ES2879237T3 - Dispositivo de posicionamiento - Google Patents

Abstract

Dispositivo de posicionamiento (100) que comprende una unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) adaptada para llevar a cabo cálculo de posicionamiento mediante el uso de una cantidad de estado que incluye un residuo ionosférico y un residuo troposférico que permanece después de que se lleve a cabo procesamiento de corrección de errores en datos de observación de un satélite de posicionamiento, en el que la unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) incluye: - una unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105) adaptada para llevar a cabo cálculo de extrapolación de tiempo en una cantidad de estado de una época pasada incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico para estimar una cantidad de estado de una época actual incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico; - una unidad de cálculo de residuo (107) adaptada para calcular un residuo de diferencia doble mediante el uso de datos de diferencia doble obtenidos mediante el cálculo de diferencia doble en los datos de observación, una distancia geométrica entre el satélite de posicionamiento y el dispositivo de posicionamiento obtenido a partir de los datos de observación y la cantidad de estado de la época actual estimada por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105); y - una unidad de cálculo de actualización de la observación (108) adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación usando el residuo de diferencia doble para actualizar la cantidad de estado de la época actual estimada por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105), en el que la unidad de cálculo de actualización de la observación (108) está adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación basándose en una suposición de que un valor del residuo ionosférico incluido en el residuo de diferencia doble es cero para actualizar la cantidad de estado de la época actual incluyendo al menos el residuo ionosférico y estimado por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105), caracterizado porque la unidad de cálculo de actualización de la observación (108) está adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación basándose en una suposición de que un valor del residuo troposférico incluido en el residuo de diferencia doble es cero para actualizar la cantidad de estado de la época actual incluyendo al menos el residuo troposférico y estimado por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de posicionamiento

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de posicionamiento que lleva a cabo posicionamiento por satélite.

Técnica anterior

En primer lugar se describirá un error de posicionamiento en cada esquema de posicionamiento.

En un esquema de posicionamiento independiente en el que un dispositivo de posicionamiento determina de manera independiente una posición mediante el uso de información del código de una señal GNSS (sistema de navegación global) a partir de un sistema de posicionamiento por satélite (GNSS) tal como un GPS (sistema de posicionamiento global), una precisión de posicionamiento es del orden de metros debido a un error incluido en la señal GNSS.

En comparación con el esquema de posicionamiento independiente que usa la información del código, un esquema de posicionamiento que usa datos de corrección a nivel de portadora realiza posicionamiento de alta precisión del orden de centímetros.

En particular, un esquema se denomina un esquema RTK (cinemático en tiempo real) de tipo red en el que se recibe una señal GNSS en una pluralidad de puntos de referencia electrónicos (distribuidos en intervalos de una decena de kilómetros en Japón), cuyas posiciones precisas ya se conocen, para estimar una cantidad de error incluido en la señal GNSS de manera invertida a partir de las posiciones conocidas de las estaciones permanentes GPS, distribuirla a un usuario como datos de corrección y llevar a cabo posicionamiento del orden de centímetros junto con una señal GNSS obtenida por un dispositivo de posicionamiento en el lado del usuario.

Tal esquema de posicionamiento incluye un sistema de refuerzo de posicionamiento denominado un esquema FKP (Flaechen Korrektur Punkt).

El dispositivo de posicionamiento realiza posicionamiento de alta precisión del orden de centímetros mediante la adquisición de los datos de corrección válidos en un área local alrededor del punto de referencia electrónico más cercano al dispositivo en comunicación de uno a uno por una red de comunicación que usa ondas terrestres con abundante capacidad de comunicación tal como una LAN inalámbrica (red de área local) o un teléfono móvil y la eliminación de un error incluido en una señal GPS con el uso de los datos de corrección.

Por otro lado, el posicionamiento de alta precisión del orden de centímetros también se realiza en un esquema de posicionamiento que usa un satélite artificial tal como un satélite cuasi cenital para distribuir datos de corrección válidos en un área amplia en la extensión del alcance de la nación.

En este esquema de posicionamiento, los datos de corrección se distribuyen desde el satélite cuasi cenital para permitir que un dispositivo de posicionamiento adquiera los datos de corrección incluso en un entorno donde no está disponible la comunicación a través de la LAN inalámbrica o teléfono móvil, de manera que se elimina el error en la señal GNSS mediante el uso de los datos de corrección para poder realizar el posicionamiento de alta precisión del orden de centímetros.

La bibliografía de patente 1 da a conocer un esquema como el esquema de posicionamiento que usa el satélite cuasi cenital, por ejemplo.

La bibliografía de patente 2 da a conocer métodos de mitigación de errores atmosféricos en mediciones de código y de fase de portadora.

La bibliografía no relacionada con patentes 1 da a conocer el impacto en el rendimiento de resolución de ambigüedades de número entero rápido en L1(N1) y wide-lane (WN) mediante la introducción de pseudoobservaciones ponderadas para moldear el retardo ionosférico en condiciones altas y bajas.

La bibliografía no relacionada con patentes 2 da a conocer aplicaciones geodésicas del sistema de posicionamiento global (GPS), en las que la posición del receptor de GPS debe determinarse con precisión de centímetros.

La bibliografía no relacionada con patentes 3 da a conocer un modelo físico que comprende retardos cenitales para el componente húmedo e hidrostático y funciones de mapeo dependientes del ángulo cenital.

La bibliografía no relacionada con patentes 4 da a conocer una metodología para posicionamiento estático rápido por GPS que requiere muy pocos minutos de observaciones GPS de doble frecuencia para líneas de base de longitud media.

Lista de citaciones

Bibliografía de patentes

Bibliografía de patente 1: JP 2002-323 552 A

Bibliografía de patente 2: WO 2008/150389 A1

Bibliografía no relacionada con patentes

Bibliografía no "Ionosphere Weighted GPS Cycle Ambiguity Resolution" por Liu George Chia et al., en relacionada con NTM 2002 - ACTAS DEL ENCUENTRO TÉNICO NACIONAL DE 2002 DEL INSTITUTO patentes 1: DE NAVEGACIÓN, INSTITUTO DE NAVEGACIÓN, 8551 RIXLEW LANE SUITE 360

MANASSAS, VA 20109, EE. UU., 30 de enero de 2002

Bibliografía no "Fast precise GPS positioning in the presence of ionospheric delays" por Dennis Odijk, en: relacionada con "Institutional Repository", Universidad Tecnológica de Delft, Departamento de geodesia y patentes 2: posicionamiento matemáticos, Países Bajos, ISBN: 978-90-61-32029-6

Bibliografía no "Troposphere Modeling and Filtering for Precise GPS Leveling" por F Kleijer, en relacionada con Publicaciones sobre Geodesia, 56, 13 de abril de 2004, ISBN: 978-90-80-41473-0 patentes 3:

Bibliografía no "Quality assessment of GPS rapid static positioning with weighted ionospheric parameters relacionada con in generalized least squares" por Pawel Wielgosz, en SOLUCIONES g Ps , vol. 15, N.° 2, patentes 4: 17 de abril de 2010, páginas 89 a 99, ZÚRICH, ISSN: 1080-5370, DOI: 10.1007/s 10291­

010-0168-6

Sumario de la invención

Problema técnico

Los datos de corrección válidos en el área amplia en la extensión del alcance de la nación se generan por una estación terrestre y se transmiten al satélite cuasi cenital en el esquema que usa el satélite artificial, particularmente el satélite cuasi cenital.

Los mismos datos de corrección se difunden de manera universal desde el satélite cuasi cenital hasta áreas de servicio.

