BRPI0710478A2 - método para posicionar ou navegar um objeto associado com ambos, um sistema de posicionamento local e um sistema de posicionamento por satélite diferencial de área ampla, meio legìvel de computador, e, receptor e navegação por satélite - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA POSICIONAR OU NAVEGAR UM OBJETO ASSOCIADO COM AMBOS, UM SISTEMA DE POSICIONAMENTO LOCAL E UM SISTEMA DE POSICIONAMENTO POR SATéLITE DIFERENCIAL DE AREA AMPLA, MEIO LEGIVEL DE COMPUTADOR, E, RECEPTOR DE NAVEGAçãO POR SATéLITE. A presente invenção inclui um método para um uso combinado de um sistema de posicionamento local (174), de um sistema de RTK local (150) e de um sistema de posicionamento por portadora de fase diferencial regional, de área ampla, ou global (100) (WADGPS) no qual as desvantagens associadas com as técnicas de navegação do sistema de posicionamento local (174), do RTK (150) e do WADGPS (100) quando usadas, de forma separada, são evitadas. O método inclui usar uma posição conhecida de um receptor de usuário (142) que tem estado estacionário ou usando um sistema de Sistema de RTK(í 50) para iniciar os valores de ambigúidade de flutuação no sistema de WADGPS (100) quando o receptor do usuário (142) é movido. Após isso, as medidas de portadora de fase de refração corrigida obtidas no receptor de GPS do usuário(142) são ajustadas incluindo os valores de ambigúidade de flutuação iniciais correspondentes e os valores de ambigúidade de flutuação são tratados como bem conhecidos (variáncia pequena) nos processos subseqúentes para posicionar o receptor do usuário(142) no sistema de WADGPS (100).
Description
"MÉTODO PARA POSICIONAR OU NAVEGAR UM OBJETOASSOCIADO COM AMBOS, UM SISTEMA DE POSICIONAMENTOLOCAL E UM SISTEMA DE POSICIONAMENTO POR SATÉLITEDIFERENCIAL DE ÁREA AMPLA, MEIO LEGÍVEL DE COMPUTADOR,E, RECEPTOR DE NAVEGAÇÃO POR SATÉLITE"
REFERÊNCIA CRUZADA DOS CASOS RELACIONADOS
Este pedido é uma continuação em parte do n°. de série10/757.340, depositado em 13 de Janeiro de 2004, os conteúdos do qual sãoaqui incorporados para referência.
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere, de forma geral, as tecnologiasassociadas com posicionamento e navegação usando satélites, e maisparticularmente para resolver ambigüidade de flutuação de portadora emsistema posicionamento e/ou navegação de portadora de fase regional, de áreaampla, ou global.
CONHECIMENTO DA INVENÇÃO
O sistema de posicionamento global (GPS) usa satélites noespaço para localizar objetos na Terra. Com o GPS, sinais provenientes dossatélites chegam em um receptor de GPS e são usados para determinar aposição do receptor de GPS. Correntemente, dois tipos de medidas de GPScorrespondendo a cada canal de correlação com um sinal de satélite de GPStravado são disponíveis para receptores de GPS civis. Os dois tipos demedidas de GPS são falsos intervalos, e fase de portadora integrada para doissinais de portadora, Ll e L2, com freqüências de 1,5754 GHz e 1,2276 GHz,ou comprimentos de onda de 0,1903 m e 0,2442 m, respectivamente. Amedida de falso intervalo (ou medida de código) é uma observação de GPSque todos os tipos de receptores de GPS podem fazer. Isto utiliza os códigosC/A ou P modulados sobre os sinais de portadora. A medida registra o tempoaparente levado para o código relevante viajar do satélite para o receptor, i. e.,o tempo que o sinal chega no receptor de acordo com o relógio do relógio doreceptor menos o tempo que o sinal deixa o satélite de acordo com o relógiodo satélite. A medida de fase de portadora é obtida integrando uma portadorareconstruída do sinal como ele chega no receptor. Assim sendo, a medida defase de portadora é também uma medida de uma diferença de tempo detransito como determinada pelo tempo que o sinal deixa o satélite de acordocom o relógio do satélite e o tempo que ele chega no receptor de acordo como relógio do receptor. Contudo, porque um número inicial de ciclos completosem transito entre o satélite e o receptor quando o receptor começa amonitoração da fase da portadora do sinal é usualmente não conhecido, adiferença de tempo de transito pode estar em erro por múltiplos ciclos deportadora, i. e., há uma ambigüidade de ciclo completo na medida de fase daportadora.
Com as medidas de GPS disponíveis, o intervalo ou distânciaentre um receptor de GPS e cada um da pluralidade de satélites é calculadamultiplicando um tempo de viagem do sinal pela velocidade da luz. Essesintervalos são usualmente referenciados como pseudo intervalos (intervalosfalsos) porque o relógio do receptor, de forma geral, tem um erro de temposignificativo que causa uma polarização comum no intervalo medido. Estapolarização comum do erro do relógio do receptor é resolvida para juntamentecom as coordenadas de posição do receptor como parte da computação denavegação normal. Vários outros fatores podem, também, conduzir a erros ouruídos no intervalo calculado, incluindo erro efêmero, erro de sincronismo dorelógio do satélite, efeitos atmosféricos, ruído de receptor e erro de caminhosmúltiplos. Com navegação de GPS autônoma, onde um usuário com umreceptor de GPS obtém intervalos de código e/ou fase de portadora comrelação a uma grande quantidade de satélites em vista, sem consultar qualquerestação de referência, o usuário é bem limitado nas maneiras para reduzir oserros ou ruídos nos intervalos.Para eliminar ou reduzir esses erros, operações diferenciais sãotipicamente usados nas aplicações de GPS. Operações de Diferencial GPS(DGPS), tipicamente, envolvem um receptor de GPS de referência base, umreceptor de GPS de usuário (ou navegação), e um enlace entre o usuário ereceptores de referência. O receptor de referência é colocado em umalocalização conhecida e a posição conhecida é usada para gerar correçõesassociadas com algum ou todos os fatores de erro acima. As correções sãofornecidas ao receptor do usuário e o receptor do usuário então usa ascorreções para, apropriadamente, corrigir sua posição computada. Ascorreções podem ser na forma de correções para a posição do receptor dereferência determinada no sítio de referência ou na forma de correções para orelógio de satélite de GPS específico e/ou órbita. Operações diferenciaisusando medidas de fase de portadora são freqüentemente referenciados comooperações cinemáticos de posicionamento/navegação em tempo real (RTK).
O conceito fundamental de GPS Diferencial (DGPS) é levarvantagem das correlações espacial e temporal dos erros inerentes nas medidasde GPS para cancelar os fatores de ruído nas medidas de falso intervalo e/oude fase de portadora resultando desses fatores de erro. Contudo, enquanto oerro de sincronismo do satélite do relógio do GPS, que aparece como umapolarização na medida de falso intervalo ou de fase de portadora, éperfeitamente correlacionada entre o receptor de referência e o receptor dousuário, a maioria dos outros fatores de erro são ou não correlacionados ou acorrelação diminui em aplicações de área ampla, i. e., quando a distância entreo receptor de referência e do usuário se torna grande.
Para suplantar a incerteza do sistema de DGPS em aplicaçõesde área ampla, várias técnicas de DGPS regional, de área ampla, ou global(daqui em diante referenciados como DGPS de área ampla ou WADGPS) têmsido desenvolvidas. O WADGPS inclui uma rede de múltiplas estações dereferência em comunicação com um centro computacional oudistribuidor/centro de processamento. Correções de erro são computadas nodistribuidor com base nas localizações conhecidas das estações de referência eas medidas tiradas por elas. As correções de erro computadas são entãotransmitidas aos usuários através de enlace tal como satélite, telefone, ourádio. Usando múltiplas estações de referência, WADGPS fornece estimativasmais precisas das correções de erro.
