códigos C/A o P modulados en las señales portadoras. La medición registra el tiempo aparente tomado para que el código pertinente viaje desde el satélite al receptor, es decir, el tiempo en que la señal arriba en el receptor de acuerdo al reloj del receptor menos el tiempo de la señal que deja el satélite de acuerdo al reloj del satélite. La medición de la fase portadora se obtiene al integrar una portadora reconstruida de la señal conforme arriba en el receptor. De esta manera, la medición de la fase portadora también es una medición de una diferencia de tiempo de tránsito como se determina por el tiempo en que la señal el satélite de acuerdo al reloj del satélite y el tiempo en que arriba en el receptor de acuerdo al reloj del receptor. Sin embargo, debido a un número inicial de ciclos completos en tránsito entre el satélite y el receptor cuando el receptor empieza a seguir la fase portadora de la señal usualmente no se conoce, la diferencia de tiempo de tránsito puede estar en error por múltiples ciclos de la portadora, es decir, hay una ambigüedad de ciclo completo en la medición de la fase portadora . Con las mediciones de GPS disponibles, el intervalo o distancia entre un receptor de GPS y cada uno de una multitud de satélites se calcula al multiplicar el tiempo de viaje de la señal por la velocidad de la luz. Estos intervalos usualmente se refieren como pseudointervalos (intervalos falsos) debido a que el reloj del receptor tiene en general un error de tiempo significativo que provoca una desviación común en el intervalo medido. Esta desviación común dél error de reloj del receptor se soluciona junto con las- coordenadas de posición del receptor como parte de la computación de navegación normal . Otros factores diversos también pueden conducir a errores o ruido en el intervalo calculado, incluyendo error de efemérides, error de sincronización de reloj de satélite, excepto atmosféricos, ruido de receptor y error por múltiples rutas . Con la navegación de GPS independiente, donde un usuario con un receptor de GPS obtiene el código y/o los intervalos de fase portadora con respecto a una pluralidad de satélites en visión, sin consultar ninguna estación de referencia, el usuario está muy limitado en las maneras para reducir los errores o ruidos en los intervalos . Para eliminar o reducir estos errores, se usan típicamente operaciones diferenciales en aplicaciones de GPS. Las operaciones de GPS diferenciales (DGPS) comprenden típicamente un receptor de GPS de referencia base, un receptor de GPS de usuario o (navegación) , y un enlace de comunicación entre los receptores de referencia y de usuario. El receptor de referencia se coloca en una ubicación conocida y la posición conocida se usa para generar correcciones asociadas con algunos o todos los factores de error anteriores . Las correcciones se suministran al receptor de usuario y el receptor de usuario entonces usa las correcciones para corregir apropiadamente su posición computada. Las correcciones pueden estar en la forma de correcciones a la posición del receptor de referencia determinada en el sitio de referencia o en la forma de correcciones al reloj y/o órbita del satélite de GPS específico. Frecuentemente se refieren las operaciones diferenciales que usan mediciones de la fase portadora como operaciones de posicionamiento/navegación de cinemática (RTK) en tiempo real . - El concepto fundamental del GPS Diferencial (DGPS) es aprovechar las correlaciones espaciales y temporales de los errores inherentes en las mediciones de GPS para cancelar los factores de ruido en el pseudointervalo y/o las mediciones de la fase portadora que resultan de estos factores de error. Sin embargo, en tanto que el error de sincronización de reloj de satélite de GPS, que aparece como una desviación en la medición de la fase portadora o pseudointervalo, se correlaciona perfectamente entre el receptor de referencia y el receptor de usuario, la mayoría de los otros factores de error ya sea no se correlacionan o la correlación disminuye en aplicaciones de área amplia, es decir, cuando llega a ser grande la distancia entre los receptores de usuario y de referencia. Para superar la inexactitud del sistema de DGPS en aplicaciones de área amplia, se han desarrollado varias técnicas del DGPS regional, de área amplia o global (referido más adelante en la presente como DGPS de área amplia o WADGPS) . El WADGPS incluye una red de múltiples estaciones de referencia en comunicación con un centro o cubo de cómputo. Se calculan las correlaciones de error en el cubo en base a las ubicaciones conocidas de las estaciones de referencia y las mediciones tomadas por las mismas . Las correcciones de error computadas entonces se transmiten a los usuarios vía el enlace de comunicación tal como satélite, teléfono o radio. Al usar múltiples estaciones de referencia, el WADGPS proporciona estimados más exactos de las correcciones de error. De esta manera, se han desarrollado varias técnicas diferentes para obtener navegación diferencial de alta exactitud usando