre Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um einem Benutzer eine unsichere Position bereitzustellen. 8 und 15 zeigen Ausführungsformen, in denen eine Rover-Station Referenzdaten in einem sicheren (privaten) Signal von einem Referenznetzsystem empfängt, eine wahre sichere private Position berechnet und die sichere Position mit einem synthetischen Versatzvektor dithert, um einem Benutzer eine unsichere Position bereitzustellen.

Claims

Positionsbestimmungssystem (30; 50) zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten mit Zusatzfehler zum Kontrollieren geographischer Positionsgenauigkeit, umfassend: einen globalen Referenz-GNSS(Global Navigation Satellite System)-Empfänger (34) zum Messen einer Referenzphase eines GNSS-Signals (14); und einen synthetischen Phasenprozessor (35; 63; 65) zum Verwenden der Referenzphase, um auf eine synthetische Referenzphase an einer synthetischen Position (33; 133) zu schließen, wobei die synthetische Position (33; 133) von einer Referenzposition durch einen ausgewählten synthetischen Fehlerversatzvektor (32), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; wobei das Positionsbestimmungssystem (30; 50) angeordnet ist zum Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition zur Verwendung durch eine Rover-Station (118; 124A–C), umfassend einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zum synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist.
Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 1, wobei: der synthetische Phasenprozessor (35; 63; 65) eine Mehrzahl Referenznetzphasen verwendet, die durch eine Mehrzahl Referenz-GNSS-Empfänger (34) an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen gemessen werden, zum Bestimmen einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26), die nicht mit dem Referenz-GNSS-Empfänger (34) zusammenliegt, und die virtuelle Referenzposition als Referenzposition bereitstellt.
Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 1, wobei: sich der Referenz-GNSS-Empfänger (34) an einer Master-Referenznetzposition befindet, die von der Referenzposition durch einen virtuellen Vektor (27), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und der synthetische Phasenprozessor (35; 63; 65) einen synthetischen Master-Vektor (64), der kein Nullvektor ist, als Summe des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) und des virtuellen Vektors (27) bestimmt; und eine Mehrzahl Referenznetzphasen verwendet, gemessen an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen, umfassend die Master-Referenznetzposition, mit dem synthetischen Master-Vektor (64) zum Bestimmen der synthetischen Referenzphase.
Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 1, wobei: der synthetische Phasenprozessor (35; 63; 65) einen Prozesszufallsvektorgenerator (170) zum Bereitstellen eines Stroms Zufallsvektoren für den synthetischen Fehlerversatzvektor (32) umfasst.
Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 4, wobei: der Prozesszufallsvektorgenerator (170) mit maximalen Eingangswerten zum Eingrenzen des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) auf entweder eine waagerechte Ebene, eine vertikale Richtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Kastenfehlerzone begrenzt ist.
Eine Rover-Station (118; 124A–C), die einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf eine Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zu einem synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist, umfasst, wobei der synthetische Fehlerversatzvektor (32) von einem Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt wird und die Rover-Station (118; 124A–C) weiterhin folgendes aufweist: einen Anomaliedetektor (120; 126A–C) zum Bestimmen eines Referenzphasenrests, entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen und einer vorherigen Differenz zwischen einer Referenzphasenmessung an einer ersten Referenznetzposition und einer Referenzphasenmessung an einer zweiten Referenznetzposition; Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40) überschreitet; und Verhindern, dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) die Bestimmung der Rover-Position (38) vornimmt, wenn die Anomalie erkannt wird.
Rover-Station (118; 124A–C) nach Anspruch 6, wobei: der Positionszusatzfehler (39) in einem Bereich von ungefähr 10 Zentimetern bis ungefähr zwei Metern liegt; und die ausgewählte Integritätsgrenze (40) geringer als ungefähr 20 Zentimeter ist.
Eine Rover-Station (118; 124A–C), die einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf eine Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zu einem synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist, umfasst, wobei der synthetische Fehlerversatzvektor (32) von einem Positionsbestimmungssystem (30; 50) nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt wird, wobei der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) auch eine Rover-Phase für das GNSS-Signal (14) misst und einen Phasenrest entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen Phasendifferenz und einer erwarteten Phasendifferenz bestimmt, wobei die derzeitige Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenz-Phase basiert, wobei die erwartete Phasendifferenz auf vorherigen Bestimmungen von Differenzen zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenzphase basiert; und einen Anomaliedetektor (120; 126A–C) zum Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgreze (40) überschreitet, und Verhindern der Verwendung der Rover-Position (38).