Assim sendo, um número de técnicas diferentes tem sidodesenvolvidas obter navegação diferencial de alta precisão usando as medidasde fase de portadora de CPS. A técnica de RTK tem um precisão típica decerca de um centímetro. De modo a obter aquela precisão, contudo, aambigüidade de ciclo completo nas medidas de fase de portadora diferenciaisprecisa ser determinada. Quando a distância entre o receptor do usuário e oreceptor de referência (distância de linha básica de linha básica) é curta, atécnica de RTK é altamente vantajosa porque neste caso, a ambigüidade deciclo completo pode ser resolvida não somente, de forma precisa, mastambém rapidamente. Por outro lado, quando a distância de linha básica émais do que umas poucas dezenas de quilômetros, pode se tornar impossívelpara determinar a ambigüidade de ciclo completo e a precisão de RTK normalnão pode ser alcançada. Uma outra limitação da técnica de RTK técnica é queela requer um enlace local via rádio a ser mantido entre o receptor dereferência e o receptor de navegação.
As técnicas de WADGPS que empregam o método diferencialde fase de portadora pode também alcançar precisão de navegação bem alta.As técnicas diferenciais de WADGPS são também caracterizadas por enlacesde freqüência baixa de longa distância confiáveis ou por enlaces via satéliteconfiáveis. Assim sendo, correções podem, de forma geral, ser comunicadasaos receptores de navegação sem interrupção significativa. Contudo, astécnicas de WADGPS usualmente tratam as ambigüidades de ciclo completocomo uma variável valorada real (não inteiro) e resolve para uma"ambigüidade de flutuação", que é usualmente bem pobremente definida atéque os dados de medida, cobrindo um intervalo de tempo de mudança dageometria de satélite significativa, tenham sidos obtidos. Assim sendo, emuma aplicação de WADCP S, um intervalo de tempo assim como um ou duashoras é freqóuentemente requerido para solucionar a "ambigüidade deflutuação" de modo a render uma precisão menor do que 10 centímetros naposição navegada.
Posicionamento preciso (< 1 cm) pode também ser obtidousando um sistema de posicionamento local. Sistemas de posicionamentolocal convencional usando componentes ativos ou passivos incluem sistemasde alcance acústico e a laser, por exemplo, baseados em um tempo de vôopara sinais e/ou um deslocamento de freqüência de Doppler. Sistemasacústicos tipicamente usam estações de marcação e/ou sinalizações detranspondor para medir distância dentro da rede de dispositivos, algum dosquais são fixos para formar o sistema de coordenada local. Infelizmente, porcausa das propriedades da propagação do som através do ar, sistemasacústicos podem, somente, medir distância de precisões de um centímetro oumais, e somente, de forma relativa, sobre distâncias curtas. Sistemas deposicionamento local com base em lasers utilizam medidas de ambos, oângulo e a distância entre um dispositivo e um ou mais objetos refletivos, talcomo prisma, para triangular uma posição dos dispositivo. Um intervalo deoperação efetiva de sistemas de posicionamento local com base em lasers étambém, tipicamente, de forma relativa, restrito a distâncias curtas (na ordemde 1000- 10.000 m).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
O presente pedido inclui um método para combinar o uso dastécnicas de navegação de RTK e de WADGPS, tal que tal que as fraquezas decada técnica pode ser complementada pelas forças das outra técnica. Aprimeira desvantagem da técnica de WADGPS é que o receptor de navegaçãoleva um longo tempo decorrido (freqüentemente mais de uma hora) paradeterminar os valores de ambigüidade de flutuação, que são requeridos paraconverter as medidas de fase de portadora em medidas distância precisas. Asprimeiras desvantagens da técnica de RTK são que elas requerem um enlaceem tempo real (normalmente a linha do sítio) entre um receptor de GPS dousuário e um receptor de referência de GPS e que a ambigüidade de ciclocompleto pode somente ser determinada quando a distância de separaçãoentre receptor de referência de GPS e o receptor de GPS do usuário érelativamente curta.
Estas desvantagens separadas podem ser removidas usando ométodo para combinar to uso de técnicas de navegação de RTK e deWADGPS de acordo com uma modalidade da presente invenção. O métodoinclui usar uma posição conhecida de um receptor do usuário para configurarinicialmente os valores da ambigüidade de flutuação em um sistema de WADGPS. Quando o receptor do usuário for estacionário, a posiçãoconhecida do receptor do usuário pode ser um posição observada ou umaposição obtida de uma operação anterior. Quando o receptor do usuário estáse movendo, a localização conhecida pode ser obtida usando um sistema deRTK.
Assim sendo, em uma operação combinada, quando o enlacepara o sistema de posicionamento local e/ou a navegação de RTK estádisponível, as saídas de posição, de velocidade e de tempo (PVT) do receptordo usuário podem ser obtidas usando o sistema de posicionamento local e/ouo sistema de RTK, enquanto o sistema de WADGPS é executado em segundoplano e suas saídas são, de forma constante, configuradas inicialmente paraconcordar com as saídas com as saídas do sistema de RTK. Quando o enlacepara o sistema de posicionamento local é perdido, as saídas de PVT doreceptor do usuário podem ser obtidas usando o sistema de RTK e/ou osistema de WADGPS, que foi inicializado enquanto o sistema deposicionamento local estava operando. Quando o enlace para a navegação deRTK é perdido, ou quando o receptor do usuário perambula bastante longe daestação de referência no sistema de RTK, as saídas de PVT do receptor dousuário podem ser obtidas usando o sistema de WADGPS, que foiinicializado enquanto o RTK estava operando. Tal inicialização evita o tempode "pull-in" normal de 15 minutos a duas horas requeridas para solucionar osvalores de valores de ambigüidade de flutuação quando a posição do receptorde GPS do usuário não é conhecida. Isto fornece soluções de PVT bemprecisas do sistema de WADGPS enquanto o sistema de posicionamento locale/ou o sistema de RTK estão indisponíveis ou imprecisos, e torna a técnica deWADGPS mais prática para propósitos de posicionamento e navegação dealta precisão em tempo real.
DESCRIÇÃO BREVE DOS DESENHOS
FIG. 1 é um diagrama em bloco de uma combinação de umsistema de WADGPS, um sistema de posicionamento local, e um sistema deRTK local de acordo com uma modalidade da presente invenção.
FIG. 2 é um diagrama em bloco de um sistema de sistema decomputador acoplado a um receptor de GPS do usuário.
FIG. 3 A é um fluxograma ilustrando um método paracombinar o uso do sistema de WADGPS, do sistema de RTK local, e/ou dosistema de posicionamento local.
FIG. 3 B é um fluxograma ilustrando um método para atualizaruma posição de receptor usando um sistema de RTK local.
FIG. 4A é um fluxograma ilustrando um fluxo de processopara operação combinada usando ambos o sistema de WADGPS e o sistemade RTK local.
