用于在实时运动模式和相对定位模式之间切换的卫星导航接收器及方法与流程
相关申请
本文献(包括附图)根据under35u.s.c.§119的规定，要求基于2015年6月29日递交的美国临时申请no.62/186,009和2015年9月17日递交的美国临时申请no.62/219,880的申请日的优先权和权益，其中所述临时申请通过引用合并于本文献。
本发明涉及一种卫星导航接收器和用于在实时运动模式和相对定位模式之间(无缝或平滑、精确地)切换的方法。
背景技术：
在一些现有技术中，卫星导航接收器可在实时运动(rtk)模式和位置估计的相对定位模式或者精确定位模式之间转变。为了在实时运动模式下工作，接收器需要局部可用的实时运动信号，而所述实时运动信号可用实时运动校正数据编码。如果实时运动信号中断、讹误或丢失，则所述实时运动模式可能临时不可用，并且接收器可转变成精确定位模式。然而，实时运动模式和相对定位模式之间的转变可能突变或者导致接收器或与接收器关联的机动车的位置跳跃或不连续。而且，在实时运动信号中断、讹误或丢失后，在某些现有技术中，卫星接收器只能够在最大时间周期(例如十五分钟)内提供与丢失的实时运动模式相一致的精度。如果实时运动信号不在最大时间周期内恢复或修复，则接收器可能需要采取精度降低的位置确定模式。因此，存在对卫星导航接收器和用于在实时运动模式和位置估计的相对定位模式之间(无缝或平滑、精确地)切换的方法的需求，其支持实时运动信号的更长的停止周期。
技术实现要素：
根据一个实施方式，一种用于操作卫星导航接收器在实时运动模式和相对定位模式之间切换的方法，利用参考坐标系补偿或偏移矢量补偿。移动接收器包括相对位置估计器和实时运动(rtk)位置估计器。所述移动接收器使用实时运动位置估计器和由无线设备经由rtk校正信号接收的校正数据在rtk模式下操作。参考坐标系补偿器或导航定位估计器确定精确点定位(ppp)参考坐标系和rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，其中ppp参考坐标系与相对位置估计器产生的相对位置估计值相关联，并且rtk参考坐标系与rtk位置估计器产生的rtk位置估计值相关联。当丢失rtk校正信号时，导航定位估计器或控制器根据最后可用的rtk位置(例如从rtk模式)切换到相对位置模式。相对位置估计器根据移动接收器在相对位置模式下的时差相位测量值来确定估计的相对位置。相对位置估计器或参考坐标系补偿器经由确定的参考坐标系偏差偏移在相对位置模式中估计的相对位置(在rtk校正信号丢失之后)，以避免相对位置估计值中的跳跃或不连续。在某些实施例中，即使rtk校正信号未恢复，链式的相对位置矢量和时变大气偏差估计值支持在rtk校正信号丢失之后任意长周期的相对定位模式下的操作。
附图说明
图1a是通过通信卫星向移动接收器提供校正数据的卫星导航数据处理中心的一个实施例的框图。
图1b是卫星导航数据处理中心的一个实施例的框图，所述卫星导航数据处理中心经由通信网络(例如，因特网)和无线通信系统向移动接收器提供校正数据(例如，tcp/ip格式的数据包)。
图2是实时运动(rtk)基站的一个实施例的框图，该实时运动(rtk)基站向移动接收器提供rtk校正数据。
图3是在实时运动模式和相对定位模式(或精确定位模式)之间(无缝或平滑、精确地)切换的接收器的一个实施例的框图。
图4a是用于在实时运动模式和相对定位模式(或精确定位模式)之间切换的接收器的另一实施例的框图；图4a比图3更详细地示出了导航定位估计器。
图4b是rtk扩展(rtkx)模块或扩展的rtk模块的另一实施例的框图。
图5是用于操作卫星接收器在实时运动模式和精确定位模式或相对定位模式之间(无缝或平滑、精确)切换的方法的第一实施例的流程图。
图6是用于操作卫星接收器在实时运动模式和精确定位模式或相对定位模式之间(无缝或平滑地、精确地)切换的方法的第二实施例的流程图。
图7是用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换卫星接收器的方法的第三实施例的流程图，或用于对来自参考接收器的平滑滤波器和基础偏移矢量(baseoffsetvector)的准备(readiness)进行质量检查的相关方法的流程图。
图8是用于操作卫星接收器在实时运动模式和精确定位模式之间(无缝平滑、精确)切换的方法的第四实施例的流程图，或用于巡游偏移矢量(roveroffsetvector)的质量检查的相关方法的流程图。
图9a是在移动接收器已经引入积分模糊度或收敛于积分模糊度以提供精确的位置估计值后与rtk校正数据的rtk信号中断相关联的时间线的流程图。
图9b是在移动接收器已经引入积分模糊度或收敛于积分模糊度以提供精确的位置估计值之前与rtk校正数据的rtk信号中断相关联的时间线的流程图。
图10是具有偏差估计或补偿的卫星导航接收器的一个实施例的框图。
图11是用于操作具有偏差估计的卫星接收器的方法的一个实施例的流程图。
图12是用于操作具有偏差估计的卫星接收器的方法的另一个实施例的流程图。
图13是用于操作具有偏差估计的卫星接收器的方法的又一个实施例的流程图。
图14是一种用于操作具有参考坐标系补偿或偏移矢量补偿的卫星接收器的方法的一个实施例的流程图。
图15是用于操作具有参考坐标系补偿或偏移矢量补偿的卫星接收器的方法的另一个实施例的流程图。
图16是用于操作具有参考坐标系补偿或偏移矢量补偿的卫星接收器的方法的又一个实施例的流程图。
不同附图中相同的附图标记指示相同或相似的元件、步骤或过程。
具体实施方式
在本文献的任何上述附图中，任何连接任何块、组件、模块、复用器、存储器、存储器、数据贮存器、累加器、数据处理器、电子组件、振荡器、信号发生器、或者其他电子或软件模块的箭头或线可以包括以下各项中的一个或更多个：电信号的物理路径、电磁信号的物理路径、用于数据的逻辑路径、一个或更多个数据总线、电路板迹线、传输线；软件模块、程序、数据或组件之间的链接、呼叫、交流或数据信息；或者数据消息、软件指令、模块、子程序或组成部分的传输或接收。
在一个实施例中，本文献公开的系统、方法和接收器可以包括计算机实现的系统、方法或接收器，其中一个或更多个数据处理器通过数据总线和一个或更多个数据存储设备(例如，累加器或存储器)处理、存储、检索和以其他方式一个或更多个使用数据，如本文献和附图中所描述的那样。如本文献中所使用的，“被配置成、适于或者被布置成”是指将所述数据处理器或接收器使用适当的软件指令、软件模块、可执行代码、数据库、和/或所必需的数据编程，以执行任何所引用的函数、数学运算、逻辑运算、计算、判断、处理、方法、算法、子程序、或与图1a、图1b、图3和/或任何其他附图中提出的一个或更多个块相关联的程序。替代地，与上述定义分开或累积地，“配置为、适于或者被布置成”可以表示接收器包括一个或更多个这里描述为软件模块、等同的电子硬件模块或者二者的组成部分，以执行任何所引用的函数、逻辑运算、计算、判断、处理、方法、算法、子程序。
包括gps、glonass、beidou、galileo、qzss、irnss和sbas的全球导航卫星系统(gnss)，使用空间中的卫星来定位gnss接收器或其天线在地球上或地球上方的位置(例如三维坐标)。通常，对于正被跟踪的每个gnss卫星的每个载波信号，伪范围和集成载波相位gnss测量值在民用gnss接收器内都是可用的。伪范围测量值记录将相关代码从卫星传播到接收器所花费的近似持续时间。持续时间等于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。
在gnss接收器中，载波相位测量值可以通过在载波到达接收器时将信号的重构载波积分来获得，或根据其它测量技术来获得。载波相位测量值是通过根据卫星时钟信号离开卫星的时间和根据接收器时钟信号到达接收器的时间确定的传输时间差的测量值。然而，由于当接收器开始跟踪信号的载波相位时在卫星与接收器之间传输的整个周期的初始数目是未知的，在多个(例如，加上或减去一个整数或其等效波长)载波周期上，从载波相位获得的传输时间差通过是错误的。因此，在接收器与每个卫星之间对载波相位的载波相位测量值中存在整个周期模糊度，直到通过各种过程解决它为止。
gnss接收器和多个可探测卫星中的每一个可探测卫星之间的范围或距离通过将每个信号从卫星到gnss接收器的行进时间乘以光速来计算。这些范围通常被称为伪范围，因为接收器时钟通常具有相当大的时间误差，这导致在接收器接收的一组卫星信号中关于每个卫星的测量范围内的共同偏差。作为正常导航计算的一部分，通过使用不同的测量值，将来自接收器时钟误差的共同偏差与接收器的位置坐标一起求解。各种其它因素也可能导致计算范围内的误差或噪声，包括星历误差、卫星时钟定时误差，大气效应、接收器噪声和多径误差。在独立gnss导航中，接收器从多个卫星获得代码和/或载波相位范围但没有利用任何参考站的校正，接收器在可用于减少范围内的误差或噪声的方法方面非常受限。
为了消除或减小系统错误，通常在gnss应用中使用微分运算/差分操作(differentialoperations)。gnss微分运算/差分操作通常涉及位于已知站点(有时称为基站)处的一个或更多个参考接收器以及用户的移动接收器和参考接收器之间的通信链路。参考接收器生成与上述错误中的一些或全部相关联的校正数据，并且校正数据通过通信链路被传输到用户接收器。移动接收器然后将该校正数据应用于它自己的载波相位测量值或位置估计值，从而获得更精确的计算位置。来自相应参考接收器的校正数据可以是对在参考站点处确定的参考接收器位置进行校正的形式，或以对特定gnss卫星时钟和/或轨道数据进行校正的形式。使用载波相位测量值的微分运算/差分操作通常被称为实时运动(rtk)定位/导航操作。
差分gnss(dgnss)的基本概念是利用gnss测量值中固有的误差的空间和时间相关性。对于移动接收器和参考接收器之间的短基线或分离，移动接收器可使用校正数据来消除或显著减轻伪范围和/或载波相位测量值中的大多数噪声源。减轻量取决于移动接收器处的和参考接收器处的误差源之间的相关性。当在伪范围或载波相位测量值上出现偏差的gnss卫星时钟定时误差，在基准接收器和移动接收器之间完全相关时，大部分其它误差因素是不相关的，或者相关性作为移动接收器和参考接收器之间距离的函数而减小。
已经开发出许多不同技术以使用gps载波相位测量值获得高精度的差分导航。精度最高的技术是实时运动(rtk)技术，其产生大约1厘米的典型精度。然而，为了获得该精度，移动接收器需要确定在差分载波相位测量值中的整个周期模糊度。当用户的移动接收器和基准接收器之间的距离(基线距离)较短时，rtk技术是高度有利的，因为在这种情况下，可以不仅精确地而且快速地解决整个周期模糊度。另一方面，当基线距离大于几十公里时，可能无法确定整个周期模糊度并且不能实现正常的rtk精度。rtk技术的另一个限制是它需要在参考接收器和导航接收器之间维持本地无线链路，以提供及时的校正或测量数据。
为了克服在广域应用中dgnss系统内的错误源，各种局域、广域、或全球dgps(有时称为精确点定位ppp)技术已经开发出来。典型的ppp包括与计算中心或集线器通信的多个参考站的网络。计算中心基于参考站的已知位置和由它们进行的载波相位测量来确定精确校正数据。然后，所计算的校正数据通过诸如卫星、电话或无线电之类的通信链路向用户传输。通过使用多个参考站，ppp提供精确校正数据的更精确的估计值。
精确定位是指精确的点定位(ppp)或类似的提供基于差分校正数据或如精确时钟和轨道校正的校正数据的精确位置估计值的形式。精确点定位(ppp)是指：(1)使用精确卫星轨道和时钟校正，而不是正常卫星广播信息(星历表数据)，来确定移动用户卫星导航接收器的相对位置或绝对位置，而不用任何本地参考卫星站来提供差分校正，或者(2)使用精确的卫星轨道和时钟校正，普通广播信息(星历表数据)和差分校正数据，测量范围数据，或来自一个或更多个本地参考站的载波相位数据。尽管所得到的位置可以使用现有技术算法准确到几厘米以内，但是常规的精确点定位可能花费多达几十分钟的长收敛时间来确定模糊度整数或浮动模糊度值以实现所宣称的稳态精度，这通常是它们的适用性方面的限制因素。这里，本发明的方法和接收器并不旨在缩短ppp或基于ppp确定绝对位置的收敛时间。然而，当结合ppp系统工作时，本发明的接收器或方法提供在完全收敛或确定模糊度整数或浮动模糊度值之前实现针对相对位置的稳态水平精度的可能性。
采用载波相位差分方法的ppp技术可以实现非常高的导航精度。ppp差分技术典型地由可靠的长途通信链路或通过可靠的卫星通信链路来表征。精确的校正数据通常可以被传送到导航接收器而不会有显著的中断。然而，某些ppp技术将整个周期模糊度视为实数值(real-valued)(非整数)变量，并求解一个“浮动模糊度”，这通常是非常差的限定，直到测量数据覆盖了显著卫星几何变化的时间间隔为止。因此，在ppp应用中，可能需要长达约30分钟至大约六十分钟的时间间隔来求解足够精确的“浮动模糊度”，以产生精度小于(即更好)几厘米的可靠精度的导航位置。
在图1a中，移动接收器12和参考接收器30各自包括位置确定接收器或卫星接收器，诸如全球导航卫星系统(gnss)接收器。在每个接收到的卫星信号的周期中，移动接收器12和每个参考接收器30能够进行例如整数模糊度的模糊度的载波相位测量。接收器(12，30)确定或求解相应接收的卫星信号的载波相位测量值的模糊度，以精确地估计接收器的精确位置或坐标。接收器(12，30)的码相位或伪范围测量值不与所接收的卫星的周期的整数模糊度相关，码相位测量值不提供某些应用(例如，车辆导航)所需要的厘米级别位置精度。
如在本文献中所使用的，模糊度通常对于特定方程的应用情形(context)是特定的，该特定方程涉及来自一个或更多个接收器的对来自一个或更多个卫星的载波相位信号的一个或更多个的探测。因此，有可能具有宽通道(wl)模糊度、窄通道(nl)模糊度、零差(zd)模糊度，单差(sd)模糊度、双差(dd)模糊度、实时运动(rtk)模糊度，以及与来自一个或更多个接收器或一个或更多个卫星的相位测量相关的经校正的(rc)模糊度。在本文献中，对模糊度的任何引用可能是指单一模糊度或多个模糊度。
