用于控制地理位置的全球导航卫星系统的利记博彩app

专利名称：用于控制地理位置的全球导航卫星系统的利记博彩app
技术领域：
本讨论总体上涉及定位，更具体地说，涉及利用具有分^Mt度的高完
整性位置的定位。该讨论广泛地公开了 一种GPS参考系统，其提供用于
抖动移动站位置的合成偏移向量。
背景技术：
全球定位系统(GPS)由美国政府操纵，用来向4Mt界所有用户提供免 费的GPS定位信号。单独的GPS接收器可使用这些信号中的粗捕获(C/A)
码来计算具有大约为五到二十米的典型精度的独立位置。这些精度对于包 括大部分导航应用的一些应用M够的。然而，存在诸如勘测，地图绘制， 机械控制及农业之类的定位应用，其需要更高的精度或完整性。
某些这样的需求由提供GPS码相位校正的差分GPS系统来满足。构 成为用于差分GPS操作的GPS接收器可以使用码相位校正来计算典型精 度为几十厘米到几米的位置。这些精度对于许多定位应用U够的。然而， 因为位置的完整性受到多径的影响，用户对独立或差分GPS位置的精度 不能都相信。GPS信号的多径反射可以引起几十到几百米甚至更大的偶 然的大误差，这取决于反射信号经过的额外距离。
固定模糊实时运动(RTK)系统提供高精确的GPS载波相位测量，以 便在避免大部分多径影响的同时可提供更高的精度。构成为用于RTK操 作的移动GPS接收器可使用载波相位测量来确定典型精度大约为一厘米 到几十厘米的相对位置。术语"固定模糊"是指这样的事实，即确定(固定) 载波相位的整数周期，用于在参考相位及通过移动测量的相位之间的 RTK载波相位测量。载波周期整数的确定限制了大于GPS信号载波波长 的一部分的多径信号误差，结果是对基于RTK位置的高致信度和完整性。
针对主要由用于提供根据用户数量来划分的系统的固定基础设施成 本所引起的成本，现有的GPS RTK系统为用户提供固定的RTK载波相 位测量。然而，某些用户要求固定的基于RTK的定位的完整性，而不要 求其提供的完M度。遗憾的是，还没有现有技术可以通过提供高度完整
的、精度低于系统完4Ht度的位置，来将M设施成本分摊给更多用户。

发明内容
为了满足需求，本讨论通过提供GPS参考系统的合成参考相位、或 者通过对安全移动位置进行抖动来实现为移动站提供具有受控精度的高 度完整的定位的方式。
简言之，本发明使用或包括一个或多个实时运动(RTK)参考站，其用 于在一个或多个实际的参考位置接收GPS信号，并用来测量参考相位。 当^^用三个或更多的参考站时，可针对虚拟参考位置来确定虚拟参考相 位。合成偏移向量在参考站、参考系统中的服务器、RTK移动站，或在 参考站与移动站之间执行交互作用的合成相位处理器中生成。使用参考相 位测量和合成偏移向量来推导合成位置的合成参考相位，其中合成位置与 任何实际的或虚拟的参考位置都不相等。移动站使用实际的或虚拟的参考 位置以及代替实际或虚拟的参考相位的合成参考相位，来计算关于实际的 或虚拟的参考位置的移动位置，该实际的或虚拟的参考位置具有与合成偏 移向量成比例的附加位置误差。
在另 一方法中，安全RTK移动站直接使用合成偏移向量来对由实际 或虚拟的参考相位确定的安全移动位置进行抖动。该合成偏移向量可在参 考站、参考系统的服务器、移动站、或在参考系统与移动站之间起作用的 处理器中生成。由移动站确定的位置具有其精度由合成偏移向量控制的精 度的RTK系统的完整性。
在一个优选实施例中，本发明提供一种用于控制移动站地理位置精度 的全球导航卫星系统(GNSS)参考系统，包括用于测量GNSS信号的参 考相位的参考全球导航卫星系统(GNSS)接收器；用于提供合成偏移向量 的向量生成器；以及用于发出包括所述参考相位和所述合成偏移向量的参 考数据的参考数据提供器，所述参考数据由移动站用来提供具有与所述合 成偏移向量成比例的附加位置误差的移动位置。
在另 一实施例中，本发明提供一种用于控制移动站地理位置精度的方 法，包括使用参考GNSS接收器来测量全球导航卫星系统(GNSS)信号 的参考相位；生成合成偏移向量；发出包含所述参考相位和所述合成偏移 向量的参考数据，所述参考数据由移动站用来提供具有与所述合成偏移向 量成比例的附加位置误差的移动位置。
在再一实施例中，本发明提供包含一组指令的有形介质，这些指令用
于使处理器执行控制移动站地理位置精度的以下步骤，所述步骤包括使 用参考GNSS接收器来测量全球导航卫星系统(GNSS)信号的参考相位； 产生合成偏移向量；以;SJL出包含所述参考相位和所述合成偏移向量的参 考数据，所述参考数据由移动站用来提供具有与所述合成偏移向量成比例 的附加位置误差的移动位置。
广泛地说，本文件公开了 一种定位系统或合成相位处理器或移动站， 用来提供具有分^lt度的高度完整的位置。该定位系统包括一个或多个用 于在已建立的参考位置接收GPS信号并测量参考相位的实时运动(RTK) 参考站。该定位系统或移动站选择合成偏移向量，并利用该合成偏移向量 来推导合成位置的合成参考相位。移动站使用合成参考相位以及实际的或 虚拟的参考位置来确定具有由合成偏移向量控制的附加位置误差的移动 位置。对于另一实施例，安全移动站利用合成偏移向量对安全位置进行抖 动，以便提供具有附加位置误差的非安全的移动位置。
在阅读了以下实施本发明的最佳方式并参看了各附图之后，本发明的 这些和其它实施例及优点对于本领域技术人员将是明显的。


图1是现有技术中用于向移动站拔:供参考相位的单独的参考系统的
图1A是现有技术中用于向移动站拔^供参考相位的参考网络定位系统
的图2是本发明的、用于向移动站提M成参考相位以便对移动位置附 加位置误差的单独的参考定位系统的图2A是针对图2中系统的参考站的框图3是本发明的、用于向移动站提M成参考相位以便对移动位置附 加位置误差的参考网络定位系统的图3A、 3B和3C是针对图3的定位系统的服务器的第一、第二和第 三实施例的框图4是示出了本发明的、用于计算合成参考相位以便对单独的参考定 位系统中运行的移动位置附加位置误差的安全移动站的图4A是图4的移动站的框图5是示出了本发明的、用于计算合成参考相位以便对参考网络定位 系统中的移动位置附加位置误差的安全移动站的图5A和5B是图5中移动站的第一与第二实施例的框图6A和6B是本发明的用于提#成参考相位的随机参考生成器的 第一与第二实施例的框图7是本发明的单独的参考定位系统的图，其中安全移动站对安全位 置进行抖动以提供具有附加位置误差的非安全位置；
图7A和7B是图7中定位系统的第一和第二实施例的框图8是本发明的参考网络定位系统的图，其中安全移动站对安全位置 进行抖动以提供具有附加位置误差的非安全位置；
图8A、 8B、 8C和8D是图8中定位系统的第一、第二、第三和第四 实施例的才匡图9是用于图7和图8中系统的随机位置抖动处理器的框图IO是本发明的用于从单独的参考定位系统向移动站提供合成参考 相位的方法的流程图11是本发明的用于从参考网络定位系统向移动站提^成参考相 位的方法的流程图12是本发明的用于在运行于单独的参考定位系统中的移动站中计 算合成参考相位的方法的流程图13是本发明的用于在运行于参考网络定位系统中的移动站中计算 合成参考相位的方法的流程图14是本发明的用于对安全移动位置进行抖动以便向单独的参考定 位系统中的移动站提供附加误差的方法的流程图；以及
图15是本发明的用于对安全移动位置进行抖动以便向参考网络定位 系统中的移动站提供附加误差的方法的流程图。
具体实施例方式
现在将说明用于实施本发明思想的优选实施例的细节。应当理解的 是，对这些细节的说明不是旨在将本发明限制于这些细节。相反，这些细 节只是要说明实施本发明思想的最佳方式。对于本领域技术人员来说，在 本发明思想的范围内对在此描述的各实施例的众多替代、修改和等同物是
明显的。本发明的优选实施例是针对全球定位系统(PGS)而描述的。然而， 对于本领域技术人员来说，本发明显然可以使用包括全球定位系统(GPS)、 全球轨道导航系统(GLONASS)、 Galileo系统或这些系统的组合的一般的 全球导航卫星系统(GNSS)来实现。还应当注意的是，伪卫星(pseudolites) 可用于代替卫星来广播GNSS定位信号。
图1是示出了现有技术中传统的基于实时运动(RTK)全球定位系统 (GPS)的系统的图。参考站12包括用于从如16A、 16B和16C所表示的 GPS卫星16接收如14A、 14B和14C所表示的GPS信号14的参考GPS 接收器。参考站12测量GPS信号14的载波相位，并向如移动站18所示 的一个或多个移动站发送具有针对被测相位和参考地理位置的参考数据 的无线电信号17。移动站18包括用于针对相同的GPS信号14测量载波 相位的RTK GPS接收器。