FIG. 4B é um fluxograma ilustrando um fluxo de processopara uso de um sistema de posicionamento local, de um sistema de RTKlocal, e/ou de um sistema de WADGPS.FIG. 5 é a diagrama ilustrando uma situação na qual aoperação combinada pode ser usada.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOFIG. 1 ilustra um sistema de GPS diferencial de área ampla ouglobal (WADGPS) 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção.Como mostrado na FIG. 1, o sistema de WADGPS 100 inclui a rede deestações de referência 120 cada um tendo um receptor de GPS 122, e um oumais centros de processamento de processamento 105. As estações dereferência 120, de forma contínua, fornecem observações de GPS brutas aocentro de processamento 105 para processamento. Essas observações incluemmedidas de código de GPS e de fase de portadora, efemérides, e outrainformação obtida de acordo com os sinais recebidos de uma grandequantidade de satélites 110 nas estações de referência 120. As estações dereferência 120 são colocadas em localizações conhecidas através da áreaampla 101, tal como um continente, para um sistema de DGPS de área ampla,ou através do globo para uma rede de DGPS global. Os centros deprocessamento 105 são facilidades nas quais as observações de GPS sãoprocessadas e as correções de DGPS são computadas. Se múltiplos centros deprocessamento independentes são fornecidos, é preferido que eles sejamgeograficamente separados e operados em paralelo.
O sistema de WADGPS 100 pode ser utilizado por um ou maisusuários (ou dispositivos de usuários ou objetos) 140 cada um tendo umreceptor de GPS de usuário 142 para propósitos de posicionamento e/ounavegação. Em uma modalidade da presente invenção, o usuário 140 éassociada com um estação de referência próxima 120 através de um enlace viarádio de RTK, tal que o receptor do usuário 142 e a estação de referênciapróxima 120 forma um sistema de RTK local 150. Em algumas modalidades,o usuário 140 pode também ser associado com um sistema de posicionamentolocal 174 tendo uma ou mais estações de marcação 176. A uma ou maisestações de marcação 176 podem ser ativas ou passivas. A uma ou maisestações de marcação 176 pode cada uma ter um receptor de GPS 122.
Sistema 100 ainda inclui enlaces de dados convencionais (nãomostrados) para fornecer mecanismos de transporte confiável para asobservações de GPS a serem enviadas das estações de referência 120 para oscentros de processamento 105 e para as correções computadas a seremtransmitidas difusamente a partir dos centros de processamento 105 para asestações de referência 120 e dos usuários 140. Um sistema de WADGPScontinental usualmente tem cerca de 3 à 10 receptores de referência e umsistema de WADGPS global usualmente tem cerca de 20 para 100 receptoresde referência alimentando dados para os centros de processamento 105. Emuma modalidade da presente invenção, as observações de GPS são enviadasdas estações de referência 120 para os centros de processamento 105 atravésda Internet, e correções computadas são enviadas também através da Interneta partir dos centros de processamento para uma ou mais estações terrenas (nãomostrado) a serem conectadas a um ou mais satélites (não mostrado), queentão transmitem difusamente as correções computadas para recepção pelasestações de referência 120 e o receptor do usuário 142.
Em uma modalidade da presente invenção, o usuário ou objeto140 é também equipado com um sistema de computador 144 acoplado aoreceptor de GPS do usuário 142. como mostrado na FIG. 2, o sistema decomputador 144 inclui uma unidade central de processamento (CPU) 146, ummemória 148, uma ou mais portas de entrada 154, uma ou mais portas desaída 156, e (opcionalmente) um interface de usuário 158, acoplados um como outro através de uma barra de comunicação 152. A memória 148 podeincluir memória de acesso aleatório de alta velocidade e pode incluirarmazenamento de massa não volátil, tal como um ou mais dispositivos dearmazenamento de disco magnético ou dispositivos de memória instantânea.
A memória 148 preferencialmente armazena um sistemaoperacional 162, procedimentos de aplicação de GPS 164, e um banco dedados 170. Os procedimentos de aplicação de GPS 164 podem incluirprocedimentos 166 para realizar um método 300 para combinar o uso dosistema de posicionamento local 174, do sistema de RTK local 150, e/ou dosistema de WADGPS 160, como descrito em mais detalhes abaixo. O sistemaoperacional 162 e programas e procedimentos de aplicação 164 armazenadosna memória 148 são para execução através da CPU 146 do sistema decomputador 144. A memória 148 preferencialmente também armazenaestruturas de dados usadas durante a execução dos procedimentos deaplicação de GPS 164, incluindo medidas de falso intervalo e de fase deportadora de CPS 168, correções de GPS 172 recebidas dos centros deprocessamento, assim como outras estruturas de dados discutidos nestedocumento.
As portas de entrada 154 são para receber dados do receptor deGPS142, para receber informação da estação de referência ou estação demarcação 120 no sistema de posicionamento local 174 ou no sistema de RTKlocal 150 através do enlace via rádio 124, e para receber correções de GPS eoutra informação proveniente dos centros de processamento 105 através deum enlace via satélite 107. A porta de saídal56 é usada para emitir dados daestação de referência ou estação de marcação 120 através do enlace via rádio124 ou dos dispositivos acústicos ou de laser (não mostrado). Em umamodalidade da presente invenção, a CPU 146 e a memória 148 do sistema decomputador 144 são integradas com o receptor de GPS142 em um dispositivoúnico, dentro de um único compartimento, como mostrado na FIG 2.Contudo, tal integração não é requerida para realizar os métodos da presenteinvenção.
Por conseguinte, o usuário ou objeto 140 pode se engajar emtrês diferentes modos de operação ou, de forma simultânea, ou em vezesdiferentes. O usuário ou objeto 140 pode operar em um modo de WADGPSno qual o usuário ou do objeto 140 posiciona a si mesmo ou navega usando osistema de WADGPS 100. Em um Modo de RTK no qual o usuário ou objeto140 posiciona a si mesmo ou navega usando o sistema de RTK local 150, e/ouem um modo de posicionamento local no qual o usuário ou objeto 140posiciona a si mesmo ou navega usando o sistema de posicionamento local174. Quando o usuário ou objeto 140 está perto de uma ou mais estações demarcação 176 com a qual ele pode ser associado e o enlace entre o usuário ouobjeto 140 e a uma ou mais estações de marcação 176 pode ser mantido, ousuário pode usar a uma ou mais estações de marcação 176 para posicionar asi mesmo com relação a uma ou mais estações de marcação 176. Quando ousuário ou objeto 140 está perto da estação de referência 120 com o qual ele éassociado e o enlace via rádio entre o usuário ou objeto 140 e a estação dereferência 120 pode ser mantido, o usuário pode usar o sistema de RTK local150 para posicionar a si mesmo com relação à estação de referência 120. Osistema de posicionamento local 174 e o sistema de RTK local 150 são maisvantajosos do que o sistema de WADGPS 100, nos quais eles são maisprecisos e que a ambigüidade inteira de ciclo completo pode ser rapidamenteresolvida, como explicado no seguinte.
Usando o sistema de RTK local 150, quando as medidas sãotomadas com relação a η satélites 110 na visão do receptor de GPS dereferência 122 e do receptor de GPS do usuário 142, as medidas podem serusadas para resolver a posição do usuário ou objeto 140 de acordo com aseguinte equação em formato de matriz:
(Vφ + Ν) λ = Hx + n^φ (1)
onde Vφ = [V φ j V φ 2— V φ n]T é a medida do vetor de fase deportadora formado pela medida diferencial de fase de portadora com relação acada um dos η satélites 110, N = [N1 N2... Nn/ é um vetor de ambigüidade deinteira formado pela ambigüidade de inteiro diferencial associada com cadaum das medidas de fase de portadora diferencial no vetor de medida de fasede portadora, H = [I17, Ii2... hn]T é uma matriz de sensibilidade de medidaformada pelos vetores de unidade do usuário ou objeto 140 para os η satélites110, χ é um vetor de estado desconhecido real (ou vetor real) incluindo umvetor de posição a partir da estação de referência 120 para o usuário ou objeto140 no sistema de RTK local 150, e η φ = [η φ 1 ηφ2... η φ n] Té um vetor deruído de medida (ou vetor residual de intervalo de fase) formado pelo ruído defase de portadora diferencial com relação a cada um dos η satélites 110.