如果卫星导航接收器(12，30)可接收至少两个频率，例如l1和l2频率，l1和l2载波相位测量值的差可以组合以形成宽通道(wl)测量值(例如全球定位系统(gps)的具有大约86.25厘米的波长)，并且l1与l2载波相位测量值的总和可以组合以形成窄道(nl)测量值(例如具有大约10.7厘米的波长)。宽通道测量值促进了宽通道整数模糊度的快速且有效地求解，而窄通道测量值促进具有最小相位噪声的窄道模糊度的精确和准确的求解。折射模糊度补偿大气延迟偏差，诸如对流层延迟偏差。
通常相对于一个卫星、参考接收器30和移动接收器12(例如，河流)形成(例如载波相位或码相位的)单差测量值。相反，双差测量值一般是相对于两个卫星、参考接收器30和移动接收器12形成的，或者通过减去两个单差测量值而形成。然而，某些双差值测量值可以利用在两个不同的时间从与一对卫星相关联的同一接收器得到的两个单差测量值形成。
在图1a中，系统包括卫星或卫星发射机10的星群，该星群至少包括位于一个或更多个参考接收器30(例如，参考gnss接收器)的视野或接收范围内的那些卫星。在实践中，参考接收器30(例如gnss参考站)在对一组卫星或卫星发射机10具有良好的卫星几何图形和可见性的地点分布。每个参考接收器30具有测量可探测量的测量模块，诸如来自每个卫星的一个或更多个接收的卫星信号的载波相位。参考接收器30还可测量在一个或更多个载波信号上编码的伪随机噪声编码的伪范围或码相位。参考接收器30接收和传输测量值、星历表数据、其他可探测量和任何从可传送物导出到电子数据处理中心18(例如，集线器)的信息。在一个实施例中，每个参考接收器30(例如，经由通信链路、通信网络、无线信道、通信信道，通信线路，传输线，或其它)将接收的卫星信号的一组载波相位测量值、相关联的卫星标识符以及星历表数据传输给电子数据处理中心18(例如参考数据处理中心)。
数据处理中心18或其校正数据估计器34基于测量值、星历表数据、其他可探测量和从一个或更多个参考接收器30接收的任何导出信息实时地确定校正数据。在一个实施例中，数据处理中心18包括联接到数据总线22的电子数据处理器20、数据存储装置24以及一个或更多个数据端口26。数据处理器20、数据存储设备24和一个或更多个数据端口26可以经由数据总线22彼此通信。
存储在数据存储设备24中的软件指令和数据可以由数据处理器20执行以实施本公开文本中描述的任何块、组成部分或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)。数据处理器20可以包括微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路(asic)，数字信号处理器，或用于处理数据、操纵、访问、检索和存储数据的另一设备。数据存储设备24可以包括电子构件、非易失性电子存储器、光存储设备、磁存储设备、或用于将数字数据或模拟数据存储在有形存储介质(例如光盘、磁盘或电子存储器)上的另一装置。每个数据端口26可以包括用于与其它网络元件连接的缓冲存储器、收发器或两者，其中其它网络元件是诸如参考接收器30或地面卫星上行链路站28。
在一个实施例中，数据处理中心18或数据处理器20或校正数据估算器34从参考接收器30接收相位测量值和相应的卫星标识符、参考接收器标识符(或相应的坐标)，并且处理所述相位测量值以估计每个卫星或每个卫星信号的时钟偏差，或者用于合并到校正数据16中的相应时钟解。如图1a所示，时钟解、时钟偏差或校正数据16被提供给地面上行链路站28或另一通信链路。例如，地面上行链路站28传送或传输时钟解、时钟偏差或校正数据16到通信卫星35(例如中继器)。
接着，通信卫星35将校正数据16传输到校正无线设备14(例如，卫星接收器或l波段卫星接收器)。校正无线设备14联接到移动接收器12(例如，移动gnss接收器)或巡游器(rover)。移动接收器12还从一个或更多个gnss卫星接收卫星信号，并测量所接收的卫星信号的载波相位(和码相位)。结合相位测量值，校正数据16中的精确时钟解或时钟偏差可用于估计移动接收器12的精确位置、姿态或速度(例如解)。例如，移动接收器12可以利用用于卫星的接收信号的精确时钟和轨道解而使用精确点定位(ppp)进行估计。
图1b的系统与图1a的系统类似，差别之处在于图1b用通信设备127(例如服务器)、通信网络139(例如因特网或通信链路)以及无线通信系统135代替通信卫星35和地面上行链路站28。在一个实施例中，无线通信系统135可以包括蜂窝通信系统、集群系统、wifi通信系统，或另一通信系统。例如，蜂窝通信系统可以包括与基站控制器、路由器、或另一移动电话交换局(mtso)通信的蜂窝站点或基站，其中mtso接口与例如互联网的通信网络139连接。
通信网络139可以包括微波链路、光纤链路、公共交换电话网(pstn)、互联网，或另一电子通信网络。在一个实施例中，通信设备127包括格式化、组织或传输数据包(例如，在与tcp/ip传输控制协议/网际协议兼容的数据包中)中的校正数据的以用于通过通信网络139传输的服务器。通信网络139与校正无线设备114(例如，蜂窝收发机)通信，其中校正无线设备114与移动接收器12相关联或联接到移动接收器12。
在该文献中，在图1a或图1b的精确定位模式下，通过使用实时全局差分校正数据16，移动接收器12可以实现厘米级的精度定位。该校正数据16通过图1a中的卫星通信(例如，l-频带对地静止通信卫星)或图1b中的无线通信系统(例如，蜂窝无线系统)获得和全局有效。在图1a的示例中示出的精确定位模式下的全局差分校正，消除了对本地参考站和无线电通信的需求，否则将使用所述本地参考站和无线电通信来建立在参考接收器30和移动接收器12之间的短基线(例如小于大约20公里到大约30公里的范围)，用于精确位置精度。
与图1a和图1b相比，图2示出了移动接收器12，移动接收器12通过实时运动(rtk)基站430提供的校正数据(例如本地rtk校正数据)在实时运动模式下工作。图1a、图1b和图2中的相同附图标记表示相同的元件。
在rtk模式中，所述精度要求同一组卫星对移动接收器12和参考接收器30的可见性。此外，移动接收器12和参考接收器30(或rtk基站430)之间的基线或分离距离被限制为分米或厘米级别的目标精度的短基线(例如，小于大约20公里到大约30公里的范围)。
相反，扩展的rtk模式(rtkx模式)是指，在(例如在设备128、214之间的)rtk校正信号丢失、中断或讹误后，移动接收器12的任意工作模式，如校正无线设备214(例如，无线通信设备)或者导航定位估计器或者rtkx模块所指示的。扩展的rtk模式可以包括以下模式中的任何一个：收敛的精确点定位模式(例如ppp模式)、相对定位模式、和/或在精确定位模式中的浮动模糊度解，以及其它可能性。
这里，rtk基站430包括参考接收器30(例如，gnns导航接收器)和无线通信设备428，诸如无线收发器或发射器。rtk基站430或参考接收器30确定rtk校正数据，例如偏移矢量(例如，基础偏移矢量)或者基于卫星信号的测量的载波相位的参照站的探测位置和参考接收器30的已知位置或坐标之间的差。rtk基站430或无线通信设备428经由校正无线设备214向移动接收器12实时地转发或传输rtk校正数据，以支持移动接收器处的精确位置确定和导航。
无线通信设备428(例如，无线通信设备)可以直接或经由无线通信系统(例如中继器)而与校正无线设备214通信。校正无线设备214可以包括收发器或无线接收器。
在一个实施例中，根据一种可能的配置，rtk基站430或本地参考接收器30基于接收的卫星信号和精确的校正信号来确定精确的点定位估计值。此外，rtk基站430或参考接收器30可确定所确定的精确点定位估计值与已知参考位置(例如，rtk基站的固定坐标)之间的偏移矢量。由基站或参考接收器确定的偏移矢量被称为基础偏移矢量或rtk偏移偏差。所述偏移矢量可以经由无线通信设备428和校正无线设备214从rtk基站430实时地传输到移动接收器12。因此，在某些配置中，移动接收器12不需要确定偏移矢量，因为rtk基站430或参考接收器12确定所述偏移矢量。
上述配置的优点是由于参考接收器12的已知参考位置而高品质的偏移，但是在参考接收器12处需要精确的校正信号(例如，ppp校正数据)。在本文献中公开的其他配置中，移动接收器12同时确定rtk解和精确位置解，并计算rtk解和精确位置解之间的偏移矢量(例如移动偏移矢量)。由移动接收器或巡游器确定的偏移矢量被称为移动偏移矢量、巡游偏移矢量或学习/获知的(learned)偏移矢量。
尽管图2中示出了一个rtk基站430，在替代实施例中，能够使用多个rtk基站，或者甚至是rtk基站和服务于地理区域的数据处理中心的网络。
根据一个实施例，图3公开了一种系统或接收器(12或30)(例如卫星导航接收器)，这种系统或接收器能够接收由卫星传输的包括一个或更多个载波信号(例如，全球定位系统(gps)的第一载波(l1)、第二载波(l2)和第三载波(l5))的所接收的信号。从一个或更多个卫星(例如导航卫星或例如galileo兼容导航卫星、(全球导航卫星系统)glonass或全球定位系统(gps)卫星)的卫星发射器10传输所接收的信号。所述卫星具有已知的轨道位置对时间，该已知的轨道位置对时间可以被使用以基于三个或更多个卫星和接收器的天线17之间的一个或更多个所接收的信号的传播时间估计接收器的天线17与每个卫星之间的相对位置。
如本文献中所使用的，在步骤c中，“cd”指代码和“cr”指代所接收的信号的载波或所接收信号的一个或更多个样本的数字表示。该代码包括调制载波的调制码(例如，用信息调制的伪随机噪声码)。
根据一个实施例，图3示出了接收器(12或30)，其包括联接到电子数据处理系统129的接收器前端模块310。接收器(12或30)接收包括来自一组卫星发射器10的一个或更多个载波信号的所接收信号。接收器(12或30)可包括位置确定接收器，以用于：(a)确定接收器天线17位置，(b)用于确定接收器天线17和卫星(例如卫星天线17)之间的范围或距离的范围确定接收器，或者(c)用于确定接收器天线17和一个或更多个卫星之间的范围，或者(d)用于确定天线17的位置、速度、加速度和/或姿态(例如，倾斜、滚动、偏航)。
在一个实施例中，接收器前端模块310和射频(rf)前端312接收一个或更多个在天线17处所接收的卫星信号(例如一个或更多个gnss卫星星群的信号)。在一个实施例中，rf前端312包括放大器、下变频混频器和本地振荡器。例如，放大器包括被联接到天线17的射频(rf)放大器或微波放大器(例如，低噪声放大器)，用于接收从一个或更多个卫星传输的接收信号。放大器将放大的信号作为第一输入提供给下变频混频器。本地振荡器将信号作为第二输入提供给下变频混频器。下变频混频器将来自rf的所接收信号的信号频谱移动或降低到中频(if)或基带频率。下变频系统可以包括一个或更多个混频站、放大站和滤波站(stages)。
rf前端312的输出部联接到模数转换器314(adc)。adc314将模拟中频信号或模拟基带信号转换为数字信号。数字信号包括以采样速率可获得的一个或更多个数字样本。每个样本具有有限量化级别，并且每个样本能够由电子数据处理系统129处理。
在一个实施例中，电子数据处理系统129包括数字接收器部。电子数据处理系统129可包括电子数据处理器159、数据存储设备155(例如电子存储器)和用于在电子数据处理器159和数据存储设备155之间通信的数据总线157，其中软件指令和数据被存储在数据存储设备中并由数据处理器159执行以实施图3中示出的任何块、组成部分或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)。
adc314输出的数字信号被馈送到基带处理模块18。在一个实施例中，基带处理模块18包括用于适当地处理所述基带信号的载波擦除模块、本地载波信号发生器、码擦除模块、本地码生成器、相关器和数据解调器。
数据解调器提供用于估计天线17的相位中心的范围(例如卫星和天线17之间的距离)或天线17的相位中心的位置(例如，在两维或三维坐标中)的卫星导航数据。卫星导航数据或其它信号信息可以包括一个或更多个以下信息，该信息调制所接收信号的基带波形：日期、卫星导航系统时间、卫星状态、轨道数据、星历表数据、历书、卫星位置和卫星标识符。数据解调器可使用相移键控、相位解调、脉宽解调、振幅解调、正交振幅解调，或与调制器在卫星发射机上的调制一致的其它解调技术。
在一个实施例中，测量模块161包括载波相位测量模块151和码相位测量模块153。码相位测量模块153测量一个或更多个接收信号的码相位，或者在一个或更多个接收信号上编码的伪随机噪声码的相位。码相位在编码信号的波长中的周期数中不是模糊的。载波相位测量模块151测量一个或更多个所接收的信号的载波相位。测量的载波相位对于接收器(12或30)处的整数个周期是模糊的。
导航定位估计器57基于测量的载波相位、测量值生成模块39的估计范围和解调数据，确定接收器天线17的位置估计值。例如，导航定位估计器57或定位引擎可以使用来自四个或更多个卫星的范围来确定接收器的天线17在两个或三个维度上的位置、速度或加速度。
在一个实施例中，导航定位估计器57估计从某卫星发射的卫星信号传输到接收器天线17的传播时间，并且将传播时间转换成与光速成比例的距离或范围。在数字接收器部中，接收器(12或30)或其数据处理系统129可以包括硬件和软件指令。例如，在一个说明性实施例中，硬件包括与数据存储设备155通信的数据处理器159，数据存储设备155通过一个或更多个数据总线157存储软件指令。
在数据处理系统129中，数据处理器159可以包括以下部分中的一个或更多个：电子数据处理器、微处理器、微控制器、专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、可编程逻辑装置、算法逻辑单元、或另一电子数据处理设备。数据存储设备155可以包括电子存储器、寄存器、移位寄存器、易失性电子存储器、非易失性随机存取存储器，磁存储设备、光存储设备、或任何其他用于存储数据的设备。数据处理器159可以经由一个或更多个数据总线联接到数据存储器件155，所述数据总线支持数据处理器159和数据存储设备155之间的通信。