参考相位测量和移动相位测量之差产生由移动站18与GPS卫星16A 之间的向量&表示的对垂直距离向量的估计。来自若干GPS卫星16的测 量产生对若干垂直距离向量的估计，并最终产生移动站18相对于参考站 12的位置。向量丄可以被理解为是GPS卫星16与移动站18之间向量和 参考站12和移动站18之间的向量的点乘。在Nicholas C. Talbot等人的 美国专利号为5,519,620、题目为 "centimeter accurate global positioning system receiver for on-the-fly real-time-kinematic measurement and control"的文献中描述了一个示例性RTKGPS系统，该文献通过引用结 合于此。
图IA是示出了现有技术中基于虚拟参考系统(VRS) RTK GPS的系 统的图。参考网络站12A， 12B到12N包括用于测量从GPS卫星16接收 的GPS信号14的载波相位的参考GPS接收器。参考站12A-N向服务器 23发送具有针对它们的测量相位和参考地理位置的参考数据的信号22。 如12A所示的其中一个参考站被指定为主参考站。服务器23和主参考站 12A可位于同 一处。服务器23使用无线电信号25与 一个或多个VRS RTK GPS移动站通信。VRSRTKGPS移动站如移动站24所示。
服务器23,或服务器23连同移动站24 —起确定虚拟参考位置26, 以及主参考站12A的位置与虚拟参考位置26之间的虛拟向量27;然后使
用主参考站12A的位置和测量相位、辅助参考站12B-N的位置和测量相 位，以及虚拟向量27(或虚拟参考位置26)，根据虚拟参考系统(VRS)的参 数模型来计算虚拟参考位置26的虚拟参考相位。移动站24包括用于针对 相同的GPS的信号14测量相位的RTK GPS接收器。虚拟参考相位测量 和移动相位的测量之差产生对GPS卫星16的、类似于上述向量^的垂 直距离向量的估计，并最终产生移动站24相对于虚拟参考位置26"位置。
使用参考站网络来代替单独的参考站使得能够在一个区域中对系统 的电离层和对流层参数误差进行建模，以便提供降低误差的可能性。网络 利用公共域RTCM和CMR标准生存，以便与移动站进行参考数据的双 向通信。有关误差建模的详细信息可参见Landau等人的以下文献 "Virtual Reference Station Systems", published by the Journal of Global Positioning Systems for 2002, Vol. 1 ， No. 2 pages 137-143.。
图2是示出了本发明的基于实时运动(RTK)GPS的定位系统的图，以 附图标记30表示。定位系统30包括至少一个用于从GPS卫星16接收 GPS信号14的参考站31。参考站31具有通过勘测或其它方式建立的参 考位置。系统30接收或生成合成偏移向量32,用以控制由系统30为一 个或多个RTK GPS移动站118提供的定位精度。参考位置与合成偏移向 量32限定了合成位置33,其中合成位置33与参考位置通过合成偏移向 量32分离。合成偏移向量32的长度和方向是任意的。但其通常为几米或 更小。
图2A示出了参考站31和移动站118的框图。参考站31包括参考 GPS接收器34、合成相位处理器35和无线电^器36。参考GPS接收 器34与合成相位处理器35可以是分离的，或被组合进单独的单元。如果 不需要与移动站118进行双向传输，则无线电^器36可以是没有接收 器的发射器。参考GPS接收器34测量GPS信号14的载波相位。处理器 35 4吏用合成偏移向量32和站31的参考位置以及相对于GPS卫星16的 三维角度来推导载波相位的合成参考相位，该合成参考相位如果在合成位 置33曾经^L测量过则应该被测量。
无线电收发器36向移动站118发送具有针对合成参考相位和参考位 置的合成参考数据的无线电信号37。蜂窝电话或有限电话可用来提供或 或增大无线电信号37。和传统中的一样，合成参考数据也包括参考站31 的正确的地理参考位置，但GPS信号14的相位并非在参考位置测量的实 际相位，而是由测量参考相位、实际参考位置以及合成位移向量32(或合
成位置33)所计算的合成参考相位。
移动站118包括移动GPS接收器119和异常检测器120。移动GPS 接收器119接收GPS信号14并测量来自相同GPS卫星16的载波相位， 以及计算测量移动相位与合成参考相位之间的差。现在，使用合成的参考
相位代替实际的参考相位，得到由向量/表示的估计的垂直距离向量,而 不是由上述向量丄表示的估计的垂直距i向量。向量/可以被理解为是 GPS卫星16A与移动站118之间的向量以及合成位置33与移动站118之 间的向量的点积。当移动站118计算其相对于参考站31的位置时，得到 位置38，该位置38具有与合成偏移向量32方向相反长度相等的附加位 置误差39。使用这一技术，定位系统30能够向由移动站118计算出的位 置38任意引入附加误差39。
移动GPS接收器119根据当前和先前的合成参考相位与当前和先前 的测量移动相位来确定双差相位剩余(double difference phase residual )， 并把该相位剩余传送给异常检测器120。当相位剩余大于与针对RTK操 作的完整边界40的所选的距离对应的相位阈值时，异常检测器120检测 到相位剩余异常。该完整边界40对应于移动位置38周围区域的外部界限。 当检测到异常时，异常检测器120禁止移动GPS接收器119将移动位置 38提供给移动站118的用户，或通知用户已检测出异常，并允许用户决 定是否使用位置38。可替选地，异常检测器120提，对移动位置38的 解决方案，其中不使用针对与异常相关的特定GPS信号14的合成参考相 位和测量移动相位。本发明的系统30的作用在于，移动位置38具有受控 制的附加位置误差39,而不劣化针对移动位置38的RTK定位方案的完 整边界40。
图3示出了本发明的基于实时运动(RTK) GPS的定位系统的网络实 施例，以附图标记50表示。定位系统50包括标记为51A、 51B到51N的 参考站的网络，用于从GPS卫星16接收GPS信号14。参考网络站51A-N 具有通过勘测或一些其它方式建立的参考位置。系统50接收或生成合成 偏移向量32，用以控制由系统50对如移动站124A、 124B或124C所示 的一个或多个RTKGPS移动站提供的定位精度。移动站124A、 124B或 124C分别包括移动GPS接收器125A、 125B或125C,以及分别包括异 常检测器126A、 126B或126C。
定位系统50还包括服务器52A、 52B或52C。服务器52A-C利用无 线电信号54与参考网络站51A-N通信。其中一个网络站，例如站51A，
可被指定为主站，而其它参考网络站51B-N为辅助站。主参考站51A和 服务器52A-C可位于同一处，并且可以共享或不共享处理能量(processing power);或者主参考站51A与服务器52A-C可以物理上分开。
参考网络站51A-N测量GPS信号14的载波相位，然后把它们的相 位测量传送给服务器52A-C。服务器52A-C使用无线电信号56与移动站 124A-C通信。在传统的系统中，服务器23利用虚拟向量27、主参考位 置及辅助参考位置和相位来确定虚拟参考位置26的虚拟参考相位。在本 发明中，虚拟向量27与合成偏移向量32之和是主合成向量64。主参考 站51A的位置以及主合成向量64限定合成位置133。本发明的系统50利 用合成偏移向量32、虚拟向量27 (或主合成向量64)、主参考位置及辅 助参考位置和相位来确定合成位置133的合成参考相位。
移动站124A-C预期得到如同在虛拟参考位置26测量的相位那样的 参考相位，然而，移动站124A-C接收针对合成位置133所推导的合成参 考相位。移动GPS接收器125A-C接收GPS信号14并测量来自相同的 GPS卫星16的载波相位；以及计算测量移动相位与合成参考相位之间的 差。现在，使用合成参考相位代替虚拟参考相位，得到由上述向量/表示 的估计的垂直距离向量。当移动站124A-C计算其相对于虚拟位置26的 位置时，就得到相对于虚拟参考位置26、具有附加位置误差39的位置38, 该附加位置误差与合成偏移向量32在长度上相等且方向相反。使用这一 技术，定位系统50能够向由移动站124A-C计算的位置38任意引入附加 误差39。
服务器52A-C与移动站124A-C可以利用双向通信来约定虚拟参考位 置26的地理位置。例如，虚拟参考位置26可被选择为是移动站124A-C 的最佳估计位置。应当注意到的是，本发明不依赖于服务器52A-C的处 理能量的位置。服务器52A-C的处理能量可位于通信范围内的任何地方， 并可分布在若干位置。蜂窝电话或有线电话可用来提供或增大无线电信号 54和/或56。
图3A力艮务器52A的框图。服务器52A包括无线电收发器62，虚 拟参考合成相位处理器63以及异常检测器63A。服务器52A从参考站 51A-N接收针对参考位置(或其已有参考位置)以及参考相位的lt据。处理 器63使用虚拟参考系统(VRS)^^lt模型以及主合成向量64 (代替虚拟向 量27 )、用于参考网络站51A-N的主参考网络位置及辅助参考网络位置和 相位，以及对GPS卫星16的三维角度，来推导如果在合成位置133 (而
