具有多个RTK引擎的GNSS测量接收器

摘要

基于多个RTK引擎确定全球导航卫星系统（GNSS）测量接收器的定位。使用参数的第一集合实现第一RTK引擎。使用参数的、不同于第一集合的第二集合实现第二RTK引擎。从多个卫星接收多个GNSS信号。从至少一个基站接收器接收至少一个修正信号。基于GNSS信号和至少一个修正信号从第一RTK引擎确定第一定位。基于GNSS信号和至少一个修正信号从第一RTK引擎确定第二定位。基于第一定位或第二定位或两个定位的组合确定GNSS测量接收器的最终定位。

说明书

本申请要求于2011年4月6日由Javad Ashjaee所提交的、命名为 “GNSS SURVEYING RECEIVER WITH MULTIPLE RTK ENGINES”的、 序列号为61/472,571的共同代决、共同受让的美国临时专利申请的优先权， 本文对其全文加以合并。

技术领域

本公开总地涉及全球导航卫星系统（GNSS），并且更具体地，涉及使 用多个实时动态（RTK）引擎的GNSS测量接收器。

背景技术

使用全球导航卫星系统的导航接收器，诸如GPS或GLONASS（下文 统称为“GNSS”），使能接收器的定位的高度精确确定。卫星信号包括由伪 随机二进制代码所调制的载波谐波信号，其在接收侧用来测定相对于本地 参考时钟的延迟。这些延迟测定用来确定接收器和卫星之间的所谓的伪距 （pseudo-range）。伪距与真实几何距离不同，因为接收器的本地时钟与卫 星机载时钟不同。如果视线内的卫星的数目大于或等于四，那么可处理所 测定的伪距，以确定如由矢量X=(X,y,Z)T所表示的用户的单点位置，以 及针对接收器时钟偏移进行补偿。

GNSS在测量场中查找要求高度精确的测定的特定应用。改进定位精 确性的需求最终已引起差分导航/定位的发展。在该模式中，假定已知基站 接收器的定位坐标具有高度精确性，相对于连接到基站接收器或基站接收 器的网络的天线确定用户定位。基站接收器或接收器网络发射其测定（或 对完全测定的修正）到移动导航接收器（或流动站（rover））。流动站接收 器使用这些修正以在数据处理的过程中完善其自身的测定。该方法的基本 原理是：由于在基站和流动站侧上的伪距测定误差是强关联的，所以使用 差分测定将大体上改进定位精确性。

通常，基站是静态的并且位于已知的定位。然而，在相对导航模式中， 基站和流动站二者均在移动。在该模式中，用户关注于确定基站和流动站 之间的矢量。换句话说，用户关注于相对于基站的连续改变的定位确定连 续改变的流动站定位。例如，当一个飞行器或太空交通工具正在接近另一 个用于空中加油或对接时，相对定位的高度精确确定是重要的，而每个交 通工具的绝对定位一般来说不是关键的。

流动站的定位随时间连续地改变，并因此应参考于时标（time scale）。 实时的移动流动站相对基站接收器的定位的确定可使用“实时动态”或RTK 算法来实施，其存储在流动站上的存储器上。如名称“实时动态”隐含的， 一旦原始数据测定和差分修正在流动站处可用，流动站接收器就能够（几 乎立即）计算/输出其准确定位。RTK模式使用数据通信链路（典型地，无 线电通信链路或GSM二进制数据通信链路二者之一），所有必要的信息通 过其从基站发射到流动站。

差分导航/定位应用中的精确性的进一步改进可通过使用来自接收器 被锁定到的卫星的载波相位和伪距测定二者来达成。如果在基站接收器中 测定了从卫星所接收的信号的载波相位并将其与在流动站接收器中所测定 的相同卫星的载波相位相比较，那么可获得对载波波长的小部分内的测定 精确性。

差分定位的精确性还可取决于RTK算法。例如，除了其他因素，RTK 算法可关于使用多少GNSS卫星或如何处置孤立点（outlier）测定做出假 定。如果这些假定是正确的，那么RTK算法可快速产生精确定位。如果这 些假定是不正确的，那么RTK算法可产生不太精确的定位或可能花费较长 时间以产生精确定位。