Un usuario genera datos de corrección de su propia posición mediante el uso de los datos de corrección difundidos y corrige la señal GNSS para que pueda llevar a cabo posicionamiento del orden de centímetros.

En este caso, los datos de corrección usados en el esquema RTK de tipo red tal como el esquema FKP convencional requieren una enorme capacidad de comunicación de aproximadamente 2 Mbps para abarcar todo Japón.

El satélite artificial tal como el satélite cuasi cenital tiene una banda de comunicación limitada de manera que la estación terrestre comprime los datos de corrección para transmitirlos al satélite cuasi cenital.

La información de distribución que incluye los datos de corrección comprimidos y la información de fiabilidad de los datos de corrección se denomina información de refuerzo.

Entonces, el satélite cuasi cenital difunde la información de refuerzo al área amplia.

Por tanto, en el esquema que usa el satélite cuasi cenital, se requiere que el dispositivo de posicionamiento lleve a cabo corrección de errores basándose en la información de refuerzo en la que se comprime la cantidad de información.

La presente invención se ha hecho en consideración de las circunstancias anteriormente mencionadas, donde un objeto principal de la presente invención es realizar un dispositivo de posicionamiento que lleva a cabo posicionamiento con alta precisión (del orden de centímetros) llevando a cabo corrección de errores finos incluso basándose en la información de refuerzo en la que se comprime la cantidad de información.

Solución al problema

El problema técnico se soluciona mediante la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones adicionales.

Efectos ventajosos de la invención

Según la presente invención, la corrección de errores finos puede llevarse a cabo mediante el uso de la información de refuerzo para poder realizar posicionamiento con alta precisión (del orden de centímetros).

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de configuración de un sistema de posicionamiento según una primera realización.

La figura 2 es un diagrama que ilustra la entrada/salida de un dispositivo de posicionamiento según la primera realización.

La figura 3 es una tabla que ilustra datos de entrada/salida del dispositivo de posicionamiento según la primera realización.

La figura 4 es una tabla que ilustra datos de observación según la primera realización.

La figura 5 es un diagrama que ilustra una fuente de error incluido en una señal GPS según la primera realización. La figura 6 es un diagrama que ilustra una relación entre un error en la señal GPS e información de refuerzo según la primera realización.

La figura 7 es un diagrama que ilustra un punto de malla según la primera realización.

La figura 8 es un diagrama que ilustra un ejemplo de configuración del dispositivo de posicionamiento según la primera realización.

La figura 9 es una tabla que ilustra elementos del dispositivo de posicionamiento según la primera realización. La figura 10 es una tabla que ilustra datos intermedios del dispositivo de posicionamiento según la primera realización.

La figura 11 es un diagrama que ilustra un ejemplo de configuración de una unidad de creación de datos de corrección según la primera realización.

La figura 12 es un diagrama que ilustra un desglose de los datos de observación según la primera realización. La figura 13 es un diagrama que ilustra el cálculo de diferencia doble según la primera realización.

La figura 14 es un diagrama que ilustra un flujo de procesamiento de un filtro de Kalman según la primera realización.

La figura 15 es una tabla que ilustra un vector y una matriz usados en el filtro de Kalman según la primera realización.

La figura 16 es un diagrama que ilustra una cantidad de retardo en una malla según una segunda realización. La figura 17 es un diagrama que ilustra una diferencia entre una cantidad de retardo real y una cantidad de retardo en datos de corrección en condiciones normales según la segunda realización.

La figura 18 es un diagrama que ilustra una diferencia entre una cantidad de retardo real y una cantidad de retardo en datos de corrección en el momento de una fuerte perturbación ionosférica o perturbación troposférica según la segunda realización.

La figura 19 es una tabla que ilustra ambigüedad según la segunda realización.

La figura 20 es un diagrama que ilustra una cantidad de estado según la segunda realización y una cantidad de estado según una técnica convencional.

La figura 21 es una tabla que ilustra un modelo dinámico y una matriz de transición según la segunda realización y un modelo dinámico y una matriz de transición según una técnica convencional.

La figura 22 es un diagrama que ilustra un modelo de observación de un pseudorango y un modelo de observación de una fase de portadora según una técnica convencional.

La figura 23 es un diagrama que ilustra un modelo de observación de un pseudorango y un modelo de observación de una fase de portadora según la segunda realización.

La figura 24 es un diagrama que ilustra un ejemplo de una configuración de hardware del dispositivo de posicionamiento según las realizaciones primera y segunda.

La primera realización, descrita en combinación con las figuras 1 a 15, no está cubierta por las reivindicaciones y está presente para destacar aspectos específicos de la invención.

Descripción de las realizaciones

Primera realización

1. Configuración del sistema

La figura 1 es un diagrama que ilustra un ejemplo de configuración de un sistema de posicionamiento según la presente realización.

A continuación se describirá un ejemplo donde un satélite cuasi cenital se usa para la distribución de información de refuerzo.

Puede usarse un satélite geoestacionario, tal como un satélite de difusión, en lugar del satélite cuasi cenital, o puede usarse otro satélite siempre y cuando tenga una función de difusión uniforme de la información de refuerzo a un área amplia.

Además, el ejemplo descrito a continuación usa un satélite GPS como un satélite de posicionamiento.

En lugar del satélite GPS, puede usarse un GNSS tal como GLONASS, Galileo y BeiDou o un RNSS (sistema de navegación por satélite regional) tal como el satélite cuasi cenital.

Tal como se ilustra en la figura 1, un dispositivo de posicionamiento 100 se monta en un cuerpo móvil tal como un automóvil.

El dispositivo de posicionamiento 100 recibe datos de observación 501 y una efemérides de difusión 502 transmitida desde un satélite GNSS (GPS) 300.

La efemérides de difusión 502 también se denomina efemérides.

El dispositivo de posicionamiento 100 también recibe información de refuerzo 400 transmitida desde un satélite cuasi cenital 200 (también indicado como QZS).

Principalmente se describirá un funcionamiento del dispositivo de posicionamiento 100 en la presente realización y una segunda realización.

El satélite cuasi cenital 200 recibe información de refuerzo desde una estación terrestre no mostrada en la figura 1 y distribuye la información de refuerzo recibida como la información de refuerzo 400.

El satélite GPS 300 transmite los datos de observación 501 y la efemérides de difusión 502.

El dispositivo de posicionamiento 100 necesita adquirir cuatro o más de los satélites GPS 300 con el fin de llevar a cabo el posicionamiento.

2. Exposición general del funcionamiento del dispositivo de posicionamiento 100

En este caso, se describirá una exposición general del funcionamiento del dispositivo de posicionamiento 100 descrito en la presente realización y la segunda realización.

Tal como se ilustra en la figura 2, el dispositivo de posicionamiento 100 recibe los datos de observación 501 y la efemérides de difusión 502 como una señal GPS y la información de refuerzo 400 como una señal QZS.

El dispositivo de posicionamiento 100 entonces usa la información de refuerzo 400 así como los datos de observación 501 y la efemérides de difusión 502 para calcular la posición de un punto de posicionamiento (la posición del dispositivo de posicionamiento 100).

La figura 3 ilustra los datos de observación 501, la efemérides de difusión 502, la información de refuerzo 400 y la posición en detalle.

3.1. Datos de observación

Un pseudorango entre el punto de posicionamiento y el satélite GPS 300 así como una fase de portadora pueden derivarse de los datos de observación 501.

La figura 4 ilustra el pseudorango y la fase de portadora en detalle.

Cada uno del pseudorango y la fase de portadora derivados de los datos de observación 501 incluye un error.

El dispositivo de posicionamiento 100 usa la información de refuerzo 400 para eliminar el error incluido en cada uno del pseudorango y la fase de portadora.