非虚拟参考位置26)曾经进行了测量则应该被测量的合成参考相位。
无线电收发器62向移动站124A传送具有合成参考数据的无线电信 号56。该合成参考数据像传统情形中一样也包括正确的地理虚拟参考位 置,26:,是还包括合成参考相位，该合:成参考相位一代替，传统移动站用
图3B ;U艮务器52B的框图。服务器52B包括无线电^器62、合 成相位处理器65、虚拟参考处理器66以及异常检测器66A。服务器52B 从参考站51A-N接收针对参考位置(或其已具有参考位置)和参考相位 的数据。虚拟参考处理器66利用针对参考站51A-N的虚拟向量27和参 考位置以及相位，连同对GPS卫星16的三维角度一起，用于确定虚拟参 考相位。然后虚拟参考处理器66把虚拟参考相位和虚拟参考位置26传送 给合成相位处理器65。
合成相位处理器65使用合成偏移向量32，连同虚拟参考相位以;M目 对于GPS卫星16的三维角度一起，用于推导如果在合成位置133曾经进 行了测量则应该被测量的载波相位的合成参考相位。无线电收发器62向 移动站124B传送具有合成参考数据的无线电信号56。合成参考数据和传 统的情形中一样也包括正确的地理虚拟参考位置26,但GPS信号14的 相位不是在虚拟参考位置26要被测量的虚拟参考相位，而是在合成位置 133要被测量的合成参考相位。
图3C AJ5良务器52C的框图。合成相位处理器65与虛拟参考处理器 66分离放置。服务器52C利用公共交换电话网(PTSN)电话系统68来 接收参考数据，并利用该电话系统68在虚拟参考处理器66与合成相位处 理器65之间进行通信。处理器65从虚拟参考处理器66接收针对虚拟参 考位置26和虚拟参考相位的数据，然后如上所述地推导合成参考相位。 处理器65可与移动站124C相邻设置，可通过本地有线连接，或可4吏用 蜂窝电话69向移动站124C传送合成参考相位。
虚拟参考处理器63和66针对当前和先前的相位测量确定主和辅助相 位之间的双差相位剩余，并把该相位剩余传送给各自的异常检测器63A 和66A。当相位剩余大于与所i^巨离或RTK操作的完整边界40对应的相 位阈值时，异常检测器63A和66A检测到相位剩余异常。虚拟参考处理 器63和异常检测器63A和66A可分别共享硬件和软件。
移动GPS接收器125A-C还确定双差相位剩余。在移动GPS接收器
中确定的相位剩余是针对当前和先前相位测量的移动相位与合成参考相
位之间的差。移动GPS接收器125A-C ^目位剩余传送给各自的异常检 测器126A-C。当相位剩余大于与所选距离或RTK操作的完整边界40对 应的相位阈值时，异常检测器126A-C还检测相位剩余异常。移动GPS 接收器125A-C与异常检测器126A-C分别可共享硬件和软件。
完整边界40对应于移动位置38周围的区域。当检测到异常时，异常 检测器63A、 66A或126A-C禁止移动GPS接收器125A-C向移动站 124A-C的用户提供移动位置38，或通知用户已检测到异常，并允许用户 决定是否使用位置38。可替选地，移动站124A-C提，对移动位置38 的解决方案，其中不使用针对与异常相关的特定GPS信号14的合成参考 相位和测量移动相位。本发明的系统50的作用在于，移动位置38具有受 控制的附加位置误差39，而不劣化针对移动位置38的RTK定位方案的 完整边界40。
在系统50中，有益的做法是通itiL送主参考网g置和辅助参考 网络位置之间的差和/或参考网络相位而代替实际参考位置和相位，以降 低在各位置之间传送的数据量。例如，辅助站51B-N的参考位置和相位 可作为相对于主参考站51A的参考位置和相位的差裙:传送。
图4是示出了本发明的安全实时运动(RTK) GPS移动站70的图， 该移动站用来从基于GPS的定位系统71接收安全格式的传统参考数据。 定位系统71包括至少一个具有通过勘测或某些其它方式建立的参考位置 的参考站112，用来从GPS卫星16接收GPS信号14。参考站112测量 GPS信号14的载波相位，并向移动站70发送具有针对参考相位的安全 参考数据的无线电信号117。参考数据的安全性可通过为防止对版权作品 的非授权访问的千禧年数字版权法(1998)的措施来维护，可替选地，参 考数据可以被加密。
移动站70接收或生成或选择合成偏移向量32。合成偏移向量32与 参考站112的参考位置限定了如上所述的合成位置33。合成偏移向量32 的长度和方向是任意的，但长度通常为几米或更小。当希望本发明的移动 站70以现有的基于RTK GPS的参考系统操作时，参考站112可以是附 加有安全措施的上述传统的参考站12，以防止参考数据被非授权访问。
图4A是移动站70的框图。移动站70包括含有异常检测器74A的 RTK移动GPS接收器74、安全合成相位处理器75，以及无线电收发器 76。移动GPS接收器74对由参考站112测量的相同的GPS信号14的载
波相位进行测量。如果不需要双向通信，则无线电收发器76可以被没有 发射器的无线电接收器来代替。可使用蜂窝电话作为无线电收发器76。 无线电收发器76接收无线电信号117中的参考位置及针对参考相位的安 全参考数据。
安全合成相位处理器75选择合成偏移向量32,然后利用该合成偏移 向量32和参考位置、安全参考相位以;sj t GPS卫星的三维角度来推导合 成参考相位。安全合成相位处理器75通过使授权用户难以更改处理算法 或查看信号或数据的方式，在处理器75的物理边界内对信号和数据进行 处理。而且，通过千禧年数字版权法(1998)对访问的控制，可以保护算 法、信号、消息和数据。
安全合成相位处理器75向移动GPS接收器74传送合成参考相位。 GPS接收器74使用合成参考相位、测量移动相位、参考位置以;5Uj" GPS 卫星16的三维角度来计算移动位置38。传统的移动站18会计算针对由 向量&表示的到GPS卫星16A的距离向量的参考和移动相位测量之间的 差。S而本发明的移动站70得到的是由f表示的而不是由向量丄表示的 估计的垂直距离向量。
当移动站70计算其相对于参考站112的位置时，得到位置38,该位 置具有与合成偏移向量32长度相等方向相反的向量位置偏移误差39。在 安全处理器75中的安全措施防止用户通过使用测量参考相位而不是合成 参考相位来解除本发明的精度控制。通过移动GPS接收器74从若干GPS 卫星16进行的测量产生几个垂直距离向量f ，最终产生相对于参考站112 的具有附加误差39的移动站70的位置。使用这一技术，安全合成相位处 理器75能够向由移动站70计算的位置38引入任意的附加误差39。
移动GPS接收器74根据当前和先前的合成参考相位及测量移动相位 来确定相位剩余，并把该相位剩余传送到异常检测器74A。当相位剩余大 于与所选的针对RTK操作的完整边界40对应的相位阈值时，异常检测 器74A检测到相位剩余异常。完整边界40对应于移动位置38周围的区 域。当检测到异常时，异常检测器74A禁止移动GPS接收器74向移动 站70的用户提供移动位置38，或通知用户已检测出异常，并允"^午用户决 定是否使用位置38。可替选地，异常检测器74A提，对移动位置38的 解决方案，其中不使用针对与异常相关的特定GPS信号14的合成参考相 位和测量移动相位。本发明的系统70的作用在于，移动位置38具有受控 制的附加位置误差39，而不劣化针对移动位置38的RTK定位方案的完
整边界40。
图5是示出了本发明的安全实时运动(RTK )GPS移动站80A或80B 的图，该移动站用于从网络定位系统81接收安全格式的传统参考数据。 移动站80A-B从系统81接收具有安全参考相位的参考数据，并选择合成 偏移向量32以控制其提供的定位精度。参考相位的安全性可以由千禧年 数字版权法(1998)的访问控制措施和/或通过加密来保护。定位系统81 包括服务器123和参考网络站的网络，这些参考网络站称为112A、 112B 到112N,其具有从勘测或其它方式得知的参考位置。
参考网络站112A-N包括参考GPS接收器，用于从GPS卫星16接收 GPS信号14，并测量载波相位。当希望本发明的移动站80A-B用现有的 基于RTK GPS的参考系统操作时，参考站112A-N可以是传统的参考站 12A-N,并且服务器123可以是附加有安全措施以保护参考数据的上述传 统的服务器23。如112A所示的一个参考站可被指定为主参考站，而其它 参考网络站112B-N作为辅助参考站。
参考网络站112A-N与服务器123通过信号122通信，且服务器利用 具有安全数据格式的无线电信号127与移动站80A-B通信，以便参考相 位不能轻易地被非授权用户使用。虚拟向量27与合成偏移向量32之和是 主合成向量64。主参考站112A的位置与主合成向量64限定了合成位置 133。