Para resolver o vetor real χ usando a Equação (1), o vetor deambigüidade de inteiro N necessita ser resolvido. Muitos métodos diferentesforam desenvolvidos para resolver os valores de ambigüidade inteiraincluídos no vetor de ambigüidade inteira N e esses métodos tipicamenteusam um processo de procura para achar uma combinação de valores deambigüidade inteira que satisfaz certo critério, tal como uma norma mínimade um vetor residual de medida Δφ,
Δφ = (VO + Ν)λ- Hi (2)
onde Δφ é um vetor residual de intervalo de fasecorrespondendo a um vetor de ambigüidade inteira candidato N incluindo acombinação de valores de ambigüidade inteira, e i é uma solução dequadrado mínimo da Equação (1),
x = [HT HT1 Ht (VO + Ν) λ (3)
ou,
χ = [HT RH]-1 Ht R1 (VO + Ν) λ (4)
onde
<formula>formula see original document page 13</formula>
é uma matriz de co-variância de medida formada por Oi,, que éum desvio padrão do ruído de fase de portadora diferencial η□1 calculadousando convencional convencionais. Um exemplo dos métodos para calcularGi, pode ser encontrado em iiPrecision, Cross Correlation, and TimeCorrelation of GPS Phase e Code Observations", por Peter Bona, GPSSolutions, Vol. 4, No. 2, Fall 2000, p. 3-13, ou em iiTightly IntegratedAttitude Determination Methods for Low-Cost inertial Navigation: Two-Antenna GPS e GPS/Magnetometer" por Yang, Y., Ph.D. Dissertation, Dept.of Electrical Engineering, University of Califórnia, Riverside, CA Junho2001, ambos aqui incorporados para referência.
Outros exemplos dos métodos de procura podem serencontrados em "Instantaneous Ambiguity Resolution", por Hatch, R., noProceedings of the KIS Symposium 1990, Banff, Canadá, que é incorporadoaqui por referência, e no pedido de patente proprietária comum para "FastAmbiguity Resolution for Real Time Kinematic Survey and Navigation"Pedido de patente de número de série 10/338,264, que é também aquiincorporada para referência.
Com a ambigüidade de inteiro resolvida, a posição, velocidadee tempo (PVT) do receptor do usuário 142 podem ser, de forma precisa,computadas como soluções do sistema de RTK local 150.
Usando o sistema de posicionamento local 174, a posição,velocidade e tempo (PVT) do receptor do usuário 142 podem ser, de formaprecisa, computadas como soluções do sistema de posicionamento local 174.Por exemplo, informação de distância e de ângulo relativa a uma ou maisestações de marcação pode ser determinada usando um tempo de vôo dossinais e/ou deslocamentos de freqüência de Doppler. Discussão adicional paradeterminar informação de distância e de ângulo em um sistema deposicionamento local é fornecida no pedido de patente do U.S. de número desérie 11/103.964, com o título "Sistema de radar melhorado paraposicionamento local", depositada em 11 de Abril de 2005, os conteúdos daqual, são aqui incorporados para referência. Em adição, medidas tomadas comrelação aos η satélites 110 na visão do receptor de GPS 120 em uma ou maisda uma ou mais estações de marcação 176 e o receptor de GPS de usuárioassociado 142, as medidas podem ser usadas para resolver a posição dousuário ou objeto 140 de acordo com as equações precedentes.
A despeito de suas muitas vantagens, o sistema deposicionamento local 174 e/ou o sistema de RTK local 150 podem não estardisponíveis para o usuário ou objeto 140 todo o tempo, porque o usuário podese mover para uma localização que está muito distante da uma ou maisestações de marcação 176 e/ou da estação de referência 120, ou está fora dosítio da uma ou mais estações de marcação 176 e/ou da estação de referência120 tal que o enlace e/ou o enlace via rádio 124 entre o usuário ou objeto 140e a estação de marcação e/ou estação de referência não pode ser mantido.Nessas situações, erro induzido ionosférico não pode, de forma satisfatória,ser removido levando em conta a diferença entre medidas no usuário ouobjeto 140 e na estação de marcação 176 e/ou estação de referência 120. Esteerro afeta o processo de procura acima para o vetor de ambigüidade de inteiroporque ele força medidas residuais incluídas no vetor residual de medida ΔΦa aumentar.
Por conseguinte, em situações onde o sistema deposicionamento local 174 e o sistema de RTK local 150 não estão disponívelou perderam sua precisão devido a uma grande separação entre o receptor deGPS do usuário e a estação de marcação e a estação de referência, o usuáriopode necessitar operar no modo de WADGPS, no qual uma diferenteabordagem para resolver a ambigüidade de inteiros é usada. Usando o sistemade WADGPS 100, cada ambigüidade de ciclo completo é estimada como umavariável valorada real (não inteira). Esta prática é freqüentemente referenciadacomo determinando um valor de "ambigüidade de flutuação". Um métodopara determinar o valor de "ambigüidade de flutuação" envolve a formação decódigo corrigido de refração e medidas de fase de portadora medidas combase em medidas brutas de GPS tomadas no usuário ou objeto 140, nagraduação das medidas de fase de portadora para as mesmas unidades como,medidas de código, e na subtração de cada medida de fase de portadoragraduada da correspondente medida de código para obter um valor decompensação. Em uma modalidade da presente invenção, a medida de códigocorrigido de retração, designada como Prc é formada como a seguir:
<formula>formula see original document page 16</formula>
onde P1 e P2 são as medidas de código de falso intervalo brutasnas freqüências de Ll e L2, Z1 e f2, respectivamente, em um momento demedida particular. A medida de fase de portadora corrigida de refração,designada como Lrc, é formada, de forma similar, como a seguir:
<formula>formula see original document page 16</formula>
onde L1 e L2 são as medidas de fase de portadora graduadaspelos comprimentos de onda dos sinais Ll e L2, respectivamente, e cada umainclui valor aproximado de ambigüidade de ciclo completo que foi adicionadopara forçar a medida de fase de portadora graduada ficar perto do mesmovalor como a medida de código correspondente. Assim sendo,
<formula>formula see original document page 16</formula>
onde φ1 e φ2 são as medidas brutas de fase de portadora nasfreqüências de Ll e L2, respectivamente, no mesmo momento de medida, e osvalores de ciclo completo de N1 e N2 foram inicializados no início damonitoração da fase de portadora pelo usuário ou objeto 140 para dar valoresque estão dentro um comprimento de onda de portadora das medidas decódigo correspondente a fim de manter as diferenças entre as medidas de fasede portadora graduadas e as pequenas medidas de código correspondente. Apartir da forma da equação (7), é notado que a medida de fase de portadorcorrigida de refração inclui uma ambigüidade de ciclo completo com umcomprimento de onda λ determinada pela soma defi ef2 (que é cerca de 2.803GHz), tal que λ é aproximadamente 0,1070 metros (i. e., c/(/} + f2).