通常，电子数据处理系统129包括电子数据处理器、数字逻辑电路、复用器、乘法器、数字滤波器、积分器、延迟电路、振荡器、信号发生器、伪噪声(pn)码序列发生器、寄存器、移位寄存器、逻辑门或其它硬件。电子数据处理系统129可以支持存储在数据存储装置中的软件指令的存储、检索和执行。
在一个实施例中，导航定位估计器57基于测量的载波相位和经由校正无线设备(14，114，214)接收的校正数据(例如，诸如l波段卫星接收器的卫星接收器)来估计接收器天线17的位置。在一个实施例中，导航定位估计器57包括以下中的一个或更多个：与图4a一致的相对位置估计器、实时运动位置估计器和精确位置估计器。
图4a是用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换的接收器的另一实施例的框图。图4a比图3更详细地示出了导航定位估计器57。图3和图4a中相同的附图标记指示相同的元件、模块或特征。
如图4a所示，导航定位估计器57包括实时运动(rtk)估计器122、精确位置估计器120(例如，ppp估计器)，以及实时运动(rtk)扩展模块409。精确位置估计器120和rtk估计器122可以输出下列输出数据中的任何一个：位置估计值(单独或与相应的方差估计值一起)、速度估计值、运动估计值或导标(heading)估计值。在一个实施例中，精确位置估计器120和rtk估计器122向rtk扩展模块409提供输出数据。
如在图4a的示例性实施例所描绘的，rtk扩展模块409包括质量评估器128、偏移模块130、相对位置估计器124和模式控制器126。rtk扩展模块409基于精确位置估计器120、rtk估计器122或两者提供的数据，来提供可靠的位置数据(例如，rtk扩展位置数据)。在一个实施例中，模式控制器126可以选择是否输出：(1)在rtk模式中rtk位置估计值(rtk位置估计器122)，(2)在扩展rtk模式或精确位置模式中扩展的rtk位置估计值作为来自精确位置估计器120的精确位置估计值(例如，向其添加偏移矢量)；或(3)或作为在扩展rtk模式或相对位置模式中来自相对位置估计器124的相对位置的扩展的rtk位置估计值。
在替代实施例中，模式控制器126还可确定输出精确位置估计器120的精确位置估计值，而不是rtk估计器122的rtk位置估计值。
相对位置估计器124可估计移动接收器(或其天线17)相对于初始参考位置(例如，最后已知的rtk位置)的位置，而实时运动位置估计器122或精确位置估计器120可以估计移动接收器(或其天线17)的绝对位置。在一个示例中，精确位置估计器120包括精确点位置(ppp)估计器和广域全球导航卫星系统(gnss)位置估计器。实时运动位置估计器122使用rtk校正数据和相位测量值来估计移动接收器的位置。类似地，精确位置估计器120使用精确的校正数据和相位测量值来估计移动接收器的位置。
实时运动基站430(在图3中)或参考接收器30可向校正无线设备214无线地提供或传输rtk校正数据。校正数据可以包括位置数据、相位数据、位置偏移或相位偏移。在一个实施例中，实时运动基站130包括与移动接收器12相同或相似的参考接收器30，除了(rtk)参考接收器30位于已知参考位置之外。因此，rtk参考接收器30可具有与移动接收器12相同的块和模块。
数据处理器159或导航定位估计器57可以与相对位置估计器124、实时运动估计器122或两者交换数据。例如，数据处理器159或导航定位估计器57可以发送命令数据以初始化或重新初始化以下中的一个或更多个：相对位置估计器124、实时运动位置估计器120和精确位置估计器120。
在一个实施例中，偏移模块130确定相同测量时间(例如，相同的时期)下的rtk模式中rtk估计器122的对应位置估计值与精确定位模式下的精确位置估计器120的对应位置估计值之间的偏移矢量，其中由接收器(12，30)同时执行rtk模式和精确定位模式。在另一实施例中，偏移模块130基于在精确定位模式中操作(至少)的rtk基站430处的差分校正来确定偏移矢量，其中差分校正表示根据精确定位模式中的载波相位测量值以及精确校正数据，在rtk基站430的已知参考位置和rtk基站430的探测位置之间的偏移矢量(例如，位置矢量)。此外，rtk基站430采用在精确定位模式中建立的偏移矢量，将它合并到rtk校正数据中，以便通过rtk校正信号(例如电磁信号)传输到一个或更多个移动接收器12，其中，在该点，rtk基站430可以在rtk中操作以支持在rtk模式或扩展rtk模式下操作的一个或更多个移动接收器12。在又一实施例中，偏移模块130确定、获得或检索偏移矢量在移动接收器12的电子数据存储设备155(例如非易失性随机存取存储器)中的偏移矢量(例如最后存储的偏移矢量)。
质量评估器128能够确定以下中的一个或多个：(1)rtk校正信号是否丢失、中断或讹误；(2)rtk校正信号(或rtk数据流)在丢失、中断或讹误之后是否已经恢复或者修复；(3)rtk估计器122或精确位置估计器120或两者的位置或解是否已经以对于特定卫星信号的求解出的模糊度收敛；或(4)在偏移模块130中不同偏移矢量之间的可获得性、一致性和优先级，例如识别每个测量时间(例如历元)的可获得偏移矢量，并且通过优选使用优先级、预测的可靠性或优先级规则来对所识别的可获得偏移矢量进行排序。例如，质量评估器128单独或与模式控制器126组合，管理或执行用于选择不同偏移矢量的优先级规则，其中优先级规则可被编程到接收器逻辑或数据存储设备155中。
在替代实施例中，质量评估器128可确定位置质量估计值、方差、标准偏差、统计度量，或者通过相对位置估计器124、精确位置估计器120和rtk位置估计器122中的任何一个确定的相对位置的另一质量指标。
在一个实施例中，模式控制器126可以选择是否输出(rtk位置估计器122的)rtk位置估计值、扩展rtk位置估计值、(精确位置估计器120的)精确位置估计值或(相对位置估计器124的)相对位置。例如，如果精确位置估计器120的精确定位解(例如，ppp解)尚未以求解出的模糊度(例如，浮动的或整数的)收敛，模式控制器126可以从相对位置估计器124提供扩展rtk估计值或解。模式控制器126适于选择输出何种类型的扩展rtk位置估计值和何时输出该类型的扩展rtk位置估计值。在本文献中，rtk扩展(rtkx)位置将与扩展rtk位置同一含义。在一个实施例中，模式控制器126还可以确定输出精确位置估计器120的精确位置估计值，而不是rtk估计器122的rtk位置估计值。例如，模式控制器126可基于来自质量评估器128的数据来选择rtk位置估计值或rtk扩展位置估计值。
图4b示出rtk扩展模块413的替代实施例的框图。图4b的rtk扩展模块413类似于图4a的rtk模块409。除了rtk扩展模块413还包括平滑滤波器442、自学习滤波器444(例如，偏移巡游滤波器)和求和器445之外。图4a和图4b中相同的附图标记指示相同的元件或特征。
来自校正无线设备(14，114或214)的rtk校正数据450被输入到移动接收器12的平滑滤波器442。平滑滤波器442平滑或过滤rtk校正数据。例如，在一个配置中，平滑滤波器442根据图7的过程、方法或步骤平滑其中的rtk校正数据或偏移矢量(例如来自参考站的基础偏移矢量)。通过滤波器442对基础偏移矢量的平滑产生了在初始化时间段之后的可靠的平滑的基础偏移矢量。在一个实施例中，平滑滤波器442的输出或平滑的基础偏移矢量不被认为是准备好被使用的(或者足够可靠)，直到平滑滤波器442已经在开启用于一组卫星的滤波器之后的初始化时间段或阈值持续时间内平滑rtk校正数据450。根据来自一个或多个卫星的接收信号探测的载波相位的历元可以测量初始化时间段或阈值持续时间。平滑滤波器的输出被提供给模式控制器126。
rtk估计器122在一个或多个相应测量时间(例如历元)向偏移模块130或rtk扩展模块(409或413)提供一组rtk位置估计值448。在(移动接收器12的)精确位置估计器120以用于一组卫星的模糊度求解值收敛或引入载波相位之后或一旦进行如上收敛或引入(例如，s1在图4b中示意性地示出为关闭状态)，精确位置估计器120为偏移模块130提供在一个或多个对应测量时间(例如历元)的一组精确位置估计值或解。如图所示，偏移模块130包括求和器445，求和器445确定偏移矢量(例如移动偏移矢量)和rtk位置估计值448与对应测量时间(例如历元)的精确点位置估计值449之间的误差或差异。偏移矢量(例如移动偏移矢量)被提供给自学习滤波器444或巡游偏移滤波器，例如卡尔曼滤波器，用于细化，例如使误差减少或最小化。
虽然开关s1被单独地示出，在实际中开关s1可以表示软件开关、硬件开关、在偏移模块130中或自学习滤波器444中的逻辑或软件指令。因此，在替代实施例中，开关s1可以不单独示出，或者可以从诸如图4b的框图中删除。
在构成精确位置估计值449基础的相位模糊度的引入或收敛之前(例如，s1在图4b中示意性地表示为打开状态)，相对位置估计器124向偏移模块130或求和器445提供相对位置估计值，以确定相对偏移矢量、误差或在最后可获得的rtk位置估计值(例如，在rtk信号丢失、中断或讹误之前)和移动接收器12的当前位置之间的差。相对偏移矢量可以用于最大时间段，或配置成针对扩展的无限时间段的链式相对偏移矢量。
模式控制器126可包括选择逻辑电路，其基于选择逻辑或优先级规则来确定是否为rtkx偏移矢量446选择以下中的一个或一个以上：(1)基于rtk校正数据内的基础偏移矢量的来自平滑滤波器442的输出的平滑的基础偏移矢量；(2)基于rtk位置估计值与相同历元的精确位置估计值之间的差的来自偏移模块130或自学习滤波器444的获得或移动偏移矢量，(3)相对位置估计器124的相对位置估计值，其使用在信号丢失、中断或讹误之前移动接收器12的最后可获得的rtk测量值，以及(4)保存的偏移矢量，其是在移动接收器的数据存储设备155中保存的任何前述偏移矢量。例如，模式控制器126从自学习滤波器选择的滤波偏移或从平滑滤波器选择平滑后的rtk校正数据作为rtkx偏移矢量。导航定位估计器57能够使用所选择的rtkx偏移矢量来确定在rtk校正信号丢失或中断之后的不确定时间段内移动接收器12或巡游器)的精确位置。
图5是操作卫星导航接收器的方法的第一实施例的流程图，更具体地，用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换。扩展的rtk(rtkx)模式是指在rtk校正信号丢失、中断、讹误或不可获得之后接收器12的操作模式。图5的方法开始于步骤s500。
在步骤s500中，移动接收器12或巡游器从一组卫星(例如gnss卫星)接收一个或更多个卫星信号(例如l1频率卫星信号和l2频率卫星信号)。例如，移动接收器12从gnss系统(例如全球定位系统或glonass，或两者)的至少四个卫星的一组卫星接收卫星信号，以估计移动接收器12在三维坐标中的位置。
在步骤s502中，移动接收器12或载波相位测量模块151在测量时间(例如历元)时测量被接收的卫星信号的载波相位，其中所述测量时间包括第一测量时间和第二测量时间。
在步骤s504中，移动接收器12或校正无线设备(14，114或214)接收已经用rtk校正数据编码的实时运动(rtk)信号。例如，校正无线设备(14，114或214)包括用于从rtk基站430或基站的rtk网络接收利用rtk校正数据编码的rtk校正信号的校正无线接收器或收发器。在一个实施例中，rtk校正数据是本地有效的，其中在移动接收器12和参考接收器30(或rtk参考基站430)之间存在某一最大基线(例如大约20到30公里)或者间隔。
在步骤s506中，导航定位估计器57或实时运动估计器122根据接收到的卫星信号的测量载波相位和在rtk校正模式中接收到的rtk校正数据确定第一测量时间的实时运动位置。
在步骤s508中，移动接收器12或校正无线设备(14、114或214)接收用精确校正数据编码的精确信号。精确的校正数据可以是通用的或全局有效的，而不是像rtk校正数据那样局限于本地地理区域。此外，精确的校正数据包括精确的时钟校正和轨道校正。在一个示例中，校正无线设备(图1a的14)可包括用于接收精确校正信号(该精确校正信号用精确校正数据编码)校正无线卫星接收器，诸如来自数据处理中心的校正数据估算器的精确时钟校正和精确轨道校正。在另一示例中，校正无线设备(114或图1b)包括与无线通信系统进行通信的校正无线收发机，用于从数据处理中心18的校正数据估算器34提供精确的校正信号。
在步骤s510中，导航定位估计器57或精确定位估计器120基于接收到的卫星信号的测量载波相位和在精确校正模式下的接收到的精确校正数据，确定对应于第一测量时间的实时运动位置的精确位置。在一个实施例中，所述精确位置以卫星信号的载波相位的求解出的或确定的整数模糊度为基础。在替代实施例中，精确位置基于一个或更多个卫星信号的载波相位的浮动模糊度。
在步骤s512中，导航定位估计器57或偏移模块130确定所述精确位置估计值和所述rtk位置估计值之间(例如对于相同测量时间或历元)的偏差(例如参考坐标系坐标系偏差或偏移矢量)。精确位置估计值和rtk位置估计值不使用相同数据或同一数据(例如，不同卡尔曼滤波器状态可应用于估计器(120、122))以产生或估计移动站的位置。例如，精确位置估计器120的精确位置估计值和rtk估计器122的rtk位置估计值可以不使用相同的参考坐标系。因此，当在扩展rtk解(例如，rtkx解)中使用精确位置解时必须加一个偏差或偏移矢量，以便考虑本地rtk解和精确位置(例如全局ppp解)的差别。
由于rtk产生相对于参考接收器或基站的已知坐标的位置，在全球国际陆地参考坐标系(itrf)和历元时间(例如，载波相位测量值或其它可探测量的测量时间)的所存储的已知坐标(例如，参考接收器30的基站参考位置)和它的实际位置之间的任何差异都将导致rtk位置解和精确位置解之间的差异。该差异被称为偏移矢量或rtkx偏移矢量。如果在输出精确位置解时不考虑该偏移矢量(例如，在使用移动接收器12的精确位置估计器120的精确位置估计值的扩展rtk模式中)，在rtk位置估计值和精确位置估计值之间的过渡时可以发生移动接收器12的移动位置的不希望的移位。根据基站的基准参考坐标和任意坐标的精度，偏移矢量可以高达50米。在数学上，rtkx解可以写为：
xrtkx＝xp+b