Obsérvese que en la siguiente descripción, un pseudorango para la onda L1 de un satélite GPS i se indicará como P (i, 1) y un pseudorango para la onda L2 del satélite GPS i se indicará como P (i, 2).

Además, una fase de portadora para la onda L1 del satélite GPS i se indicará como 9 (i, 1) y una fase de portadora para la onda L2 del satélite GPS i se indicará como 9 (i, 2).

3.2. Información de refuerzo

La figura 5 ilustra un error de sesgo y una fuente de ruido incluidos en los datos de observación 501.

Los errores resultantes del satélite GPS 300 incluyen un error de órbita, un error del reloj de satélite y un sesgo inter-frecuencia y los errores resultantes de un recorrido de propagación de la señal incluyen un error de retardo de propagación ionosférica (también denominado error de retardo ionosférico o cantidad de retardo ionosférico) y un error de retardo de propagación troposférica (también denominado error de retardo troposférico o cantidad de retardo troposférico).

Los errores resultantes de un receptor del dispositivo de posicionamiento 100 incluyen un error del reloj del receptor, un ruido del receptor y un error relacionado con el multirrecorrido que está provocado por una interferencia entre una señal GPS reflejada en un edificio y una señal GPS recibida directamente desde el satélite GPS 300.

Entre estos errores, los errores resultantes del receptor varían dependiendo del rendimiento y de un ambiente de recepción del receptor del dispositivo de posicionamiento 100 usado por un usuario y por tanto no se incluyen en los datos de corrección y en la información de refuerzo sino que se eliminan por el procesamiento del dispositivo de posicionamiento 100.

Los errores resultantes del satélite GPS 300 y del recorrido de propagación de la señal se comprimen y distribuyen como la información de refuerzo desde el satélite cuasi cenital 200.

Además de los errores ilustrados en la figura 5, los errores resultantes de un efecto de marea terrestre y un efecto wind up de fase que varían dependiendo de la posición del punto de posicionamiento se incluyen en los datos de corrección pero no se incluyen en la información de refuerzo.

La figura 6 ilustra un desglose de la información de refuerzo teniendo en consideración los puntos anteriormente mencionados.

Los datos de corrección distribuidos desde un punto de referencia a través de una LAN inalámbrica se distribuyen a un ciclo de actualización de un segundo, mientras que los errores en la información de refuerzo según la presente realización se clasifican en una tasa alta y una tasa baja según el grado de fluctuaciones temporales y se someten a compresión temporal.

Más específicamente, el error clasificado según la tasa alta se actualiza cada cinco segundos, mientras que el error clasificado según la tasa baja se actualiza cada 30 segundos.

Además, mientras que se generan los datos de corrección convencionales en cada punto de referencia establecido a intervalos de aproximadamente 10 a 30 km y se distribuyen, el error de retardo ionosférico y el error de retardo troposférico (con una fluctuación espacial) resultantes del recorrido de la señal y que se incluyen en la información de refuerzo de la presente realización se distribuyen solo en cada punto de malla (figura 7) con un radio de 60 km para someterse a compresión espacial.

Adicionalmente, en la presente realización, los errores incluidos en la información de refuerzo se clasifican en un error que es dependiente de la frecuencia (un error dependiente de la frecuencia) y un error que es independiente de la frecuencia (un error independiente de la frecuencia).

El error independiente de la frecuencia se clasifica como el error de tasa alta y el error dependiente de la frecuencia se clasifica como el error de tasa baja.

Entre los errores independientes de la frecuencia, el error del reloj de satélite solo se actualiza cada cinco segundos y se distribuye.

Los otros errores independientes de la frecuencia, a saber el error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico, se actualizan cada 30 segundos y se distribuyen.

Sin embargo, para cada uno del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico, se añade una variación del error medido cada 30 segundos como un valor de corrección cada cinco segundos al error del reloj de satélite (actualizado cada cinco segundos y distribuido).

En otras palabras, durante 30 segundos, se añaden cinco valores de corrección (30 segundos/5 segundos - 1 = 5) para cada uno del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico al error del reloj de satélite actualizado cada cinco segundos.

Como resultado, el dispositivo de posicionamiento 100 puede recibir un valor actualizado de cada uno del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico cada 30 segundos así como recibir el valor de corrección de cada uno del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico cada cinco segundos.

El dispositivo de posicionamiento 100 entonces añade el valor de corrección recibido cada cinco segundos al valor actualizado recibido cada 30 segundos para poder llevar a cabo la corrección en el error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico cada cinco segundos.

El valor de corrección para cada uno del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia y el error de retardo troposférico obtenido cada cinco segundos y añadido al error del reloj de satélite también se denomina una consistencia.

Por tanto, en la presente realización, el volumen de datos de la información de refuerzo se comprime distribuyendo la consistencia cada cinco segundos.

Obsérvese que el sesgo inter-frecuencia se basa en una señal L1 y representa una cantidad de retardo en una carga útil de satélite de cada señal, donde un sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) es '0' y un sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) representa una cantidad de retardo de una señal de portadora L2 con respecto a una señal de portadora L1 'L2 - L1'.

Además, un sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) representa un término independiente de la frecuencia del sesgo inter-frecuencia y se calcula a partir del sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) tal como se expresa por la expresión 1 en la figura 6.

El sesgo inter-frecuencia que se basa en la señal L1 también puede basarse en otra señal sin ningún problema, donde puede esperarse el mismo efecto cuando se usa una señal L5.

4. Ejemplo de configuración del dispositivo de posicionamiento

La figura 8 es un diagrama que ilustra un ejemplo de configuración del dispositivo de posicionamiento 100 según la presente realización.

Además, la figura 9 ilustra una breve descripción de cada componente ilustrado en la figura 8 y la figura 10 ilustra una breve descripción de los datos intermedios.

Una unidad de cálculo de posición de satélite/posición aproximada 101 recibe los datos de observación 501 y la efemérides de difusión 502 desde el satélite GPS 300 y calcula una posición aproximada del punto de posicionamiento y una posición de cada satélite GPS 300.

Una posición aproximada 151 y una posición de satélite 152 son resultados del cálculo de la unidad de cálculo de posición de satélite/posición aproximada 101.

La posición aproximada 151 es una posición del punto de posicionamiento que se calcula mediante el posicionamiento independiente y preciso del orden de metros.

La posición de satélite 152 es una posición de cada satélite GPS 300 desde la cual el dispositivo de posicionamiento 100 recibe los datos de observación.

Una unidad de creación de datos de corrección 102 recibe la información de refuerzo 400 desde el satélite cuasi cenital 200 al igual que adquiere la posición aproximada 151 y la posición de satélite 152 para calcular datos de corrección 153 a partir de la información de refuerzo 400, la posición aproximada 151 y la posición de satélite 152. Los datos de corrección 153 indican un error que se espera que se incluya en los datos de observación 501 que se reciben en el punto de posicionamiento desde cada satélite GPS 300.

Obsérvese que la unidad de creación de datos de corrección 102 corresponde a un ejemplo de una unidad de recepción, una unidad de corrección de errores y una unidad de cálculo del valor de corrección.

Una unidad de cribado de datos de observación 103 elimina los datos de observación 501 cuya calidad se espera que se degrade.

Una unidad de corrección de errores de datos de observación 104 lleva a cabo cálculo de diferencia doble para generar datos de diferencia doble 154 de los datos de observación.

Los datos de diferencia doble 154 indican un valor obtenido mediante la resta de los datos de observación de un satélite maestro (datos de observación ya corregidos mediante el uso de los datos de corrección 153) a los datos de observación de un satélite esclavo (datos de observación ya corregidos mediante el uso de los datos de corrección 153).