Porque os efeitos ionosféricos foram removidos de ambas asmedidas de código e fase de portadora de acordo com Equações (6)-(9) e osefeitos do relógio do satélite e dos erros de órbita nas medidas de falsointervalo e de fase de portadora são os mesmo, os valores de Prc e Lrcobtidos no passo 310 devem ser quase idênticos exceto para a possívelambigüidade de ciclo completo associada com a medida de fase de portadoraLrc e o maior ruído de caminhos múltiplos na medida de código P^c- istopermite a resolução de uma ambigüidade de ciclo completo no Lrc reduzindouma compensação (O = PRc - Lrc) entre a medida de código corrigida derefração e a medida de fase de portador corrigida de refração através de umasérie de momentos de medida, a fim de que a compensação se torne umaaumentada estimativa precisa da "ambigüidade de flutuação".O valor decompensação reduzido pode ser ainda ajustado usando medidas residuais pósfixadas para fornecer um ajuste de medida adicional de fase de portadora talque os resíduos de medida ajustada ficam perto de zero.
Em uma modalidade da presente invenção, a compensação éreduzida tomando uma media expandida da compensação como a seguir:
<formula>formula see original document page 17</formula>
onde i = 1, 2, 3,..., é usado para designar um momento demedida, e o valor of η é um valor de certeza que aumenta conforme Oi setorna uma estimativa mais precisa do valor da ambigüidade de flutuação. Emuma modalidade da presente invenção, η é igual para i até um valor máximode média ser obtido. Por exemplo, se a medida de fase de portadora éassumida ser somente 1/100 do ruído da medida de código, o valor de "η"seria limitado para ser menor do que 100 ao quadrado ou 10.000. Equação (9)pode assim sendo, ser, de forma recursiva computada até um precisãopredeterminada do valor da ambigüidade de flutuação ser alcançada.Com a compensação reduzida Oi, a medida de códigocorrigida de refração reduzida, S, pode ser obtido adicionando a medida defase de portador corrigida de refração, para o momento de medida corrente, àcompensação reduzida, tal que
Si = Oi + Li (11)
que tem a precisão da medida de fase de portadora mas sem asambigüidades associadas.
O processo como descrito acima em associação com asEquações (6)-(l 1) é efetuado para cada um de uma grande quantidade desatélites ao alcance do receptor de GPS do usuário 142. Com a medida decódigo corrigida de refração reduzida disponível para cada um da grandequantidade de satélites ao alcance do receptor de GPS do usuário 142, osfalsos intervalos para esses satélites podem ser obtidos. Esses falsos intervalossão ajustados com as correções de WADGPS recebidas dos centros deprocessamento 105 e são usados em fixar quadrados mínimos ponderadospara calcular o vetor de estado x. Desta forma, uma posição, velocidade etempo (PVT) do receptor de GPS do usuário 142 pode ser computado comosoluções de WADGPS para o PVT do receptor de GPS do usuário 142.
Outros exemplos dos métodos para obter as compensaçõescorrigidas de refração, reduzidas podem se encontradas em "The Synergismof Code e Carrier Measurements", por Hatch, R, nos Proceedings of the ThirdInternational Geodetic Symposium on Satélite Doppler Posiçãoing, DMA,NOS5 Las Cruces, N.M., New México State University, Vol. H, pp. 1213-1232, que é aqui incorporado para referência, e no pedido de patenteproprietário comum para um "Method for Generating Clock Corrections for aWide-Area or Global Differential GPS System", Arquivo de ProcuradorNúmero 009792-0042-999, que também é aqui incorporado para referência.
Também é possível solucionar os valores de "ambigüidade deflutuação" como estados separados em uma solução de quadrados mínimos oufiltro de Kalman. Quando as ambigüidades são incluídas como estados, umvalor estimado para cada valor de ambigüidade de flutuação é ajustado deacordo com a variância a fim tal que se torna cada vez mais precisa conformea geometria do sistema muda devido ao movimento do satélite. Assim sendo,esta técnica também rende uma estimativa cada vez mais precisa estimativano tempo. Ver documentos de Patrick H. C. Hwang em Navigaton Vol. 38,No. 13 Spring 1991, com o título "Kinematic GPS for DifferentialPositioning: Resolving Integer Ambiguities on the Fly", que é aquiincorporado para referência.
Há muitas combinações e variações das técnicas acima quepodem ser usadas para estimar os valores de "ambigüidade de flutuação".Contudo, todas elas envolvem processar dados em um intervalo de temposignificativo. O intervalo de tempo pode freqüentemente ser assim como umaou duas antes de alguém poder estar certo que a "ambigüidade de flutuação"esteja precisa o bastante para render uma precisão menor do que 10centímetros na posição navegada do usuário 140. Para encurtar o intervalo detempo para obter os valores de "ambigüidade de flutuação", o sistema deWADGPS pode ser inicializado como descrito abaixo usando uma localizaçãodo receptor de GPS do usuário 142 conhecida.
FIG. 3A ilustra um método 300 para inicializar o sistema deWADGPS 100. Como mostrado na FIG. 3, o método 300 inclui um passo 310no qual é determinado se o usuário está estacionário em uma localizaçãoconhecida. Isto pode ser feito de acordo com a entrada do usuário ou atravésde algum mecanismo convencional que permita ao computador 144determinar se o receptor do usuário 142 tem estado estacionário. Se a posiçãodo receptor do usuário 142 é, de forma precisa, conhecida, essa posição podeser usada to compute os valores de ambigüidade de flutuação sem o auxílio dosistema de posicionamento local 174 e/ou do sistema de RTK local 150, comoexplicado em mais detalhe abaixo. A posição observada do receptor de GPSdo usuário 142 poderia ser usada como uma posição conhecida, ou em algunsambientes, a posição pode ser conhecida simplesmente porque o usuário ouobjeto 140 tem estado estacionário e a posição do usuário já foi determinadadurante uma operação anterior.
Em resposta à determinação que o usuário está estacionário emuma localização conhecida, o método 300 prossegue para um passo 320 noqual a posição do receptor do usuário é configurada para a localizaçãoconhecida. Ao contrário, o método 300 prossegue para um passo 330 no qualo sistema de posicionamento local 174 e/ou o sistema de RTK local 150 sãohabilitados a, automaticamente, atualizar a localização do usuário usando ométodo discutido acima.
Método 300 ainda inclui um passo 340 no qual a localizaçãodo receptor do usuário, se é determinada no passo 320 ou passo 330, é usadapara computar um conjunto de distâncias teóricas para os satélites 110. Istopode envolver computar as posições dos satélites 110 com base nasefemérides radiodifundidas a partir do sistema de WADGPS 100 e ajustaraquelas posições através das correções de órbita radiodifundidas pelo sistemade WADGPS 100. Dado ambas, a posição do receptor do usuário e asposições dos satélites nas Coordenadas Cartesianas, a distância teórica dousuário 140 para cada satélite 110 pode ser computada como a seguir:
<formula>formula see original document page 20</formula>
onde subscrito s designa a coordenada do satélite e subscrito udesigna a coordenada do receptor do usuário ou do objeto.
Método 300 ainda inclui um passo 350 no qual o valor inicialda ambigüidade de flutuação, a, correspondendo a cada satélite é calculadosubtraindo da a distância teórica calculada, a distância obtida da medida defase de portadora corrigida de retração com relação ao mesmo satélite tal que,
<formula>formula see original document page 20</formula>
onde L°RC representa a medida de fase de portadora corrigidade refração computada de acordo com Equação (7) em um momento demedida iniciando.