其中，xrtkx是参考站或参考接收器的rtk位置估计值；xp是参考站或参考接收器在与rtk位置估计值相同测量时间或历元时的精确位置估计值(例如ppp估计值)；以及b是对于所述测量时间或历元的rtkx偏移矢量(例如基础偏移矢量)。xrtkx区别于对于参考站430或参考接收器30的存储的已知坐标，并且包含已存储的已知坐标和实际坐标之间的任何误差。
存在多个偏移矢量源或rtkx偏移矢量源，它们可分别或累计地使用：(1)参考接收器30；(2)移动接收器12；或(3)参考接收器30或移动接收器12的数据存储设备。
作为偏移矢量源的参考接收器：
首先，偏移矢量可从参考接收器30或基站430在rtk数据消息中提供，例如，第一rtk数据消息格式或第二rtk数据消息格式的rtk数据校正消息，其中第一rtk数据消息格式可包括从精确位置估计器120的精确模式操作(例如ppp模式)获得的rtk校正数据信息，以及其中第二rtk数据消息是从精确位置估计器120的rtg模式操作获得的。如果在参考接收器30或基站430处确定偏移矢量(例如，基础偏移矢量)，则该偏移矢量通过无线通信信道(例如，蜂窝通信网络上的卫星通信信道或无线信道)传送到移动接收器12。例如，基础参考接收器30通过计算用于(rtk)参考接收器30的参考站坐标和它的由rtk估算器122、其卡尔曼滤波器、或精确位置估计器120或其卡尔曼滤波器所计算的位置之间的差、，来产生rtk校正数据或rtk校正消息。这两个位置之间的瞬时增量/δ被发送到rtk校正消息中的移动接收器12。在移动接收器12处，rtkx模块(409，413)、偏移模块130、或者平滑滤波器442读取rtk校正消息，并对数据中的噪声进行过滤以获得偏移矢量的平滑和精确估计值(例如，可靠的平滑的基础偏移矢量)。
作为偏移矢量源的移动接收器：
第二，偏移矢量(例如，移动偏移矢量)可以在精确位置解已经收敛以求解载波相位中的模糊度以后，在移动接收器12处由偏移模块130或自学习滤波器444根据rtk解和精确位置解之间的差来确定或自学习。以在参考站430或参考接收器30处的偏移矢量的确定相类似的方式，在rtk可用时且当精确位置已经基于载波相位测量值的整数模糊度求解值而被引入或收敛时，偏移矢量或rtkx偏移矢量也可以在巡游器中被学习或确定。当精确位置解已经被引入巡游器12中时，偏移矢量brov可以以如下方式计算：
brov＝xrtk-xp
其中xrtk是rtk估计器122在测量时间(例如历元)中确定的移动接收器12的位置估计值，xp是精确定位估计器120的收敛的精确位置估计值(例如ppp估计值)，并且brov是测量时间中的偏移。
作为偏移矢量源的数据存储器件：
第三，偏移矢量可以从接收器(12，30)中的数据存储设备155(例如非易失性随机存取存储器)检索/获得。
在s512的替代实施例中，导航定位估计器57或偏移模块130确定在精确位置估计值与参考站30的已知参考位置(例如参考坐标)之间的偏移(例如参考坐标系偏差或偏移矢量)，以向移动接收器12传输基础偏移矢量。相应地，偏移矢量包括参考接收器的探测位置与参考接收器的已知位置之间的差分位置矢量，以避免下一扩展rtk位置估计值中的跳跃或不连续。
在步骤s514中，在rtk信号丢失、中断或讹误时，导航定位估计器57或模式控制器126在精确位置模式就绪或可用时，在第二测量时间切换到精确位置模式(或扩展rtk位置模式)；其中，通过偏移矢量或参考坐标系偏差补偿第二测量时间的下一精确位置估计值(或扩展rtk位置估计值)，以避免下一精确位置估计值(例如扩rtk能力)中的跳跃或不连续。然而，如果精确位置模式不可用、不可靠或不就绪，相对位置模式可用作扩展rtk位置模式。第二测量时间接在第一测量时间之后，其中第二测量时间可包括用于在移动接收器12处的rtk信号的丢失、中断或讹误之后收集载波相位测量值的下一测量时间。因为导航定位估计器57或精确位置估计器120可以重复地确定精确位置解，所以对rtk信号的丢失、中断或讹误持续多长时间没有限制，而仍然提供准确的偏移和位置估计值。
步骤s514可以根据可以交替地或累积地应用的各种技术来执行。
在第一种技术下，在rtk信号丢失、中断或讹误，同时到达平滑滤波器442的用于从基站130获取基础偏移矢量的初始化时间周期的结束点时，并且同时通过移动接收器12在精确位置上达到了与精确位置相关联的所测量的载波相位的模糊度求解值协同的收敛时，模式控制器126或数据处理器159切换到精确位置模式，其中，通过平滑的基础偏移矢量补偿下一精确位置估计值，以避免下一精确位置估计值中的跳跃或不连续。
在第二种技术下，在rtk信号丢失、中断或破坏时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估计器57可以：
(1)作为第一优先级，如果参考接收器的精确位置已经收敛并且在初始化时间段后实时的基础偏移矢量被平滑，则由参考接收器提供的实时基础偏移矢量切换到精确位置模式；
(2)作为第二优先级，如果移动接收器12的精确位置已经收敛，则由移动接收器12提供的实时移动偏移矢量切换到精确位置模式；
(3)作为第三优先级，如果移动接收器12的精确位置已经确定了与精确位置相关联的对于模糊度的浮动解，则以实时的基础偏移矢量或实时的移动偏移矢量切换到精确定位模块；
(4)作为第四优先级，如果所存储的偏移矢量在测量时间和当前时间之间的时间段内是足够最近的，则以移动接收器12的数据存储装置中的所存储的偏移矢量切换到精确位置模式。
在第三种技术下，在rtk信号丢失、中断或讹误时，数据处理器159、导航定位估计器57或偏移模块130可以：
(1)作为第一优先级，如果参考接收器的精确位置已经收敛，则以参考接收器提供的实时的基础偏移矢量切换到精确位置模式；
(2)作为第二优先级，如果移动接收器12的精确位置已经收敛，则以移动接收器12提供的实时移动偏移矢量切换到精确位置模式；
(3)作为第三优先级，如果移动接收器12的精确位置不与第一优先级或第二优先级一致地收敛，则切换到相对位置模式。
在第四种技术下，在rtk信号丢失、中断或讹误，同时没有达到平滑滤波器442的初始化时间段的结束点但具有可靠的平滑基础偏移矢量，并且同时已经获得与移动接收器12处的精确位置相关联的测量的载波相位的模糊度求解值收敛，则移动接收器12切换到精确位置模式，其中，下一精确位置估计值通过巡游器偏移矢量进行补偿，以避免所述下一精确位置估计值中的跳跃或不连续。
在第五种技术下，当rtk信号丢失中断或讹误，同时不具有可靠的平滑的基础偏移矢量，或者没有达到初始化时间段的结束点，并且同时不收敛于移动接收器12处的精确位置，移动接收器12、模式控制器126或相对位置估计器124切换到相对位置模式。下一精确位置估计值基于在rtk信号丢失之前的最后可用rtk位置和在最后可用测量时间与下一测量时间之间的相对位置矢量。
在第六种技术下，在rtk信号丢失、中断或讹误，但同时没有达到初始化时间段的结束点，或者尽管到达初始化时间段的结束点，但没有可靠的基础偏移矢量，并且同时不收敛于构成基础偏移矢量的精确位置的基础的求解出的相位模糊度时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估计器57切换到精确位置模式，其中，下一精确位置估计值通过巡游偏移矢量进行补偿，以避免所述下一精确位置估计值中的跳跃或不连续。
在第七种技术下，在rtk信号丢失、中断或讹误时，同时没有达到初始化时间的结束点、没有可靠的基础偏移矢量，或同时收敛于构成基础偏移矢量的精确位置基础的相位模糊度时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估计器57切换到精确位置模式，其中下一精确位置估计值从所述参考接收器或所述移动接收器处的所述精确位置的先前收敛起，通过移动接收器的数据存储设备中存储的偏移矢量进行补偿，以避免下一精确位置估计值中的跳跃或不连续。
在第八种技术下，当rtk信号丢失或中断，同时到达初始化时间段的结束点并具有可靠的平滑的基础偏移矢量，并且同时已经同与精确位置相关联的所测量的载波相位的模糊度求解值结合地收敛于精确位置时，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估计器57切换到精确位置模式，其中，下一精确位置估计值由所述平滑的基础偏移矢量补偿，并且其中，所述平滑的基础偏移矢量应用于同一制造商的参考接收器和移动接收器，不需要额外的接收器偏差来避免下一精确位置估计值中的跳跃或不连续。
在第九种技术下，当rtk信号丢失、讹误或中断并且精确位置模式仍不可用(例如，如果精确位置模式不收敛于位置解)时，则所述接收器切换到相对定位模式，所述相对定位模式使用最后的已知rtk位置解和载波相位测量值进行导航，直到所述精度位置解可供使用为止。
图6是操作卫星导航接收器的方法的第一实施例的流程图，更具体地，用于在实时运动模式和精确定位模式之间切换。图5和图6中相同的附图标记指示相同的过程或步骤。图6的方法开始于步骤s500。
在步骤s500中，移动接收器12或巡游器(rover)从一组卫星(例如gnss卫星)接收一个或更多个卫星信号(例如，l1频率卫星信号和l2频率卫星信号)。例如，移动接收器12从gnss系统(例如全球定位系统或glonass，或两者)的至少四个卫星的集合接收卫星信号，以估计移动接收器12在三维坐标中的位置。
在步骤s502中，移动接收器12或载波相位测量模块151测量在测量时间(例如历元)时接收的卫星信号的载波相位，所述测量时间包括第一测量时间和第二测量时间。
在步骤s504中，移动接收器12或校正无线设备(14、114或214)接收用rtk校正数据编码的实时运动(rtk)信号。例如，校正无线设备(14、114或214)包括用于从rtk基站430或基站的rtk网络接收利用rtk校正数据编码的rtk校正信号的校正无线接收器或收发器。在一个实施例中，rtk校正数据是本地有效的，其中在移动接收器12和参考接收器30(或rtk参考基站430)之间存在某一最大基线(例如大约20到30公里)或者分开。
在步骤s506中，导航定位估计器57或实时运动估计器122根据接收到的卫星信号的测量载波相位和rtk校正模式中接收到的rtk校正数据确定第一测量时间的实时运动位置。
在步骤s508中，移动接收器12或校正无线设备(14、114或214)接收用精确校正数据编码的精确信号。精确的校正数据可以是通用的或全局有效的，而不是像rtk校正数据那样局限于本地地理区域。此外，精确的校正数据包括精确的时钟校正和轨道校正。在一个示例中，校正无线设备(图1a的14)可包括用于接收精确校正信号的校正无线卫星接收器，该精确校正信号用诸如来自数据处理中心的校正数据估算器的精确时钟校正值和精确轨道校正值的精确校正数据进行编码。在另一示例中，校正无线设备(图1b的114)包括与无线通信系统进行通信的校正无线收发机，用于从数据处理中心18的校正数据估算器34提供精确的校正信号。
在步骤s510中，导航定位估计器57或精确定位估计器120根据接收到的卫星信号的所测量的载波相位和在精确校正模式中接收的精确校正数据，确定对应于第一测量时间的实时运动位置的精确位置。在一个实施例中，精确位置基于用于卫星信号的载波相位的求解出的或固定的整数模糊度。在替代实施例中，精确位置基于一个或更多个卫星信号的载波相位的浮动模糊度。
在步骤s512中，导航定位估计器57或偏移模块130确定所述精确位置估计值和(例如对于相同测量时间或历元)rtk位置估计值之间的偏移(例如参考坐标系偏置或偏移矢量)。图5的描述说明了步骤s512的进一步的细节。
在步骤s514中，导航定位估计器或质量评估器128确定rtk信号是否丢失、中断、讹误，或者rtk信号、rtk校正数据、或基础偏移矢量的质量是否有缺陷。如果导航定位估计器或质量评估器确定rtk信号丢失、中断或者讹误，或者rtk信号的质量有缺陷时，该方法继续步骤s518。然而，如果rtk信号没有丢失、中断、破坏并且rtk信号或rtk校正数据的质量不受破坏(例如，rtk信号的质量是足够的)，则该方法继续到步骤s516。
在步骤s516中，数据处理器159或导航定位估计器57在返回步骤s500执行该方法的某些步骤的另一迭代之前等待一时间间隔。
在步骤s518中，导航位置估计器57或精确位置估计器120确定一组接收的卫星信号的精确位置估计值或范围是否已经使用求解出的模糊度或浮动模糊度集合收敛或已经引入该求解出的模糊度或浮动模糊度集合。收敛或引入意指所探测的相位测量值和相关联的所接收的卫星信号相位模糊度已经达到了接近于相应位置估计值或解的最大精度的精确度的稳定状态，或者导航定位估计器57已经求解出用于当前测量时间(例如，历元)的一组卫星接收器的整数模糊度。如果未被引入，则当解从rtk模式转变到扩展rtk模式(例如，rtkx)时，将存在位置跳跃。如果导航定位估计器57或精确位置估计器120尚未以特定卫星的求解出的模糊度收敛，则所述方法对具有未求解的模糊度的卫星继续步骤s520。然而，如果导航位置估计器57或精确位置估计器120已经以特定卫星的求解出的模糊度收敛，则该方法继续步骤s524。
在替代实施例中，在步骤s518中，导航位置估计器57或rtkx模块(409，413)确定：(1)所接收的卫星信号的精确位置估计值或范围是否已经以求解出的模糊度收敛于或引入求解出的模糊度，以及(2)偏移矢量(例如，基础偏移矢量或经平滑的基础偏移矢量)或rtkx偏移矢量是否准备好。
在一个实施例中，在参考接收器30初始化(或其平滑滤波器442开始)之后或在参考接收器30之间进行切换之后和宣告偏移矢量准备好之前，导航定位估计器需要平滑滤波器442或偏移模块130运行至少初始化时间段(例如至少5分钟)。如果导航位置估计器57或rtkx模块(409，413)确定：(1)所接收的卫星信号的精确位置估计值或范围已经以求解出的模糊度收敛或引入求解出的模糊度，以及(2)偏移矢量或rtkx偏移矢量已准备好，则所述方法继续步骤s524。然而，如果导航位置估计器或精确位置估计器120还未以特定卫星的求解出的模糊度收敛，则所述方法继续步骤s520。在一种配置中，上述两个条件中的任何一个或两个不能满足，则可防止从引擎或rtkx模块输出rtkx解(对照于相对位置解)。