发明内容

用于基于多个RTK引擎确定全球导航卫星系统（GNSS）测量接收器 的定位的一个示例性过程。使用参数的第一集合实现第一RTK引擎。使用 参数的、不同于第一集合的第二集合实现第二RTK引擎。从多个卫星接收 多个GNSS信号。从至少一个基站接收器接收至少一个修正信号。基于 GNSS信号和至少一个修正信号从第一RTK引擎确定第一定位。基于GNSS 信号和至少一个修正信号从第一RTK引擎确定第二定位。基于第一定位或 第二定位或两个定位的组合确定GNSS测量接收器的最终定位。

附图说明

图1描绘用于在GNSS设备上使用多个RTK引擎的示例性过程的流程 图。

图2A描绘GNSS设备的视图。

图2B描绘GNSS设备的另一视图。

图3A描绘GNSS设备的用户界面屏幕的截图。

图3B描绘GNSS设备的用户界面屏幕的另一截图。

图4描绘典型的计算机系统。

具体实施方式

呈现以下描述以使能本领域普通技术人员制作和使用各种实施例。提 供具体设备、技术和应用的描述仅作为示例。对本文所描述的示例的各种 修改对本领域普通技术人员将是显而易见的，并且可将本文所限定的一般 原理应用到其他示例和应用而不脱离各种实施例的精神和范围。因此，各 种实施例不意图限制本文所描述和示出的示例，而是给出符合权利要求的 范围。

图1描绘用于基于来自在GNSS接收器上并行地运行的多个RTK引擎 的定位信息确定GNSS流动站接收器的定位的示例性过程的流程图100。 示例性过程适合于以可在被包括在GNSS设备中的处理器上执行的计算机 可执行指令的形式在GNSS设备上实现。

图2A描绘可用来实现示例性过程的示例性GNSS设备200。GNSS设 备200包括在盖体202之下的GNSS天线、前向摄像机204、在盖体206 之下的一个或多个通信天线。图2B描绘示出用户界面屏幕208的GNSS 设备200的另一视图。GNSS设备200还包括一个或多个处理器和用于存 储数据和在一个或多个处理器上执行的指令的存储器。

如RTK引擎中所使用的，“引擎”可定义为在处理器上运行的用于计 算定位的算法。多个引擎可驻留在单个处理器芯片上。例如，引擎可在多 核处理器的一个核心上运行，或者在单个核心上运行多个算法的多个线程 可各自构成引擎。

参考回到图1的流程图100，在操作102中，GNSS设备使用参数的第 一集合实现第一RTK引擎。GNSS设备可通过运行采用参数的第一集合作 为输入实现第一RTK引擎的软件算法实现第一RTK引擎。

参数的第一集合指定RTK引擎应如何操作。在一个示例中，参数的第 一集合从是GNSS设备的一部分的存储器加载。在另一示例中，通过使用 GNSS设备的用户界面从用户处获得参数的第一集合。可被包括在参数的 第一集合中的示例性参数包括指定以下内容的参数：确定GNSS设备的定 位要考虑的卫星数目、衰减因子（fading factor）、残差电离层估计量参数、 应如何处置孤立点检测、以及整数模糊度（integer ambiguity）验证过程的 公差。

可使用指定要考虑的卫星数目的参数，以例如限制RTK引擎使用来自 具有最强信号的五个GPS卫星和三个GLONASS卫星的信号。在其他示例 中，也可使用来自其他GNSS星座的卫星。在另一示例中，该参数可指定 应使用所有可用卫星。在又一示例中，该参数可指定应仅使用不具有多路 径误差的卫星。在该示例中，可基于多路径误差和卫星关于地平线的仰角 之间的关联来估计卫星的多路径误差的可能性。通过限制卫星数目，RTK 引擎可比使用所有可用卫星的RTK引擎更快地提供定位。

