使用三个ＧＰＳ频率消除载波相位整数模糊度的方法技术

本发明专利技术包括用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法。该方法包括使用在Ｌ１，Ｌ２和Ｌ５频率上的ＧＰＳ载波相位测量值形成第一复合测量值。为了减小在第一复合测量值中的噪声，该方法还包括使用在这三个ＧＰＳ载频的至少两个载频上的ＧＰＳ载波相位测量值形成第二复合测量值。第二复合测量值被形成为其具有小的多径噪声，以使得它可用来平滑第一复合测量值从而使多径噪声为最小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及与诸如全球定位系统(GPS)或欧洲伽利略系统那样的定位系统有关的技术，更具体地，涉及消除在定位系统的载波相位测量中的整数模糊度的方法。背景诸如全球定位系统(GPS)的大范围定位系统使用卫星星座来定位或导航地球上的目标。当前，卫星星座在两个载频上广播信号，即分别为(154*10.23MHz)或1572.45MHz的L1频率和(120*10.23MHz)或1227.6MHz的L2频率，或0.1903m的L1波长和0.2442m的L2波长。对于每个载频，通常由要被定位的目标的GPS接收机进行两种类型的GPS测量。这两种类型的GPS测量是伪距离测量和综合载波相位测量。伪距离测量(或代码测量)是所有的类型的GPS接收机都可以进行的基本的GPS观察。它利用被调制在载波信号上的C/A或P码。载波相位测量是通过在信号到达接收机时对信号的重建的载波进行综合而得到的。因为当接收机开始跟踪信号的载波相位时在卫星与接收机之间的转移中有未知数目的整周期，在载波相位测量中存在有整个周期的模糊度。为了达到载波相位测量的高精度，必须消除这种整周期模糊度。通过可得到的GPS测量值，在GPS接收机与多个卫星的每个卫星之间的距离是通过把信号的行进时间乘以光速而计算的。这些距离通常被称为伪距离(假距离)，因为GPS测量值可包括由于诸如卫星时钟定时误差、天文历误差、电离层和对流层折射效应、接收机跟踪噪声、和多径误差等等的各种误差因素造成的误差。为了消除或减小这些误差，差分操作典型地用于GPS应用。差分GPS(DGPS)操作典型地牵涉到基本参考GPS接收机、用户GPS接收机、和在用户与参考接收机之间的通信机构。参考接收机被放置在已知的位置，以及该已知的位置被用来生成与某些或全部以上的误差因素有关的相关值。生成的校正值或在参考站测量的原始数据被提供给用户接收机，然后它使用校正值或原始数据来适当地校正它的计算出的位置，使用载波相位测量值的差分操作常常被称为实时运动学(RTK)定位/导航操作。然而，生成的校正值或在参考接收机处测量的原始数据仅仅在参考接收机与用户接收机之间存在有误差的空间和时间相关值时在用户GPS接收机中才是有用的。虽然作为伪距离或载波相位测量值的偏差而出现的GPS卫星时钟定时误差，在参考接收机与用户接收机之间有很好的相关性，但大多数其它误差因素或者不相关，或者在大范围的应用中-(即在参考接收机与用户接收机之间的距离变为很大时)-这种相关性消失。而且，当在用户接收机与参考接收机之间的距离变为很大时，诸如大于约10到20公里，在现有的GPS系统中两个载频对于消除整周期载波相位模糊度是不充分的。概要本专利技术包括一种用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法。在一个实施例中，为了形成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值，使用在L1，L2和L5频率上的GPS载波相位测量值来形成第一复合测量值。第一复合测量值是在三个GPS载频上GPS载波相位测量值的线性组合。它是模糊度消除和折射校正的，但它可能具有相对较大的多径噪声。为了减小在第一复合测量值中的噪声，通过使用在这三个GPS载频的至少两个载频上的GPS载波相位测量值来形成第二复合测量值。第二复合测量值被形成为在其中具有小的多径噪声，以使得它可用来平滑第一复合测量值。在一个实施例中，为了用第二复合测量值来平滑第一复合测量值，计算在多个测量值时期中每个时期在第一复合测量值与第二复合测量值之间的偏差，并以多个测量值时期上扩展的平均值对该偏差进行平滑。被平滑的偏差附加到第二复合测量值上，以得到模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的GPS载波相位测量值。