[发明专利]基于卫星的定位

说明书

本申请是申请日为2004年10月21日、申请号为200480044274.5、发明名称为“基于卫星的定位”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及基于卫星的定位。

背景技术

当前，有两种正在运行的基于卫星的定位系统，美国的GPS系统(全球定位系统)和俄罗斯的GLONASS系统(全球轨道导航卫星系统)。将来，还会有除此之外的被称为GALILEO的欧洲系统。这些系统通称为GNSS(全球导航卫星系统)。

举例而言，在GPS的导航星座中，包括超过20颗围绕地球飞行的卫星。每颗卫星发送两路载波信号L1和L2。这些载波信号L1的其中之一用于承载标准定位服务(SPS)的导航消息和编码信号。L1载波的相位由每个卫星以不同的C/A(粗捕获)码调制。因此，不同的卫星获得不同信道用于传输。C/A码是伪随机噪声(PRN)码，其频谱被扩频为1MHz带宽。PRN码每1023位重复一次，其历元(epoch)是1毫秒。按50bit/s比特率的导航信号，以其对L1信号的载波频率进行进一步调制。导航信息特别地包括星历(ephemeris)和历书(almanac)参数。星历参数描述卫星各自的轨道短截面(short-section)。当卫星处于各自所描述的截面的任何时候，一种算法可基于这些星历参数估计卫星的位置。历书参数也相似，但其为更粗略的轨道参数，具有比星历参数更长的有效时间。

位置待确定的GPS接收机接收由当前可用卫星传送的信号，并基于所包含的不同C/A码而检测和追踪由不同卫星使用的信道。接下来，接收机确定由每颗卫星所传送的编码的传输时间，这种确定通常基于经编码的导航消息中的数据，以及对C/A码的历元和码片的计数。传输时间以及在接收机处测量的信号的到达时间允许确定该信号从卫星传播到该接收机所需要的飞行时间。通过将飞行时间与光速相乘，可将其转换为位于接收机与各个卫星之间的间距或距离。

接下来，计算出的间距与估计出的卫星的位置允许计算接收机的当前位置，因为该接收机位于一组卫星的距离的交点上。

类似的，GNSS定位的通常方法是在要被定位的接收机处接收卫星信号，以测量信号从所估计的卫星位置传播到该接收机所需要的时间，以便计算该接收机与该相对的卫星之间的间距，并另外的利用该卫星的估计位置，进一步计算出该接收机的当前位置。

通常，如上文对GPS的描述，用于调制载波信号的PRN信号被求值而用于定位。此类定位的精度典型地位于5到100米之间。

在一种被称为实时动态(RTK)的优选方法中，对载波的相位求值以支持在两个接收机之间的相对定位。两个接收机其中之一是要被定位的用户接收机，而另一个接收机是被布置于已知位置的参照接收机。参照接收机的位置被认为是非常准确的。基于载波信号相位的定位，实际上是在此两台接收机之间的相对定位。其基于用于形成双差观测的载波测量和PRN码测量二者。涉及载波相位的可观测的双差是在两个接收机处的特定卫星信号的载波相位之差，与在两个接收机处的另一颗卫星的信号的载波相位之差的比较。相应地，获得涉及PRN码的可观测的双差。当仅考虑对于两个接收机和不同卫星的差值时，在卫星信号中的例如由于噪声水平、大气扰动、多径环境和卫星几何学(satellite geometry)造成的不同误差被抵偿。因而，可利用可观测的双差以确定接收机彼此之间的相对位置。由于参考位置的地点是精确已知的，可将所确定的相对位置进一步转换为绝对位置。对载波相位的求值将面临在计算上具有挑战性的任务，但其支持在厘米或分米级别精度的定位。

虽然当形成双差时，许多误差源都被抵偿，整数的模糊依然存在于可观测的载波相位中。当使用单频接收机时，在所描述的基于载波相位的定位中，解决这些模糊是最重的计算负担和最消耗时间的任务。由于使用多重频率可降低涉及基于载波相位的定位的计算负载，因此可通过用例如GPS中的L1和L2的不同的载波频率对信号求值以显著地加速基于载波的定位。

起初，此类基于载波的定位主要为通常装备双频接收机的测地学用户所使用。而为个人用途而使用GNSS定位的用户通常仅拥有单频接收机。

利用可观测的双差的GNSS接收机的相对定位已在例如美国专利6,229,479 B1中描述。

发明内容

本发明扩展了相对定位的可用性。

I.