RTK引擎可采用递归算法用于确定定位。在一个情况中，RTK引擎可 采用指定衰减因子的参数，当更新定位确定时，其确定要应用到由RTK引 擎所收集的先前数据的权重。较长的衰减因子可为RTK引擎提供较多的稳 定性。然而，较短的衰减因子在改变可能影响GNSS设备处的信号接收的 环境条件下可提供更快和更精确的结果。

残差电离层延迟估计量用来解释源自信号经过电离层的信号中的延 迟。数个参数控制其操作（例如，期望的残差电离层延迟和期望的自动关 联时间）。

一个或多个参数可指定如何处置孤立点检测。在假定大气信道被采用 经定义的变量所带限（bandlimit）白噪声的情况下，那么可定义指定在丢 弃（drop）违反该误差假定的故障测定中RTK引擎应多么积极（aggressive） 的参数。例如，参数可指定故障测定的概率的阈值。如果测定具有小于阈 值的概率（例如10-7或10-10），那么RTK引擎可将测定作为故障测定来 处置，并可例如丢弃测定。在另一示例中，阈值可置于与测定相关联的误 差上。

RTK引擎可产生RTK固定定位或RTK浮点定位二者之一。是否获得 RTK固定定位可部分地取决于整数模糊度验证过程。RTK引擎可接受影响 整数模糊度验证过程的公差的一个或多个参数。

虽然已描述示例性参数，也可使用其他参数。

在操作104中，GNSS设备使用参数的第二集合实现第二RTK引擎。 该操作可以以与操作102相同的方式进行。参数的第二集合与参数的第一 集合不同。例如，与参数的第一集合相比较，参数的第二集合可针对一个 或多个参数具有不同值；或者与参数的第一集合相比较，参数的第二集合 可具有一个或多个不同参数。

在一个示例中，第一和第二RTK引擎可在GNSS设备的相同处理器上 实现。在另一示例中，如果GNSS设备包含多个处理器，那么第一和第二 RTK引擎可在不同处理器上实现。

第二RTK引擎可与第一RTK引擎同样。在该情况中，由两个RTK引 擎所产生的定位中的任何不同可由参数的第一和第二集合中的不同所导 致。

可替代地，第二RTK引擎可以与第一RTK引擎不同。例如，与第一 RTK引擎相比较，第二RTK引擎可采用不同算法来实现。在该情况中， 由两个RTK引擎所产生的定位中的任何不同可由参数的第一和第二集合 中的不同或由RTK算法中的不同所导致。

在操作106中，GNSS设备从多个GNSS卫星接收多个GNSS信号。 GNSS信号包含可由在GNSS设备上运行的每个RTK引擎所使用以确定其 定位的时序信息。GNSS信号可通过例如安装在GNSS设备上并连接到 GNSS接收器的GNSS天线来接收。

在操作108中，GNSS设备从至少一个基站或基站的网络接收修正信 号。修正信号包含可由每个RTK引擎所使用以改进如使用来自操作106的 GNSS信号所确定的定位的精确性的修正信息。修正信号可通过例如安装 在GNSS设备上并连接到GNSS设备中的通信接收器或收发器的通信天线 来接收。

在操作110中，GNSS设备基于多个GNSS信号和至少一个修正信号 从第一RTK引擎确定第一定位。第一RTK引擎还可提供第一定位的第一 误差指示器。例如，第一RTK引擎可提供RMS误差。如另一示例，第一 RTK引擎还可提供其确定的解或定位的类型。在该示例中，RTK浮点定位 可具有与其相关联的、与RTK固定定位相比较更高的误差。

在操作112中，GNSS设备基于多个GNSS信号从第二RTK引擎确定 第二定位。类似于第一RTK引擎，第二RTK引擎还可提供第二定位的第 二误差指示器。

可在于2008年2月15日所提交的、以美国专利公开号2008/0208454 公开的、号为12/070,333的美国专利申请以及于2009年1月27日所提交 的、以美国专利公开号2009/0189804公开的、号为12/360,808的美国专利 申请中得到基于来自GNSS卫星和基站的信号确定定位的更详细描述，其 受让给本发明的受让人，并且在本文通过援引的方式对其每个的全文加以 合并用于所有目的。