mediciones de la fase portadora de GPS . La técnica con la más alta exactitud en la técnica de RTK, que tiene una exactitud típica de aproximadamente un centímetro. A fin de obtener esa exactitud, sin embargo, se debe determinar la ambigüedad del ciclo completo en las mediciones diferenciales de fase portadora. Cuando es corta la distancia entre el receptor de usuario y el receptor de referencia (distancias de línea base) es altamente ventajosa la técnica de RTK debido a que en este caso, la ambigüedad de ciclo completo se puede resolver no sólo de forma exacta sino también rápidamente. Por otra parte, cuando la distancia de línea base es más de unas décimas de kilómetros, puede llegar a ser imposible determinar la ambigüedad del ciclo completo y no se puede lograr la exactitud normal de RTK. Otra limitación de la técnica de RTK es que requiere que se mantenga un radioenlace entre el receptor de referencia y el receptor de navegación. Las técnicas de WADGPS que emplean un método diferencial de fase portadora también pueden lograr muy alta exactitud de navegación. Las técnicas diferenciales de WADGPS también se caracterizan por enlaces de comunicación confiables de baja frecuencia de larga distancia o por enlaces de comunicación confiables vía satélite. De esta manera, las correlaciones se pueden comunicar en general a los receptores de navegación sin interrupción significativa. Sin embargo, las técnicas de WADGPS tratan usualmente las ambigüedades de ciclo completo como una variable de valor real (no número entero) y solucionan una "ambigüedad flotante" que usualmente está muy pobremente definida hasta que se han obtenido los datos de medición que cubren un intervalo de tiempo de cambio significativo de la geometría del satélite. De esta manera, en una aplicación de WADGPS, un intervalo de tiempo tan largo como dos horas frecuentemente se requiere para solucionar la "ambigüedad flotante" a fin de producir una exactitud de menos de 10 centímetros en la posición navegada. Breve Descripción de la Invención La presente solicitud incluye un método para combinar el uso de la RTK y las técnicas de navegación de WADGPS de modo que se pueda complementar la debilidad de cada técnica por las fortalezas de la otra técnica. La desventaja principal de la técnica de la WADGPS es que el receptor de navegación toma un tiempo prolongado, transcurrido (frecuentemente más de una hora) para determinar los valores de ambigüedad flotante, . que se requieren para convertir las mediciones de la fase portadora en mediciones de intervalo exactas. Las desventajas principales de la técnica de RTK es que requiere un enlace de datos en tiempo real (normalmente la línea de sitio) entre un receptor de GPS de usuario y un receptor de GPS de referencia y que sólo se puede determinar la ambigüedad del ciclo completo cuando es relativamente corta la distancia de separación entre el receptor de GPS de referencia y el receptor de GPS de usuario. Estas desventajas separadas se pueden eliminar al usar el método para combinar el uso de la RTK y las técnicas de navegación de WADGPS de acuerdo a una modalidad de la presente invención. El método incluye usar una posición conocida de un receptor de usuario para inicializar los valores de ambigüedad flotante en un sistema de WADGPS. Cuando el receptor de usuario ha estado fijo, la posición conocida del receptor de usuario puede ser una posición examinada o una posición obtenida de una operación anterior. Cuando se está moviendo el receptor de usuario, se puede obtener la ubicación conocida usando un sistema de RTK. De esta manera, en una operación combinada, cuando el enlace de comunicación para la navegación - por RTK está disponible, las salidas de- posición, velocidad y tiempo (PVT) del receptor de usuario se pueden obtener usando el sistema de RTK, en tanto que el sistema de WADGPS corre en el segundo plano y sus salidas se inicializan constantemente para estar de acuerdo con las salidas del sistema de RTK. Cuando se pierde el enlace de comunicación para la navegación de RTK, o cuando el receptor de usuario vague demasiado lejos de la estación de referencia en el sistema de RTK, las salidas de PVT del receptor de usuario se pueden obtener usando el sistema de WADGPS, que se ha inicializado en tanto que está operando la RTK. La inicialización evita el tiempo normal de "enganche" de 15 minutos a dos horas requerido para solucionar los valores de ambigüedad flotante cuando no se conoce la posición del receptor de GPS de usuario. Esto proporciona soluciones de PVT muy exactas del sistema de WADGPS en tanto que no está disponible o es inexacto el sistema de RTK, y hace a la técnica de WADGPS más práctica para propósitos de navegación y posicionamiento de alta exactitud en tiempo real . Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es un diagrama de bloques de una combinación de un sistema de WADGPS y un sistema de RTK de acuerdo con una modalidad de la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de computadora acoplado a un receptor de GPS de usuario.