Verfahren zum Bereitstellen synthetischer Referenzdaten mit Zusatzfehler zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit, wobei die synthetischen Referenzdaten einer Rover-Station (118; 124A–C) zur Verfügung gestellt werden und das Verfahren Folgendes aufweist: Messen (606; 656;) einer Referenzphase für ein Signal (14) eines globalen Satelliten-Navigationssystems (GNSS); Schließen auf eine synthetische Referenzphase für das GNSS-Signal (14) an einer synthetischen Position (33; 133) unter Verwendung der Referenzphase, wobei die synthetische Position (33; 133) von einer Referenzposition durch einen ausgewählten synthetischen Fehlerversatzvektor (32; 232), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition für eine Rover-Station (118; 124A–C) zur Verwendung durch einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zum synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, überdies umfassend: Bestimmen einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26) von einer Mehrzahl Referenznetzphasen, gemessen an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen (26), die nicht mit der virtuellen Referenzposition zusammen liegen; und wobei der Schritt des Bereitstellens der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition das Bereitstellen der virtuellen Referenzposition (26) als Referenzposition umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: die Referenzphase an einer Master-Referenznetzposition gemessen wird, die von der Referenzposition durch einen virtuellen Vektor (27), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und das Schließen auf die synthetische Referenzphase das Bestimmen eines synthetischen Master-Vektors (64), der kein Nullvektor ist, als Summe des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) und des virtuellen Vektors (27) umfasst; und das Verwenden einer Mehrzahl Referenznetzphasen, gemessen an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen, umfassend die Master-Referenznetzposition mit dem synthetischen Master-Vektor (64) zum Bestimmen der synthetischen Referenzphase.
Verfahren nach Anspruch 9, überdies umfassend: Verwenden eines Zufallsprozesses zum Erzeugen eines Stroms von Zufallsvektoren für den synthetischen Fehlerversatzvektor (32).
Verfahren nach Anspruch 12, überdies umfassend: Eingrenzen des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) auf entweder eine horizontale Ebene, eine vertikale Richtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Kastenfehlerzone durch Einschränken des Zufallsprozesses mit maximalen Eingabewerten.
Ein Verfahren, bei dem in einem Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf eine Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zu einem synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist, wobei der synthetische Fehlerversatzvektor (32) von dem Verfahren nach Anspruch 9 zur Verfügung gestellt wird, die folgenden Schritte ausgeführt werden: Bestimmen eines Referenzphasenrests, entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen und einer vorherigen Differenz zwischen einer Referenzphasenmessung an einer ersten Referenznetzposition und einer Referenzphasenmessung an einer zweiten Referenznetzposition; Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40) überschreitet; und Verhindern, dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) die Bestimmung der Rover-Position (38) vornimmt, wenn die Anomalie erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: der Positionszusatzfehler (39) in einem Bereich von ungefähr 10 Zentimetern bis ungefähr zwei Metern liegt; und die ausgewählte Integritätsgrenze (40) geringer als ungefähr 20 Zentimeter ist.
Ein Verfahren, bei dem in einem Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) zum Bestimmen einer Rover-Position (38) in Bezug auf eine Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zu einem synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist, wobei der synthetische Fehlerversatzvektor (32) von dem Verfahren nach Anspruch 9 zur Verfügung gestellt wird, die folgenden Schritte ausgeführt werden, wobei: die Bestimmung der Rover-Position (38) das Messen einer Rover-Phase für das GNSS-Signal (14) umfasst; Bestimmen eines Phasenrests entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen Phasendifferenz, woebei die derzeitige Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenz-Phase basiert, wobei die erwartete Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Rover-Phse und der synthetischen Referenz-Phse basiert, wobei die erwartete Phasendifferenz auf vorherigen Bestimmungen von Differenzen zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenzphase basiert; Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40) überschreitet; und Verhindern der Verwendung der Rover-Position (38), wenn die Anomalie erkannt wird.
Greifbares Medium (600; 650), umfassend einen Satz Anweisungen, um einen Prozessor zu veranlassen, die folgenden Schritte zum Kontrollieren der geographischen Positionsgenauigkeit durch Fehlerzusatz auszuführen, während die Schritte umfassen: Empfangen von Informationen für eine Messung, die eine Referenzphase für ein Signal (14) eines globalen Satelliten-Navigationssystems (GNSS) bestimmt; Schließen auf eine synthetische Referenzphase für das GNSS-Signal (14) an einer synthetischen Position (33; 133) unter Verwendung der Referenzphase, wobei die synthetische Position (33; 133) von einer Referenzposition durch einen ausgewählten synthetischen Fehlerversatzvektor (32), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition für eine Rover-Station (118; 124A–C) zur Verwendung durch einen Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) für die Bestimmung einer Rover-Position (38) in Bezug auf die Referenzposition, die einen Positionszusatzfehler (39) aufweist, der proportional zum synthetischen Fehlerversatzvektor (32) ist.