图5A是移动站80A的框图。移动站80A包括无线电收发器82、安 全虚拟参考合成相位处理器83，以及包括异常检测器86A的RTK移动 GPS接收器84A。无线电收发器82接收无线电信号127中的针对主参考 位置和辅助参考位置的数据以及针对主参考网络站和辅助参考网络站 U2A-N的相位。如果不需要双向通信，则无线电M器82可以是无线电 接收器而没有发射器。无线电^器82可以是蜂窝电话。为了降低传输 的数据量，辅助参考站112B-N的参考位置和相位可作为与主参考站112A 的参考位置及相位的差来传送。
合成相位处理器83接收或生成或选择合成偏移向量32，然后确定虚 拟参考位置26，或与服务器123协商以确定虚拟参考位置26。虚拟参考 位置26和合成偏移向量32限定了合成位置133，其中合成位置133通过 合成偏移向量32与虚拟参考位置26分离。处理器83根据虚拟向量27与 合成偏移向量32 (或虚拟参考位置26与合成偏移向量32 )的向量和来确 定主合成向量64。合成偏移向量32的长度和方向是任意的，但长度通常
为几米或更小。
然后，处理器83使用主合成向量64代替虚拟向量27，连同参考网 络站112A-N的主和辅助参考网络位置和相位，以及相对于GPS卫星16 的三维角度，来推导如果在合成位置133曾经进行了测量则将要被测量的 合成参考相位。处理器83把针对虚拟参考位置26和合成参考相位的合成 参考数据传送给移动GPS接收器84A。移动GPS接收器84A测量同样的 GPS信号的相位，并使用测量移动相位、主参考位置和辅助参考位置和 相位、连同合成参考相位以及虚拟参考位置26，来确定移动位置38。
图5B是移动站80B的框图。移动站80B与上述移动站70类似，区 别在于移动站80B使用虚拟参考位置26代替参考站112的实际参考位置。 移动站80B包括无线电M器82、包含异常检测器86B的移动GPS接收 器84B，以及安全合成相位处理器85。无线电收发器82接收无线电信号 127中的针对虚拟参考位置26和虚拟参考相位的数据。
处理器85使用合成偏移向量32(或虚拟参考位置26与合成位置133 之间的差)、虚拟参考位置26、虚拟参考相位以及对GPS卫星的三维角 度，来推导将在合成位置133被测量的合成参考相位。处理器85把针对 虚拟参考位置26和合成参考相位的合成参考数据传送给移动GPS接收器 84B。移动GPS接收器84B测量相同的GPS信号的相位，并使用测量移 动相位和合成参考相位以及虚拟参考位置26来确定移动位置38。
移动GPS接收器84A-B根据当前和先前的合成参考相位及测量移动 相位来确定相位剩余，并把该相位剩余传送给异常检测器86A-B。当相位 剩余大于与所选择的距离或RTK操作的完整边界40对应的相位阈值时， 异常检测器86A-B检测出相位剩余异常。完整边界40对应于移动位置38 周围的区域。当检测到异常时，异常检测器86A-B禁止移动GPS接收器 84A-B向移动站80A-B的用户提供移动位置38，或通知用户已检测到异 常，并允许用户决定是否使用位置38。可替选地，异常检测器86A-B提 ，对移动位置38的解决方案，其中不使用针对与异常相关的特定GPS 信号14的合成参考相位和测量移动相位。
由移动站80A-B计算的、相对于虚拟参考位置26的位置38具有附 加的位置偏移误差39，该位置偏移误差与合成偏移向量32长度相等方向 相反。使用这一技术，移动站80A-B能够向位置38任意引入附加误差39， 而不劣化针对移动位置38的RTK定位方案的完整边界40。
安全合成相位处理器83和85按照4吏得移动站80A和80B的用户在 物理上难以更改处理算法或查看信号或数据的方式，对嵌入有移动站80A 和80B的边界的信号和数据进行处理。而且，由千禧年数字版权法(1998 ) 的访问控制来保护算法、信号、消息和数据。
图6A和6B是本发明的分别以附图标记90A和卯B表示的随机参考 生成器的框图。随机参考生成器90A在本发明的合成相位处理器63和83 中使用，其中利用VRS参数模型来产生合成参考相位。随机参考生成器 90B在本发明的合成相位处理器35、 65、 75和85中使用，其中利用实际 或虚拟参考位置用来产生合成参考相位。合成参考相位被从系统30和50 传送到移动站118或124A-C中的RTK GPS接收器，以确定移动位置38; 或在移动站70或80A-B中的安全处理器中计算该合成参考相位，以确定 移动位置38。
随机参考生成器90A和卯B包括随机过程向量生成器170。该随机 过程向量生成器170存储或接收最大变化率的值以及一个或多个最大尺 寸的值，并使用这些值作为随机或伪随机过程的输入，用以连续计算合成 偏移向量32。重要的是，因为合成偏移向量32是利用随机或近似随机的 过程计算的，所以用户或在移动站中编程的软件不易取消附加误差39。
最大尺寸值可以是用于提供球形误差区域的最大半径、用于提供柱形 误差区域的最大半径和最大长度，以及用于提供盒形误差区域的三个最大 长度X、 Y和Z等。误差区域指的是移动站38的附加误差39环绕移动站 位置的体积或三维范围，在没有针对精确控制的本发明时，该误差区域将 由RTK移动站确定。例如，盒形误差区域的附加偏移39在lx^X、 |y|《Y 和lzpZ的三个尺度中具有可能的误差x、 y和z。盒形误差区域不需要具 有相等的或正交的尺度。最大XJL值z=0或x和y=0可用来约束随机过程 向量生成器170，使得附加误差39分别被限制在水平或垂直方向。
附加误差39可以具有在任何方向上的相对大的量值以及低变化率， 而针对固定RTK操作所构建的移动GPS接收器继续使用被分解的载波相 位周期整数来进行其定位。甚至在附加误差39为几米或更大时，通过继 续使用这些整数,移动位置38具有在小到几厘米的完整边界40内的RTK GPS解决方案的完整性。即使在使用本发明而精度降低时，RTK移动位 置38仍具有高度完整性，因为由多径引起的误差被大大消除了。本领域 技术人员将会理解，只有直接抖动参考载波相位的测量，并把被抖动的参 考相位提供给移动站，可能使RTK移动站不能对载波相位整数进行分解，
因而丧失了 RTK位置解决方案高度完整性的好处。
随机参考生成器90A包括向量加法器172和虚拟参考相位合成器 174。向量加法器172将合成偏移向量32与虚拟向量27相加，以确定主 合成向量64。虚拟参考相位合成器174使用主合成向量64和对GPS卫 星16的三维角度、主和辅助参考位置以及对应的针对GPS2信号14所测 量的主和辅助参考载波相位，来计算合成参考相位。于是如上所述使用合 成参考相位以及由RTK移动GPS接收器所测量的载波相位，来计算移动 位置38。
随机参考产生器卯B包括相位合成器175。相位合成器175使用来自 随机过程向量生成器170的合成偏移向量32和参考载波相位，以及对GPS 卫星16的三维角度，来计算针对GPS信号14的合成参考相位。参考载 波相位可以是在实际的参考位置测量的实际参考相位，或针对虚拟参考位 置26计算的虚拟参考相位。然后如上所述使用合成参考相位以及由RTK 移动GPS接收器测量的载波相位来计算移动位置38。
图7是一系统图，示出了本发明的安全实时运动(RTK) GPS移动 站200A或200B,其用于在定位系统201中分别利用参考站212A或212B 进行操作。移动站200A-B从系统201接收安全格式的参考系统数据，并 接收或生成相对于参考站212A-B的位置的合成偏移向量232。在移动站 200A-B中使用安全参考数据来计算安全位置210。然后移动站200A-B使 用合成偏移向量232对安全位置210进行抖动，以^更向移动站200A-B的 用户提供具有附加位置误差239的非安全的移动位置238。
附加位置误差239的向量与合成偏移向量232具有相同的长度和方 向。在移动站200A-B中监视双差相位剩余，用以维护用于RTKlMt的、 安全位置210周围的完整边界240。完整边界240是安全位置210周围区 域的外部边界。附加位置误差239将安全位置210偏移到非安全位置238， 而不劣化非安全位置238周围的完整边界240。完整边界240可以为二十 厘米或更小。合成偏移向量232的长度和方向及附加位置误差239是任意 的，但长度通常为几米或更小。
参考站212A-B具有通过勘测或某些其它方式建立的参考位置，用于 从GPS卫星16接收GPS信号14,并测量参考载波相位。合成偏移向量 232与参考位置限定了参考站212A-B的合成位置233。参考站212A-B向 移动站200A-B发送具有针对测量参考相位和参考位置的安全参考数据的 无线电信号217。合成偏移向量232的信息可被包含在传送到移动站200A
的安全参考数据中，或在移动站200B内产生，或在移动站200A中从某 种其它安全源接收。当希望本发明的移动站200B利用现有的基于RTK GPS的参考系统操作时，参考站212B可以是如上所述的附加有针对传送 到移动站200B的参考数据的安全性的传统参考站12。