La Figura 3A es un diagrama de flujo que ilustra un método para combinar el usos del sistema de WADGPS y el sistema de RTK local . La Figura 3B es un diagrama de flujo que ilustra un método para actualizar la posición de un receptor usando un sistema de RTK local. La Figura 4 es .un diagrama de flujo que ilustra un flujo de proceso para la operación combinada usando tanto el sistema de WADGPS como el sistema de RTK local . ¦ La Figura 5 es un diagrama que ilustra una situación en la cual se puede usar la operación combinada. Descripción Detallada de la Invención La Figura 1 ilustra un sistema 100 de GPS diferencial de área amplia o global (WADGPS) de acuerdo a una modalidad de la presente invención.- Como se muestra en la Figura 1, el sistema 100 de WADGPS incluye una' red de estaciones 120 de referencia cada una que tiene un receptor 122 de GPS, y uno o más cubos 105 de procesamiento. Las estaciones 120 de referencia proporcionan de forma continua GPS al natural al cubo 105 para el procesamiento. Estos puntos ordinarios incluyen el código de GPS y mediciones de la fase portadora, efemérides, y otra información obtenida de acuerdo a las señales recibidas de una pluralidad de satélites 110 en las estaciones 120 de referencia. Las estaciones 120 de referencia se colocan en ubicaciones conocidas a través de una amplia área 101, tal como un continente, para un sistema de DGPS de área amplia, o a través del globo para una red global de DGPS.. Los cubos 105 son instalaciones en las cuales se procesan los puntos ordinarios de GPS y se calculan las correcciones de DGPS. Si se proporcionan múltiples cubos independientes, se prefiere que estén geográficamente separados y operen en paralelo. El sistema 100 de WADGPS se puede utilizar por uno o más usuarios (o dispositivos u objetos de usuario) 140 cada uno que tiene un receptor 142 de GPS de usuario para propósitos de posicionamiento y/o navegación. En una modalidad de la presente invención, el usuario 140 se asocia con una estación 120 de referencia cercana a través de un radioenlace de RTK tal que el receptor 142 de usuario y la estación 120 de referencia cercana forma un sistema 150 de RTK local. El sistema 100 incluye además enlaces de datos convencionales (no mostrados) para proporcionar mecanismos confiables de transporte para los puntos observables de GPS que se envían desde las estaciones 120 de referencia a los cubos 105 y para las correcciones computadas que se difunden desde los cubos 105 a las estaciones 120 de referencia y los usuarios 140. Usualmente un sistema de WADGPS convencional tiene aproximadamente de 3 a 10 receptores de referencia y un sistema global de WADGPS tiene usualmente aproximadamente 20 a 100 receptores de referencia que alimentan datos a los cubos 105. En una modalidad de la presente invención, los puntos ordinarios de GPS se envían desde las estaciones 120 de referencia a los cubos 105 vía la Internet, y las correcciones computadas se envían también vía la Internet desde los cubos a una o más estaciones terrestres (no mostradas) que se van a enlazar de forma ascendente a uno o más satélites (no mostrados) , que entonces difunden las correcciones computadas para la recepción por las estaciones 120 de referencia y el receptor 142 de usuario. En una modalidad de la presente invención, el usuario u objeto 140 también está equipado con un sistema 144 de computadora acoplado al receptor 142 de GPS de usuario. Como se muestra en la Figura 2, el sistema 144 de computadora incluye una unidad de procesamiento central (CPU) 146, memoria 148, uno o más puertos 154 de entrada, uno o más puertos 156 de salida, y (opcionalmente) una interfaz 158 de usuario, acoplados entre sí por uno o más buses 152 de comunicación. La memoria 148 puede incluir memoria de acceso aleatorio de alta velocidad y puede incluir almacenamiento masivo no volátil,, tal como uno o más dispositivo de almacenamiento en disco magnético o dispositivos de memoria flash o instantánea. La memoria 148 almacena de manera preferente un sistema operativo 162, procedimiento 164 de aplicación de GPS, y una base de datos 170. Los procedimiento 164 de aplicación de GPS pueden incluir procedimientos 166 para llevar a cabo un método 300 para combinar el uso del sistema 150 de RTK local y el sistema 160 de WADGPS, como se describe en más detalle más adelante. El sistema operativo 162 y los programas de aplicación y procedimiento 164 almacenados en la memoria 148 son para la ejecución por la CPU 146 del sistema 144 de computadora. La memoria 148 también almacena de manera preferente estructuras de datos usadas durante la ejecución de los procedimiento 164 de aplicación de GPS, que incluyen mediciones de la fase portadora y pseudointervalo de GPS, las correcciones 172 de GPS recibidas de los cubos, así como otras estructuras de datos analizadas en este documento. Los puertos 154 de entrada son para recibir datos del receptor 142 de GPS, para recibir información de la estación 120 de referencia en el sistema' 120 de RTK local vía un radioenlace 124, y para recibir correcciones de GPS y otra información de los cubos 105 vía el enlace satelital 107. El puerto 156 de salida se usa para transferir datos a la estación 120 de referencia vía el radioenlace 124. En una modalidad de la presente invención, la CPU 146 y la memoria 148 del sistema 144 de computadora se integran con el receptor 142 de GPS en un dispositivo individual, dentro de un alojamiento individual, como se muestra en la Figura 2. Sin embargo, esta integración no se requiere para llevar a cabo los métodos de la presente invención. Por lo tanto, el usuario u objeto 140 pueden acoplarse en dos diferentes modos de operación ya sea de forma simultánea o en diferentes momentos. El usuario u objeto 140 puede operar en un modo de WADGPS en el cual el usuario u objeto 140 se posicione por sí mismo o navegue usando el sistema 100 de WADGPS, y/o en un modo de RTK en el cual el usuario u objeto 140 posicione por sí mismo o