[发明专利]用于组合使用标准RTK系统与全球载波相位差分定位系统的导航接收器和方法

说明书

相关申请

本申请是2006年1月31日提交的美国专利申请系列号11/345,124的继续部分，该美国专利申请系列号11/345,124是2004年1月13日提交的美国专利申请系列号10/757,340、现在是2006年10月10日公布的美国专利号7,119,741的继续部分。通过引用将每个前述申请的内容全文合并于此。

技术领域

所公开的实施方式通常涉及标准RTK系统与全球载波相位差分定位系统的组合使用。

背景技术

全球定位系统（GPS）使用太空中的卫星来定位地球上的对象。GPS使用来自于卫星的L频带信号，该信号由GPS接收器跟踪并且用于确定GPS接收器的位置。当前，两类GPS测量值在民用GPS接收器内可用于被跟踪的每个GPS卫星的每个载波信号。该两类GPS测量值是伪距和积分载波相位。这两类测量值分别对于具有1.5754 GHz和1.2276 GHz的频率的两个载波信号L1和L2中的每个可用。这两个频率的波长分别是0.1903 m和0.2442 m。伪距测量值（或码测量值）是所有类型的GPS接收器可以产生的基本GPS可观察量。它利用被调制到载波信号上的C/A或P伪随机码。伪距测量值记录相关码从卫星到接收器传播所花的视时（apparent time）即信号根据接收器时钟到达接收器的时间减去信号根据卫星时钟离开卫星的时间。通过在信号到达接收器时对信号的重构载波进行积分来获得载波相位测量值。因此，载波相位测量也是对渡越时间（transit time）差的测量，其由信号根据卫星时钟离开卫星的时间以及该信号根据接收器时钟到达接收器的时间来确定。然而，因为当接收器开始跟踪信号的载波相位时不知道卫星与接收器之间的渡越中的整周（whole cycle）的初始数量，所以从载波相位获得的渡越时间差通常将有多个载波周期的误差，即在载波相位测量值中存在整周模糊度。

通过将每个信号的传播时间与光速相乘来计算GPS接收器与多个卫星中的每个之间的范围或距离。这些范围通常称作伪距（假范围），因为接收器时钟通常具有在测量范围中引起共同偏差的显著时间误差。作为常规导航计算的部分，连同接收器的位置坐标一起求解来自于接收器时钟误差的该共同偏差。各种其他因素也可以导致计算范围中的误差或噪声，包括星历误差、卫星时钟定时误差、大气影响、接收器噪声和多径误差。在单独的GPS导航中，如果接收器从多个卫星获得码和/或载波相位范围而没有来自于任何参考站的修正益处，则接收器在可用于降低范围中的误差或噪声的方法中非常受限。

为了消除或降低系统性误差，通常在GPS应用中使用差分操作。差分GPS（DGPS）操作通常涉及位于已知站点（有时称作基站）处的一个或多个参考接收器以及用户接收器与参考接收器之间的通信链路。参考接收器用于生成与上述某些或全部误差类型相关联的修正，并且通过通信链路向用户接收器发送这些修正。然后，用户接收器将修正应用于其自己的测量值或位置，从而获得更准确的计算位置。来自于各个参考接收器的修正可以是对在参考站点处确定的参考接收器位置的修正的形式或对特定GPS卫星时钟和/或轨道的修正的形式。使用载波相位测量值的差分操作经常称作实时动态（RTK）定位/导航操作。

差分GPS（DGPS）的基本概念是利用GPS测量值中固有误差的空间和时间的相关性。因此，这些修正消除或显著减轻了伪距和/或载波相位测量值中的大部分噪声源。减轻的量取决于用户与参考接收器处误差源之间的相关性。虽然GPS卫星时钟定时误差（作为关于伪距或载波相位测量值的偏差出现）在参考接收器与用户接收器之间完全相关，但是大部分其他误差因素不是相关的，就是相关性作为它们之间距离的函数而减小。

为了克服广域应用中DGPS系统内的误差源，已经开发了各种地域、广域或全球DGPS（有时称作WADGPS）技术。典型的WADGPS包括与计算中心或集中器通信的多个参考站的网络。在集中器处基于参考站的已知位置和它们采用的测量值来计算误差修正。然后，经由诸如卫星、电话或无线电之类的通信链路向用户传输计算的误差修正。通过使用多个参考站，WADGPS提供对误差修正更准确的估计。