在操作114中，GNSS设备基于操作110和112的结果确定最终定位。 例如，如果第一定位和第二定位相同，那么最终定位可以是第一和第二定 位。即使第一和第二定位同样，参数的第一和第二集合之间的不同或第一 和第二RTK引擎之间的不同可导致第一或第二RTK引擎在其他RTK引擎 产生定位之前产生结果定位。最终定位可被选择为首先可用的RTK定位。

在另一示例中，第一和第二定位可以不同。任何不同可以归因于参数 的第一和第二集合之间的不同。在可替代示例中，如果第一和第二RTK引 擎不同，这还可解释定位中的不同。在这些示例中，任何数目的可能的方 法可用来确定最终定位。第一和第二定位二者可被共同平均以确定最终定 位。第一和第二误差指示也可用来确定第一和第二定位中的哪一个被用作 最终定位（例如具有最小误差的定位被用作最终定位）。误差指示也可用来 确定用于第一和第二定位的加权平均的权重。如果定位的二者之一是RTK 固定定位而另外的定位是RTK浮点定位，那么可使用RTK固定定位，因 为在许多情况中，RTK固定定位总是比RTK浮点定位更精确。这些只是 一些用于基于第一或第二定位确定最终定位的可能的方法。也存在不脱离 示例性过程的其他方法。

已针对两个RTK引擎描述示例性过程。然而，可使用任何数目的引擎。 例如，图3A描述具有由状态窗口302、304、306、308、310和312所表 示的六个RTK引擎（“六块（pack）”）的GNSS设备的用户界面屏幕300。 状态窗口302具有示出正在使用的GPS卫星数目的区域314、示出正在使 用的GLONASS卫星数目的区域316、示出解是RTK固定还是RTK浮点 解的区域318、示出由RTK引擎所确定的定位的RMS的区域320、以秒示 出自从RTK引擎被最后重置的时间的区域322、以及示出在确定最终定位 中来自RTK引擎的定位的权重的区域324。

图3B再次描绘具有正在运行的相同的六个RTK引擎的GNSS设备的 用户界面屏幕300。然而，由于GNSS信号到达GNSS设备的能力的改变， 例如障碍介于GNSS接收器和一个或多个卫星之间，所以现在由每个RTK 引擎所确定的解已在精确性上有所减少。在该情况下，由状态窗口312所 表示的RTK引擎正在产生RTK浮点解并且完全不被使用于最终解。

虽然已依照特定示例性过程和说明性示图描述本发明，但本领域普通 技术人员应理解的是，本发明不限于所描述的过程或示图。本领域技术人 员应理解的是，可使用适当的硬件、软件、固件或其组合来实现示例性过 程的操作。例如，一些过程可使用处理器或在软件、固件或硬连线逻辑控 制之下的其他数字电路来实行。（如将由本领域技术人员所理解以实行所 阐述的功能，术语“逻辑”在本文指固定硬件、可编程逻辑和/或其适当的 组合）。软件和固件可存储在计算机可读介质上。如本领域普通技术人员公 知的，可使用模拟电路实现一些其他过程。此外，在本发明的实施例中可 采用存储器或其他存储以及通信部件。

图4示出在本发明的示例性过程中可被采用以实现处理功能性的典型 的计算系统400。该类型的计算系统可用来实现例如流动站处理逻辑和基 站处理逻辑。相关领域的技术人员还将理解如何使用其他计算机系统或架 构实现本发明。计算系统400可表示例如台式、膝上型或笔记本计算机、 手持计算设备（PDA、手机、掌上型计算机等）、大型机、服务器、客户端、 或可期望或适合用于给定的应用或环境的任何其他类型的专用或通用计算 设备。计算系统400可包括一个或多个处理器，诸如处理器404。处理器 404可使用通用或专用处理引擎诸如例如微处理器、微控制器或其他控制 逻辑来实现。在该示例中，处理器404连接到总线402或其他通信介质。

