專利名稱：用于生成廣域或全球差分gps系統(tǒng)的時(shí)鐘校正的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及使用全球定位系統(tǒng)(GPS)的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)，以及更具體地說(shuō)，涉及計(jì)算用于廣域或全球差分GPS(DGPS)網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法。
背景技術(shù)：
GPS使用太空中的衛(wèi)星來(lái)定位地球上的物體。通過(guò)GPS，來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)以及用來(lái)確定GPS接收機(jī)的位置。目前，對(duì)應(yīng)于具有鎖定的GPS衛(wèi)星信號(hào)的每個(gè)相關(guān)器頻道的兩種GPS測(cè)量可用于民用GPS接收機(jī)。對(duì)分別具有頻率1.5754GHz和1.2276GHz，或波長(zhǎng)0.1903m和0.2442m的兩種載波信號(hào)，L1和L2，兩種GPS測(cè)量是偽距和綜合載波相位。一些接收機(jī)輸出僅是兩個(gè)連續(xù)綜合載波相位測(cè)量中的差值的多普勒測(cè)量。偽距測(cè)量(或碼測(cè)量(code measurement))是所有GPS接收機(jī)類型可進(jìn)行的基本GPS可觀測(cè)的。它利用調(diào)制到載波信號(hào)上的C/A或P碼。測(cè)量記錄相關(guān)碼從衛(wèi)星傳播到接收機(jī)所花的視時(shí)，即根據(jù)衛(wèi)星時(shí)鐘，編碼信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)間減去根據(jù)接收機(jī)時(shí)鐘，到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間。
通過(guò)當(dāng)?shù)竭_(dá)接收機(jī)時(shí)，積分編碼信號(hào)的重構(gòu)載波獲得載波相位測(cè)量。因此，載波相位測(cè)量也是由根據(jù)衛(wèi)星時(shí)鐘，信號(hào)離開(kāi)衛(wèi)星的時(shí)間和根據(jù)接收機(jī)時(shí)鐘到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間確定的傳輸時(shí)間的度量。然而，因?yàn)橥ǔＮ淳_地知道當(dāng)接收機(jī)開(kāi)始跟蹤信號(hào)的載波相位時(shí)衛(wèi)星和接收機(jī)間的轉(zhuǎn)接中的初始完整周期(whole cycle)數(shù)，根據(jù)幾個(gè)載波周期的期間，傳輸時(shí)間差可能出錯(cuò)，即，在載波相位測(cè)量中存在完整周期模糊。由于與C/A或P碼相比，載波頻率更高以及它們的脈沖更接近，載波相位測(cè)量比碼測(cè)量更精確。另外，碼測(cè)量比載波相位測(cè)量更受反射信號(hào)與直接信號(hào)的干擾的影響。該干擾也會(huì)導(dǎo)致碼測(cè)量比載波相位測(cè)量更不準(zhǔn)確。
通過(guò)可用的GPS測(cè)量，通過(guò)將信號(hào)傳播時(shí)間乘以光速，計(jì)算GPS接收機(jī)和衛(wèi)星間的范圍或距離。這些范圍通常稱為偽距(假范圍)，因?yàn)榻邮諜C(jī)時(shí)鐘通常具有顯著的時(shí)間誤差，導(dǎo)致測(cè)量范圍的常見(jiàn)偏離(common bias)。作為正常導(dǎo)航計(jì)算的一部分，連同接收機(jī)的位置坐標(biāo)，解決與接收機(jī)時(shí)鐘的該常見(jiàn)偏離。各種其他因素會(huì)導(dǎo)致計(jì)算范圍中的誤差或噪聲，包括星歷表誤差、衛(wèi)星時(shí)鐘定時(shí)誤差、大氣效應(yīng)、接收機(jī)噪聲和多路徑誤差。為消除或降低這些誤差，差分操作通常用在GPS應(yīng)用中，以便抵消由這些誤差源產(chǎn)生的偽距和/或載波相位測(cè)量中的噪聲因素。差分GPS(DGPS)操作通常包含基本參考GPS(basereference GPS)接收機(jī)、用戶GPS接收機(jī)以及用戶和參考接收機(jī)間的通信機(jī)制。參考接收機(jī)位于已知位置，以及使用該已知位置來(lái)生成與一些或全部上述誤差因素有關(guān)的校正。將該校正提供給用戶接收機(jī)，然后用戶接收機(jī)使用該校正來(lái)適當(dāng)?shù)匦Ｕ溆?jì)算位置。該校正能以在參考位置確定的參考接收機(jī)位置的校正的形式，或以特定GPS衛(wèi)星時(shí)鐘和/或軌道的校正的形式。參考接收機(jī)位置的校正不靈活，因?yàn)闉楦_，它們要求用戶接收機(jī)和參考接收機(jī)觀察到相同的衛(wèi)星。
差分GPS(DGPS)的基本原理是利用GPS測(cè)量中固有的誤差的空間和時(shí)間相關(guān)性。在參考接收機(jī)和用戶接收機(jī)間極佳地校正偽距或載波相位測(cè)量上出現(xiàn)為偏離的GPS衛(wèi)星時(shí)鐘定時(shí)誤差。因此，DGPS系統(tǒng)能完全消除時(shí)鐘誤差，通常導(dǎo)致到用戶位置的約幾米的誤差。
大氣效應(yīng)是由于GPS信號(hào)通過(guò)電離層的帶電粒子，然后通過(guò)對(duì)流層中的水蒸汽。通常通過(guò)電離層折射模型模擬電離層對(duì)GPS信號(hào)的影響，并且模型中的誤差導(dǎo)致計(jì)算范圍的誤差。在參考和用戶接收機(jī)間的短距離上，在參考和用戶接收機(jī)間，這些誤差顯著相關(guān)，但在大的距離上，相關(guān)性減小。
通常能模擬對(duì)流層中的GPS信號(hào)的折射以便去除對(duì)流層效應(yīng)的90％至95％。當(dāng)用戶不漫游長(zhǎng)距離時(shí)，剩余對(duì)流層錯(cuò)誤能通過(guò)使用DGPS降低，因?yàn)橹灰脩綦x參考接收機(jī)幾萬(wàn)米，對(duì)流層折射誤差的相關(guān)性通常消失。因此，本身使用DGPS不產(chǎn)生剩余對(duì)流層折射誤差的有意義降低。有時(shí)，由于將另外的誤差引入所計(jì)算的用戶位置，參考接收機(jī)的不相關(guān)誤差甚至使情況更糟。