Más tarde se describirá el cálculo de diferencia doble y los datos de diferencia doble 154.

Una unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 lleva a cabo cálculo de extrapolación de tiempo para estimar una cantidad de estado X (t) de una época actual a partir de una cantidad de estado Xa (t - At) de una época anterior.

Obsérvese que la notación en la que "a" está directamente por encima de "X" en la figura 8 tiene el mismo significado que la notación en la que "a" está en la parte superior derecha de "X" ("XA").

Además, "A" indica una cantidad de estado después de haberse actualizado por una unidad de cálculo de actualización de la observación 108 que se va a describir.

Una unidad de cálculo de distancia geométrica 106 calcula una distancia geométrica 155 desde el satélite GPS 300 hasta el punto de posicionamiento basándose en la posición de satélite 152.

Una unidad de cálculo de residuo 107 calcula un residuo de diferencia doble 156 a partir de los datos de diferencia doble 154 y la distancia geométrica 155.

La unidad de cálculo de actualización de la observación 108 actualiza la cantidad de estado X (t) de manera que la cantidad de estado X (t) tiene el error estimado más pequeño.

La cantidad de estado X (t) después de haber sido actualizada por la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 se indica como la cantidad de estado XA (t).

Una unidad de cálculo de ambigüedad 109 calcula la ambigüedad como una cantidad de sesgo de la fase de portadora y actualiza la cantidad de estado XA (t) basándose en el resultado del cálculo.

Un valor de la posición incluido en la cantidad de estado XA (t) que se actualiza por la unidad de cálculo de ambigüedad 109 se genera como un resultado de posicionamiento.

Además, la cantidad de estado XA (t) actualizada por la unidad de cálculo de ambigüedad 109 se somete al cálculo de extrapolación de tiempo por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 como la cantidad de estado XA (t - At) de la época anterior.

Obsérvese que una región rodeada con una línea discontinua en la figura 8 se denomina una unidad de cálculo de posicionamiento 110.

Los detalles de la unidad de cálculo de posicionamiento 110 se describirán principalmente en una segunda realización.

4.1. Unidad de creación de datos de corrección 102

La figura 11 ilustra un ejemplo de configuración de la unidad de creación de datos de corrección 102.

Una primera unidad de recepción 1021 recibe datos sobre los errores independientes de la frecuencia incluidos en la información de refuerzo 400.

Más específicamente, la primera unidad de recepción 1021 recibe un error del reloj de satélite 401 a intervalos de cinco segundos.

El error del reloj de satélite 401 obtenido cada 30 segundos tal como a cero segundos, 30 segundos y 60 segundos no incluye la consistencia (indicada como "C" en la figura 11), mientras que el error del reloj de satélite 401 obtenido cada cinco segundos tal como a cinco segundos, 10 segundos, 35 segundos, 40 segundos, 65 segundos y 70 segundos incluye la consistencia.

La consistencia incluida en el error del reloj de satélite 401 es un valor de corrección para cada uno de un error de órbita de satélite 402, un error de retardo troposférico 403 y un sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406.

Además, la primera unidad de recepción 1021 recibe cada uno del error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a intervalos de 30 segundos.

El sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 se genera a partir de un sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404 y un sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 tal como se ha descrito anteriormente.

La primera unidad de recepción 1021 junta el error del reloj de satélite 401, el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 que se han recibido en datos de error independiente de la frecuencia 1022.

Es decir, a cero segundos y 30 segundos, los datos de error independiente de la frecuencia 1022 están compuestos por el error del reloj de satélite 401 (sin consistencia), el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406.

A cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), los datos de error independiente de la frecuencia 1022 están compuestos por el error del reloj de satélite 401 (con consistencia) a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) así como el error de órbita de satélite 402 a cero segundos (30 segundos), el error de retardo troposférico 403 a cero segundos (30 segundos) y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a cero segundos (30 segundos).

Obsérvese que a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), el error del reloj de satélite 401 obtenido hace cinco segundos se actualiza por el último error del reloj de satélite 401 (es decir, la consistencia obtenida hace cinco segundos también se actualiza por la última consistencia).

Una segunda unidad de recepción 1023 recibe datos sobre los errores dependientes de la frecuencia incluidos en la información de refuerzo 400.

Más específicamente, la segunda unidad de recepción 1023 recibe el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y un error de retardo ionosférico 407 a intervalos de 30 segundos.

La segunda unidad de recepción 1023 entonces junta el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter­ frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407 que se han recibido en datos de error dependiente de la frecuencia 1024.

Obsérvese que para facilitar la explicación, la figura 11 ilustra la configuración en la que la primera unidad de recepción 1021 recibe los datos sobre los errores independientes de la frecuencia incluidos en la información de refuerzo 400 mientras que la segunda unidad de recepción 1023 recibe los datos sobre los errores dependientes de la frecuencia incluidos en la información de refuerzo 400, pero puede adaptarse una única unidad de recepción para recibir toda la información de refuerzo para clasificar la información de refuerzo recibida en los datos sobre los errores independientes de la frecuencia y los datos sobre los errores dependientes de la frecuencia.

Una unidad de extrapolación de tiempo 1027 lleva a cabo interpolación lineal por extrapolación de tiempo usando los últimos datos de error dependiente de la frecuencia 1024 y los datos de error dependiente de la frecuencia 1026 obtenidos hace 30 segundos y estima datos de error dependiente de la frecuencia para los próximos 30 segundos.

La unidad de extrapolación de tiempo 1027 entonces divide los datos de error dependiente de la frecuencia estimados para los próximos 30 segundos entre cinco segundos y calcula una variación para cada cinco segundos para cada uno del sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407.

La variación calculada para cada cinco segundos se denomina consistencia de extrapolación de tiempo (indicada como C' en la figura 11).

La consistencia de extrapolación de tiempo es una cantidad de corrección para cada uno del sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407.

A cero segundos y 30 segundos, los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 son los últimos datos de error dependiente de la frecuencia 1024 (el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407).

A cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 están compuestos por los datos de error dependiente de la frecuencia 1024 (el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407) a cero segundos (30 segundos) y la consistencia de extrapolación de tiempo a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos).

A cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), la consistencia de extrapolación de tiempo obtenida hace cinco segundos está actualizada por la última consistencia de extrapolación de tiempo.

Un conmutador 1025 conmuta un recorrido desde los datos de error dependiente de la frecuencia 1024 hasta los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 y un recorrido desde la unidad de extrapolación de tiempo 1027 hasta los datos de error dependiente de la frecuencia 1028.

Es decir, el conmutador 1025 permite el recorrido desde los datos de error dependiente de la frecuencia 1024 hasta los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 a cero segundos y 30 segundos y permite el recorrido desde la unidad de extrapolación de tiempo 1027 hasta los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos).

Una unidad de integración de datos 1029 genera los datos de corrección 153 a partir de los datos de error independiente de la frecuencia 1022, los datos de error dependiente de la frecuencia 1028, la posición aproximada 151 y la posición de satélite 152.

Los datos de error independiente de la frecuencia 1022 a cero segundos y 30 segundos están compuestos por el error del reloj de satélite 401 (sin consistencia), el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406.

Los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 a cero segundos y 30 segundos están compuestos por el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407.

Los datos de error independiente de la frecuencia 1022 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) están compuestos por el error del reloj de satélite 401 (con consistencia) a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) así como el error de órbita de satélite 402 a cero segundos (30 segundos), el error de retardo troposférico 403 a cero segundos (30 segundos) y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a cero segundos (30 segundos).