计算系统400还可包括主存储器408，诸如随机存取存储器（RAM） 或其他动态存储器，用于存储信息和要由处理器404所执行的指令。主存 储器408还可用于在要由处理器404所执行的指令的执行期间存储临时变 量或其他中间信息。计算系统400也可包括只读存储器（“ROM”）或耦连 到总线402的其他静态存储设备，用于存储静态信息和用于处理器404的 指令。

计算系统400还可包括信息存储系统410，其可包括例如介质驱动器 412以及可移动存储接口420。介质驱动器412可包括驱动器或其他机制以 支持固定或可移动存储介质，诸如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、 光盘驱动器、CD或DVD驱动器（R或RW）、或其他可移动或固定介质驱 动器。存储介质418可包括例如硬盘、软盘、磁带、光盘、CD或DVD、 或由介质驱动器414进行读取和写入的其他固定或可移动介质。如这些示 例示出的，存储介质418可包括其中已存储特定计算机软件或数据的计算 机可读存储介质。

在可替代实施例中，信息存储系统410可包括其他类似部件用于允许 计算机程序或其他指令或数据被加载到计算系统400中。这种部件可包括 例如诸如程序盒和盒式接口的可移动存储单元422和接口420、可移动存 储器（例如闪存或其他可移动存储器模块）和存储器槽、以及允许软件和 数据从可移动存储单元418转移到计算系统400的其他可移动存储单元 422和接口420。

计算系统400还可包括通信接口424。通信接口424可用来允许软件和 数据在计算系统400和外部设备之间转移。通信接口424的示例可包括调 制解调器、网络接口（诸如以太网或其他NIC卡）、通信端口（诸如例如 USB端口）、PCMCIA槽和卡等。经由通信接口424转移的软件和数据是 可以是电子、电磁、光或能够被通信接口424所接收的其他信号的信号形 式。这些信号经由信道428被提供到通信接口424。该信道428可承载信 号并可使用无线介质、有线或电缆、光纤或其他通信介质来实现。信道的 一些示例包括电话线、手机链路、RF链路、网络接口、局域或广域网络、 以及其他通信信道。

在该文档中，术语“计算机程序产品”、“计算机可读存储介质”等等 一般可用来指诸如例如存储器408、存储设备418或存储单元422的介质。 在存储用于由处理器404使用的一个或多个指令中可涉及这些和其他形式 的计算机可读介质，以使处理器实施指定操作。这种指令一般称为例如“计 算机程序代码”（其可以以计算机程序或其他分组的形式加以分组），当被 执行时，使能计算系统400实施本发明的实施例的特征或功能。注意，代 码可直接使处理器实施指定操作、经编译以使处理器实施指定操作和/或与 其他软件、硬件和/或固件元件（例如用于实施标准功能的库）组合以使处 理器实施指定操作。

在使用软件实现元素的实施例中，软件可存储在计算机可读介质中并 通过使用例如可移动存储驱动器414、驱动器412或通信接口424被加载 到计算系统400中。控制逻辑（在该示例中，软件指令或计算机程序代码） 当被处理器404所执行时，使处理器404实施如本文所描述的本发明的功 能。

应理解的是，为了清楚起见，上文的描述已参考不同功能的单元和处 理器来描述本发明的实施例。然而显而易见的是，可使用不同的功能单元、 处理器或域之间的功能性的任何合适的分布而不脱离本发明。例如，示出 的要由分开的处理器或控制器所实施的功能性可由相同处理器或控制器来 实施。因此，对具体功能单元的引用仅被视为对用于提供所描述的功能性 的合适的装置的引用，而非严格的逻辑或物理结构或组织的指示。

虽然被单独列出，但多个装置、元素、或操作可由例如单个单元或处 理器来实现。此外，虽然单独特征可包括在不同的权利要求中，但这些可 能被有利地组合，并且在不同权利要求中的内含物不意味着特征的组合是 不可行的和/或不利的。并且，权利要求的一类中的特征的内含物不意味着 对该类的限制，而是在适当的情况下，特征可平等地适用于其他权利要求 的类。

此外，应理解的是可由本领域技术人员做出各种修改和变更而不脱离 本发明的精神和范围。本发明不被前述说明性的细节所限制，而是根据权 利要求进行限定。