navegue .usando el sistema 150 de RTK local. Cuando el usuario u objeto 140 está cerca a la estación 120 de referencia con la cual se asocia y el radioenlace entre el usuario u objeto 140 y la estación 120 de referencia se puedan mantener, el usuario puede usar el sistema 150 de RTK local para posesionarse por sí mismo con respecto a la estación 120 de referencia. El sistema 150 de RTK local es más ventajoso que el sistema 100 de WADGPS ya que es más exacto y ya que se puede resolver rápidamente la ambigüedad integral de ciclo completo, como se explica en lo siguiente. Usando el sistema 150 de RTK local, cuando se toman mediciones con respecto a n satélites 110 en vista del receptor 122 de GPS de referencia y el receptor 142 de GPS de usuario asociado, se pueden usar las mediciones para solucionar la posición del usuario u objeto 140 de acuerdo a la siguiente ecuación en el formato de arreglo:
donde es un vector de medición de la fase portadora por la medición de la fase portadora diferencial con respecto a cada uno de los n satélites 110,
N = ¡N N N Y 2 es un vector de ambigüedad entero formado por la ambigüedad integral diferencial asociada con cada una de las mediciones de la fase portadora diferencial en el vector de medición de la fase portadora, ^ ~ &* i ^2 ·" ^ p ] es una matriz de sensibilidad de medición formada por los vectores unitarios del usuario u objeto 140 a los n satélites 110, x es un vector de estado desconocido real (o vector réal) que incluye un vector de posición de la estación de referencia 120 al usuario u objeto 140 en el sistema 150 de RTK local, y es un vector de ruido de medición (o vector residual de intervalo de fase) formado por el ruido de fase portadora diferencial con respecto a cada uno de los n satélites 110. Para solucionar el vector real x usando la Ecuación
(1) , el vector N de ambigüedad integral necesita ser resuelto. Se han desarrollado muchos métodos diferentes para solucionar los valores de ambigüedad integral incluidos en el vector N de ambigüedad integral y estos métodos usan típicamente un proceso de búsqueda ' ara encontrar una combinación de valores de ambigüedad integral que satisfagan ciertos criterios, tal como una norma mínima de un vector residual de medición ?0, donde ?0 es un vector residual de intervalo de fase que corresponde a un vector Ñ de ambigüedad integral candidato que incluye la combinación de valores de ambigüedad integral, y x es una solución de mínimos cuadrados de la ecuación (1) , = [H7"H]-,Hr(V +N)A (3) o = [HfRH]"1KTR](?F+?)? (4)
donde
es una matriz de co-varianza de medición formada por s±, que es una desviación estándar del ruido n0i de fase portadora diferencial calculado usando métodos convencionales. Un ejemplo de los métodos para calcular se puede encontrar en "Precisión, Cross Correlation, and Time Correlation of GPS Phase and Code Observations", por Meter Bona, GPS Solutions, Vol. 4, No. 2, Fall 2000, p. 3-13, o en "Tightly Integrated Attitude Determination Methods for Low-Cost Inertial Navigation: Two-Antenna GPS and GPS/Magnetometer", por Yang, Y., Ph. D. Dissertation, Dep.. of Electrical Engineering; University of California, Riverside, CA, Junio del 2001, ambos incorporados de este modo como referencia. Se pueden encontrar otros ejemplos de los métodos de búsqueda en "Instantaneous Ambiguity Resolution", por Hatch, R. , in the Proceedings of the KIS Symposium 1990, Banff, Canadá, que se incorpora en la presente como referencia, y en la solicitud de patente comúnmente poseída para: "Fast Ambiguity Resolution for Real Time Kinematic Survey and Navigation, " Solicitud de Patente Número de Serie 10/338,264, que también se incorpora en la presente como referencia. Con la ambigüedad integral se puede calcular exactamente la posición, velocidad y tiempo (PVT) del receptor 142 de usuario como soluciones "del sistema 150 de RT local. A pesar de sus muchas ventajas, el sistema 150 de RTK local no puede estar disponible al usuario u objeto 140 en todo momento debido a que el usuario puede moverse a una ubicación que está bastante lejos de la estación 120 de referencia o está fuera de sitio de la estación 120 de referencia de modo que no se puede mantener el radioenlace 124 entre el usuario u objeto 140 y la estación de referencia. En estas situaciones, no se puede remover de forma satisfactoria el error inducido ionosférico al tomar en cuenta la diferencia entre las mediciones al usuario u objeto 140 y en la estación 120 de referencia. Este error afecta el proceso de búsqueda anterior para el vector de ambigüedad de números enteros debido a que provoca que se incrementen las cantidades residuales de medición incluidas en el vector residual ?0 de medición. Por lo tanto, en situaciones donde el sistema 150 de RTK local no esté disponible o haya perdido su exactitud debido a una gran separación entre el receptor · de GPS de usuario y la estación de referencia, el usuario puede necesitar operar en el modo WADGPS en el cual se usa un planteamiento diferente para resolver la ambigüedad de números, enteros. Usando el sistema 100 de WADGPS, cada ambigüedad de ciclo completo se estima como una variable de valor real (no de número entero) . Esta práctica se refiere frecuentemente como la determinación de un valor de "ambigüedad flotante" . Un método para .determinar el valor de "ambigüedad flotante" comprende la formación del código corregido por refracción y las mediciones de la fase portadora en base a. mediciones de GPS naturales tomadas en el usuario u objeto 140, la puesta en escala de las mediciones de la fase portadora a las mismas unidades como las mediciones de código, y la sustracción de cada medición de la fase portadora puesta en escala de la medición de código corresponde para obtener un valor de desplazamiento. En una modalidad de la presente invención, la medición de código corregida por refracción, designada como PRC, se forma como sigue: PRC = ( ff fi.Pi - 2 = P -1.5457( - J¾)