Los datos de error dependiente de la frecuencia 1028 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) están compuestos por el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a cero segundos (30 segundos) así como la consistencia de extrapolación de tiempo a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos).

A cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), la unidad de integración de datos 1029 corrige el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 basándose en la consistencia.

Es decir, la unidad de integración de datos 1029 calcula (estima) el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) basándose en la consistencia en el error del reloj de satélite 401 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) así como el error de órbita de satélite 402, el error de retardo troposférico 403 y el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) 406 a cero segundos (30 segundos).

Asimismo, a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos), la unidad de integración de datos 1029 corrige el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407 basándose en la consistencia de extrapolación de tiempo.

Es decir, la unidad de integración de datos 1029 calcula (estima) el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407 a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) basándose en la consistencia de extrapolación de tiempo a cinco segundos y 10 segundos (35 segundos y 40 segundos) así como el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1) 404, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) 405 y el error de retardo ionosférico 407 a cero segundos (30 segundos).

Tal como se ha descrito anteriormente, la unidad de creación de datos de corrección 102 recibe el valor del error dependiente de la frecuencia y el valor del error independiente de la frecuencia a intervalos de 30 segundos (un primer intervalo de tiempo) y recibe la consistencia del error independiente de la frecuencia a intervalos de cinco segundos (un segundo intervalo de tiempo).

Además, la unidad de creación de datos de corrección 102 calcula la consistencia de extrapolación de tiempo del error dependiente de la frecuencia a intervalos de cinco segundos.

La unidad de creación de datos de corrección 102 entonces corrige el valor del error independiente de la frecuencia a intervalos de cinco segundos mediante el uso de la consistencia recibida y corrige el valor del error dependiente de la frecuencia mediante el uso de la consistencia de extrapolación de tiempo calculada.

4.2.1. Cantidad de diferencia doble

A continuación, se describirá el cálculo de diferencia doble para realizar procesamiento de corrección de errores llevado a cabo por la unidad de corrección de errores de datos de observación 104.

Las figuras 12 y 13 ilustran el cálculo de diferencia doble.

Los datos de observación incluyen el pseudorango y la fase de portadora tal como se ilustra en la figura 4.

Cada uno del pseudorango y la fase de portadora incluye el error ilustrado en la sección 3.2 y la figura 6, donde el error incluye una cantidad incluida en los datos de corrección (número de referencia 1201 en la figura 12) así como el error del reloj del receptor (número de referencia 1203 en la figura 12) y el ruido del receptor (número de referencia 1204 en la figura 12) resultantes del receptor y que no se incluye en los datos de corrección (en este caso se ignora el multirrecorrido).

Una parte obtenida mediante la eliminación de todos los errores es un alcance verdadero (distancia geométrica indicada con el número de referencia 1202 en la figura 12) entre el punto de posicionamiento y el satélite GPS 300.

La cantidad de error (número de referencia 1201 en la figura 12) incluida en los datos de corrección se elimina mediante la resta de los datos de corrección a los datos de observación (el pseudorango y la fase de portadora) de cada satélite GPS 300.

La cantidad de error obtenida después de restar los datos de corrección a los datos de observación (el pseudorango y la fase de portadora) se denomina una única cantidad de diferencia.

Cuando se decide que un determinado satélite GPS va a ser un satélite maestro (normalmente se selecciona un satélite GPS cerca del cénit) y se decide que otro satélite GPS que no es el satélite maestro va a ser un satélite esclavo, una única diferencia del satélite maestro se resta a una única diferencia del satélite esclavo.

Tal como se ilustra en la figura 13, la única diferencia del satélite esclavo y la única diferencia del satélite maestro son una única diferencia de un receptor común, de manera que el error del reloj del receptor (número de referencia 1203 en la figura 12) incluido en la única diferencia del satélite esclavo es igual al error del reloj del receptor incluido en la única diferencia del satélite maestro.

Por tanto, el error del reloj del receptor (número de referencia 1203 en la figura 12) se cancela mediante la resta de la única diferencia del satélite maestro a la única diferencia del satélite esclavo.

Una cantidad de error obtenida después de eliminar el error del reloj del receptor se denomina una cantidad de diferencia doble.

El error principal se elimina mediante el cálculo de la cantidad de diferencia doble y permanecen la distancia geométrica (número de referencia 1202 en la figura 12), el ruido del receptor (número de referencia 1204 en la figura 12) y la ambigüedad (número de referencia 1205 en la figura 12, solo la fase de portadora).

El ruido del receptor es igual a cero cuando se promedia en un intervalo de tiempo y por tanto puede eliminarse llevando a cabo procesamiento estadístico (en la sección 4.2.2 se va a describir el filtro de Kalman) en el proceso de continuación de la observación.

Puede estimarse la ambigüedad mediante el uso del pseudorango a partir del cual se elimina el error (consultar la sección 4.2.3 que se va a describir) y, como resultado, puede estimarse la posición con alta precisión.

4.2.2. Filtro de Kalman

Se describirá el filtro de Kalman que realizan la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 y la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 en las figuras 8 y 9.

La figura 14 ilustra un flujo de procesamiento del filtro de Kalman.

La figura 15 ilustra una descripción de una variable usada en el procesamiento del filtro de Kalman.

La unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 en la figura 8 lleva a cabo cálculo de extrapolación de tiempo del filtro de Kalman que se ilustra en la figura 14.

Además, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 en la figura 8 lleva a cabo cálculo de actualización de la observación del filtro de Kalman que se ilustra en la figura 14.

El cálculo de extrapolación de tiempo y el cálculo de actualización de la observación forman un bucle y el bucle formado por el cálculo de extrapolación de tiempo y el cálculo de actualización de la observación se ejecuta repetidamente.

El filtro de Kalman estima la cantidad de estado de manera que un componente diagonal de una covarianza de error (matriz de covarianza de error Pij = E<xixj>, donde E<a> es una varianza de "a") de la cantidad de estado estimada (cantidad de estado X) que se va a estimar es el más pequeño en cada bucle que se repite.

El procesamiento del filtro de Kalman se describirá en el orden debido.

En el cálculo de extrapolación de tiempo, a partir de una cantidad de estado (xA (-)) y una matriz de covarianza de error (PA (-)) de un momento anterior, se estiman una cantidad de estado (x (+)) y una matriz de covarianza de error (P (+)) de un momento posterior basándose en una matriz de transición 9 determinada según el modelo dinámico que se adopte.

En este momento, el ruido del proceso Q que es un error esperado entre el modelo dinámico y un fenómeno real se añade a la matriz de covarianza de error (PA (-)).

El ruido del proceso Q también se determina según el diseño y modelo dinámico adoptados.

A partir de la cantidad de estado estimada (x (+)), se obtiene una cantidad y equivalente a una cantidad de observación (y- representa que "-" está directamente por encima de "y"; esto mismo se aplica a continuación en el presente documento), estando la cantidad y estimada por un modelo de observación (y- = f (x)) que expresa una relación entre la cantidad de estado y la cantidad de observación.

En el cálculo de actualización de la observación, un residuo (dz = y - y-) que es una diferencia entre una cantidad de observación real y la cantidad de observación estimada se obtiene para su posterior conversión en una diferencia en la cantidad de estado (dx = K-dz) mediante el uso de la ganancia de Kalman K expresada en una expresión en la figura 14 y actualizar la cantidad de estado.

Una matriz de observación usada en el cálculo de actualización de la observación expresa el modelo de observación y se obtiene según la siguiente expresión.

Expresión 1

Además, R incluida en el denominador de la expresión de la ganancia de Kalman K representa el ruido de observación esperado que se va a incluir en la cantidad de observación.