图7A是参考站212A和移动站200A的实施例的框图，其中参考站 212A生成参考偏移向量232。参考站212A包括参考GPS接收器252、参 考位置存储器245、合成向量生成器260、安全参考数据提供器262和无 线电传感器264。参考GPS接收器252接收并测量GPS信号14的载波相 位。参考位置存储器245存储参考站212A的位置。合成向量生成器260 生成合成偏移向量232。安全数据提供器262把参考相位、参考位置及合 成偏移向量232处理成用于参考数据的安全格式。无线电iJUL器264在无 线电信号217中向移动站200A发出安全参考数据。
移动站200A包括无线电M器272、包含异常检测器275的RTK移 动GPS接收器274,以及位置抖动处理器277。如果不需要双向通信，无 线电收发器272可由没有发射器的无线电接收器来代替。蜂窝电话可以用 作无线电M器272。
无线电牝良器272接收无线电信号217中的针对合成偏移向量232 和参考位置以及测量参考相位的安全参考数据；将参考位置和相位传送给 GPS接收器274，并把合成偏移向量232传送给位置抖动处理器277。 GPS 接收器274测量针对相同的GPS卫星16的GPS信号14的载波相位，并 计算参考和移动相位测量之间的差。如上所述，由相位差得出针对GPS
信号14A的、由向量丄表示的估计垂直距离向量，用以确定安全移动位 置210。
位置抖动处理器277利用合成偏移向量232来抖动安全移动位置 210,以提供具有附加位置误差239的移动位置238。优选地，位置抖动 处理器277是嵌入在存储器或信号处理硬件中的编码的算法，该算法由移 动GPS接收器274中的硬件和软件读取或处理。移动GPS接收器274与 位置抖动处理器277都必须确保不被移动站200A的用户篡改，以防止用 户取消由移动站200A提供的精度控制。
移动GPS接收器274根据当前和先前的参考相位以及当前和先前的 测量移动相位来确定双差相位剩余，并把该相位剩余传送到异常检测器 275。当相位剩余大于与完整边界240的所选的距离对应的相位阈值时， 异常检测器275检测到相位剩余异常。由位置抖动处理器277将安全位置
210周围的完整区域转换为被抖动的移动位置238周围的完整区域240。 当检测到异常时，异常检测器275禁止位置抖动处理器277向移动站200 的用户提供移动位置238,或通知用户已检测到异常，并允许用户决定是 否使用位置238。可替选地，异常检测器275提供针对安全位置210的解 决方案，且位置抖动处理器277提供移动位置238，其中不使用针对与异 常相关的特定GPS信号14的参考相位和测量移动相位。
图7B是参考站212B和移动站200B的实施例框图，其中移动站200B 生成合成偏移向量232。参考站212B和移动站200B如以上所述的针对参 考站212A和移动站200A ^Mt，区别在于，合成偏移向量232由移动站 200B中的合成向量生成器260生成。
图8是系统图，示出了本发明的安全实时运动(RTK) GPS移动站 300A、 300B、 300C或300D，用于在一般以参考标识符301表示的网络 定位系统中分别与服务器323A、 323B、 323C或323D进行操作。移动站 300A-D从系统301接收安全参考系统数据，并接收或生成合成偏移向量 232以控制其提供的定位精度。合成偏移向量232把用于系统301的虚拟 参考位置26偏移到合成位置333。移动站300A-D使用参考数据来计算安 全位置310。
然后，移动站300A-D利用合成偏移向量232来抖动安全位置310， 以便向移动站300A-D的用户提供具有附加位置误差239的非安全的移动 位置338。针对RTK操作的完整边界240表示安全位置310周围区域的 外部边界。附加位置误差239将安全位置310偏移到非安全位置338而不 劣化完整边界240,以使得完整边界240变为位置338周围区域的外部边 界。附加位置误差239的向量与合成偏移向量232的长度及方向相同。合 成偏移向量232及附加位置误差239的长度及方向是任意的，但长度通常 为几米或更小。
定位系统301包括由312A、312B到312N表示的参考网络站的网络， 这些参考网络站具有通过勘测或其它方式获知的参考位置。参考站 312A-N测量来自GPS卫星16的GPS信号14的载波相位，并向服务器 323A-D发送具有针对测量相位的参考系统数据的电话或无线电信号322。 关于合成偏移向量232的信息可包含在传送到移动站300A， C的安全参 考数据中、或在移动站300B， D内生成、或在移动站300A， C中从某种 其它的安全源接收。服务器323A-D利用无线电信号325进行通信，以向 移动站300A-D发送安全格式的参考数据。如312A所示的一个参考站可
被指定为主参考站，而其它参考网络站312B-N为辅助站。
系统301确定虚拟参考位置26以及从主参考站312A到虚拟参考位 置26的虚拟向量27。当希望本发明的移动站300B, D利用现有的基于 RTKGPS的参考系统进行操作时，服务器323B， D和参考站312A-N可 以是现有技术的附加有针对传送到移动站300B, D的参考数据的安全措 施的现有技术的服务器23和参考站12A-N。应当注意的是，服务器323A-D 的成员不必位于一个物理位置。
图8A Al良务器323A和移动站300A的实施例的框图，其中月艮务器 323A生成合成偏移向量232。 4良务器323A包括合成向量生成器260、包 含异常检测器353的VRS位置相位处理器352、安全参考数据提供器354 以及无线电收发器356。合成向量生成器260生成合成偏移向量232，并 向安全数据提供器354传送该合成偏移向量232。
VRS参考位置相位处理器352通过信号322从参考站312A-N接收主 和辅助参考相位。主和辅助参考位置由处理器352保留，或从信号322 中接收。处理器352利用虚拟参考位置26以及来自参考站312A-N的主 和辅助位置;M目位，用于确定涉及虚拟参考位置26的GPS信号14的虚 拟参考相位，并将针对虚拟参考位置26及虚拟参考相位的参考数据传送 给安全数据提供器354。异常检测器353监视参考站312A-N之间的当前 和先前的测量相位之间的双差相位剩余，以便在当前参考相位之一处于与 完整边界240对应的相位剩余阁值之外时，防止参考数据被移动站312A 使用。
安全数据提供器354把参考数据处理为安全格式，并把该安全参考数 据传送给无线电JltiL器356。无线电收发器356通过无线电信号325向移 动站300A发出该安全参考数据。移动站300A包括位置抖动处理器277、 无线电收发器362，以及包含异常检测器365的RTK GPS接收器364。 无线电收发器362接收无线电信号325中的安全参考数据，并向移动GPS 接收器364传送参考系统位置和相位数据，以及向位置抖动处理器277 传送合成偏移向量232。如果不需要双向通信，则无线电^器362可以 是没有发射器的无线电接收器。无线电M器362可以是蜂窝电话。
如参考GPS接收器352那样，移动GPS接收器364测量相同的GPS 卫星16的GPS信号14的载波相位，然后利用参考系统位置和相位数据 来校正其测量的载波相位，最后得到相对于虚拟参考位置26的安全位置 310。
移动GPS接收器364才艮据当前和先前的参考相位及测量移动相位来 确定相位剩余，并把该相位剩余传送给异常检测器365。当相位剩余大于 与所选的完整边界240对应的相位阈值时，异常检测器365检测出相位剩 余异常。完整边界240对应于移动位置310周围的区域。位置抖动处理器 277利用合成偏移向量232对安全位置310进行抖动，以便把完整边界240 转换成具有附加误差239的非安全位置338。当检测出异常时，异常检测 器365禁止移动GPS接收器364向位置抖动处理器277提供移动安全位 置310,并最终禁止移动站300A向移动站300A的用户提供移动位置338。 可替选地，异常检测器365提供位置338，其中不使用与异常相关的特定 GPS信号14的测量的参考和移动相位。
图8B是对于服务器323B和移动站300B的实施例的框图，其中移动 站300B产生合成偏移向量232。服务器323B包括含有异常检测器353 的VRS位置相位处理器352、安全数据提供器354，以及如上所述的无线 电M器356。移动站300B包括合成向量生成器260、位置抖动处理器 277、无线电HUL器362，以及含有如上所述的异常检测器365的移动RTK GPS接收器364。
无线电收发器356通过无线电信号325向移动站300B传送针对安全 格式的虚拟参考位置26和虚拟参考相位的参考系统数据。移动站300B 中的合成向量生成器260把合成偏移向量232传送给位置抖动处理器277。 位置抖动处理器277利用合成偏移向量232对安全位置310进行抖动，以 便向移动站300B的用户提供具有完整边界240的非安全移动位置338。