Método 300 ainda inclui um passo 360 no qual os valores deambigüidade de flutuação são resolvidos adicionando os valores iniciais deambigüidade de flutuação para as medidas de fase de portadora medidascorrigidas de refração correspondentes em momentos de medidasubseqüentes, i. e.,
<formula>formula see original document page 21</formula>
e tratando os valores de ambigüidade de flutuação com bemconhecidos tal que a certeza é configurada para alta (ou a variância é configurada para baixo). Na prática, o passo 360 é realizado usando umpequeno valor de ganho para ajustar os valores de ambigüidade de flutuaçãoem um processo para determinar os valores de ambigüidade de flutuação. Porexemplo, se os valores de ambigüidade de flutuação são determinadasreduzindo a compensação entre a medida de código corrigida de refração e a medida de fase de portadora corrigida de refração de acordo com Equação (9),um pequeno ganho significa tratar o valor de ambigüidade de flutuação comose um número grande de valores de compensação tem sido usada emcomputá-lo, tal que η = i + (um número grande). Se um valor de ambigüidadevalor é determinada em um processo de filtro de Kalman, um pequeno ganhoé alcançado configurando a variância do estado de ambigüidade para umpequeno valor.
Assim sendo, usando a localização conhecida de um receptordo usuário estacionário 142, usando o sistema de posicionamento local 174e/ou usando o sistema de RTK local 150 para inicializar os valores deambigüidade de flutuação, uns quinze minutos à duas horas normais e tempode "pull-in" requerido para solucionar os valores de ambigüidade de flutuaçãoquando a posição do receptor do usuário não é conhecida, é evitada. Isto podeacelerar enormemente o processo para resolver ambigüidades de fase deportadora no sistema de WADGPS 100, tornando o sistema de WADGPS 100mais adequado para propósitos de posicionamento e/ou navegação em temporeal.
De modo a usar o sistema de posicionamento local 174 e/ou osistema de RTK local 150 para atualizar a posição do receptor do usuário nométodo 300, a posição da uma ou mais estações de marcação 176 no sistemade posicionamento local 174 e/ou a posição da estação de referência 120 nosistema de RTK local 150 pode ser determinada, de forma precisa, no sistemade WADGPS 100. Um sistema de posicionamento local ou sistema de RTKlocal convencionais podem ser usados em um sentido relativo, significandoque a posição do receptor do usuário 142 pode ser determinada relativa a umaou mais estações de marcação e/ou ao receptor de referência. Desta maneira,posições relativas precisas do receptor de GPS do usuário 142 podem serobtidas mesmo embora as coordenadas absolutas da uma ou mais estações demarcação e/ou da estação de referência podem ou não podem serparticularmente parecidas e dados de coordenada outros do que os dadosnormais de GPS são usados para posicionar a estação de marcação e/ou aestação de referência. Contudo, para o uso combinado do sistema de posiçãolocal 174, o sistema de RTK 150, e/ou o sistema de WADGPS 100, umaposição absoluta da uma ou mais estações de marcação 176 no sistema deposicionamento local 174 e do receptor de referência 120 no sistema de RTK150 necessita ser determinada. Se uma posição incorreta é usada para a umaou mais estações de marcação 176 no sistema de posicionamento local 174 oupara a estação de referência 120 no sistema de RTK local 150, isto vai forçaros valores de ambigüidade de flutuação computados como descrito acima, aserem incorretos. Isto vai conduzir a uma tendência lenta da posiçãocomputada do receptor do usuário 142 conforme os valores de ambigüidadede flutuação são lentamente ajustados para o valor correto durante oprocessamento de WADGPS subseqüente.Em uma modalidade da presente invenção, uma posição médiada uma ou mais estações de marcação 176 no sistema de posicionamento local174 e/ou uma posição média da estação de referência 120 no sistema de RTK150 pode ser determinada com base em horas de dados de posicionamento dosistema de WADGPS 100 para confiabilidade aumentada. Em umamodalidade alternativa, um sistema de computador na uma ou mais estaçõesde marcação 176 e/ou na estação de referência 120 aceita um valor de entradade operador para sua posição e fornece uma posição para o usuário 140. Istopermite o posicionamento local e/ou RTK posicionamento de RTK relativos,para começar, imediatamente, a usar aquela posição de referência. Ao mesmotempo, uma posição mais precisa da uma ou mais estações de marcação 176e/ou da estação de referência 120 pode ser determinada pelo sistema deWADGPS 100 e é transmitida para uma ou mais estações de marcação 176e/ou para a estação de referência 120. Esta posição mais precisa ou umacompensação entre a posição de entrada do operador e a posição mais precisada uma ou mais estações de marcação 176 e/ou da estação de referência 120determinada pelo sistema de WADGPS 100 pode então ser transmitida emuma taxa, relativamente baixa para o usuário 140.
FIG. 3B ilustra em mais detalhe passo 330 no método 300 noqual a posição de usuário é atualizada usando o sistema de posicionamentolocal 174 e/ou o sistema de RTK local 150. Como mostrado na FIG. 3B,passo 330 inclui um passo secundário 331 no qual o usuário ou objeto 140recebe a posição de entrada do operador da estação de referência 120 nosistema de posicionamento local 174 e/ou do sistema de RTK 150, e um passosecundário 333 no qual o usuário ou objeto 140 efetua posicionamento locale/ou operação de RTK local para determinar sua própria posição relativa paraaquela da uma ou mais estações de marcação 176 e/ou da estação dereferência 120. Passo 330 ainda inclui um passo secundário 335 no qual ousuário ou objeto 140 recebe a posição mais precisa da estação de referência120 determinada pelo sistema de WADGPS 100 ou a compensação entre aposição de entrada do operador da estação de referência 120 e a posição maisprecisa da estação de referência 120 determinada pelo sistema de WADGPS100. Passo 330 ainda inclui um passo secundário 337 no qual o usuário ouobjeto 140 computa uma posição absoluta do receptor de GPS do usuário 142em coordenadas Cartesianas usando ou a posição de entrada da estação demarcação e/ou da estação de referência ou a posição da uma mais estações demarcação 176 e/ou da estação de referência 120 determinada pelo sistema deWADGPS 100 (se disponível).
Em exemplo onde benefícios poderiam ser obtidos usando ométodo 300 é no posicionamento em um trem. Quando um trem passa atravésde um túnel, o enlace do sistema de posicionamento, o enlace de RTK e oenlace de WADGPS global pode ser perdido. Nesta situação o enlace dedados do sistema de posicionamento local e/ou enlace de dado do RTK podeser configurado para inicializar os valores de ambigüidade de flutuação deWADGPS conforme o trem sai do túnel. Isto evitaria o longo intervalo dedados de outra forma requerido para determinar os valores de ambigüidade deflutuação corretos.
Em outro exemplo onde benefício poderiam ser obtidosusando o método 300 é no posicionamento em um avião logo apósdecolagem. Neste caso, um sistema de posicionamento local e/ou um sistemade RTK local em um aeroporto onde um avião está se preparando paradecolar, pode ser usada para inicializar as ambigüidades de WADGPS ouantes ou durante a decolagem.
Assim sendo, o usuário ou objeto 140, que inclui o receptor deGPS do usuário 142 e o sistema de computador 144 acoplado ao receptor deGPS do usuário 142, pode operar em ambos, o modo de posicionamento local,o modo de RTK e/ou o modo de WADGPS. O sistema de posicionamentolocal 174 e o sistema de RTK local 150 são mais favoráveis do que o sistemade WADGPS porque o processo de procura para sistema de posicionamentolocal 174 e o sistema de RTK local 150 como discutido acima leva muitomenos tempo do que o método de redução no sistema de WADGPS 100 pararesolver os valores de ambigüidade inteiros. No processo de procura, aredução das medidas de código é ou não requerido ou uma redução dasmedidas de código de muito mais curta duração é efetuado, não paradeterminar a ambigüidade de ciclo completo diretamente, mas para fornecerum incerteza decrescida em um conjunto inicial de valores de ambigüidadeinteiros tal que o processo de procura subseqüente pode ser maisestreitamento restringido. Por essa razão, somente um poucos segundos dedados são suficientes para obter o conjunto inicial de valores de ambigüidade.