4.2.3. Cálculo de ambigüedad

A continuación, se describirá el cálculo de ambigüedad llevado a cabo por la unidad de cálculo de ambigüedad 109 en las figuras 8 y 9.

Con el fin de realizar posicionamiento de alta precisión, se requiere convencionalmente llevar a cabo posicionamiento mediante el uso de una fase de portadora con la que el ruido del receptor es del orden de milímetros (consultar la figura 4).

La ambigüedad que es una cantidad de sesgo se incluye en la fase de portadora pero no puede eliminarse mediante el cálculo de diferencia doble (consultar la sección 4.2.1), de manera que el dispositivo de posicionamiento 100 necesita estimar la ambigüedad mediante la adición de la ambigüedad a la cantidad de estado (posición y velocidad) y eliminar la ambigüedad.

Se describe en una lista a continuación un procedimiento de eliminación de la ambigüedad.

(1) Estimar una posición mediante el uso del pseudorango (consultar las secciones 4.2.1 y 4.2.2).

(2) Con la distancia geométrica hallada a partir de la posición obtenida en (1), estimar la ambigüedad de la fase de portadora (consultar la sección 4.2.1).

(3) Repetir (1) y (2) durante un tiempo para hacer una varianza de la cantidad de estado (posición, velocidad y ambigüedad) estadísticamente pequeña.

(4) Usar un método denominado un método LAMBDA para determinar un valor de número entero (denominado una solución Fix) de la ambigüedad (la ambigüedad tiene un valor de número entero; consultar la figura 4) que tiene un valor decimal (denominado una solución Float) en el momento de la etapa (3).

(5) Verificar si la solución Fix es correcta y, cuando sea correcta, fijar la ambigüedad para actualizar la posición correspondiente a la diferencia entre la solución Float y la solución Fix y realizar la precisión del orden de centímetros.

El método LAMBDA es un método de uso de la solución Float de la ambigüedad y una matriz de covarianza de error con un componente correspondiente a la solución Float como entradas, y de búsqueda de la solución Fix que da como resultado la media de la suma de mínimos cuadrados de la diferencia entre la solución Float y la solución Fix a partir de una esfera elipsoidal hiperdimensional que se determina por la magnitud de la covarianza de error con la solución Float como el centro.

Esta es hiperdimensional ya que el número de soluciones Float corresponde con el número de diferencias dobles (= número de satélites - 1) y se usa la esfera elipsoidal en lugar de una esfera ya que un componente no diagonal de la matriz de covarianza de error no es cero.

Se hace la determinación en la verificación en (5) basándose en información tal como la magnitud del residuo usando la solución Fix.

Segunda realización

La unidad de cálculo de posicionamiento 110 ilustrada en la figura 8 se describirá en detalle en la presente realización.

En primer lugar, se describirá un problema que se va a solucionar por la unidad de cálculo de posicionamiento 110 de la presente realización.

5.1. Problema

El error de retardo troposférico y el error de retardo ionosférico incluidos en la información de refuerzo se asignan al punto de malla tal como se ilustra en la figura 16.

En condiciones normales, tal como se ilustra en la figura 17, el error de retardo ionosférico y el error de retardo troposférico en el punto de malla en las proximidades del punto de posicionamiento se interpolan para poder calcular un valor estimado del error de retardo ionosférico y un valor estimado del error de retardo troposférico en el punto de posicionamiento.

La diferencia entre el valor estimado y un valor real es insignificante con respecto a la precisión de posicionamiento cuando una fluctuación espacial del error de retardo ionosférico y el error de retardo troposférico es moderada.

Sin embargo, en el momento de una fuerte perturbación ionosférica o perturbación troposférica (tal como cuando se produce una fulguración solar, en verano o de madrugada), la diferencia entre el valor estimado y el valor real es grande, tal como se ilustra en la figura 18, provocando de ese modo una degradación en la precisión de posicionamiento.

En la presente realización, se describirá la unidad de cálculo de posicionamiento 110 que puede mantener el rendimiento de posicionamiento de alta precisión incluso en el momento de la perturbación ionosférica o perturbación troposférica más fuerte.

5.2. Ambigüedad wide-lane

Cuando la diferencia entre el valor estimado y el valor real es grande, tal como se ilustra en la figura 18, un error ionosférico y un error troposférico permanecen ya que no pueden eliminarse de los datos de observación incluso cuando se lleva a cabo el cálculo de diferencia doble descrito en la sección 4.2.1 y en las figuras 12 y 13.

Los errores que permanecen después del cálculo de diferencia doble se denominan un residuo ionosférico y un residuo troposférico.

Cada uno del residuo ionosférico y el residuo troposférico es del orden de aproximadamente un centímetro a 20 centímetros.

El residuo ionosférico y el residuo troposférico tienen aproximadamente la misma magnitud que las longitudes de onda de ambigüedad de onda L1 y ambigüedad de onda L2 ilustradas en la figura 19, cuando se comparan. Por tanto, en el cálculo de ambigüedad descrito en la sección 4.2.3, se tarda más tiempo en fijar la ambigüedad, o la ambigüedad se fija en un valor de número entero erróneo.

En la presente realización, la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad wide-lane (WL) (en la columna del extremo derecho en la figura 19) se adoptan como la cantidad de estado en lugar de la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad de onda L2.

Es decir, en la unidad de cálculo de posicionamiento 110, la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 sigue el procedimiento descrito en la sección 4.2.2 para llevar a cabo cálculo de extrapolación de tiempo en la cantidad de estado Xa (t - At) incluyendo la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad WL y estimar la cantidad de estado X (t) incluyendo la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad W l .

Además, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 sigue el procedimiento descrito en la sección 4.2.2 para actualizar la cantidad de estado X (t) incluyendo la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad WL.

La unidad de cálculo de ambigüedad 109 sigue el procedimiento descrito en la sección 4.2.3 para calcular la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad WL.

Tal como se ilustra en la figura 19, la ambigüedad WL tiene una longitud de onda de aproximadamente 86 centímetros, que es suficientemente grande en comparación con el residuo ionosférico y el residuo troposférico de manera que puede fijarse la ambigüedad incluso en el momento de la perturbación ionosférica o perturbación troposférica más fuerte.

La precisión de posición aumenta después de fijar la ambigüedad WL, seguido de fijar la ambigüedad L1, de manera que se puede reducir el tiempo que se tarda en fijar la ambigüedad.

5.3. Residuo ionosférico y residuo troposférico

Tal como se ha descrito anteriormente, cuando la diferencia entre el valor estimado y el valor real es grande, tal como se ilustra en la figura 18, el residuo ionosférico y el residuo troposférico permanecen en los datos de observación incluso cuando se lleva a cabo el cálculo de diferencia doble descrito en la sección 4.2.1 y en las figuras 12 y 13.

El residuo ionosférico y el residuo troposférico no son ruido sino errores de sesgo (no son iguales a cero cuando se promedian en un intervalo de tiempo), por lo cual el residuo ionosférico y el residuo troposférico no pueden eliminarse por el cálculo del filtro de Kalman descrito en la sección 4.3.2.

Por tanto, el residuo ionosférico y el residuo troposférico se reflejan en la cantidad de estado como errores y no puede realizarse la precisión de posicionamiento del orden de centímetros.

En la presente realización, el residuo ionosférico y el residuo troposférico se añaden como una cantidad que se va a estimar a la cantidad de estado en el dispositivo de posicionamiento 100.

Además, en la presente realización, un modelo dinámico en la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 y un modelo de observación en la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 se adaptan al residuo ionosférico y al residuo troposférico que se añaden a la cantidad de estado.

Una cantidad de estado convencional X (t) está compuesta por la posición, velocidad, ambigüedad de onda L1 y ambigüedad de onda L2 tal como se ilustra en la figura 20.