图8C AJ!艮务器323C和移动站300C的实施例的框图，其中服务器 323C生成合成偏移向量232。服务器323C包括合成向量生成器260、参 考服务器处理器368、安全数据提供器354以及无线电收发器356。合成 向量生成器260生成合成偏移向量232，并向安全lt据提供器354传送该 合成偏移向量232。
参考服务器处理器368通过信号322从参考站312A-N接收主和辅助 参考相位。主和辅助参考位置由处理器368保留或通过信号322 ^L接收。 处理器368向安全数据提供器354传送主和辅助参考位置和相位。
安全数据提供器354把参考数据处理为安全格式，并将其传送给无线 电JJtj良器356。无线电JJt^L器356通过无线电信号325向移动站300C发 出安全参考数据。移动站300C包括位置抖动处理器277、无线电牝t器 362，以及包含异常检测器375的移动RTK GPS接收器374。无线电M
器362通过无线电信号325接收安全参考数据，并把参考系统位置和相位 数据传送给移动GPS接收器374，以及把合成偏移向量232传送给位置 抖动处理器277。如果不需要双向通信，无线电收发器362可以是没有发 射器的无线电接收器。无线电收发器362可以是蜂窝电话。
如参考站312A-N那样，移动GPS接收器374测量相同的GPS卫星 16的GPS信号14的载波相位，然后使用参考系统位置和相位数据来校 正其测量的载波相位，最终得到相对于虚拟参考位置26的安全位置310。 安全位置310被传送到位置抖动处理器277。
移动GPS接收器374根据当前和先前的参考相位及测量移动相位来 确定相位剩余，并把该相位剩余传送给异常检测器375。当相位剩余大于 与所选的完整边界240对应的相位阈值时，异常检测器375检测出相位剩 余异常。完整边界240对应于移动位置310周围区域的外部边界。位置抖 动处理器277使用合成偏移向量232对安全位置310进行抖动，以便把完 整边界240转换为具有相对于虚拟参考位置338的附加位置误差239的非 安全移动位置338。当检测出异常时，异常检测器375禁止移动GPS接 收器374向位置抖动处理器277提供移动安全位置310，并最终禁止移动 站300C向移动站300C的用户提供移动位置338。可替选地，异常检测 器375提供针对移动位置338的解决方案，其中不使用针对与异常相关的 特定GPS信号14的参考相位和测量移动相位。
图8D是对于服务器323D和移动站300D的实施例的框图，其中移 动站300D生成合成偏移向量232。服务器323D包括参考服务器处理器 368、安全数据提供器354，以及如上所述的无线电收发器356。移动站 300D包括合成位移向量生成器260、位置抖动处理器277、无线电牝殳器 362，以及包含异常检测器375的移动RTKGPS接收器374，如上所述。
无线电^ML器356通过无线电信号325，向移动站300D传送安全格 式的针对主和辅助参考位置与相位(或主及辅助位置与相位之间的差)的 参考系统数据。移动站300D中的合成向量生成器260生成合成偏移向量 232，并将该合成偏移向量232传送给位置抖动处理器277。位置抖动处 理器277 4吏用合成偏移向量232对安全位置310进行抖动，以〗更向移动站 300D的用户提供非安全的移动位置338。
使用这些技术，安全移动站200A-B、300A-D能够向由移动站200A-B、 300A-D提供的位置238、 338引入任意的附加误差239，而不劣化针对安 全位置210、 310计算的完整边界240。参考数据必须是安全的，且移动
GPS接收器274、 364、 374及位置抖动处理器277都必须确保不被用户 篡改，以便防止用户解除由移动站200A-B、 300A-D提供的精度控制。
如上所述，诸如63A、 66A、 74A、 86A國B、 120、 126A-C、 275、 353、 365和375这些异常检测器，用于为实时运动(RTK)位置确定而逐个卫 星地来检测相位剩余的异常(也称为外露(outliers ))。当相位剩余超过 选择的相位剩余边界时，检测到异常。相位剩余边界被选择成使得当相位 剩余在相位剩余边界内时，位置确定具有指定的完整边界40， 240。
移动GPS接收器274、 364、 374和位置抖动处理器277中的算法、 信号、消息和数据，以及信号127、 217和325中的参考数据，是通过千 禧年数字版权法(1998)中的访问控制措施来提供的。信号127、 217和 325中的参考数据还可通过加密来保护。移动站200A-B和300A-D按如 下方式对嵌入有移动站200A-B和300A-D的边界的信号和数据进行处理， 即，使得移动站200A-B和300A-D的非授权用户难以以机械或电学方式 更改算法或查看信号或数据。所有用户都是非授权用户，除非他们被算法、 信号或数据提供者指定为授权用户。
可以注意到，定位系统30、 50、 71、 81、 201或301可被用作收费的 RTKGPS服务的基础，其中服务的价格基于定位的精度。
图9示出了合成向量生成器260及位置抖动处理器277的框图。合成 向量生成器260包括随机过程向量生成器380。随机过程向量生成器380 存储或接收最大变化率的值以及一个或多个最大尺度的值，并^^用这些值 作为随机或伪随机过程的输入，以便连续计算合成偏移向量232。位置抖 动处理器277包括用于对合成偏移向量232和安全位置210、 310求和的 加法器382。重要的是，因为合成偏移向量232与附加位置误差239相同， 且合成偏移向量232是利用随机或近似随机的过程计算的，因此附加位置 误差239不易被非授权用户取消。
最大尺度的值可以是提供球形误差区域的最大半径值、提供圆柱形误 差区域的最大半径和最大长度、提供盒形误差区域的三个最大长度X、 Y 和Z等等。误差区域是指围绕安全移动位置210、 310的被抖动(非安全) 的移动位置238、 338的附加位置误差239的体积或三维范围。例如，盒 形误差区域的附加误差位置误差239按lxl^X、 lyl《Y和Izl《Z的三个 尺度具有可能的误差x、 y和z。盒形误差区域不必具有相等的或正交的 尺度。最大尺度值z=0或x及y=0可用来约束随机过程向量生成器380, 使得附加位置误差239分别被限定在水平或垂直方向。 附加误差239可以具有任何方向上的相对大的量值，而针对固定RTK 操作所构建的移动GPS接收器继续使用被分解的载波相位周期整数来进 行其定位。通过继续分解这些整数，即使当附加误差239为几米或更大时， 移动位置238， 338在小到几厘米的完整边界240内具有RTK GPS解决 方案的完整性。当使用本发明而精度被降低时RTK移动位置238， 338 具有高度完整性，因为由多径引起的误差被大大消除。本领域技术人员将 会理解，仅仅直接抖动参考位置，并向移动站提供被抖动的参考位置，使 得RTK移动站不能分解载波相位整数，从而丧失RTK位置解决方案高 完整性的好处。
图IO是本发明的一种方法的步骤流程图，该方法用于从具有一个参 考站的参考系统30向一个或多个移动站提供合成参考相位。本发明可以 按有形介质600实现，该有形介质包含可由处理器读取的、以使系统能够 执行该方法的步骤的指令。介质600可以由诸如光盘、电子存储器芯片、 硬盘、数字视频装置之类的一个或多个存储器装置构成。处理器可以是通 常称为计算机或微处理器的装置。
在步骤602中接收或生成或选"^合成偏移向量。在步骤604中，由实 时运动(RTK) GPS接收器在参考站接收GPS信号。在步骤606中，参 考GPS接收器在参考位置测量GPS信号的载波相位。
合成位置是由参考位置与合成偏移向量来限定。在步骤608中，参考 系统使用合成偏移向量和测量参考相位来确定将在合成位置被接收的 GPS信号的合成参考相位。在步骤612中，参考系统向移动站传送包括 合成参考相位的合成参考数据。
在步骤614中，具有RTK GPS接收器的GPS移动站接收合成参考 数据。在步骤616中，移动GPS接收器接收来自相同的GPS卫星的GPS 信号。在步骤618中，GPS接收器测量上W目同GPS信号的载波相位。 在步骤622中，合成参考相位与所测量的移动相位被用来测试相位测量的 完整性。在步骤624中，当完整性已被验证时，移动站使用参考位置、合 成参考相位以及移动相位来确定其位置。由移动站确定的位置的精度具有 相同的RTK完整性，好象它是使用针对参考位置但带有移动站不知道的、 长度等于合成偏移向量的附加位移误差的相位所确定的那样。
图11是本发明的一种方法的步骤流程图，该方法用于通过诸如参考 网络系统50的参考网络系统向一个或多个移动站提供合成参考相位。本 发明可以有形介质650实现，该介质包含可由处理器读取的、以使系统能
够执行该方法的步骤的指令。^h质650可以由诸如光盘、电子存储器芯片、 硬盘、数字视频装置之类的一个或多个存储器装置构成。处理器可以是通 常称为计算机或微处理器的装置。