donde ? y P2 son las mediciones de código de pseudointervalo natural en las frecuencias Ll y L2 fx y fx respectivamente, en una época de medición particular. La medición de la fase portadora corregida por refracción, designada como LRC, se forma de manera similar como sigue.-
LRC
donde Lx y 12 son las mediciones de la fase portadora puestas a escala por las longitudes de onda de las señales Ll y L2, respectivamente, y cada una incluye un valor de ambigüedad de ciclo completo aproximado que se ha adicionado para provocar que la medición de la fase portadora puesta .a escala esté más - cerca al mismo valor como la medición de código corresponde. De esta manera
S2={f2+?2)?2, (9)
donde 1 y 2 son la medición de la fase portadora al natural en las frecuencias Ll y L2 , respectivamente, en la misma época de medición, y los valores de ciclo completo i y N2 se han inicializado al inicio del seguimiento de fase portadora por el usuario u objeto 140 para dar valores que están dentro de una longitud de onda de la portadora de las mediciones correspondientes de código para mantener pequeñas las' diferencias entre las mediciones de la fase portadora puestas a escalas y las mediciones de código correspondientes . De la forma de la ecuación (7) , se nota que la medición de la fase portadora corregida por refracción incluye una ambigüedad de ciclo completo con una longitud de onda ? determinada por la suma de fx y f2 (que es aproximadamente 2.803 GHz) , de modo que ? es aproximadamente 0.1070 metros (es decir c/ (fi + f2) . Debido a que se han removido los efectos ionosféricos tanto de las mediciones de código como de fase portadora de acuerdo a las ecuaciones (6) -(9) y son los mismos los efectos de los errores de órbita y de reloj de satélite en las mediciones de pseudointervalo de y fase portadora/ los valores de PRC y L C obtenidos en el paso 310 deben ser casi idénticos excepto por la posible ambigüedad de ciclo completo asociada con la medición LRC de fase portadora y el mayor ruido multi-ruta en la medición de código PRC.
Esto permite la resolución de la ambigüedad de ciclo completo en LRC al nivelar el desplazamiento (0 = PRC - LRC) entre la medición de código corregida por refracción y la medición de la fase portadora corregida por refracción a través de una serie de épocas de medición de modo que la desviación llegue a ser un estimado cada vez más exacto de la "ambigüedad flotante" . El valor suavizado de la desviación se puede ajustar adicionalmente al usar cantidades residuales de medición pos-fijación para proporcionar un ajuste adicional de medición de la fase portadora tal que sean casi cero las cantidades residuales ajustadas de medición. En una modalidad de la presente invención, la dirección se suaviza al tomar un promedio de expansión de la desviación como sigue : i=0¡_l+(P'c-LiRC-Oi.])/ , (10)
donde i = 1,2,3..., se usa para designar una época de medición, y el valor de ? es un valor de confianza que incrementa conforme 0± llega a ser un estimado más exacto del valor de ambigüedad flotante. En una modalidad de la presente invención, ? es igual a i hasta que se logra un valor máximo de promedio. Por ejemplo, si se asume la medición de la fase portadora para que ponga sólo l/100esltno del ruido de la medición de código, el valor de "?" se limitará para ser menor de 100 cuadrado o 10,000. La Ecuación (9) se puede calcular de esta manera de forma recursiva hasta que se alcance una exactitud predeterminada del valor de "ambigüedad flotante . Con el desplazamiento nivelado <¾, se puede obtener una medición, S, de código corregida por refracción, suavizada al adicionar la medición de la fase portadora corregida por refracción para la época de medición actual de el desplazamiento nivelado, de modo que
que tiene la exactitud de la medición de la fase portadora pero sin las ambigüedades asociadas . El proceso anterior como se describe en asociación con las ecuaciones (6) - (11) se realiza para cada uno de una pluralidad de satélites en vista del receptor 142 de GPS de usuario. Con la medición de código corregida por refracción nivelada disponible para cada uno de la pluralidad de satélites en vista del receptor 142 de GPS de usuario, se pueden obtener los pseudointervalos a los satélites. Estos pseudointervalos se ajustan con las correcciones de WADGPS recibidas de los cubos 105 y se usan en una fijación de mínimos cuadrados promediada para calcular el vector x de estado. De esta manera, se pueden calcular la posición, velocidad y tiempo (PVT) del receptor 142 de GPS de usuario como soluciones de WADGPS para el PVT del receptor 142 de GPS de usuario. Otros ejemplos de métodos para obtener los desplazamientos corregidos por refracción, nivelados se pueden encontrar en "The Synergism of Code and Carrier Measurements" , por Hatch, R. en el Proceedings of the Third International Geodetic Symposium on Satellite Doppler Positioning, DMA, NOS, Las Cruces, N.M. , New México State University, Vol. II, pp. 1213-1232, que se incorpora en la presente como referencia, y en la solicitud de patente comunmente poseída para un "Method for Generating Clock Corrections for a Wide-Area of Global Differential GPS System." Documento de Abogado Número 009792-0042-999, que también se incorpora en la presente como referencia. También es posible solucionar los valores de "ambigüedad flotante" como estados separados en una solución de filtro de Kalman o mínimos cuadrados . Cuando las ambigüedades se incluyen como estados, se ajusta un valor estimado para cada valor de ambigüedad flotante de acuerdo a una varianza de modo que llega a ser cada vez más exacto conforme cambia la geometría del sistema debido al movimiento del satélite. De esta manera, esta técnica también produce un estimado cada vez más exacto durante el tiempo. Ver Patrick H. C. Hwang's paper in Na.viga.tion Vol. 38, No. 1, Spring 1991, titulada "Kinematic GPS for Differential Positioning: Resolving Integer Ambiguities on the Fly" , que se incorpora en la presente como referencia.