星歷表或衛(wèi)星軌道誤差能模擬為具有沿軌道、穿過(guò)軌道和徑向誤差矢量。衛(wèi)星軌道誤差能通過(guò)使用DGPS系統(tǒng)降低。然而，降低有點(diǎn)有限，因?yàn)楫?dāng)參考和用戶接收機(jī)間的間隔增加時(shí)，衛(wèi)星軌道誤差中的相關(guān)性逐漸地降低。在大陸距離(continental distance)上，大大地減小相關(guān)性。
在參考和用戶接收機(jī)間，接收機(jī)噪聲和多徑(反射信號(hào))效應(yīng)通常是不相關(guān)的。這些誤差效應(yīng)有時(shí)通過(guò)使用DGPS系統(tǒng)放大。
為克服廣域應(yīng)用中DPGS系統(tǒng)的不準(zhǔn)確度，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了不同廣域DGPS(WADGPS)技術(shù)。WADGPS包括與計(jì)算中心或集線器通信的多個(gè)參考站的網(wǎng)絡(luò)?；趨⒖颊镜囊阎恢煤陀伤鼈兯M(jìn)行的測(cè)量，在集線器處計(jì)算誤差校正。然后經(jīng)通信鏈路，諸如衛(wèi)星、電話或無(wú)線電，將所計(jì)算的誤差校正傳送到用戶。
在一些情況下，原始數(shù)據(jù)，諸如參考接收機(jī)的測(cè)量值和位置而不是校正值被提供給用戶接收機(jī)。用戶接收機(jī)能從特定參考站選擇數(shù)據(jù)，或由來(lái)自多個(gè)參考站的數(shù)據(jù)的加權(quán)組合形成校正。
通過(guò)使用多個(gè)參考站，WADGPS提供誤差校正的更精確估計(jì)。然而，使用多個(gè)參考站也會(huì)使誤差校正的計(jì)算更復(fù)雜并且不同誤差因素會(huì)彼此混淆，破壞GPS測(cè)量中固有的相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括用于生成用于廣域差分GPS(WADGPS)網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，WADGPS網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)參考站，每個(gè)具有雙頻GPS接收機(jī)，其便于在L1和L2載波信號(hào)上獲得包括偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量的GPS測(cè)量。通過(guò)雙頻測(cè)量，能從在參考站獲得的GPS測(cè)量完全消除電離層折射效應(yīng)，或者，另外，能形成載波相位測(cè)量的線性組合以便匹配相應(yīng)碼測(cè)量的電離層折射效應(yīng)。消除電離層折射效應(yīng)或碼測(cè)量和相應(yīng)的載波相位測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)間的差允許利用相應(yīng)的載波相位測(cè)量無(wú)限平滑碼測(cè)量。反過(guò)來(lái)，這允許在平滑一特定的時(shí)間周期，諸如10分鐘或更多后，有效(virtual)消除多徑噪聲。當(dāng)WADGPS網(wǎng)絡(luò)是全球DGPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，衛(wèi)星軌道誤差，因?yàn)樗鼈冏兓浅Ｂ?，能在單?dú)的計(jì)算過(guò)程中消除，或當(dāng)WADGPS網(wǎng)絡(luò)用于大陸大小區(qū)域時(shí)，能被簡(jiǎn)單忽略。通過(guò)模擬能大大地消除對(duì)流層折射效應(yīng)，如果需要，能通過(guò)使用包括在計(jì)算時(shí)鐘校正中的小的隨機(jī)調(diào)整得到改進(jìn)。在去除上述誤差因素后，對(duì)單個(gè)參考站，計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正。此后，通過(guò)采用在衛(wèi)星可見(jiàn)的參考站上的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的平均或加權(quán)平均，形成用于多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的平均時(shí)鐘校正。
因?yàn)楸景l(fā)明的方法在去除所有其他基本誤差分量后，計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正，與通常采用Kalman濾波器來(lái)同時(shí)解決許多不同參數(shù)的傳統(tǒng)的方法，該方法相當(dāng)簡(jiǎn)單且非常魯棒。這些傳統(tǒng)的方法的缺點(diǎn)在于各個(gè)誤差源能彼此混疊以及破壞衛(wèi)星時(shí)鐘校正中固有的最佳相關(guān)性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的WADGPS網(wǎng)絡(luò)的框圖。
圖2A是在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的WADGPS網(wǎng)絡(luò)中，用作主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例子的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的例子的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
圖2B是在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的WADGPS網(wǎng)絡(luò)中，參考站處的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的框圖。
圖3A是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于形成平滑折射校正碼測(cè)量的方法的流程圖。
圖3B是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于平滑折射校正碼測(cè)量的方法的流程圖。