消除折射校正的复合测量值的模糊度的能力将很大地去除在载波相位差分GPS的使用中的基线分离限制，这样，全球RTK能力变为容易实现的。附图简述附图说明图1是可用来实现用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法的计算机系统的框图。图2是显示用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法的流程图。图3是显示在用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法中使用的平滑处理过程的流程图。详细说明图1显示可用来实现按照本专利技术的一个实施例的、用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法的计算机系统100。计算机系统100被耦合到用户GPS接收机122，该接收机把根据来自多个卫星110-1，110-2，...，110-n的信号的GPS码和载波相位测量值提供给计算机系统100，其中n是在用户GPS接收机122的视线中卫星的数目。用户GPS接收机100可以与参考GPS接收机140通信，参考GPS接收机140也根据来自多个卫星的信号取得测量值，这些测量值用来生成对在用户GPS接收机处取得的GPS测量值的校正值。多个卫星，或它们的任何一个或多个卫星，此后在本文件中有时被称为卫星110。在某些实施例中，用户GPS接收机122和计算机系统100被合并成在单个机箱内的单个设备，诸如便携式、手持式或甚至可头戴的位置跟踪设备，或车载的或移动定位和/或导航系统。在其它实施例中，用户GPS接收机122和计算机系统100没有被合并成单个设备。如图1所示，计算机系统100包括中央处理单元(CPU)126、存储器128、输入端口134和输出端口136，以及(任选地)用户接口138，通过一个或多个通信总线129互相耦合。存储器128可包括高速随机存取存储器以及可包括非易失性大贮存装置，诸如一个或多个磁盘贮存装置。存储器128优选地存储操作系统131、数据库133和GPS应用程序135。GPS应用程序可包括用于实施按照本专利技术的一个实施例用于生成模糊度消除、折射校正、和噪声最小化的载波相位测量值的方法的程序137，如下面更详细地描述的。被存储在存储器128中的操作系统131和应用程序和程序135和137是由计算机系统124的CPU126执行的。存储器128优选地还存储在GPS应用程序135和137执行期间所使用的数据结构，包括GPS伪距离和/或载波相位测量值139以及在本文件中讨论的其它数据结构。输入端口134用于接收来自GPS接收机122的数据，以及输出端口136用于输出数据和/或计算结果。数据和计算结果也可以在用户接口138的显示装置上显示。已开发了两种主要技术用来消除整个周期载波相位模糊度。第一种技术常常称为“与几何无关”或“测量-空间”技术，它使用平滑的代码测量值来确定载波相位测量值的整周期模糊度。第二种技术常常称为“依赖于几何”或“位置-空间”技术，它使用搜索处理来确定整周期模糊度的哪个组合对于在GPS接收机的视线中的卫星会给出按照某些准则的最好的解，这些准则例如是测量值余值的平方和的最小值。使用用于载波相位模糊度的“与几何无关”方法有几个优点。“与几何无关”方法的第一个优点在于，它较少受到由对流层折射效应造成的GPS测量值中的误差影响，因为代码和载波相位测量值受到对流层相同的影响。“与几何无关”方法的第二个优点在于，模糊度消除是逐个卫星地进行的，与“依赖于几何关系”方法相比较，“依赖于几何关系”方法需要在GPS接收机的视线中至少五个卫星，以便保证解的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于得到模糊度消除、折射校正的ＧＰＳ载波相位测量值的方法，包括：得到在三个载频上的载波相位测量值；根据在三个载频上的载波相位测量值形成至少两个宽通道载波相位测量值；消除在宽通道载波相位测量值中的整周期模糊度；以及使用模糊度消除的宽通道测量值形成模糊度消除的、折射校正的ＧＰＳ载波相位测量值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RR哈奇，
申请(专利权)人：纳夫科姆技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]