O sistema de posicionamento local 174 e/ou o sistema de RTKlocal 150, contudo, estão somente disponíveis em situações onde o enlaceentre o receptor de GPS do usuário 142 e a uma ou mais estações de marcação176 no sistema de posicionamento local 174 e/ou a estação de referência 120no sistema de RTK local 150 podem ser mantidas e o usuário ou objeto 140não perambular muito longe da uma ou mais estações de marcação 176 nosistema de posicionamento local 174 e/ou da estação de referência 120 nosistema de RTK local 150. Quando essas condições não são satisfeitas, que é,quando o sistema de posicionamento local 174 e/ou o sistema de RTK local150 estão ou não disponível ou imprecisos, o usuário pode recorrer ao sistemade WADGPS 100 para navegação usando a última posição do receptor dousuário determinada pelo sistema de posicionamento local 174 e/ou o sistemade RTK 150 para inicializar o sistema de WADGPS tal que o longo tempo de"pull-in" para obter os valores de "ambigüidade de flutuação" é evitado.
FIG. 4 ilustra um fluxo de processo 400 para umposicionamento local combinado, operação de RTK e de WADGPS efetuadapelo sistema de computador do usuário 144. O fluxo de processo inclui passos440, 450 e 460. Como mostrado na FIG. 4, enquanto as correções deposicionamento local estão disponível, o usuário 140 opera no modo deposicionamento local e enquanto as correções de RTK estão disponíveis, ousuário 140 opera no modo de RTK. O usuário 140 recebe uma posição 401da estação de marcação/estação de referência 120 no sistema deposicionamento local 174 e/ou no sistema de RTK local 150 e efetua passo440 no qual as PVT do receptor do usuário são determinadas usando ascorreções de posicionamento local/RTK 410 recebidas da estação demarcação 176 no sistema de posicionamento local 174 e/ou do receptor dereferência 120 no sistema de RTK local 150. Durante o desempenho do passo440, o usuário 140 pode continuar a receber as correção de WADGPS 420 doscentros de processamento 105, tal que soluções de WADGPS podem sergeradas em segundo plano. O usuário 140 pode também receber posiçãoatualizada 430 da estação de marcação 176 no sistema de posicionamentolocal 176 e/ou da estação de referência 120 no sistema de RTK local 150 apartir do centro de processamento 105 em uma relativamente taxa baixa.Usando a posição atualizada da estação de marcação 176 e/ou da estação dereferência 120 e as soluções de posicionamento/RTK locais da posição doreceptor do usuário, as soluções de WADGPS pode ser, de forma contínua,inicializadas no segundo plano para concordar com as soluções deposicionamento/RTK locais, de acordo com o método 300 discutido acima.
Quando o posicionamento local e as correções de RTK estãoperdidos, o usuário 140 comuta para o modo de WADGPS de operação eefetua passo 450, no qual o usuário 140 usa a posição do receptor do usuáriodeterminada no modo de operação de posicionamento local e/ou de RTKimediatamente antes das correção de posicionamento local/de RTK setornarem indisponíveis para inicializar os valores de ambigüidade deflutuação para o modo de operação de WADGPS de acordo com o método300 discutido acima. Desta maneira, os valores de "ambigüidade deflutuação" podem ser determinado sem o longo tempo de "pull-in". Durante odesempenho do passo 450, o usuário 140 continua a receber as correções deWADGPS 420 proveniente dos centros de processamento 105. O usuário 140pode também receber a posição atualizada 430 da uma ou mais estações demarcação 176 no sistema de posicionamento local 174 e/ou da estação dereferência 120 no sistema de RTK local 150 proveniente dos centro deprocessamento 105 em uma taxa relativamente baixa. As coordenadas daestação de referência são usadas para transformar a posição do receptor dousuário gerada no modo de WADGPS em posição relativa para a uma ou maisestações de marcação 176 e/ou para o receptor de referência local 120. Destamaneira os resultados de PVT gerados pelo sistema de computador do usuário144 vai, diretamente, transitar entre os diferentes modos de operação.
Quando o posicionamento local e/ou as correções de RTKcorreções estão disponíveis de novo, o usuário resumes a operação deposicionamento local e/ou a operação de RTK no passo 460, que é similar aoperação de posicionamento local e/ou do RTK no passo 440.
FIG. 4B é um fluxograma ilustrando um fluxo de processo 470para uso de um sistema de posicionamento local, a sistema de RTK local, e/ouum sistema de WADGPS. Se disponível, a posição de um usuário pode serdeterminada de acordo com a informação recebida de uma sistema deposicionamento local (480). Se disponível, a posição de um usuário pode serdeterminada de acordo com a informação recebida de um sistema de RTK(482). Se disponível, a posição de um usuário pode ser determinada de acordocom a informação recebida de um sistema de WADGPS (484). Um valor deambigüidade de flutuação em uma medida de fase de portadora pode serinicializado (486). O processo 470 pode incluir poucas ou operaçõesadicionais. Duas ou mais operações podem ser combinadas e a posição de,pelo menos, uma operação pode ser mudada.
Em uma modalidade exemplar, o receptor de GPS do usuário142 pode operar em um primeiro modo de operação que usa o sistema deposicionamento local 176 para determinar uma primeira posição do usuário140 quando a comunicação com o sistema de posicionamento local 176 estádisponível. Uma segunda posição do usuário 140 pode ser determinada deacordo com as medidas de fase de portadora efetuadas usando o sistema deWADGPS 100 em um segundo modo de operação. A posição conhecida dousuário 140, tal como a primeira posição, pode ser usada para inicializar umvalor de ambigüidade de flutuação nas medidas de fase de portadora. Emalgumas modalidades, a posição conhecida do usuário 140 pode ser fornecidae/ou entrada pelo usuário.
Em algumas modalidades, o primeiro modo de operação éusado para determinar a posição do usuário 140 se ele está disponível. Se acomunicação com o sistema de posicionamento local 174 é perdida, contudo,o segundo modo de operação pode ser usado. Comunicação com o sistema deposicionamento local 174 pode ser perdida se a distância para o sistema deposição local 174 excede um valor, tal como 100 m, 500 m, 1000 m, 10.000m ou mais.
Em algumas modalidades, o primeiro modo de operação e osegundo modo de operação podem ser efetuados substancialmente, de formasimultânea, e a diferença entre a primeira posição e a segunda posição é usadapara inicializar o valor de ambigüidade de flutuação nas medidas de fase deportadora. Em algumas modalidades, o primeiro modo de operação e osegundo modo de operação pode ser efetuado substancialmente, de formasimultânea, e a diferença entre a primeira posição e a segunda posição é usadapara determinar uma terceira posição do usuário 140. A terceira posição dousuário pode ser de acordo com a informação recebida do receptor dereferência local 122 no sistema de RTK 150 em um terceiro modo deoperação.
Em algumas modalidades, o terceiro modo de operação podeser usado quando a comunicação com o sistema de posicionamento local 174é perdida e o primeiro modo de operação pode ser usado quando acomunicação com o sistema de posição local 174 está de novo disponível.
Em algumas modalidades, o segundo modo de operação éusado quando a comunicação com o receptor de referência local 122 e osistema de posicionamento local 174 é perdido, o primeiro modo de operaçãoé usado quando a comunicação com o sistema de posicionamento local 174está disponível, e onde o terceiro modo de operação é usado quando acomunicação com o receptor de referência local 122 está disponível e acomunicação com o sistema de posicionamento local 174 é perdida.