圖3C是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，用于平滑折射校正碼測(cè)量的方法的流程圖。
圖4A是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于計(jì)算用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的流程圖。
圖4B是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，用于計(jì)算用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的流程圖。
圖4C是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一可選實(shí)施例，用于計(jì)算用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的流程圖。
圖4D是示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的又一可選實(shí)施例，用于計(jì)算用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的廣域或全球DGPS(WADGPS)系統(tǒng)100。如圖1所示，WADGPS網(wǎng)絡(luò)100包括多個(gè)衛(wèi)星110、多個(gè)參考站120，分別具有GPS接收機(jī)122，以及在衛(wèi)星110和參考站120間的通信鏈路(未示出)。參考站120位于用于廣域DPGS系統(tǒng)的諸如大陸的廣域101上的已知位置或位于用于全球DGPS網(wǎng)絡(luò)的地球上的已知位置。WADGPS網(wǎng)絡(luò)100可以由一個(gè)或多個(gè)用戶140使用，每個(gè)具有用戶GPS接收機(jī)142，用于定位和/或?qū)Ш侥康摹?br> WADGPS系統(tǒng)100進(jìn)一步包括主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(圖1中未示出)，在參考站間共享。主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能位于參考站的一個(gè)中或在一個(gè)不同的位置或在區(qū)域101附近。圖2A表示能用來(lái)作為主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的框圖。參考圖2A，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200能是經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)和/或不同其他通信鏈路耦合到參考站120的基于微處理器的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200包括中央處理單元(CPU)202、存儲(chǔ)器210、多個(gè)輸入端口204和輸出端口206，以及(可選地)用戶接口208，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通信總線209耦合到彼此。存儲(chǔ)器210可以包括高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和可以包括非易失海量存儲(chǔ)器，諸如一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)器210可以包括海量存儲(chǔ)器，其遠(yuǎn)離中央處理單元202放置。存儲(chǔ)器210最好存儲(chǔ)操作系統(tǒng)212、數(shù)據(jù)庫(kù)214以及GPS應(yīng)用過(guò)程216，包括用于在本發(fā)明的實(shí)施例中用于生成衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的過(guò)程218，如下面詳細(xì)所述。在存儲(chǔ)器210中存儲(chǔ)的操作系統(tǒng)212和應(yīng)用程序和過(guò)程216和218由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的CPU 202執(zhí)行。存儲(chǔ)器210最好還存儲(chǔ)在執(zhí)行GPS應(yīng)用過(guò)程216和218期間使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括如下所述的平滑折射校正碼測(cè)量和與各個(gè)參考站有關(guān)的平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差以及在本文中所論述的其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
操作系統(tǒng)212可以是，但不限于嵌入的操作系統(tǒng)，UNIX、Solaris，或Windows95，98，NT4.0，2000或XP。一般來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)212具有適用于通信、處理、存取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以及用于執(zhí)行其他基本操作的過(guò)程和指令。