Hay muchas combinaciones y variaciones de las técnicas anteriores que se pueden usar para estimar los valores de "ambigüedad flotante" . Sin embargo, todos éstos comprenden procesamiento de datos . sobre un intervalo de tiempo significativo. El intervalo de tiempo frecuentemente •puede, ser tan largo como una o dos horas antes de que se pueda" estar confiado que es suficientemente exacta la "ambigüedad flotante" para producir una exactitud de menos de 10 centímetros en la posición navegada del usuario 140. Para acortar el intervalo de tiempo para obtener los valores de "ambigüedad flotante", el sistema de WADGPS se puede inicializar como ^ se describe más adelante usando una ubicación conocida del receptor 142 r de GPS de usuario. La Figura 3A ilustra un método 300 para inicializar el sistema 100 de WADGPS. Como se muestra en la Figura 3, el método 300 incluye un paso 310 en el cual se determina si el usuario está estacionario en una ubicación conocida. Esto se puede hacer de acuerdo a la entrada del usuario o vía algún mecanismo convencional que permite que la computadora 144 determine si el receptor 142 de usuario ha estado fijo. Si el receptor 142 de usuario ha estado fijo y se conoce exactamente la posición del receptor 142 de usuario, esta posición se puede usar para calcular los valores de ambigüedad flotante sin la ayuda del sistema 150 de RTK local. Una posición examinada del receptor 142 de GPS de usuario se puede usar como la posición conocida, o en algunos ambientes, la posición se puede conocer simplemente debido a que el receptor 142 de usuario ha estado fijo y se ha deternu-nado ya la posición de usuario durante una operación anterior. En respuesta a la determinación que el usuario está estacionario en una ubicación conocida, el método 300 prosigue a un paso 330 en el cual se ajusta la posición del receptor de usuario a la ubicación conocida. De otro modo, el método 300 prosigue a un paso 330 en el cual se habilita el. sistema 150 de RTK local para autorizar automáticamente la ubicación de usuario usando el método analizado anteriormente . El método 300 incluye además un paso 340 en el cual la ubicación del receptor de usuario, si se determina en el paso 320 o paso 330, se usa para calcular un conjunto de intervalos teóricos a los satélites 110. Esto puede comprender el computado de las posiciones de los satélites 110 en base a las efemérides de difusión del sistema 100 de WADGPS y el ajuste de estas posiciones por las correcciones orbitales difundidas por el sistema 100 de WADGPS. Dada tanto la posición del receptor de usuario como las posiciones satelitales en las coordenadas cartesianas, se puede calcular el intervalo teórico del usuario 140 a cada satélite 110 como sigue :
donde el subíndice s designa la coordinada del satélite y el subíndice u designa la coordenada del receptor de objeto o de usuario . El método 300 incluye además un paso 350 en el cual se calcula el valor inicial, a, de la ambigüedad flotante, que corresponde a cada satélite, al sustraer el intervalo teórico computado,- el intervalo obtenido de la medición de la fase portadora corregida por refracción con respecto al mismo satélite de modo que
donde L°RC representa la medición de la fase portadora corregida por refracción computada de acuerdo a la Ecuación (7) en una época de medición de comienzo. El método 300 incluye además un paso 360 en el cual se resuelven los valores de la ambigüedad flotante al adicionar los valores iniciales de ambigüedad flotante a las correspondientes mediciones de la fase portadora corregidas por refracción en las épocas subsiguientes de medición, es decir, y al tratar los valores de ambigüedad flotante como es bien conocido de modo que la confianza se ajuste a alta (o se ajuste baja la varianza) . En la práctica, el paso 360 se logra al usar un pequeño valor de ganancia para ajustar los valores de ambigüedad flotante en un proceso para determinar los valores de ambigüedad flotante. Por ejemplo, los valores de ambigüedad flotante se determinan al nivelar la desviación entre la medición del código corregida por refracción y la medición de la fase portadora corregida por refracción de acuerdo a la Ecuación (9) , una pequeña ganancia significa que se trata el valor de ambigüedad flotante como si se hubiera usado un gran número de valores de desviación en su cómputo, de modo que ? = i (un número grande) . Si se determina el valor de ambigüedad en un proceso de filtro Kalman, se logra una pequeña ganancia al ajustar la varianza del estado de ambigüedad a un valor pequeño . De esta manera, al usar la ubicación conocida de un receptor 142 de usuario estacionario, o al usar el sistema 150 de RTK local para inicializar los valores de ambigüedad flotante, se evita un tiempo de "enganche" normal de quince minutos a dos horas requerido para solucionar los valores de ambigüedad flotante cuando no se conoce la posición del receptor de usuario . Esto puede acelerar bastante el proceso para resolver las ambigüedades de la fase portadora en el sistema 100 de WADGPS, haciendo al sistema 100 de WADGPS más adecuado para propósitos de posicionamiento y/o navegación en tiempo real . A fin de usar el sistema 150 de RTK local para actualizar la posición del receptor de usuario en el método 300, la posición de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local se debe determinar exactamente en el sistema 100 de WADGPS. Se puede usar un sistema convencional de RTK en