在步骤s520中，导航位置估计器57或相对位置估计器124基于移动接收器在相对位置模式下的时差相位测量值来确定估计的相对位置。
在步骤s522中，导航定位估计器57或rtk扩展模块(409，413)将相对位置模式中的相对位置矢量加到最后已知的rtk位置，以避免位置估计值中的跳跃或不连续。为了增加rtkx的可用性，特别是在频繁的rtk中断期间，当精确位置解或偏移矢量尚未准备就绪时，rtkx模块(409，413)使用相对位置估计器124或引擎。在一个实施例中，相对位置估计器124使用精确校正数据来生成相对于某个历元(epoch)的位置变化。相对位置是从在其初始化时间的参考位置起的增量/δ(delta)位置。当在rtkx的上下文中使用时，相对位置估计器124用移动接收器的在rtk信号校正的丢失、中断或讹误之前最后一个时刻的最后已知rtk位置被初始化；rtkx模块(409、413)或相对位置估计器124估计从所述最后一个时刻出现起的增量/δ(delta)位置以提供rtkx位置。
此外，相对位置估计器124或引擎可基于用于初始化引擎的rtk位置来估计偏移矢量。在某些实施例中，相对偏移矢量通常不像其它偏移矢量源一样精确，但将增加rtkx对用户的可用性。基于相对位置的rtkx解可以使用，直到精确位置估计值被精确位置估计器120引入，并且偏移矢量(例如，基础偏移矢量或移动偏移矢量)已经准备就绪。在一个实施例中，如果没有从基站、参考接收器(例如，自学习的巡游器偏差)，或者在rtk模式和精确位置模式中同时工作的移动接收器提供的偏移矢量，则相对位置估计器124在向终端用户提供关于降级准确度的警告或数据消息之前，可以在最大时间段(例如，多达小时量级)内提供rtkx估计值。
在步骤s524中，导航位置估计器或模式控制器126为第二测量时间切换到精确位置模式，其中对于第二测量时间的下一精确位置估计值由所述偏移(例如，步骤s512的)或参考坐标系偏差来补偿，以避免下一位置估计值中的跳跃或不连续(例如对于扩展rtk能力)。第二测量时间接在第一测量时间之后，其中第二测量时间可包括用于在移动接收器12处的rtk信号丢失、中断或讹误之后收集载波相位测量值的下一测量时间。
图7的方法与图5的方法中的某些步骤类似。此外，图7增加了与平滑相关的几个步骤。图5和图7相同的附图标记指示相同的过程或步骤。图7的方法开始于步骤s500。
步骤s500、s502、s504和s506结合图5进行描述，并且如这里所述的，也同样适用于图7。在步骤s506之后，图7的方法可以继续步骤s701。
在步骤s701中，导航定位估计器57或精确定位估计器120根据精确校正模式中接收到的卫星信号的测量的载波相位和接收到的精确校正数据，确定第一测量时间的精确位置、第二测量时间的精确位置或者两者的精确位置。在一个实施例中，精确位置基于用于卫星信号的载波相位的求解出的或固定的整数模糊度。在替代实施例中，精确位置基于一个或更多个卫星信号的载波相位的浮动模糊度。
在步骤s700中，平滑滤波器442或偏移模块130在多个测量时间(例如历元(epochs)或取样)期间对偏移矢量(例如基础偏移矢量)进行滤波或平滑。例如，平滑滤波器442基于与基础偏移矢量和移动偏移矢量相关联的协方差矩阵对基础偏移矢量进行滤波或平滑。为了改善精确的rtkx解，可以使用诸如卡尔曼滤波器的平滑滤波器442来估计偏移矢量(例如，rtkx偏移矢量)。在一个实施例中，偏移矢量可以以来自rtk基站430或参考接收器30的(例如来自于rtg模式的)第一rtk数据消息格式、以来自rtk基站430或参考接收器30的的第二rtk数据消息格式(例如来自于ppp模式)、或者作为移动接收器12或巡游器的自学习的brov来呈现或组织。
在一种配置中，状态矢量x是neu坐标系中的平滑偏移矢量。neu是指对照于xyz(ecef，以地球为中心的地球固定的)坐标系的北-东-上(north-east-up)参考坐标系。neu允许我们表达在水平平面(北-东平面)和垂直平面中的矢量。neu坐标系的选择是由于精确位置解的行为在所述水平平面和垂直平面中良好地表征，因此简化滤波器442的调谐过程。
例如，在步骤s700中，平滑滤波器442根据下式对偏移矢量进行滤波或平滑：
其中/是单位矩阵，yk是变换到neu坐标系中的来自基站430(或参考接收器30)的在时间k处的瞬时偏移矢量，并且k是使用下式计算的卡尔曼增益：
k＝(pk+q)(r+pk+q)-1
使用下式计算后验协方差矩阵pk：
pk+1＝(i-k)(pk+q)(i-k)t+krkt
其中，q是对角处理噪声矩阵，其元素被用于对平滑滤波器442、430进行调谐，r是测量值协方差矩阵。处理噪声矩阵与所测量的gnss系统相关联，处理噪声矩阵可以具有可被建模为高斯分布的或其它的随机或白噪声特性。
对于从基站430或参考接收器30获得的基础偏移矢量，使用从rtk基站430或参考接收器30发送的解的品质因数(fom)来构成r。假设简化矩阵为对角的，并且假定垂直标准偏差为其水平的一维相对应行或列的值的两倍。换句话说，
对于来自在巡游器12处的偏移模块130的自学习偏移矢量(例如，rtkx偏移矢量)，使用来自精确位置估计器120和rtk估计器122的全位置协方差矩阵来构成r矩阵。在数学上，
r＝pxrtk+pxp
在步骤s702中，平滑滤波器442或偏移模块130对基于滤波器状态从偏移矢量获得的偏移矢量或分量(例如新增值(innovations))执行质量检查。例如，因为模糊度混合(shuffling)(例如来自于模糊度细化、模糊度收敛，或者与不同卫星信号的丢失相关联地设置卫星)而使精确位置解已知在解中具有偶尔的小的跳跃，在卡尔曼滤波器、rtkx模块或导航定位估计器中执行新增值检查以进一步增强偏移矢量的平滑度。新增值测量在平滑滤波器442或卡尔曼滤波器的输出中的所述预测误差。本新增值定义如下：
其中δn是水平北平面新增值，δe是水平东平面新增值，δu是垂直新增值，x是偏移矢量的状态(例如第一状态)的估计值，且y是估计值x之后偏移矢量的测量值(例如第二状态)。
2维水平新增值定义为：
在执行步骤s702的一个示例中，实施以下新增值检查算法。
1)如果||δ||＞1.5米或另一最大阈值位移，则该测量y被拒绝。对y的拒绝持续大于最大计数(例如60次)将重置偏移源平滑滤波器442。
2)如果2维水平新增值δne大于1σ水平协方差或者如果垂直δδu大于1σ垂直协方差，那么处理噪声矩阵q被增大(inflated)。1σ是指随机变量的一个标准协方差，例如从统计的群组的期望值或平均值获得的新增值组成。
步骤s704可以在步骤s702之前、期间或之后执行。在步骤s704中，数据处理器159或rtk扩展模块(409、413)确定平滑滤波器442是否已经运行或处于激活状态达至少初始化时间段(例如，大约5分钟)。如果数据处理器159或rtk扩展模块(409、413)确定平滑滤波器442已经运行或处于激活状态达至少初始化时间段，则该方法继续步骤s705。然而，如果数据处理器159或rtk扩展模块(409、413)确定平滑滤波器442对于还未运行或处于激活状态达至少初始化时间段，该方法继续步骤s707。
在一个实施例中，平滑滤波器442必须在声明所述基础偏移矢量作为用于rtkx使用的或在精确定位模式中使用的可靠偏移矢量准备就绪之前，运行达初始化时间段(例如，至少5分钟)。当基站430改变为移动接收器12时，所有平滑滤波器(例如442)都被复位，使得平滑滤波器442需要在基础偏移矢量可用之前重新初始化。例如，如果移动接收器12移动，新的最近的基站或者最可靠的基站可以用来在无线通信信道上提供rtk校正数据，这需要新的最近基站430的初始化。
在步骤s705中，基础偏移矢量准备好被使用或已被使用。例如，导航定位估计器57或精确位置估计器120可以将基础偏移矢量加到精确位置估计值，以避免在从rtk模式转变到扩展rtk模式或精确位置模式时的跳跃或不连续。
在步骤s707中，导航定位估计器57或数据处理器159可以使用如下中的一个或更多个或将其或标记为可使用：移动偏移矢量、存储的偏移矢量、或基于数据存储器件155中的优先级规则或逻辑的相对位置。然而，导航定位估计器57不能使用基础偏移矢量或使基础偏移矢量可用，直到初始化时间段已经过去。例如，优先级逻辑或优先级规则可以基于if-then语句或优选偏移矢量的列表或等级，它们的替代语句或代替解包括：(1)如果平滑滤波器已经运行达初始化时间段和/或经过质量检查，则使用参考接收器的基础偏移矢量；(2)如果平滑滤波器还没有运行达至少初始化时间段，则使用以下优选次序中的一个：(a)由移动接收器确定的移动偏移矢量，(b)来自移动接收器中的数据存储装置的存储的偏移矢量，以及(c)相对位置估计器确定的相对位置。
图8是识别偏移矢量中的不准确性的流程图，该偏移矢量可用于调整移动接收器中偏移矢量的使用优先级。图8的方法的流程图可以结合本文献中描述的任伺其他方法或过程来使用。
在移动接收器12处遮蔽、精确校正信号或接收的卫星信号丢失或暂时中断的情况下，自学习的偏移矢量可能是不精确的其中。在这些情况下，移动接收器12可以不精确地声明在图6的方法中的自学习的偏移矢量已准备就绪。为了减少这种情况，在rtkx引擎中的不同偏移矢量间实施一致性检查。该一致性检查基于基站430或参考接收器30位于相对清洁且开放的天空环境中并因此比移动接收器12本身更可靠的假设。图8的方法开始于步骤s801。
在步骤s801中，质量评价器128，数据处理器159或导航定位估计器57确定在内部学习的偏移矢量(例如，巡游器偏差或移动偏移矢量)和来自基站430的平滑偏移矢量(例如，平滑的基础偏移矢量)之间的差。
在步骤s802中，质量评价器128、数据处理器159或导航定位估计器57确定偏移矢量(即，基础偏移矢量和移动偏移矢量)的水平分量中的差是否大于阈值。例如，阈值可以等于或与所述滤波器协方差估计值的2σ值成比例(例如，正态分布或类高斯分布的两个标准偏差)。理想地，这两个源(即基础偏移矢量和移动偏移矢量)之间的差较小但在巡游器的精确位置解不准确的情况下，自学习的偏移矢量与基站430或参考接收器30具有大的差异(在统计上)。
在步骤s803中，如果(基础偏移矢量和移动偏移矢量的)水平分量的差大于阈值(例如，2σ阈值)，则rtkx模块(409、413)或导航定位估计器将移动接收器的移动偏移矢量(例如自学习的偏差)指定为不一致，并且使用由基站430或参考接收器30(如果可用)或相对位置估计器124确定的基础偏移矢量(例如，平滑的基础偏移矢量)，以防止在rtkx模块(409，413)处的解中输出不准确的巡游器精确位置解。
相应地，如果所述差小于或等于所述阈值，来自移动接收器的移动偏移矢量将是可用的或者被认为是可靠的偏移矢量，该方法可以根据在步骤s804中使用偏移矢量的以下优先级来操作。在步骤s803中执行的上述完整性检查确保根据优先级逻辑或规则使用可靠偏移矢量，其中优先级逻辑或规则可以表示为if-then语句、分层列表、布尔逻辑、真值表、条件分支、树等。
在一个实施例中，在步骤s804中，偏移模块130、数据处理器或者导航定位估计器将优先级分配给使用可能可用的不同偏移矢量，诸如那些未违反用于偏移矢量的一致性或可靠性额测试的偏移矢量。在一个实施例中，使用以下偏移优先级：
1.如果从基站430或参考接收器30可获得引入的(基础)偏移矢量，所述第一优先级或最高优先级被给予来自基站430或参考接收器30的(基础)偏移矢量，所述基站430或参考接收器30在精确位置模式和实时运动模式中同时运行一测量时间(例如历元)或基于基站430的精确位置和已知参考坐标之间的差来确定(例如rtk数据消息的)基础偏移矢量。基站430能够在测量时间(例如历元)访问精确的校正信号(例如，处于高精度量级或更高的精度量级，其中选择可以基于在共同的精度等级、共同的接收器制造商、共同或标准校正数据消息类型或者极兼容的校正数据消息类型下参考接收器和移动接收器的运行)。在一个实施例中，所述引入的精确位置估计值基于对于测量时间所接收到的卫星信号的载波相位的整数模糊度的求解值，或者达到对于所述精确位置估计值的稳态精度。
2.如果如上面项1中所描述的，从基站430或接收器不能获得所引入的(基础)偏移矢量，第二优先级被给予由移动接收器12确定的(移动)偏移矢量(例如学习的)，所述由移动接收器12确定的(移动)偏移矢量(例如学习的)通过基于精确校正信号采用在相同测量时间(例如历元)的(例如来自移动接收器12的rtk位置估计器122的)rtk估计值和(例如来自移动接收器12的精确定位估计器120的)相应精度位置估计值之间的差来进行，。例如，精确校正信号可以基于rtg、实时gipsy、具有精确时钟和轨道校正值的ppp，或在数据处理中心处的校正估计器中的类似算法，数据处理中心的校正估计器在测量时间提供全局精确时钟和轨道校正值。
3.如果在上面的项1或2下不可获得偏移矢量，则第三优先级被给予由基站430或参考接收器30或精确定位估计器确定的偏移矢量，其中精确定位估计器已经基于精确校正信号(例如，具有精确的时钟和轨道校正值的精确校正信号的更高精度量级)获得基于浮动的精确位置或浮动的gnssppp解(例如，与载波相位测量值相关联的模糊度的部分或大部分的求解值)，其中基站430和参考接收器30来自同一制造商或对rtk数据消息或同类rtk数据消息使用相同的数据格式(例如，以便消除或改善接收器偏差)。
4.如果在项1、2或3下不可获得偏移矢量，则第四优先级被给予由基站430或参考接收器30或精确定位估计器确定的偏移矢量，其中精确定位估计器已经基于精确校正信号(例如比最高精度的精确时钟和轨道校正值更低的高精度的精确校正信号)获得基于浮动的精确位置或浮动的gnssppp解(例如，作为与载波相位测量值相关联的模糊度的部分或大部分求解值)，其中基站430和参考接收器30：(a)来自同一制造商或对rtk数据消息或同类rtk数据消息使用相同数据格式，或者(b)来自不同制造商但对rtk数据消息使用标准格式。
5.如果在上述项1至4(包含)下不能获得偏移矢量，则第五优先级被给予从所述数据存储设备155(例如非易失性随机存取存储器(nvram))获取或访问的偏移矢量。存储的矢量偏差具有最低的优先级，并且实况信号总是优选的，即使所存储的矢量偏差是基于从在测量时间的精确校正信号(例如，具有精确时钟和轨道校正值的最高精度的精确校正信号)得到的精确位置估计值。