在步骤602中接收或生成或要不然选择合成偏移向量。在步骤652 中，参考站网络中的一个参考站被指定为主参考站。在步骤654中，在参 考网络站接收GPS信号。在步骤656中，由参考站的实时运动(RTK) GPS接收器在参考网络位置测量GPS信号的载波的参考网络相位。
在步骤662中，虚拟参考位置由系统选择或在该系统与移动站之间协 商出。在步骤664中，计算主参考站的位置与虚拟参考位置之间的虚拟向 量。在步骤666中，通过将虚拟向量与合成偏移向量相加来计算主合成向 量。合成位置由虚拟参考位置及合成偏移向量限定，或等价地由主参考站 的位置及主合成向量来限定。在步骤674中，系统使用主合成向量、参考 网络位置及测量参考网络相位，以数学方法确定将针对在合成位置接收的 GPS信号而被测量的合成参考相位。在步骤675中，参考系统使用主和 辅助参考相位的双差相位剩余来测试完整性。在步骤676中，当已确定了 参考相位的完整性时，系统传送包括合成参考相位的合成参考数据。在步 骤678中，移动站接收合成参考数据。
在步骤682中，具有实时运动(RTK) GPS接收器的GPS移动站从 相同的GPS卫星接收GPS信号。在步骤684中，移动GPS接收器测量 GPS信号的载波相位。在步骤685中，合成参考相位和测量移动相位被 用来测试相位测量的完整性。在步骤686中，当已發汪了完整性时，移动 站使用合成参考相位来确定其位置。由移动站确定的位置的精度具有相同 的完整性，就好象它是在RTK解决方案中使用针对虚拟参考位置但带有 移动站不知道的、长度等于合成偏移向量的附加位移误差的相位所确定的 那样。
图12是本发明的一种方法的步骤流程图，该方法用来在诸如移动站 70的移动站中计算合成参考相位，然后使用该合成参考相位来计算具有 附加误差的移动位置。本发明可以有形介质700实现，该有形介质包含可 由处理器读取的、以使移动站能够执行该方法的步骤的指令。介质700 可以由诸如光盘、电子存储器芯片、硬盘、数字视频装置之类的一个或多 个存储器装置构成。处理器可以是通常称为计算机或微处理器的装置。
在步骤702中，在移动站的安全合成相位处理器中接收或要不然生成 或选#^合成偏移向量。在步骤704中，由GPS参考站中的实时运动(RTK)
GPS接收器在参考位置接收GPS信号。合成位置由参考位置与合成偏移 向量来限定。在步骤706中，参考GPS接收器测量GPS信号的载波相位。 在步骤708中，参考系统传送具有安全参考数据的信号，其包括参考位置 和测量参考相位。
在步骤714中，移动GPS接收器接收来自系统的安全参考数据。在 步骤716中，移动GPS接收器接收来自相同GPS卫星的GPS信号。在 步骤718中，移动GPS接收器测量GPS信号的载波相位。在步骤722中， 移动站使用参考位置和相位以及合成偏移向量来推导将在合成位置被接 收的GPS信号的合成参考相位。在步骤723中，合成参考相位与测量移 动相位被用来测试相位测量的完整性。在步骤724中，当完整性已^^^E 时，移动GPS接收器使用参考位置、合成参考相位及测量移动相位来确 定其位置。由移动站确定的位置的精度具有相同的完整性，就好象它是在 RTK解决方案中使用针对虚拟参考位置但带有移动站不知道的、长度等 于合成偏移向量的附加位移误差的相位所确定的那样。
图13是本发明的一种方法的步骤流程图，该方法用来在诸如移动站 80A或80B的移动站计算合成参考相位，然后使用该合成参考相位来计 算具有附加误差的移动位置。本发明可以在形介质750中实现，该有形介 质包含可由处理器读取的、以使移动站能够执行该方法的步骤的指令。介 质750可以由一个或多个诸如光盘、电子存储器芯片、硬盘、数字视频装 置之类的存储器装置构成。处理器可以是通常称为计算机或微处理器的装 置。
在步骤702中，在移动站的安全相位处理器中接收或生成或要不然选 择合成偏移向量。在步骤752中，参考站网络中的一个参考站被选择或指 定为主参考站。在步骤754中，由实时运动(RTK) GPS接收器在GPS 参考网络站接收GPS信号。在步骤756中，参考GPS接收器测量GPS 信号载波的参考网络相位。
在步骤762中，虚拟参考位置由系统选择或在该系统与移动站之间协 商出。在步骤764中，计算从主参考站的位置到虚拟参考位置的虚拟向量。 合成位置由虚拟参考位置与合成偏移向量来限定。在步骤774中，系统或 移动站根据虚拟参考向量以及参考网络位置和相位来计算虚拟参考相位。 在步骤776中，系统向移动站传送具有测量的主和辅助参考位置与相位 或虚拟参考位置与相位的安全参考数据。
在步骤778中，移动GPS接收器接收来自相同的GPS卫星的GPS
信号。在步骤782中，移动GPS接收器测量GPS信号的载波相位。在步 骤784中，移动站使用合成偏移向量，直接或间接地通过主合成向量(通 过将虚拟向量与合成偏移向量相加来计算)，以及虚拟参考位置与相位， 或主及辅助位置与相位，来计算合成位置的合成参考相位。在步骤785 中，使用合成参考相位和测量移动相位来测试相位测量的完整性。在步骤 786中，当完整性已被验证时，移动GPS接收器使用虚拟参考位置和相 位以及合成参考相位来确定某一位置。由移动站确定的位置的精度具有相 同的RTK完整性，好象它是使用针对虚拟参考位置但带有移动站不知道 的、长度等于合成偏移向量的附加位移误差的相位所确定的那样。
图14是本发明的一种方法的步骤流程图，该方法用来对移动位置附 加如上所示及所述的附加误差239这样的误差。本发明可以按有形介质 800实现，该有形介质包含可由处理器读取的、以使移动站能够执行该方 法的步骤的指令。介质800可以由诸如光盘、电子存储器芯片、硬盘、数 字视频装置之类的一个或多个存储器装置构成。处理器可以是通常称为计 算机或微处理器的装置。
在步骤802中，在移动站中接收或生成或要不然选#^合成偏移向量。 在步骤804中，由GPS参考站中的实时运动(RTK) GPS接收器在参考 位置接收GPS信号。在步骤806中，参考GPS接收器测量GPS信号的 载波相位。在步骤808中，参考系统向移动站传送包含参考位置和测量参 考相位的安全格式的安全参考数据。
在步骤814中，安全移动站接收参考数据。在步骤816中，移动GPS 接收器接收来自相同的GPS卫星的GPS信号。在步骤818中，移动GPS 接收器测量相同的GPS信号的载波相位。在步骤820中，针对相位测量 的完整性而测试参考和移动相位。在步骤822中，移动GPS接收器使用 参考数据及移动GPS相位测量来确定安全移动位置。安全位置对于移动 站的普通用户是不可用的。在步骤824中，移动站使用来自步骤802的合 成偏移向量来抖动安全移动位置，以便向安全移动站的用户提供非安全的 移动位置。非安全的移动位置具有与合成位置偏移相等的附加误差。
图15是本发明一种方法的步骤流程图，该方法用来对移动位置附加 如上所示和所述的附加误差239那样的误差。本发明可以按有形介质850 中实现，该有形介质包含可由处理器读取的、以使移动站能够执行该方法 的步骤的指令。介质850可以由诸如光盘、电子存储器芯片、硬盘、数字 视频装置之类的一个或多个存储器装置构成。处理器可以是通常称为计算
机或微处理器的装置。
在步骤802中，在安全移动站中接收或生成或要不然选择合成偏移向 量。在步骤852中，参考站网络中的一个参考站被选择或指定为主参考站。 在步骤845中，由实时运动(RTK) GPS接收器在GPS参考网络站接收 GPS信号。在步骤856中，参考GPS接收器测量GPS信号载波的参考网 络相位。
在步骤862中，虚拟参考位置通过系统选择或在系统与移动站之间协 商出。在步骤864中，计算从主参考站位置到虚拟参考位置的虚拟向量。 在步骤874中，系统或移动站根据虚拟参考向量和参考网络位置及相位来 计算虚拟参考相位。在步骤876中，系统向移动站传送包含参考相位的安 全格式的参考数据。在步骤877中，安全移动站接收参考数据。
在步骤878中，移动站中的GPS接收器接收来自相同的GPS卫星的 GPS信号。在步骤882中，移动GPS接收器测量上iM目同的GPS信号的 载波相位。在步骤883中，针对相位测量的完整性来测试参考网络和移动 相位。在步骤884中，移动GPS接收器使用参考网络和移动GPS相位测 量来确定安全移动站。安全位置对于移动站的普通用户不可用。在步骤 886中，移动站使用合成偏移向量抖动安全移动位置，以便向移动站的用 户提供非安全移动位置。非安全移动位置具有与合成偏移向量相等的附加 误差。
参考数据，移动站及移动站的结构部件在本发明的若干实施例中是作 为安全描述的。在本发明的上下文中，"安全，，这一术语的意思是已提供了 安全措施，以禁止或防止非授权用户查看、访问或改变安全部件中的信号， 数据或算法。安全措施可包括加密、千禧年数字版权法(1998 )中的用于 防止对加密作品非授权访问的隐私措施，以及物理方式的约束，如密封封 装和使用嵌入式代码、信号和数据，使得以物理或机械方式难以查看、访 问或改变代码、信号和数据。安全位置只对授权用户可用。非安全位置是 对非授权(普通)用户可用的位置。