un sentido relativo, significando que se puede determinar la posición del receptor 142 de usuario con relación al receptor de referencia. De esta manera, se pueden obtener posiciones relativas exactas del receptor 142 de GPS de usuario aunque no sean particularmente exactas las coordenadas de la estación de referencia y se usen datos de coordenadas diferentes de los datos de GPS normales para colocar la estación de referencia. Para el uso combinado del sistema 150 de RTK local y el sistema 100 de WADGPS, sin embargo, se necesita determinar una posición exacta del receptor 120 de referencia en el sistema 150 de RTK. Si se usa una posición incorrecta para la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local, se provocará que sean incorrectos los valores de ambigüedad flotante computados como se describe anteriormente. Esto conducirá a una lenta tendencia de la posición computada del receptor 142 de usuario puesto que se ajustan lentamente los valores de ambigüedad flotante al valor correcto durante el procesamiento subsiguiente de WADGPS. En una modalidad de la presente invención, se determina una posición promedio de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK en base a los datos de las horas de posicionamiento del sistema 100 de WADGPS para confiabilidad incrementada. En una modalidad alternativa, un sistema de computadora en la estación 120 de referencia acepta un valor de entrada de operador para su posición y proporciona la posición al usuario 140. Esto permite que comience el posicionamiento de RTK relativo inmediatamente usando esta posición para la estación de referencia. Al mismo tiempo, se determina una posición más exacta de la estación 120 de referencia por el sistema 100 de WADGPS y se transmite a la estación 120 de referencia. Esta posición más exacta o una desviación entre la posición de entrada de operador y la posición más exacta de la estación 120 de referencia determinada por el sistema 100 de WADGPS entonces se transmite a una velocidad relativamente baja al usuario 140. La Figura 3B ilustra en más detalle el paso 330 en el método 300 en el. cual se actualiza la posición de usuario usando el sistema 150 de RTK local. Como se muestra en la Figura 3B, el paso 330 incluye un sub-paso 331 en el cual el usuario u objeto 140 recibe la posición de entrada de operador de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK, y un sub-paso 333 en el cual el usuario u objeto 140 realiza la operación de RTK local para determinar su propia posición con relación a . aquella de la estación 120 de referencia. El paso 330 incluye además un sub-paso 335 en el cual el usuario u objeto 140 recibe la posición más exacta de la estación 120 de referencia determinada por el sistema 100 de WADGPS o la desviación entre la posición de entrada de operador de la estación 120 de referencia y la posición más exacta de la estación 120 de referencia determinada por el sistema 100 de WADGPS. El paso 330 incluye además un sub- paso 337 en el cual el usuario u objeto 140 computa una posición absoluta del receptor 142 de GPS de usuario en coordenadas Cartesianas usando ya sea la posición de entrada de usuario de la estación de referencia o la posición de la estación 120 de referencia determinada por el sistema 100 de WADGPS (si está disponible) . Un ejemplo donde se pueden obtener beneficios al usar el método 300 es el posicionamiento de un tren. Cuando un tren pasa a través de un túnel, se perderán tanto el enlace de RTK local como el enlace de WADGPS global . En esta situación, el enlace de datos de RTK se puede ajustar para inicializar los valores de ambigüedad flotante de WADGPS conforme el tren sale del túnel . Esto evitará el largo intervalo de datos requerido de otro modo para determinar los valores correctos de ambigüedad flotante. Otro ejemplo donde se pueden obtener beneficios al usar el método 300 es en el posicionamiento de un aeroplano después del despegue. En este caso, un sistema de RTK local en un aeropuerto donde un aeroplano se está preparando para despegar, se puede usar para inicializar las ambigüedades de WADGPS ya sea antes o durante el despegue. De esta manera, el usuario u objeto 140, que incluye el receptor 142 de GPS de usuario y el sistema 144 de computadora acoplado al receptor 142 de GPS de usuario, puede operar tanto en el modo de RTK como en el modo de WADGPS . El sistema 150 de RTK local es más favorable que el sistema de WADGPS debido a que el proceso de búsqueda para el sistema 150 de RTK local como se analiza anteriormente toma mucho menos tiempo que el método de suavización en el sistema 100 de WADGPS para resolver los valores de ambigüedad de números enteros. En el proceso de búsqueda, la suavización de las mediciones de código ya sea no se requiere o se realiza una suavización de las suavizaciones de código de una duración mucho más corta, para no determinar directamente la ambigüedad del ciclo completo, sino para proporcionar una incertidumbre disminuida en un conjunto inicial de valores de ambigüedad de números enteros de modo que se pueda restringir más ajustadamente el proceso de búsqueda subsiguiente. Por esta razón, sólo es suficiente unos pocos segundos de datos para obtener el conjunto inicial de valores de ambigüedad. El sistema 150 de RTK local, sin embargo, sólo está disponible en situaciones donde se puede mantener el enlace de comunicación entre el receptor 142 de GPS de usuario y la estación 120 de referencia en