Por otro lado, la cantidad de estado X (t) de la presente realización está compuesta por la posición, velocidad, ambigüedad de onda L1, ambigüedad WL, residuo ionosférico y residuo troposférico.

La figura 21 ilustra detalles de un modelo dinámico, una matriz de transición y un ruido del proceso del filtro de Kalman adaptados para la cantidad de estado de la presente realización.

Tal como se ilustra en la figura 21, en la presente realización, la matriz de transición de un proceso de Gauss-Márkov se usa en el cálculo de extrapolación de tiempo del residuo ionosférico.

La matriz de transición del proceso de Gauss-Márkov también se usa en el cálculo de extrapolación de tiempo del residuo troposférico.

Cada expresión en la figura 23 representa el modelo de observación adaptado para la cantidad de estado de la presente realización.

La figura 22 ilustra el modelo de observación adaptado para la cantidad de estado convencional.

La expresión 4 en la figura 22 corresponde a la expresión 2 en la figura 13 y la expresión 5 en la figura 22 corresponde a la expresión 3 en la figura 13.

El modelo de observación convencional (figura 22) se describe en la sección 8.3 de la siguiente referencia.

Además, la referencia describe características de la ionosfera en la sección 6.3.2 así como características de la troposfera y un coeficiente de mapeo en la sección 6.3.3.

Referencia: "Global Positioning System: Theory and Practice", Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., Collins, J., Traducido por Nishi, S., Publicado por Springer-Verlag Tokio.

En comparación con el modelo de observación en la figura 22, se añade un residuo ionosférico resI (i) en el modelo de observación de la presente realización tal como se ilustra en la figura 23.

El residuo ionosférico resI (i) representa el residuo ionosférico del satélite GPS i.

Es decir, el residuo ionosférico tiene un valor de diferencia para cada satélite GPS 300. Un signo (+/-) del residuo ionosférico es diferente en el pseudorango y en la fase de portadora debido a las características de la ionosfera que provocan el error de retardo ionosférico.

Además, el residuo ionosférico de la onda L2 es inversamente proporcional a un cuadrado de la frecuencia y por tanto tiene un valor igual a la magnitud del residuo ionosférico de la onda L1 (resI (i)) multiplicado por F (1)2/F(2)2. Obsérvese que F (1) representa una frecuencia de señal de la onda L1 y F (2) representa una frecuencia de señal de la onda L2.

Con respecto al residuo troposférico, se preparan dos variables como la cantidad de estado, incluyendo las variables resTd que es una cantidad de retardo cuando una señal GPS que pasa en la dirección cenital pasa a través de aire seco y resTw que es una cantidad de retardo cuando una señal GPS que pasa en la dirección cenital pasa a través de aire húmedo.

Entonces, un valor multiplicado de un coeficiente md (i) y resTd así como un valor multiplicado de un coeficiente mw (i) y resTw se añaden como el residuo troposférico a todos los datos de observación.

En la presente realización, la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo 105 de la unidad de cálculo de posicionamiento 110 sigue el procedimiento descrito en la sección 4.2.2 al igual que usa la matriz de transición del proceso de Gauss-Márkov tal como se ilustra en la figura 21 para llevar a cabo el cálculo de extrapolación de tiempo en la cantidad de estado Xa (t - At) incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico y estimar la cantidad de estado X (t) incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico.

Además, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 sigue el procedimiento descrito en la sección 4.2.2 al igual que usa el modelo de observación ilustrado en la figura 23 para actualizar la cantidad de estado X (t) incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico.

Como resultado, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 emite un resultado de posicionamiento (posición) a partir del cual se eliminan el residuo ionosférico y el residuo troposférico.

5. 4. Cantidad de pseudoobservación de residuo ionosférico v residuo troposférico

Cuando n indica el número de diferencias dobles (= el número de satélites - 1), se requieren n números de cada expresión en la figura 23 (se requieren 4 x n expresiones en su conjunto).

La posición y velocidad que son los valores estimados incluyen seis componentes, la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad WL incluyen 2 x n componentes, el residuo ionosférico incluye n componentes y el residuo troposférico incluye dos componentes.

Con el fin de calcular el valor estimado de una cantidad desconocida a partir de la expresión, 4 x n > 6 2 x n n 2 necesita resolverse, requiriendo de ese modo n > 8.

La condición de n > 8 es una condición bastante estricta teniendo en cuenta un entorno de recepción de señales de satélite normal, donde se limitan un área y las horas que resuelven la condición.

En otras palabras, la condición n > 8 tiene una observabilidad baja.

Por consiguiente, en la presente realización, la observabilidad aumenta añadiendo el siguiente pseudomodelo de observación del residuo ionosférico y del residuo troposférico a las cuatro expresiones en la figura 23.

0 = resl (i)

0 = resTd

0 = resTw

En las tres expresiones anteriores, "0" en el lado izquierdo representa una cantidad de pseudoobservación que indica que cada uno de resI (i), resTd y resTw pueden difícilmente aproximarse a cero en un fenómeno real. Es decir, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 en la figura 8 lleva a cabo cálculo de actualización de la observación en la cantidad de estado X (t) mientras que se supone que tanto el valor del residuo ionosférico como el valor del residuo troposférico incluidos en el residuo de diferencia doble 156 son cero.

El número de "0 = resI (i)" corresponde al número de satélites GPS (es decir, n 1 expresiones), donde los n números de "0 = resI (i)" se usan en el cálculo de diferencia doble.

El total de n 2 expresiones (número n de "0 = resI (i)" así como "0 = resTd" y "0 = resTw") se añaden a la expresión anteriormente mencionada para poder obtener 4 x n n 2 > 6 2 x n n 2 y obtener una condición de n > 3 como resultado.

La condición n > 3 es equivalente al valor requerido en el posicionamiento independiente y el modelo de observación convencional (figura 22) de manera que puede mantenerse una observabilidad suficiente.

Cuando la unidad de cálculo de ambigüedad 109 determina la ambigüedad mediante el uso del modelo de observación de la presente realización (figura 23), "2 x n" correspondiente a la ambigüedad se borra del lado derecho de la desigualdad (4 x n n 2 > 6 2 x n n 2).

La cantidad de observación en el lado derecho se vuelve excesiva como resultado.

Además, con el fin de aumentar la precisión de posicionamiento mediante el aumento de la precisión del residuo ionosférico y del residuo troposférico, es deseable eliminar la cantidad de pseudoobservación (0 = resI (i), 0 = resTd, 0 = resTw) que en la práctica no es cero del modelo de observación.

Por consiguiente, la unidad de cálculo de actualización de la observación 108 maximiza un componente de ruido de observación (sección 4.3.2 y R en la figura 14) equivalente al pseudomodelo de observación en una época después de que la ambigüedad de onda L1 y la ambigüedad WL se determinen por la unidad de cálculo de ambigüedad 109.

La cantidad de pseudoobservación (0 = resI (i), 0 = resTd, 0 = resTw) puede invalidarse como resultado.

6. Variación

En las realizaciones primera y segunda, se ha descrito el ejemplo en el que el dispositivo de posicionamiento 100 recibe los errores de tasa baja a intervalos de 30 segundos y los errores de tasa alta a intervalos de cinco segundos. Sin embargo, los errores de tasa baja no necesitan recibirse a intervalos de 30 segundos y los errores de tasa alta tampoco necesitan recibirse a intervalos de cinco segundos.

El intervalo de tiempo puede establecerse para cualquier intervalo siempre y cuando se mantenga una relación donde el intervalo al que se reciben los errores de tasa alta sea 1/n (n es un número entero de dos o más grande) del intervalo al que se reciben los errores de tasa baja.