Medium (600; 650) nach Anspruch 17, überdies umfassend folgende Schritte: Bestimmen einer virtuellen Referenzphase für eine virtuelle Referenzposition (26) von einer Mehrzahl Referenznetzphasen, gemessen an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen (26), die nicht mit der virtuellen Referenzposition zusammen liegen, und wobei das Bereitstellen der synthetischen Referenzphase und der Referenzposition das Bereitstellen der virtuellen Referenzposition (26) als Referenzposition umfasst.
Medium (600; 650) nach Anspruch 17, wobei die Referenzphase an einer Master-Referenznetzposition gemessen wird, die von der Referenzposition durch einen virtuellen Vektor (27), der kein Nullvektor ist, getrennt ist; und das Schließen auf die synthetische Referenzphase das Bestimmen eines synthetischen Master-Vektors (64), der kein Nullvektor ist, als Summe des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) und des virtuellen Vektors (27) umfasst; und das Verwenden einer Mehrzahl Referenznetzphasen, gemessen an einer Mehrzahl Referenznetzpositionen, umfassend die Master-Referenznetzposition, mit dem synthetischen Master-Vektor (64) zum Bestimmen der synthetischen Referenzphase.
Medium (600; 650;) nach Anspruch 17, überdies umfassend Anweisungen für: das Verwenden eines Zufallsprozesses zum Erzeugen eines Stroms von Zufallsvektoren für den synthetischen Fehlerversatzvektor (32).
Medium (600; 650) nach Anspruch 20, überdies umfassend Anweisungen für: das Eingrenzen des synthetischen Fehlerversatzvektors (32) auf entweder eine horizontale Ebene, eine vertikale Richtung, eine sphärische Fehlerzone, eine zylindrische Fehlerzone oder eine Kastenfehlerzone durch Einschränken des Zufallsprozesses mit maximalen Eingangswerten.
Ein greifbares Medium (700; 750), umfassend einen Satz Anweisungen, um einen Prozessor zu veranlassen, die folgenden Schritte in einer Rover-Station (118; 124A–C), der die synthetische Referenzphase und Referenzposition infolge des Ausführens der Anweisungen des Mediums nach Anspruch 17 zur Verfügung stehen, auszuführen: Bestimmen eines Referenzphasenrests, entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen und einer vorherigen Differenz zwischen einer Referenzphasenmessung an einer ersten Referenznetzposition und einer Referenzphasenmessung an einer zweiten Referenznetzposition; Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40) überschreitet; und Verhindern, dass der Rover-GNSS-Empfänger (119; 125A–C) die Bestimmung der Rover-Position (38) vornimmt, wenn die Anomalie erkannt wird.
Medium (700; 750) nach Anspruch 22, wobei: der Positionszusatzfehler (39) in einem Bereich von ungefähr 10 Zentimetern bis ungefähr zwei Metern liegt; und die ausgewählte Integritätsgrenze (40) geringer ist als ungefähr 20 Zentimeter.
Ein greifbares Medium (700; 750), umfassend einen Satz Anweisungen, um einen Prozessor zu veranlassen, die folgenden Schritte in einer Rover-Station (118; 124A–C), der die synthetische Referenzphase und Referenzposition infolge des Ausführens der Anweisungen des Mediums nach Anspruch 17 zur Verfügung stehen, auszuführen: Messen einer Rover-Phase für das GNSS-Signal (14); Bestimmen eines Phasenrests, entsprechend einer Differenz zwischen einer derzeitigen Phasendifferenz und einer erwarteten Phasendifferenz, wobei die derzeitige Phasendifferenz auf einer Differenz zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenzphase basiert, wobei die erwartete Phasendifferenz auf vorherigen Bestimmungen von Differenzen zwischen der gemessenen Rover-Phase und der synthetischen Referenzphase basiert; Erkennen einer Anomalie, wenn der Phasenrest eine Schwelle entsprechend einer ausgewählten Integritätsgrenze (40) überschreitet; und Verhindern der Verwendung der Rover-Position (38) wenn die Anomalie erkannt wird.