在某些实施例中，精确校正信号、差分校正数据或校正数据可以指以下的一个或更多个：(a)高精度量级的校正数据，所述校正数据由rtg、实时gipsy提供的或者在数据处理中心的校正估计器中的类似算法提供的，其中数据处理中心的校正估计器提供在测量时间的全局精确时钟和轨道校正值，或(b)更高精度量级的校正数据或精确的校正数据，所述校正数据或精确的校正数据具有由数据处理中心或校正估计器(例如在精确定位模式(ppp模式)中支持移动接收器12的操作)提供的精确时钟和轨道校正值，其中，所述更高精度量级高于高精度量级。
图9a是在移动接收器12已经引入整数模糊度或收敛于整数模糊度以提供精确位置估计值之后的与rtk校正数据的rtk信号中断相关联的时间线的流程图。在图9a中，水平轴表示时间，其被划分为第一时间段或引入时间段(例如t1)、第二时间段或平滑时间段/初始rtkx时间段(例如t2)、以及第三时间段或更新的rtkx时间段(例如t3)。第一时间段从初始化时间或开启接收器(诸如参考接收器30或基站430)开始延伸，直到所接收的信号被引入以用于模糊度求解的位置解。虽然第一时间段可以具有其它持续时间，但是在一个示例性示例中，用于导航接收器的第一时间段倾向于具有大约1200个历元和大约3、600个历元之间的持续时间。第二时间段从所接收到的信号被首先引入到巡游器接收器12的时间延伸到巡游器接收器12收敛或巡游器自学习滤波器444收敛于位置解的时间。虽然第二时间段可以具有其他持续时间，但是在一个说明性示例中，用于导航接收器(12、30)的第二时间段倾向于具有至少300个测量历元的持续时间，或者直到协方差小于阈值。例如，当平滑滤波器442收敛时或者自学习滤波器444或巡游器滤波器的自学习的偏差变为有效时，巡游器接收器12收敛。
图9a示出了在一种rtk扩展模式或多种rtk扩展模式(例如在具有偏移矢量的精确定位模式下操作)中给予不同可用位置估计值的优先级。可用的rtk扩展模式可以依据的参数是，例如：(1)基站430或参考接收器30在接收器载波相位的模糊度被求解之后是否已经引入或者收敛于位置解，(2)移动接收器12或巡游器是否已经在接收器载波相位中的模糊度被分解后，引入或收敛于位置解，(3)rtk校正数据，rtk校正数据格式，或rtk校正数据的求解值量级，其中，求解值量级可以指：(a)基于高精度精确时钟和轨道校正值与位置解的精确定位估计值(例如ppp估计值)结合的高求解值/分辨率(resolution)量级，或(b)基于更高精度的精确时钟和轨道校正的更高分辨率(高于所述高求解值/分辨率)；以及(4)接收器制造商或特定接收器制造商使用的精确定位算法。
参考接收器30与无线通信设备428相关联，用于经由它的校正无线设备(14、114、214)(例如，通信设备)将rtk校正数据无线地传输到移动接收器12。在第二时间段中，如图所示，第一优先级被给予第一rtkx模式，在所述第一rtkx模式中，位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如，rtg或ppp估计值)，基础偏移矢量例如是与多种类型的rtk校正数据格式兼容的基础偏移矢量、与已经首先收敛于解的一个或更多个参考接收器30相关联的基础偏移矢量，或者与移动接收器12最接近或者在移动接收器12的最大基线距离内的一个或更多个参考接收器30相关联的基础偏移矢量。对于第一优先级，基础偏移矢量可包括可用的rtk校正数据，例如第rtk数据格式(例如，较高的求解值/分辨率)或第二rtk数据格式(例如求解值/高分辨率)。
在第二时间段中，如图所示，第二优先级被给予第二rtkx模式，在第二rtkx模式中所述位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如rtg或ppp估计值)，所述基础偏移矢量基于来自精确位置解的rtk校正数据(例如，最高分辨率量级的rtk校正数据)。对于第二优先级，基础偏移矢量可以包括精确的rtk校正数据，诸如第一rtk数据格式。
在第三时间段中，第一优先级被给予第一rtkx模式，在所述第一rtkx模式中，所述位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如rtg或ppp估计值)，所述基础偏移矢量基于来自精确位置解(例如，rtk校正数据的最高分辨率量级)的rtk校正数据(例如，rtg或ppp估计值)。在第三时间段中，第二优先级被给予第二rtkx模式，在第二rtkx模式中，位置估计值基于被添加到移动偏移矢量、巡游器偏移矢量或移动接收器12确定的(例如学习的)巡游器自学习偏差，移动接收器12确定的(例如学习的)巡游器自学习偏差通过基于精确校正信号采用在相同测量时间(例如历元)上的(例如来自移动接收器12的rtk位置估计器122的)rtk估计值和(例如来自移动接收器12的精确定位估计器120的)相应的精确位置估计值的差进行。在第三时间段中，第三优先级被给予第三rtkx模式，在第三rtkx模式中，所述位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如，rtg或ppp估计值)，所述基础偏移矢量是诸如与多种类型rtk校正数据格式(例如，第一rtk数据格式和第二rtk数据格式)兼容的基础偏移矢量，或者以模糊度求解值的浮动模式操作。在第三时间段中，第四优先级被给予第四rtkx模式，在第四rtkx模式中，位置估计值基于被加到存储的基础偏移矢量的精确位置估计值(例如，rtb或ppp估计值)或基于最近观察的载波相位测量值，所述存储的基础偏移矢量存储在与移动接收器12相关联的数据存储器件155中并且足够当前(例如不陈旧)。
图9b是在移动接收器12引入整数模糊度或者收敛于整数模糊度以提供精确位置估计值之前与rtk校正数据的rtk信号中断相关联的时间线的流程图。在图9b中，水平轴表示时间，该时间被划分为第四时间段(例如t4)或尝试引入时间段、第五时间段(t5)或相对定位时间段，以及第六时间段(例如t6)或更新rtkx时间段。第四时间段从初始化时间或接收器(诸如参考接收器30或基站430)开启延伸，直到所接收的信号尝试被引入但实际上没有被引入模糊度求解的位置解。虽然第四时间段可以具有其它持续时间，但是在一个说明性示例中，用于导航接收器12的第四时间段倾向于具有大约1200个历元和大约3600个历元的持续时间。
第五时间段从rtk校正信号丢失、中断或破坏的时间延伸，直到巡游器接收器12收敛或巡游器自学习过滤器444收敛于位置解的时间。虽然第五时间段可以具有其它持续时间，但是在一个说明性示例中，用于导航接收器(例如，12)的第五时间段倾向于具有大约300个历元或直到协方差小于阈值，并受到最大限值(例如，大约1小时)的约束。一旦第五时间段或相对定位时间段达到了所述最大限值，相对位置的准确性可降低，除非采取特殊措施，例如通过将多个相对解链接在一起以保持连续性来实现的链式解。在第五时间段中，第一优先级或唯一优先级被给予第一rtkx模式，在第一rtkx模式中，位置估计值基于被加到位置差的最后可用的rtk估计值(例如，在移动接收器12处的rtk校正信号丢失、中断或讹误之前，在移动接收器12处的)，所述位置差为rtk参考接收器30的测量位置和已知位置(例如rtk参考接收器30的实际坐标)之间的不同位置。
在第六时间段中，第一优先级被给予第一rtkx模式，在所述第一rtkx模式中，位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如，rtg或ppp估计值)，所述基础偏移矢量基于来自精确位置解(例如rtk校正数据的最高分辨率量级或与第一rtk数据格式相关的)的rtk校正数据。在第六时间段中，所述第二优先级给予第二rtkx模式，在所述第二rtkx模式中，位置估计值基于被加到基础偏移矢量的精确位置估计值(例如，rtg或ppp估计值)，其中，所述基础偏移矢量是例如与多种类型rtk校正数据格式(例如，第一rtk数据格式和第二rtk数据格式)兼容的基础偏移矢量，或者以模糊度求解值的浮动模式操作的基础偏移矢量。在第六时间段中，第三优先级被给予第四rtkx模式，在第四rtkx模式中，位置估计值基于被加到存储的基础偏移矢量的精确位置估计值(例如rtg或ppp估计值)或基于最近观察到的载波相位测量值，其中所述存储的基础偏移矢量存储在与移动接收器12相关联的数据存储设备155中，并且足够当前(例如不陈旧)。在第六时间段中，第四优先级被给予第四rtkx模式，在第四rtkx模式中，所述位置估计值基于被添加到由巡游器自学习滤波器估计的移动偏移的精确位置估计值(例如，rtg或ppp估计值)。
图10的接收器类似于图3的接收器，除了图10的接收器示出了基带处理模块18的一个实施例和位置估计器498中的相对位置估计器124的一个可能实施例的说明性细节。在图10和图3中相同的附图标记表示相同元件或特征。
在替代实施例中，精确位置估计器120可以向相对位置估计器124提供以下数据中的一个或更多个：(1)移动接收器(或其天线17)的绝对位置，(2)移动接收器12的参考轨迹(或参考点)，或者(3)与先前或当前精确点位置估计值相关联的偏差相关参数(例如，然后-当前(then-current)的、用于存储在数据存储设备155中或者从数据存储设备155中检索的偏差相关参数)，其中偏置相关参数涉及相对位置估计值的初始位置偏差、大气延迟偏差或接收器时钟偏差。
在一种配置中，模式控制器126或数据处理器159可以与相对位置估计器124、精确位置估计器120或两者传送数据。这样的通信可以经由数据总线157、在数据存储设备155内的共享存储器中的存储器地址之间的通信，或软件模块、子程序或指令之间的通信以及其他可能性来进行。在一个示例中，模式控制器126或数据处理器159可以发送命令数据以初始化或重新初始化相对位置估计器124、精确位置估计器120或两者。模式控制器126或数据处理器159还可以从移动接收器12的已知地标或最后位置提供初始参考位置。例如，模式控制器126或数据处理器159可以从诸如非易失性电子存储器的数据存储设备155检索初始参考位置。质量评估器128或数据处理器159可以确定相对位置估计器124判断的相对位置和精确位置估计器120判断的精确点位置的位置质量估计值或者质量指标。
在一个实施例中，相对位置估计器124包括初始偏差估计器534、大气偏差估计器536(例如，时变对流层估计器)以及接收器时钟偏差估计器527和连续性模块545。在相对位置估计器124内的每个模块都以虚线示出以指示其可选性，并且在某些实施例中可以被删除，或者被整合到导航定位估计器57的其他模块或组件中。在一个配置中，相对位置估计器124或任何偏差估计器都可以包括卡尔曼滤波器、最小二乘估计器、加权最小二乘估计器或预测滤波器。
存在由导航定位估计器57的位置估计过程产生的主要关注的两个位置：绝对位置和相对位置。第一，绝对位置xt与xref，t，可直接比较，并且绝对位置xt可以由精确位置估计器120估计或由相对位置估计器124恢复或确定。在时间t的绝对位置定义为
初始位置偏差估计器534可以估计初始位置偏差。例如，初始位置偏差估计器534包括用于补偿所估计的初始位置偏差的初始偏差补偿器。
在一个实施例中，大气偏差估计器536可以估计大气延迟偏差(例如，对流层延迟偏差)。例如，大气偏差估计器536可以估计在特定卫星和接收器12之间的卫星信号的传播路径相关联的时间上在大气延迟偏差(例如，对流层延迟偏置)中的时间/暂时变化。例如，大气偏差估计器536用于估计大气延迟偏差，并包括用于补偿接收器和相应卫星之间的估计的大气延迟偏差的大气偏差补偿器。进一步地，大气偏差估计器536可以在一个或多个周跳上为一组(或序列)链式相对位置矢量中的每个对应链式相对位置矢量估计相应时变对流层偏差；大气偏差估计器536可以在电子数据处理系统129的数据存储器件155中累积或添加一个或更多个相应的时变对流层偏差，以在rtk校正信号丢失并且从rtk定位模式转换到相对定位模式后，在不定时间段(例如，在一个或更多个接收的卫星信号的载波相位中存在或不存在周跳)上跟踪对流层偏差。在某些实施例中，链式相对位置矢量和时变大气偏差估计值支持相对定位模式下的操作，并具有类似rtk的精度和减小位置精度的随时间的退化。例如，与大气偏差估计器536相结合的相对位置估计器可以在rtk校正信号丢失任意长时间段后、即使rtk校正信号没有迅速地恢复或在rtk校正信号丢失之后超过15分钟的时间段内没有恢复、甚至在rtk校正信号丢失之后的1小时或更长时间内没有恢复的情况下，保持类似rtk的精度，或者接近rtk的定位精度。
在一个实施例中，可选的接收器时钟偏差估计器527可以估计在接收器和相应的卫星之间的在相对于参考时间(例如，全球定位系统时间或gnss时间)或一个或多个卫星时间的时间上的接收器时钟偏差。例如可选的接收器时钟偏差估计器527可以估计在接收器与相应卫星之间的在相对于参考时间(例如，全球定位系统时间或gnss时间)或一个或多个卫星时间的时间上的接收器时钟偏差的时间/暂时变化。可选的接收器时钟偏差估计器527可以补偿估计的接收器时钟偏差。在导航定位估计器57或相对位置估计器124中，可以通过基于具有偏移或偏差补偿的相位测量值调整范围或位置，对在范围域或位置域中的初始位置偏差、大气延迟偏差和接收器时钟偏差执行任何偏差补偿。
对于图10的位置估计器120的特定配置，在接收器12和每个卫星之间的载波信号的测量或探测的波长数中可能存在整数模糊度或部分模糊度；接收器12或载波相位测量模块151可在收敛时间段上求解整数模糊度或估计实值浮点模糊度。在通过精确位置估计器120估计的整数模糊度解或浮动模糊度值的收敛时间段的开始，所述模糊度可能受到比精确载波相位导航所要求的(通常在几厘米精度内)的较高的方差或误差。然而，相对位置估计器124可以提供精确的相对位置估计值，其独立于精确位置估计器120的载波相位测量值的模糊度求解值的收敛或模糊度求解值，因为该解依据时间差来独立于模糊度项。
只要周跳检测器21(例如，与基带处理模块18相关联的)能够识别相对位置估计器124的周跳，并调整到在接收器的适当接收范围内的可见卫星的入口和出口，相对位置估计器124可以从初始化并且在长时间段(例如，从初始时间起的许多历元或许多小时，初始时间例如为相对位置估计器124的初始化)上提供准确且精确的相对位置估计值。历元是指导航卫星系统的特定时刻或移动接收器12在其中测量一个或多个卫星的一个载波相位或多个载波相位的时间间隔。