Em algumas modalidades, o segundo modo de operação éusado se a distância do sistema de posicionamento local 174 para o usuário140 é maior do que um primeiro valor (tal como 10.000 m), o primeiro modode operação é usado se a distância do sistema de posicionamento local 174para o usuário 140 é menor do que um segundo valor (tal como 1000 m), e oterceiro modo de operação é usado se a distância do sistema deposicionamento local 174 para o usuário 140 está entre o primeiro valorpredeterminado e o segundo valor predeterminado.
O processo 400 pode ser usado em muitas aplicações. Umaaplicação envolve uma extensão de um sistema de posicionamento local e/ouuma operação de RTK em áreas onde o enlace com o sistema deposicionamento local e/ou o enlace via rádio de RTK não pode ser mantido,mas onde o enlace de WADGPS está, pelo menos, de forma geral, disponível.Por exemplo, como mostrado na FIG. 5, o usuário ou objeto 140 pode ser umveículo de fazenda 510 se movendo nas linhas 520 em uma área 501 decolinas, com o receptor do usuário 142 preso ao veículo de fazenda ou a umequipamento de fazenda que é conectado ao veículo de fazenda. A área 501inclui a área 503 que é visível da estação de referência 120 no sistema deRTK local 150 e áreas (sombreadas) 505 e 507 que não são visíveis daestação de referência 120. Porque o enlace de RTK está usualmente dentro dosítio, os dados de RTK seriam perdidos sempre que o receptor de GPS dousuário 142 é movido da área 503 para a área 505 ou 507. Mas o enlace dedados entre o receptor do usuário 142 e o sistema de WADGPS 100 está, deforma geral, disponível porque é freqüentemente facilitado por satélites.Inicializando as ambigüidades de flutuação no sistema de WADGPS 100sempre que o enlace via rádio de RTK está disponível e o sistema de RTK150 está operacional, a precisão da operação de RTK pode ser praticamentepreservado durante aqueles intervalos quando o enlace de RTK é perdido.
Enquanto o sistema de WADGPS 100 na FIG. 1 tem sidousado na descrição acima, será apreciado que qualquer sistema regional, deampla área, ou global que faz uso de medidas de fase de portadora dossatélites para propósitos de posicionamento e/ou navegação e assim sendo,requer determinar valores de ambigüidade associados com as medidas da fasepodem também se beneficiar através do método 300 descrito acima.Exemplos desses sistemas inclui o Starfire™ System desenvolvido por JohnDeere Company, e o sistema regional de GPS Diferencial Nacional de AltaPrecisão (HA-ND) sendo desenvolvidos por várias agências governamentaisdo U.S.
Claims (19)
1. Método para posicionar ou navegar um objeto associadocom ambos, um sistema de posicionamento local e um sistema deposicionamento por satélite diferencial de área ampla, caracterizado pelo fatode compreender:- determinar uma primeira posição do objeto de acordo commedidas de fase de portadora medidas usando o sistema de posicionamentopor satélite diferencial de área ampla em um primeiro modo de operação; e- determinar uma segunda posição do objeto de acordo com ainformação recebida do sistema de posicionamento local em um segundomodo de operação.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a posição conhecida do objeto é usada para inicializar um valor deambigüidade de flutuação nas medidas de fase de portadora.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a posição conhecida do objeto é a segunda posição.
4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a posição conhecida do objeto é entrada através de um usuário.
5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o segundo modo de operação é usado se a comunicação com osistema de posicionamento local está disponível.
6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o primeiro modo de operação é usado quando a comunicação como sistema de posicionamento local está perdido e o segundo modo deoperação é usado quando a comunicação com o sistema de posicionamentolocal está disponível de novo.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o segundo modo de operação é usado se a distância do sistema deposicionamento local para o objeto é menos do que um valor predeterminado.
8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o primeiro modo de operação é usado se a comunicação com osistema de posicionamento local está perdido.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o primeiro e o segundo modos de operação são usadossubstancialmente de forma simultânea, e a diferença entre a segunda posição ea primeira posição é usada para inicializar um valor de ambigüidade deflutuação nas medidas de fase de portadora.
10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o primeiro e segundo modos de operação são usadossubstancialmente de forma simultânea, e a diferença entre a segunda posição ea primeira posição é usada para determinar uma terceira posição do objeto.
11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender ainda determinar uma terceira posição do objeto deacordo com a informação recebida de um receptor de referência local usandoposicionamento cinemático em tempo real em um terceiro modo de operação.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o terceiro modo de operação é usado quando a comunicaçãocom o sistema de posicionamento local está perdido e o segundo modo deoperação é usado quando a comunicação com o sistema de posicionamentolocal está disponível de novo.
13. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o primeiro modo de operação é usado quando a comunicaçãocom o receptor de referência local e o sistema de posicionamento local estáperdido, o segundo modo de operação é usado quando a comunicação com osistema de posicionamento local está disponível, e que o terceiro modo deoperação é usado quando a comunicação com o receptor de referência localestá disponível e a comunicação com o sistema de posicionamento local estáperdida.
14. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que o primeiro modo de operação é usada se a distância dosistema de posicionamento local para o objeto é maior do que um primeirovalor predeterminado, o segundo modo de operação é usado se a distância dosistema de posicionamento local para o objeto é menor do que um segundovalor predeterminado, e o terceiro modo de operação é usado se a distância dosistema de posicionamento local para o objeto é entre o primeiro valorpredeterminado e o segundo valor predeterminado.
15. Meio legível de computador, caracterizado pelo fato dearmazenar no mesmo instruções de programa legível de computador, que quandoexecutadas através de um processador, faz com que o processador efetue ummétodo para posicionar ou navegar um objeto associado com ambos, um sistemade posicionamento local e um sistema de posicionamento por satélite diferencialde área ampla, as instruções de programa compreendendo:- instruções para determinar uma primeira posição do objeto deacordo com medidas de fase de portadora usando o sistema deposicionamento por satélite diferencial de área ampla em um primeiro modode operação; e- instruções para determinar uma segunda posição do objeto deacordo com a informação recebida do sistema de posicionamento local em umsegundo modo de operação.
16. Receptor de navegação por satélite configurado para operarem um primeiro modo e um segundo modo de operação, caracterizado pelofato de que no primeiro modo de operação uma primeira posição de um objetoé determinada de acordo com as medidas de fase de portadora usando umsistema de posicionamento por satélite diferencial de área ampla, e que nosegundo modo de operação uma segunda posição do objeto é determinada deacordo com a informação recebida de um sistema de posicionamento local.
17. Receptor de navegação por satélite, caracterizado pelo fatode compreender:- uma memória;- um processador; e- um programa, armazenado na memória e executado peloprocessador, o programa incluindo:- instruções para determinar uma primeira posição do objeto deacordo com as medidas de fase de portadora usando o sistema deposicionamento por satélite diferencial de área ampla; e- instruções para determinar uma segunda posição do objetousando o sistema de posicionamento local.
18. Receptor de navegação por satélite, caracterizado pelo fatode compreender um circuito integrado configurado para efetuar:- operações para determinar uma primeira posição do objeto deacordo com as medidas de fase de portadora usando o sistema deposicionamento por satélite diferencial de área ampla; e- operações para determinar uma segunda posição do objetousando o sistema de posicionamento local.
19. Receptor de navegação por satélite, caracterizado pelo fatode compreender:- um meio de memória;- um meio de processador; e- um meio de programa, armazenados em um meio dememória e executados através do meio de processador, para posicionar ounavegar um objeto, o meio de programa incluindo:- instruções para determinar uma primeira posição do objeto deacordo com as medidas de fase de portadora usando o sistema deposicionamento por satélite diferencial de área ampla: e- instruções para determinar uma segunda posição do objetousando o sistema de posicionamento local.
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