参考系统供应商、参考数据供应商、和/或用于控制移动站位置精度 的算法的供应商指定授权用户群。参考系统、参考数据和/或移动站的所 有其它用户为非授权用户。未被供应商指定来控制位置精度的任何人为非 "非授权用户，，。非授权用户被限制以致于不能使用移动站来获得不具有由 提供器控制的附加误差的位置精度。 一般来说，供应商是或表示参考系统、 参考数据或移动站的出售者，非授权用户是作为移动位置的普通用户或最
终用户4吏用移动站进行野外工作的用户。
图2和10示出了一些实施例，其中单独的参考站系统生成合成参考 相位，并通过非安全(公用)信号向现有移动站提供该合成参考相位。图 3和11示出了一些实施例，其中参考网络系统产生合成参考相位，并通 过7〉用信号向现有移动站拔:供该合成参考相位。图4和12示出了一些实 施例，其中安全移动站根据在来自单独的参考站系统的安全(保密)信号中 接收的真实参考相位进行合成参考相位的合成。图5和13示出了一些实 施例，其中安全移动站根据在来自参考网络系统的安全(保密)信号中所接 收的真实参考相位进行合成参考相位的合成。
图7和14示出了一些实施例，其中安全移动站接收来自单独的参考 站系统的安全(保密)信号中的参考数据，计算安全保密的真实位置，并使 用合成偏移向量来抖动安全位置，以便向用户提供非安全位置。图8和 15示出了一些实施例，其中移动站接收来自参考网络系统的安全(保密) 信号中的参考数据，计算真实的安全保密的位置，并使用合成偏移向量来 抖动安全位置，以便向用户提供非安全位置。
虽然借助于目前优选的实施例对本发明进行了说明，但应当理解的 是，这些公开不应被解释为限制。在阅读了以上公开之后，各种改变和修 ^t于本领域技术人员来说是明显的。因此，所附权利要求应被解释为涵 盖属于本发明实际精神和范围的所有改变和修改。
权利要求
1.一种用于控制移动站的地理位置的精度的全球导航卫星系统(GNSS)参考系统，包括用于测量GNSS信号的参考相位的参考全球导航卫星系统(GNSS)接收器；用于提供合成偏移向量的向量生成器；以及用于发出包括所述参考相位和所述合成偏移向量的参考数据的参考数据提供器，所述参考数据被移动站使用来提供具有与所述合成偏移向量成比例的附加位置误差的移动位置。
2. 如权利要求l所述的系统，其中所述参考数据受到安全措施保护，以禁止使用所述参考数据提供没有 所述附加位置误差的所述移动站的位置。
3. 如权利要求l所述的系统，其中所述移动站包括移动GNSS接收器，其用于测量所述GNSS信号的 移动相位，并使用所述移动相位和所述参考相位来确定对所述移动站的用 户不可用的安全位置；以及位置抖动处理器，用于利用所述合成偏移向量 来抖动所述安全位置以产生不安全位置，并向所述用户发出所述不安全位 置作为所述移动位置。
4. 如权利要求3所述的系统，其中所述参考数据包括多个参考网络相位，包括由多个参考网络GNSS 接收器分别在多个参考网络位置测量的所述参考相位，所述参考网络相 位，以及被用于确定与任何参考网络GNSS接收器不在同一位置的虚拟参 考位置的虚拟参考相位的所述参考网络相位，所述虛拟参考相位和所述虚 拟参考位置在所述移动站中被^吏用以确定所述安全移动位置。
5. 如权利要求l所述的系统，还包括异常检测器，用于当所述GNSS信号的剩余相位超过了对应于所述安 全位置的选择的完整边界的阈值时检测异常，以及，当检测到所述异常时， 禁止所述移动站的用户使用所述移动位置。
6. 如权利要求5所述的系统，其中 所述附加位置误差的范围为大约十厘米到大约两米；以及 所述选择的完整边界小于大约二十厘米。
7.如权利要求l所述的系统，其中向量生成器包括随机过程，用于提供随机向量流作为所述合成偏移向
8. 如权利要求7所述的系统，其中利用最大输入值约束所述随机过程，以将所述合成偏移向量限制到水 平平面、垂直方向、球形误差区、柱形误差区或盒形误差区中之一。
9. 一种用于控制移动站地理位置的精度的方法，包括使用参考GNSS接收器来测量全球导航卫星系统(GNSS )信号的参 考相位；生成合成偏移向量；以及发出包括所述参考相位和所述合成偏移向量的参考数据，所述参考数 据被移动站使用来提供具有与所述合成偏移向量成比例的附加位置误差 的移动位置。
10. 如权利要求9所述的方法，其中发出所述参考数据包括利用安全措施保护所述参考数据，以禁止使 用所述参考数据来提供没有所述附加位置误差的所述参考站的位置。
11. 如权利要求9所述的方法，还包括所述移动站包括移动GNSS接收器，其用于测量所述GNSS信号的 移动相位，并使用所述移动相位和所述参考相位来确定对所述移动站用户 不可用的安全位置；以及位置抖动处理器，用于利用所述合成偏移向量来 抖动所述安全位置以产生不安全位置，并向所述用户发出所述不安全位置 作为所述移动位置。
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述参考数据包括多个参考网络相位，包括由多个参考网络GNSS 接收器分别在多个参考网络位置测量的所述参考相位，所述参考网络相 位，以及被用于确定与任何参考网络GNSS接收器不在同一位置的虚拟参 考位置的虚拟参考相位的所述参考网络相位，所述虚拟参考相位和所述虚 拟参考位置在所述移动站中被使用以确定所述安全移动位置。
13. 如权利要求9所述的方法，还包括当所述GNSS信号的剩余相位超过了对应于所述安全位置的选择的完整边界的阈值时，检测异常；以及当检测到所述异常时，禁止所述移动站的用户使用所述移动位置。
14. 如权利要求13所述的方法，其中 所述附加位置误差的范围为大约十厘米到大约两米；以及 所述选择的完整边界小于大约二十厘米。
15. 如权利要求9所述的方法，其中生成所述合成偏移向量包括使用随机过程来提供随机向量流作为所 述合成偏移向量。
16. 如权利要求15所述的方法，其中生成所述合成偏移向量还包括利用最大输入值约束所述随机过程， 以将所述合成偏移向量限制到水平平面、垂直方向、球形误差区、柱形误 差区或盒形误差区中之一。
17. —种有形介质，其包含一组用于^f吏处理器执行以下步骤以控制移 动站的地理位置精度的指令，所述步骤包括利用参考GNSS接收器来测量全球导航卫星系统(GNSS )信号的参 考相位；生成合成偏移向量；以及发出包括所述参考相位和所述合成偏移向量的参考数据，所述参考数 据被移动站使用来提供具有与所述合成偏移向量成比例的附加位置误差 的移动位置。
18. 如权利要求17所述的介质，其中发出所述参考数据包括利用安全措施保护所述参考数据，以禁止使 用所述参考数据来提供没有所述附加位置误差的所述参考站的位置。
19. 如权利要求17所述的介质，其中所述移动站包括移动GNSS接收器，用于测量所述GNSS信号的移 动相位，并4吏用所述移动相位和所述参考相位来确定对所述移动站的用户 不可用的安全位置；以及位置抖动处理器，用于利用所述合成偏移向量来 抖动所述安全位置以产生不安全位置，并向所述用户发出所述不安全位置 作为所述移动位置。
20. 如权利要求17所述的介质，其中所述参考数据包括多个参考网络相位，包括由多个参考网络GNSS 接收器分别在多个参考网络位置测量的所述参考相位，所述参考网络相 位，以及被用于确定与任何参考网络GNSS接收器不在同一位置的虚拟参 考位置的虚拟参考相位的所述参考网络相位，所述虚拟参考相位和所述虚 拟参考位置在所述移动站中被^f吏用以确定所述安全移动位置。
21. 如权利要求17所述的介质，还包括当所述GNSS信号的剩余相位超过了对应于所述安全位置的选择的 完整边界的阈值时，检测异常；以及当检测到所述异常时，禁止所述移动站的用户使用所述移动位置。
22. 如权利要求21所述的介质，其中 所述附加位置误差的范围为大约十厘米到大约两米；以及 所述选择的完整边界小于大约二十厘米。
23. 如权利要求17所述的介质，其中生成所述合成偏移向量包括使用随机过程来提供随机向量流作为所 述合成偏移向量。
24. 如权利要求23所述的介质，其中生成所述合成偏移向量还包括利用最大输入值约束所述随机过程， 以将所述合成偏移向量限制到水平平面、垂直方向、球形误差区、柱形误 差区或盒形误差区中之一。
全文摘要
一种定位系统或合成相位处理器或移动站，用于提供有分级精度的高完整性位置。该定位系统包括一个或多个实时运动(RTK)参考站，用于在已建立的参考位置接收GPS信号，并测量参考相位。该定位系统或移动站选择合成偏移向量，并使用该合成偏移向量推导合成位置的合成参考相位。移动站使用合成参考相位以及实际或虚拟参考位置来确定具有由合成偏移向量控制的附加位置误差的移动位置。对于另一实施例，安全的移动站利用合成偏移向量来抖动安全位置，以提供具有附加位置误差的非安全移动位置。
文档编号G01S19/04GK101166994SQ200680014293
公开日2008年4月23日 申请日期2006年5月15日 优先权日2005年5月27日
发明者大卫·G·伯德 申请人:特林布尔导航有限公司