精确位置估计器120使用由校正无线设备(14，114或214)接收的校正数据，其中校正数据包括卫星时钟和轨道校正，以及对于每个可见卫星活在gnss星群中中的可靠接收范围内的卫星的卫星偏差，例如卫星宽道偏差和卫星窄道偏差。相对位置估计器124可以使用相同的校正数据来校正载波相位测量值，以便于校准精确的时间差的相对位置，即使时间差分在许多小时或历元的长时间段内延伸。如果不存在包含卫星时钟和轨道校正的适当校正数据，卫星时钟误差会过快增长，或不存在足够的控制来支持长时间的时间差异。然而，在这里，相对位置估计器124能够确定来自校正数据的时间卫星时钟误差变化，以支持小时量级的长时间段或许多历元上的准确且精确的时间差。例如，在实践中，当例如基于网络的时钟校正的校正数据能够使某解可用时，则可以应用诸如基于网络的时钟校正的校正数据。
在一个实施例中，导航定位估计器57可以包括可选的连续性模块545。可选的连续性模块545如图10中的虚线所示是可选的。如果周跳检测器21检测到周跳，则导航定位估计器57或数据处理器159从相对位置估计器124去除这些测量值(例如，或特定的卫星相位测量值)。一旦为了对任意长时间段上进行相对定位，相对位置估计器124或其连续性模块545重置或重新初始化为链接在一起(或者将在先相对位置作为参考点)，导航定位估计器57或数据处理器159允许再次使用对于特殊卫星的测量值(例如相位测量值)。相对位置估计器124的这些复位将周期性地发生，以确保在任何瞬间使用足够数量的卫星，但是，为了防止链接事件所固有的位置误差漂移，相对位置估计器124的这些复位不太频繁。
图11是操作具有偏差估计或补偿的卫星接收器的方法的一个实施例的流程图。如在本文献全文中所使用的，接收器是指卫星导航接收器、gnss接收器或移动接收器或巡游器(rover)。图11的方法开始于步骤s101。
在步骤s101中，卫星导航接收器(例如，接收器或移动接收器12)或接收器前端模块310从卫星发射器接收一组一个或一个以上载波信号。例如，移动接收器12在移动接收器处接收一个或多个载波信号，并将每个接收的信号转换成数字接收信号。
在步骤s109，测量模块161或载波相位测量模块151测量在一时间段或一系列连续时间段内的测量时间(例如历元)上的每个接收到的载波信号的载波相位。例如，测量模块161或载波相位测量模块151在一时间段或一系列连续时间段内的测量时间(例如，历元)内测量来自可视卫星或由移动接收器12可靠地接收的那些卫星的每个接收信号的载波相位和伪距离。
在步骤s112中，借助于一个或多个跟踪的载波信号的相位测量值的时间差，移动接收器12或相对位置估计器124估计移动接收器12相对于初始位置的相对位置，该相对位置对应相位随时间的变化。例如，相对位置估计器124或导航定位估计器57借助于一个或多个跟踪载波信号的相位测量值的时间差，估计移动接收器12的相对位置，使得
在一个实施例中，精确位置估计器120时间t向相对位置估计器124或导航定位引擎提供在时间t0时的初始参考位置xref，t0。在其他实施例中，精确位置估计器120可以提供(例如，由校正无线设备(14、114或214)接收的)校正数据或与偏差相关的数据，其中，所述与偏差有关的数据可被下面中的一个或多个使用来估计或补偿相对位置值的偏差：初始位置偏差估计器534、大气偏差估计器536或接收器块偏差估计器527。例如，由精确位置估计器120之前确定的某些与偏差有关的数据(例如，对流层偏差数据)(例如对于较早的历元)可以存储在数据存储设备155中，因为它对于之后的初始化或接收器的使用在最大时间段(在较早历元之后的后来的历元，直到特定的与偏差有关的数据变陈旧)上保持有效。历元是指导航卫星系统的特定时刻或移动接收器11测量一个或多个卫星的载波相位或载波相位的时间间隔。
相对位置估计器124和由相对位置估计器124估计的相对位置不要求精确位置估计器120达到对接收器天线17和各个卫星发射机之间的每个载波信号的整数波长的模糊度解。相反，在相对位置估计器124内，在载波信号的整数波长中的任何模糊度项消除了在确定相对位置时使用的相位时间差观测方程。相应地，相对位置估计器124可以在初始化(并且与精确点估计器38的模糊度求解值无关)之后立即或紧随地提供准确的且精确的相对位置估计值。
在一个实施例中，在步骤s201中，接收器或相对位置估计器124对从包括以下项的组选择的一个或多个偏差建模或估值：在接收器的初始位置中的偏差(例如初始位置偏差)、关于参考时间(例如卫星系统时间)的接收器时钟偏差(随时间)的瞬时变化、或者接收器和相应卫星之间的大气传播延迟偏差(随时间)的瞬时变化。步骤s201可以包括步骤s200、步骤s202和步骤s204中的一个或多个。在图11中用虚线表示可选步骤或过程。
在某些实施方式中，在步骤s201、或者步骤s200、s202和s204中，导航定位估计器57、所述相对位置估计器或所述数据处理系统可以根据所观察的接收器的载波相位关于初始时间和观察时间的变化，根据下式(式1)估计相对位置中的一个或多个偏置：
其中，
δxt，t0是相对位置从初始时间t0到观察时间t的改变；
xt0表示时间t0时的位置，其为常量；
tt是时间t处残余顶点对流层延迟；
tt0是时间t0处残余顶点对流层延迟；和
在等式1中，
在备选实施例中，针对两个不同的gnss系统卫星的组合使用，其中所述两个不同的gnss系统卫星例如是gps和glonass卫星，或gps和galileo卫星，等式1可以进行如下修改：
其中，
系统间时间偏差
在一个使用两种不同类型的系统(gnss)卫星的实施例中，精确位置估计器120还可任选地提供关于系统间时钟偏差随时间而变化的信息，这可用于提前传播或预测“δdτt，t0”项。这简单地意味着：
在步骤s200中，定位导航估计器或初始位置偏差估计器534估计初始位置偏差，xbias，t0，其可被表达为对初始位置xref，t0的变化或偏移，以便说明初始位置xref，t0的不精确性。在一个实施例中，初始位置偏差表示初始时刻(t0)处的初始位置与初始时刻处(t0)处的参考轨迹之间的差，其可以表示为：xt0＝xref，t0+xbias，t0，其中xt0是初始位置，xref，t0是初始时刻(t0)时与接收器的参考轨迹一致的参考位置，和xbias，t0是初始位置偏差。
参考轨迹是指一个或多个参考位置的时间序列。参考轨迹可以由精确位置估计器120提供，尽管在其他实施例中，可以使用参考位置的时间序列的其他数据源(例如，其他位置估计器)。接收器或精确位置估计器120在时间零或t0(例如，xref，t0)的每个参考位置(或其对应的偏差相关数据)或在另一时间(例如，xref，t)的参考位置可以辅助、扩充或增强相对位置估计器124的准确性。例如，当在整数模糊度解上可用或收敛时，相对位置估计器124可以在对相应的相对位置估计值和精确位置估计值加权或不加权的条件下将相对位置估计值与精确位置估计值对准、融合或关联。参考位置或参考轨迹可基于在t0或另一时间可用的精确位置估计器120的输出，作为相对位置估计器124的输入。
在步骤s200中，接收器12或相对位置估计器124对接收器的位置中的初始位置偏差进行建模或估计。初始位置偏置(xbias，t0)在初始时刻或初始化的时刻的接收器12的相对位置估计器124的初始位置偏差。在一个实施例中，相对位置估计器124包括预测滤波器。因此，在执行步骤s200中，相对位置估计器可以通过预测滤波器(诸如卡尔曼滤波器或修改卡尔曼滤波器)间接地确定初始位置偏差。因为状态(预测滤波器或卡尔曼滤波器)的可观察性在实践中可能是成问题的，一个实施例包括将相对位置估计器124与精确点估计器38相联系的人工或约束测量。位置约束测量的目的是确保相对位置估计器124的绝对位置状态在指定程度上松散地匹配来自精确位置估计器120的绝对位置状态
在步骤s202中，接收器12或相对位置估计器124对以下中的一项或多项建模或估计：(1)在与接收器和相应卫星之间的信号传播路径相关联的时间上大气传播延迟偏差(例如，对流层传播延迟偏差)；或(2)在与接收器和相应卫星之间的信号传播路径相关联的时间上的大气传播延迟偏差(例如，对流层传播延迟偏置)的瞬时变化。例如，在步骤s202中，随时间变化的对流层估计器(例如，536)、相对位置估计器124、或者导航定位估计器30估计大气或对流层误差在多个历元或任意长期的时间间隔中的瞬时变化，以提供补偿的相对位置。在某些实施例中，时间间隔(或任意长期)可以从大约十五分钟到实际上任何数量的小时或连续小时。在一个实施例中，对流层延迟偏差可以建模为初始静态偏差分量和时变分量，尽管大气延迟偏差的其它模型是可能的。
步骤s202可以根据单独或累积应用的各种技术来执行。在用于执行步骤s202的第一技术下，大气偏差估计器536基于或等于对流层顶点延迟tt和初始对流层顶点延迟tt0乘以相应映射函数(例如，湿式映射函数或上升映射函数(elevationmappingfunction))来估计大气延迟或大气延迟偏差。
在第二种技术下，大气偏置估计器536利用约束测量值，该约束测量值将对流层延迟的相对位置估计器的估计值关联到精确位置估计器120的位置估计值，从而具有给定误差方差tt-tref，t≈0。如前所述，精确位置估计器120可以向相对位置估计器124或其大气偏差估计器536提供与偏差有关数据的当时(then-current)估计，例如大气延迟偏差或对流层延迟偏差(例如静态或时变分量)。
在用于执行步骤s202的第三种技术下，基于当前(例如湿的)对流层延迟tt和初始(例如湿的)对流层延迟tt0和映射函数(例如湿式映射函数)，大气偏置估计器536确定或估计在一时间段(例如，初始时间和观察时间之间)上对流层延迟偏差的瞬时变化。
在用于执行步骤s202的第四种技术下，大气偏置估计器536或导航定位估计器57使用约束方法来估计对流层延迟(或对流层延迟随时间的瞬时变化)，以确保与在本公开中描述的相对位置估计器124与绝对估计器(例如精确位置估计器120)的估计值的一些一致性(tc≈tref，t)。也就是说，精确位置估计器120可以提供在大气延迟方面与偏差相关的数据，例如相对位置估计器124或大气偏差估计器536使用的tref，t(例如作为tt的导引)。在实践中，对流层延迟通常难以精确估计，因而上述约束能够支持精确位置估计。
在用于执行步骤s202的第五种技术下，单独或与上述技术中的一个或多个相结合地使用，大气偏差估计器536可以估计在一个或多个周跳期间在一组(系列)链式相对位置矢量中每个相应链式相对位置矢量的相应时变对流层偏差；大气偏差估计器536可以在rtk校正信号丢失和从rtk定位模式转换到相对定位模式之后，在电子数据处理系统129的数据存储器件155中累积或添加一个或多个相应的时变对流层偏差，用于跟踪在不定时间段(例如，在一个或多个接收的卫星信号的载波相位中具有或不具有周跳的条件下)上的对流层偏差。
上述约束测量具有驱动相对位置估计器124的相对位置朝向位置估计器120的精确、稳态精确(例如，ppp)解进行的益处。相对位置估计器124还可选地提供不能容易地由相对位置估计器124计算或估计的额外测量校正，诸如对流层延迟的基于方位的修正(azimuthaldependentcorrection)。
如上文所指示的，时变对流层估计器(例如，536)考虑当前的对流层延迟(时间t)以及在初始时间(t0)的对流层延迟。例如，估计器536可以估计分别表示在t0和t的顶点对流层延迟的两项tt0和tt。在替代实施例中，等效地，时变对流层估计器(例如，536)可以估计tt0和tdt，其中tdt：＝tt-tt0是对流层延迟的瞬时变化。
通常对于步骤s202，导航定位估计器57或大气(延迟)偏差估计器536确定或估计关于对流层延迟的相关项，诸如残余顶点对流层延迟项(例如，残余顶点对流层延迟项)tt和tt0。上升映射函数项(例如，上升湿式映射函数)
载波信号或折射率的大气延迟可能作为接收器12高度的函数而变化，诸如海拔高度，以及接收器与卫星之间的仰角。例如，
在一个实施例中，大气(延迟)偏差估计器536确定大气延迟或对流层延迟参数，tt和tt0；大气(延迟)偏置估计器536或相对位置估计器124可以补偿每个卫星i和相应接收器(例如移动接收器12或巡游器)之间的传播延迟，因而相对位置估计器124提供已补偿的位置，已补偿的位置补偿与大气传播延迟相关联的观察到的时差载波相位测量值的那部分。即，时差载波相位测量值
在步骤s204中，接收器或相对位置估计器124对于下面的一项或多项建模或估计：(1)相对于参考时间或一个或多个卫星时钟的接收器时钟偏差(随时间)，以及(2)相对于参考时间或一个或多个卫星时钟的接收器时钟tt0偏差(随时间)的瞬时变化。在一个实施例中，接收器块偏差估计器527可以吸收频率相关的时间误差，该时间误差包括接收器时钟偏差估计值中的接收器和卫星载波相位偏差。如结合等式1所述，接收器和卫星载波相位偏置可以表示为：
相对位置估计器124或接收器块偏差估计器527可以按照下式吸收接收器和卫星载波相位偏置中的误差到接收器时钟偏差估计值中：
其中
在步骤s204中，导航定位估计器57或接收器块偏差估计器527确定或估计关于接收器和对应卫星i的时钟偏差项
在步骤s206中，接收器12、导航定位估计器57或相对位置估计器124能够补偿一个或多个偏差以提供接收器的被补偿的相对位置(例如，或在某些实施例中获得绝对位置)。例如，接收器的估计位置或补偿的相对位置根据等式1反映接收器天线的位置或接收器天线17的相位中心。
在步骤s116中，基带处理模块18、数字接收部15、或者周跳检测器21检测所接收的载波信号踪迹中的周跳。
在步骤s118中，连续性模块545、电子数据处理系统129、或相对位置估计器124支持相对位置估计框架，通过从在检测到周跳或出现新卫星之前与相对位置估计器124的最后一个已知相对位置建立或共同延伸的下一初始位置建立一系列链式相对位置矢量(或链式相对位置)，该框架允许在超过多个历元的时间间隔或者在任意长时间间隔上相对导航。先前在本文献中提出的历元和时间间隔的定义在此同样适用。