Además, en las realizaciones primera y segunda, se ha descrito el ejemplo en el que el dispositivo de posicionamiento 100 recibe, como el valor del error dependiente de la frecuencia, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L1), el sesgo inter-frecuencia (sesgo L2) y el valor del error de retardo ionosférico.

Sin embargo, este puede adaptarse para no recibir el valor del error de retardo ionosférico.

Además, en las realizaciones primera y segunda, se ha descrito el ejemplo en el que el dispositivo de posicionamiento 100 recibe, como el valor del error independiente de la frecuencia, el valor del error de órbita de satélite, el sesgo inter-frecuencia (sesgo L0) y el valor del error de retardo troposférico.

Sin embargo, este puede adaptarse para no recibir el valor del error de retardo troposférico.

Además, la segunda realización ilustra el ejemplo en el que se incluyen el residuo ionosférico y el residuo troposférico en la cantidad de estado.

Aunque se han descrito las realizaciones de la presente invención, dos o más de estas realizaciones pueden combinarse e implementarse.

Obsérvese que la presente invención no debe estar limitada por estas realizaciones sino que puede modificarse de diversas maneras según sea necesario. El alcance de la invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

7. Ejemplo de configuración de hardware

Finalmente, un ejemplo de una configuración de hardware del dispositivo de posicionamiento 100 según las realizaciones primera y segunda se describirá con referencia a la figura 24.

El dispositivo de posicionamiento 100 es un ordenador que puede implementar cada elemento del dispositivo de posicionamiento 100 mediante un programa.

El dispositivo de posicionamiento 100 tiene la configuración de hardware en la que un dispositivo aritmético 901, un almacenamiento externo 902, un almacenamiento principal 903, un dispositivo de comunicación 904 y un dispositivo de entrada/salida 905 se conectan a un bus.

El dispositivo aritmético 901 es una CPU (unidad central de procesamiento) que ejecuta el programa.

El almacenamiento externo 902 es una ROM (memoria de solo lectura), una memoria flash y/o un dispositivo de disco duro, por ejemplo.

El almacenamiento principal 903 es una RAM (memoria de acceso aleatorio).

El dispositivo de comunicación 904 recibe los datos de observación y la efemérides de difusión desde el satélite GPS y recibe la información de refuerzo desde el satélite cuasi cenital.

El dispositivo de comunicación 904 incluye una función de conversión AD (analógica-digital).

El dispositivo de entrada/salida 905 es un visualizador de panel táctil, por ejemplo.

El programa que se almacena normalmente en el almacenamiento externo 902 se lee de manera secuencial en el dispositivo aritmético 901 y se ejecuta mientras se carga en el almacenamiento principal 903.

El programa es un programa que implementa la función que se describe como "... unidad" en la figura 8.

Además, el almacenamiento externo 902 almacena un sistema operativo (OS), cuya al menos una parte se carga en el almacenamiento principal 903 de manera que el dispositivo aritmético 901 ejecuta el programa que implementa la función de la "... unidad" en la figura 8 mientras que ejecuta el OS.

Adicionalmente, el almacenamiento principal 903 almacena como un archivo una información, datos, un valor de señal y un valor variable que representan el resultado del procesamiento descrito como "corrección de...", "generación de...", "creación de...", "cómputo de...", "cálculo de...", "determinación de...", "evaluación de...", "actualización de...", "estimación de...", "extracción de...", "selección de...", "recepción de..." y similares en las realizaciones primera y segunda.

Obsérvese que la configuración en la figura 24 ilustra meramente un ejemplo de la configuración de hardware del dispositivo de posicionamiento 100, que puede por tanto tener la configuración de hardware que no es necesariamente la configuración ilustrada en la figura 24 sino otra configuración.

Lista de signos de referencia

100 dispositivo de posicionamiento

101 unidad de cálculo de posición de satélite/posición aproximada

102 unidad de creación de datos de corrección

103 unidad de cribado de datos de observación

104 unidad de corrección de errores de datos de observación

105 unidad de cálculo de extrapolación de tiempo

106 unidad de cálculo de distancia geométrica

107 unidad de cálculo de residuo

108 unidad de cálculo de actualización de la observación

109 unidad de cálculo de ambigüedad

110 unidad de cálculo de posicionamiento

200 satélite cuasi cenital

300 satélite GPS

400 información de refuerzo

401 error del reloj de satélite

402 error de órbita de satélite

403 error de retardo troposférico

404 sesgo inter-frecuencia (sesgo L1)

405 sesgo inter-frecuencia (sesgo L2)

406 sesgo inter-frecuencia (sesgo L0)

407 error de retardo ionosférico

501 datos de observación

502 efemérides de difusión

1021 primera unidad de recepción

1022 datos de error independiente de la frecuencia

1023 segunda unidad de recepción

1024 datos de error dependiente de la frecuencia

1025 conmutador

1026 datos de error dependiente de la frecuencia

1027 unidad de extrapolación de tiempo

1028 datos de error dependiente de la frecuencia 1029 unidad de integración de datos

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Dispositivo de posicionamiento (100) que comprende una unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) adaptada para llevar a cabo cálculo de posicionamiento mediante el uso de una cantidad de estado que incluye un residuo ionosférico y un residuo troposférico que permanece después de que se lleve a cabo procesamiento de corrección de errores en datos de observación de un satélite de posicionamiento, en el que la unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) incluye:

   - una unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105) adaptada para llevar a cabo cálculo de extrapolación de tiempo en una cantidad de estado de una época pasada incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico para estimar una cantidad de estado de una época actual incluyendo el residuo ionosférico y el residuo troposférico;

   - una unidad de cálculo de residuo (107) adaptada para calcular un residuo de diferencia doble mediante el uso de datos de diferencia doble obtenidos mediante el cálculo de diferencia doble en los datos de observación, una distancia geométrica entre el satélite de posicionamiento y el dispositivo de posicionamiento obtenido a partir de los datos de observación y la cantidad de estado de la época actual estimada por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105); y

   - una unidad de cálculo de actualización de la observación (108) adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación usando el residuo de diferencia doble para actualizar la cantidad de estado de la época actual estimada por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105),

   en el que la unidad de cálculo de actualización de la observación (108) está adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación basándose en una suposición de que un valor del residuo ionosférico incluido en el residuo de diferencia doble es cero para actualizar la cantidad de estado de la época actual incluyendo al menos el residuo ionosférico y estimado por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105),

   caracterizado porque

   la unidad de cálculo de actualización de la observación (108) está adaptada para llevar a cabo cálculo de actualización de la observación basándose en una suposición de que un valor del residuo troposférico incluido en el residuo de diferencia doble es cero para actualizar la cantidad de estado de la época actual incluyendo al menos el residuo troposférico y estimado por la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105).

   Dispositivo de posicionamiento según la reivindicación 1,

   en el que la unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) está adaptada para obtener un resultado de posicionamiento a partir del cual se elimina al menos o bien el residuo ionosférico o bien el residuo troposférico.

   Dispositivo de posicionamiento según la reivindicación 1,

   en el que la unidad de cálculo de posicionamiento (105, 107, 108, 109, 155, 156) está adaptada para llevar a cabo cálculo de posicionamiento mediante el uso de la cantidad de estado incluyendo ambigüedad de onda L1 y ambigüedad wide-lane.

   Dispositivo de posicionamiento según la reivindicación 1,

   en el que la unidad de cálculo de extrapolación de tiempo (105) está adaptada para llevar a cabo cálculo de extrapolación de tiempo usando una matriz de transición de un proceso de Gauss-Márkov.