el sistema' 150 de RTK local y el usuario u objeto 140 no vagan demasiado lejos de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local. Cuando no se satisfacen estas condiciones, es decir, cuando el sistema 150 de RTK local no está ya sea disponible o es inexacto, el usuario "puede recurrir al sistema 100 de WADGPS para la navegación al usar la posición del receptor de usuario determinada últimamente por el sistema 15Ó de RTK para inicializar el sistema de WADGPS de modo que se evite el tiempo prolongado de "enganche" para obtener los valores de "ambigüedad flotante" . La Figura 4 ilustra un flujo 400 de proceso para una operación combinada de RTK y WADGPS realizada por el sistema 144 de computadora de usuario. El flujo de proceso incluye los pasos 440, 450 y 460. Como se muestra en la Figura 4 , en tanto que están disponibles las correcciones de RTK, el usuario 140 opera en el modo de RTK. Recibe la posición 401 de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local y realiza el paso 440 en el cual se determinan los PVT del receptor de usuario usando las correcciones 410 de RTK recibidas del receptor 120 de referencia en el sistema 150 de RTK. local. Durante la realización del paso 440, el usuario 140 puede continuar recibiendo las correcciones 420 de WADGPS de los cubos o centros 105 de modo que se puedan generar soluciones de WADGPS en el segundo plano. El usuario 140 también puede recibir la posición 430 actualizada de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local del cubo 105 a una velocidad relativamente baja. Usando la posición actualizada de la estación 120 de referencia y la solución de RTK de la posición del receptor de usuario, se pueden inicializar de forma continua en el segundo plano las soluciones de WADGPS para acceder a las soluciones de RTK, de acuerdo al método 300 analizado anteriormente. Cuando se pierden las correcciones de RTK, el usuario 140 conmuta al modo de operación de WADGPS y realiza el paso 450, en el cual el usuario 140 usa la posición del receptor de usuario determinada en el. modo de operación de RTK inmediatamente antes de que lleguen a estar no disponibles las correcciones de RTK para inicializar los valores de ambigüedad flotante para el modo de operación de ADGPS de acuerdo al método 300 analizado anteriormente. De esta manera, se pueden determinar los valores de "ambigüedad flotante" sin el tiempo prolongado de "enganche" . Durante la realización del paso 450, el usuario 140 continúa recibiendo las correcciones 420 de WADGPS de los cubos 105. El usuario 140 también puede recibir la posición actualizada 430 de la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local del cubo 105 a una velocidad relativamente baja. Las coordenadas de la estación de referencia se usan para transformar la posición del receptor de usuario generada en el modo de WADGPS en la posición con relación al receptor 120 de referencia local. De esta manera, los resultados de PVT generados por el sistema 144 de computadora de usuario transitarán sin costuras entre los dos diferentes modos de operación. Cuando nuevamente estén disponibles las correcciones de RTK, el usuario reasume la operación de RTK en el paso 460, que es similar a la operación de RTK en el paso 440. El proceso 400 se puede usar en muchas aplicaciones. Una aplicación comprende una extensión' de una operación de RTK en áreas en donde no se puede mantener el radioenlace de RTK en. tanto que esté al menos en general disponible el enlace de comunicación de WADGPS. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 5, el usuario u objeto 140 puede ser un vehículo 510 agrícola que se mueve en filas 520 en un área 501 de colinas de rodadura, con el receptor 142 de usuario unido al vehículo agrícola o a un equipo agrícola que está conectado al vehículo agrícola. El área 501 incluye el área 503 que es visible desde la estación 120 de referencia en el sistema 150 de RTK local y áreas (oscurecidas) 505 y 507 que no son visibles desde la estación 120 de referencia. Debido a que el enlace de comunicación de RTK usualmente es la línea de sitio, los datos de RTK se perderán si el receptor 142 de GPS de usuario se mueve desde el área 503 al área 505 o 507. Pero el enlace de datos entre el receptor 142 de usuario y el sistema 100 de WADGPS en general está disponible debido a que frecuentemente se facilita por satélites. Al inicializar las ambigüedades flotantes en el sistema 100 de WADGPS si el radioenlace de RTK está disponible y el sistema 150 de RTK local está operacional, la exactitud . de la operación de RTK se puede conservar prácticamente durante aquellos intervalos cuando se pierda el enlace de RTK. En tanto que el sistema 100 de WADGPS/RTK en la Figura 1 se ha usado en la descripción anterior, se apreciará que cualquier sistema regional, de área amplia o global que haga uso de las mediciones de la fase portadora de los satélites para propósitos de posicionamiento y/o navegación y de esta manera requiere la determinación de los valores de ambigüedad asociados con las mediciones de fase .también puede beneficiarse por el método 300 y el proceso 400 descrito anteriormente. Los ejemplos de estos sistemas incluyen el. Sistema StarfireMR desarrollado por John Deere Company, y el sistema GPS Diferencial Nacional de Alta Exactitud regional (HA-ND) que se desarrolla por varias agencias gubernamentales de los Estados Unidos . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.