在一个实施例中，在步骤s118中，连续性模块545、导航定位估计器57，或者数据处理系统129在存在周跳的情形下保持相对位置的精度，并且在接收器的接收范围内转变。卫星自然地随着时间的流逝而进入地平线或看不见，并且同样新的卫星进入视野或可靠的接收范围。连续性模块545允许接收器跟踪视野中不同卫星之间的转换，并相应地调整误差。
步骤s118可以根据单独或累积地应用的各种技术来执行。在第一种技术中，在步骤s118的一个实施例中，连续性模块545、导航定位估计器57或数据处理系统通过链式校正因子、基于估计位置变化(矢量)点积乘以接收器转置成的卫星视线矢量(例如，etit是接收器转置成卫星视线矢量的转置)，调整载波相位测量值(例如在范围域或位置域中)。
在第二种技术下，连续性模块545、导航定位估计器57或相对位置估计器124包括用于在时间t0’＞t0将参考初始位置xref，t0更新成新的参考初始位置
在第三种技术下，导航定位估计器57，或者相对位置估计器124将它的绝对位置恢复为
图12是用于操作具有初始偏差估计或补偿的卫星接收器的方法的另一实施例的流程图。图12的方法与图11的方法类似，除了图12的方法用步骤s209代替步骤s116和s118之外。与。图11和图12中相同的附图标记指示相同的步骤或过程。
在步骤s209，数据处理器、精确位置估计器120或导航定位估计器57提供、确定或获得参考轨迹(例如，轨迹上的参考点)以帮助和增强相对位置估计值的准确度。例如，精确位置估计器120或另一数据源提供参考轨迹，或与参考轨迹一致的参考点，以帮助和增强相对位置估计值的准确度。
在步骤s209的替代实施例中，数据处理器159、模式控制器126或导航定位估计器57评估或约束初始位置、初始位置偏差、相对位置的观测的变化、或者相对于所确定的参考轨迹或与所确定的参考轨迹一致的参考点所估计的相对位置中的至少一个。
在一种配置中，根据以下等式(“等式2”)，精确位置估计器120提供绝对位置估计值、参考轨迹、或有关偏差的数据：
c是光速；
dτt，
ni是载波相位整数模糊度；
在另一配置中，根据以下等式(“等式3”)，精确位置估计器120提供绝对位置估计值、参考轨迹、或与偏差有关的数据，其使用与轨道信息和对流层延迟模型相关联的已知卫星位置：
式中，
xt是接收器位置；rti＝xtsvi-xt基于时间t时卫星i的卫星车辆位置xtsvi，rti是在时间t时卫星和接收器之间的视线矢量(line-of-sightvector)；
eti是接收器到卫星的视线矢量，
tt是残余顶点对流层延迟；
eti是从接收器到卫星的仰角；
m(·)是将顶点对流层延迟映射到视线的上升映射函数(例如，上升湿式映射函数)；
如果通过精确位置估计器120估计ppp位置估计值，例如在步骤s209中根据的等式2或等式3，相对位置估计器124可以确定在下面的等式4中关于上述ppp位置估计线性化的相对位置估计值：
式中，
eti是卫星视距矢量，etit是eti的转置，以及
tt是时间t时的残留顶点对流层延迟；
tt0是在t0时的残余顶点对流层延迟；
xbias，t0是在时间t0时参考轨迹估计值的偏差；
xref，t0是在时间t0沿着参考轨迹的位置，
xref，t0是沿时间t的参考轨迹的位置，
xt0＝xref，t0+xbias，t0，其中，xt0是在时间t0时的位置；xref，t0是在时间t0时沿着参考轨迹的位置，和xbias，t0是时间t0时参考轨迹的初始位置偏差；
图13是用于操作具有初始偏差补偿的卫星接收器的方法的另一个实施例的流程图。图13的方法类似于图11的方法，除了图13的方法用步骤s210替换步骤s116和s118之外。图11和图13中相同的附图标记指示相同的步骤或过程。
在步骤s210中，导航定位估计器57或精确位置估计器120通过精确位置估计器向相对位置估计器124提供先验估计值或预定义估计值以下方式来帮助或增强相对位置估计器124的相对位置估计值：绝对位置、大气传播延迟(例如，对流层偏差)和接收器时钟偏差。例如，精确位置估计器120、控制器40、或者导航定位估计器57可以向初始位置偏置估计器534、大气偏差估计器536或接收器块偏差估计器527提供先验估计值或预定义估计值或有关偏差的数据。
步骤s210可以根据可单独地或累积地使用的各种技术来执行。在第一技术下，精确位置估计器120或导航定位估计器57提供绝对位置(xref，t)、大气延迟偏差或对流层延迟偏置(tref，t)、接收器时钟延迟偏差(dτref，t)中的一个或多个的预定义或先验估计值，以帮助确定相对位置估计器124的相对位置估计值或补偿的相对位置估计值。
在第二种技术下，精确位置估计器120或导航定位估计器57利用约束或约束测量值，其将相对位置估计器124与精确位置估计器关于时间相联系，使得给定误差方差
图14是一种用于利用参考坐标系补偿或偏移矢量补偿来操作卫星接收器的方法的一个实施例的流程图。图的方法14开始于步骤s900。
在步骤s900中，导航定位估计器57以相对位置估计器124和实时运动运动(rtk)位置估计器配置移动接收器12。
在步骤s902中，导航定位估计器57使用实时运动估计器122和通过rtk校正信号由无线设备(例如214)接收到的校正数据在rtk模式下操作移动接收器12。
在步骤s905中，导航定位估计器57或偏移模块130确定精确点定位(ppp)参考坐标系和rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，其中ppp参考坐标系与相对位置估计值相关，并且rtk参考坐标系与rtk位置估计值相关联。
步骤s905根据可单独地或累积地应用的各种技术来执行。在第一技术下，导航定位估计器57或偏移模块130根据以下等式确定参考坐标系偏差：
b＝xrtk，t-xref，t，
式中，
xrtk，t是在时间t移动接收器的天线的rtk位置估计值；
xref，t是在时间t移动接收器的天线的相对位置估计值或ppp估计值；以及
b是参考坐标系偏差。
在第二种技术下，如果ppp解(例如，以位置或相位表达)的先前最后可用rtk位置不收敛或者如果在大于阈值时间段的某个最大时间段内没有估计参考坐标系偏差，导航定位估计器57或偏移模块130基于先前最后可用的rtk位置计算相对位置，并确定参考坐标系偏差。
在第三种技术下，导航定位估计器57或偏移模块130确定ppp参考坐标系和rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，还包括rtk估计器确定的rtk位置和相对位置估计器124确定的相对位置估计值(例如，ppp估计器)的位置差，以(1)从相对参考坐标系偏差(基于先前的最后可用rtk位置作为相对位置模式中的初始位置和相对位置估计值，过渡到(2)参考坐标系偏差(在rtk解和ppp解二者可用时，通过监测rtk解和ppp解之间的差而基于rtk模式中的移动接收器中的偏差)。例如，偏移模块130可包括滤波器，用于对rtk估计器确定的rtk位置与相对位置估计器124(例如，ppp估计器)确定的相对位置估计之间的位置差进行滤波。
在第四种技术下，导航定位估计器57或偏移模块130确定ppp参考坐标系与rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，还包括基于下面的差，对rtk估计器确定的rtk位置与由相对位置估计器124(例如，ppp估计器)确定的相对位置估计值之间的位置差进行滤波：
xrtk，t-xref，t，其中，
xrtk，t是在时间t移动接收器的天线的rtk位置估计值；
xref，t是在时间t沿参考轨迹的位置。
在第五种技术下，导航定位估计器57或偏移模块130确定ppp参考坐标系与rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，并包括基于所学习的来自相对位置估计器的偏差、或者在先前计算的情况下从接收器数据处理系统的数据存储器中加载的偏差、由rtk估计器确定的rtk位置与相对位置估计器124(例如ppp估计器)确定的相对位置估计值之间的滤波位置差。在第五种技术下，导航定位估计器或偏移模块130可以根据以下等式确定学习的偏差(例如学习的参考坐标系偏差)：
b≈xrtk，t0-xref，t0-xbias，t0
式中，xrtk，t0是移动接收器的天线在时间t0时的由rtk位置估计器估计的rtk位置估计值时间t；
xref，t是由相对位置估计器估计的在时间t的移动接收器的天线的相对位置估计值或ppp估计值；
xbias，t0是以位置表达的、移动接收器的天线在t0时的初始位置偏差；以及
b是参考坐标系偏差。
在用于执行步骤s905的第六技术下，导航定位估计器57或偏移模块130通过当两者都可用时监视rtk和ppp解之间的差(以位置或载波相位表示)来估计移动接收器12中的偏差，以确定精确点定位(ppp)参考坐标系与rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，其中ppp参考坐标系与相对位置估计值相关联，并且rtk参考坐标系与rtk位置估计值相关联。例如，导航定位估计器57或偏移模块130基于计算：(1)关于先前的最后可用rtk位置的相对位置，先前的最后可用rtk位置作为相对位置模式下移动接收器的初始位置，以及(2)对于先前的最后可用rtk位置的相对位置更新，通过监视rtk解和ppp解之间的差(例如以位置或相位表示，其中ppp解与相对位置估计值相关联)，直到基于rtk模式下移动接收器中偏差的估计而使参考坐标系偏置能够被确定，来确定参考坐标系偏差。一旦确定了参考坐标系偏差，模式控制器126、数据处理器159或导航定位估计器57可以从相对位置模式变换或转换回rtk模式。
在步骤s906中，导航定位估计器57或相对位置估计器124基于移动接收器12对于相对位置模式的时间差相位测量值来确定移动接收器12的位置的相对位置估计值。步骤s906可以通过单独或累积地应用的各种技术来执行。在第一技术下，导航定位估计器57或相对位置估计器124基于由测量值生成器或载波跟踪模块进行的时间差相位测量来确定移动接收器12的位置的相对位置估计值。在第二种技术下，基于先前的最后可用rtk位置和对于先前的最后可用rtk位置的相对位置更新，导航定位估计器57或相对位置估计器124根据以下等式来确定、计算或估计相对位置：
xrtkx，t＝xrtk，t0+δxt，t0，
其中，
xrtkx，t是在rtk校正信号丢失之后，时间t由相对位置估计器估计的移动接收器的天线在时间t的虚拟rtk位置估计值，
xrtk，t0是在时间t0，移动接收器的天线的rtk位置估计值，或者在rtk模式中用于初始化相对位置估计器的最后可用的rtk位置；以及
xt，t0表示从时间t0到时间t的位置变化。
在步骤s908中，当rtk校正信号丢失时，基于作为相对位置估计器124相对位置模式的初始位置的最后可用rtk位置，控制器40或导航定位估计器57切换到相对位置模式(例如，从rtk模式)。例如，相对位置估计器124在rtk校正信号丢失之前使用最后可用的rtk位置(作为初始位置)以初始化相对位置模式。相应地，相对位置估计器124可在rtk校正信号丢失之前使用最后可用的rtk位置，更快地(比其他可能)收敛于整数模糊度解或浮点整数模糊度。
在步骤s910中，模式控制器126、导航定位估计器57、数据处理器159或相对位置估计器124以所确定的参考坐标系偏差在相对位置模式中偏移所估计的相对位置估计值(在rtk校正信号丢失之后)，以避免在一个或多个相对位置估计值中出现突变或不连续。例如，如果导航定位估计器57用于引导、操纵/转向或导航车辆，当从rtk模式转变到相对位置模式时，车辆路径将不具有突变或不连续。对于非公路用车使用该方法的农业应用，避免突变或不连续性可提升器具或工作工具(与地面或植物)与车辆相关联的精确对准，以完成工作任务，例如播种、喷洒或收集农作物。对于通过道路车辆的公路运输或运输货物，避免突变或不连续性能够防止道路上出现事故(因为不可预测的改变车道或操纵)以及增强位置解的可靠性。
图15是用于使用参考坐标系补偿或矢量偏差补偿来操作卫星接收器的方法的另一个实施例的流程图。图15的方法与图14的方法类似，除了步骤s905替换为步骤s907之外。图14和图15中相同的附图标记指示相同的步骤或过程。
在步骤s907中，导航定位估计器57或偏移模块130确定或接收精确点定位(ppp)参考坐标系与rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，其中rtk参考站430监视在rtk模式下操作时rtk参考站430处rtk和ppp解之间的差，并且rtk参考站430通过校正无线设备(14、114或214)将参考坐标系偏差发送到移动接收器12。ppp参考坐标系与相对位置估计值相关联，并且rtk参考坐标系与rtk位置估计值相关联。
图16是用于使用参考坐标系补偿或矢量偏差补偿来操作卫星接收器的方法的另一实施例的流程图。图16的方法与图14的方法类似，例外是图16的方法用步骤s909代替步骤s905。图14和图16中的相同附图标记指示相同的步骤或过程。
在步骤s909中，导航定位估计器57或偏移模块130通过计算参考坐标系偏差作为时间t0时的rtk位置和校正初始位置(例如，xrtk，t0+初始位置偏差)的差来确定精确点定位(ppp)参考坐标系与rtk参考坐标系之间的参考坐标系偏差，其中ppp参考坐标系与相对位置估计值相关，并且rtk参考坐标系与rtk位置估计值相关联。例如，导航定位估计器或偏移模块130可以根据以下等式确定学习的偏差(例如，学习的参考坐标系偏差)：
b≈xrtk，t0-xref，t0-xbias，t0，
式中，xrtk，t0是由rtk位置估计器估计的在时间t0移动接收器的天线的rtk位置估计值；
xref，t是由相对位置估计器估计的在时间t的移动接收器的天线的相对位置估计值或ppp估计值；
xbias，t0在t0时移动接收器的天线的初始位置偏差(以位置表示)；以及b是参考坐标系偏差。
已经描述了优选实施例，显然，在不脱离如所附权利要求书限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种修改。
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