輸入端口204用于從參考站120接收數(shù)據(jù)，以及輸出端口206用于輸出數(shù)據(jù)和/或計(jì)算結(jié)果。數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果也可以在用戶接口208的顯示設(shè)備上示出。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在參考站取得的GPS測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的輸入端口204以用于根據(jù)過(guò)程218由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200進(jìn)行處理，如下面更詳細(xì)所述。通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200的輸出端口206輸出計(jì)算結(jié)果，以及經(jīng)冗余通信鏈路發(fā)送到參考站220中的上行注入站(upload station)。加載站將校正數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星210用于廣播給用戶240。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200通常包括非常高速的處理器，因?yàn)樗梢孕枰幚韥?lái)自多個(gè)GPS接收機(jī)的原始GPS測(cè)量數(shù)據(jù)。大歐WADGPS系統(tǒng)通常具有約3至10個(gè)參考接收機(jī)并且全球WADGPS系統(tǒng)通常具有約20至100個(gè)參考接收機(jī)，將數(shù)據(jù)輸送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200。
在一些應(yīng)用中，參考站120的每一個(gè)可以包括耦合到GPS接收機(jī)122的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124。如圖2B所示，耦合到參考站120的GPS接收機(jī)122的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124包括中央處理單元(CPU)126、存儲(chǔ)器128和輸入端口134和輸出端口136，以及(可選地)用戶接口138，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通信總線129彼此耦合。存儲(chǔ)器128可以包括高速隨機(jī)存取存儲(chǔ)器并且可以包括非易失海量存儲(chǔ)器，諸如一個(gè)或多個(gè)磁盤(pán)存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)器128最好存儲(chǔ)操作系統(tǒng)131、數(shù)據(jù)庫(kù)133和GPS應(yīng)用過(guò)程135。GPS應(yīng)用過(guò)程可以包括如下詳細(xì)所述的用于在本發(fā)明的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)形成平滑折射校正碼測(cè)量的方法的過(guò)程137。在存儲(chǔ)器128中存儲(chǔ)的操作系統(tǒng)131和應(yīng)用程序和過(guò)程135和137由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124的CPU126執(zhí)行。存儲(chǔ)器128最好也存儲(chǔ)在執(zhí)行GPS應(yīng)用過(guò)程135和137期間使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括GPS偽距和載波相位測(cè)量139，以及在本文獻(xiàn)中論述的其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
輸入端口134用于從GPS接收機(jī)122接收數(shù)據(jù)，并且輸出端口136用于將數(shù)據(jù)和/或計(jì)算結(jié)果輸出到WADGPS系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200。數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果也可以顯示在用戶接口138的顯示設(shè)備上。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124的CPU 126、存儲(chǔ)器128和輸入端口134與GPS接收機(jī)122集成到單一外殼內(nèi)的單個(gè)設(shè)備中，如由圖2B中的虛線所示。然而，不需要這種集成來(lái)執(zhí)行本發(fā)明的方法。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用與一個(gè)或多個(gè)參考站有關(guān)的平滑折射校正碼測(cè)量計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正。對(duì)一個(gè)或多個(gè)參考站的每一個(gè)，根據(jù)在參考站處的GPS接收機(jī)進(jìn)行的偽距和載波相位測(cè)量，在每個(gè)測(cè)量歷元(measurement epoch)形成平滑折射校正碼測(cè)量。許多GPS接收機(jī)在L1或L2頻率上進(jìn)行C/A-碼測(cè)量和P-碼測(cè)量，并且C/A或P-碼測(cè)量的任何一個(gè)能用作L1或L2碼測(cè)量。然而，由于在兩個(gè)測(cè)量間存在小的偏差，無(wú)論兩個(gè)中的任何一個(gè)用在參考接收機(jī)中，相同的也應(yīng)該被用于用戶GPS接收機(jī)中的等效過(guò)程。在下述論述中，對(duì)參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星，L1和L2頻率將分別表示為f1和f2，在測(cè)量歷元的L1和L2頻率上的原始偽距碼測(cè)量將分別表示為P1和P2，以及在相同測(cè)量歷元的L1和L2頻率上的原始載波相位測(cè)量將表示為Φ1和Φ2。
圖3A示例說(shuō)明用于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的根據(jù)在參考站獲得的GPS數(shù)據(jù)獲得平滑的折射校正碼測(cè)量的方法300。如圖3A所示，方法300包括步驟310，其中，首先在參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星的原始碼和載波相位測(cè)量被折射校正以獲得折射校正碼和載波相位測(cè)量。折射校正碼測(cè)量，表示為PRC，形成如下PRC=f12(f12-f22)P1-f22(f12-f22)P2≅P1-1.5457(P1-P2).---(1)]]>表示為L(zhǎng)RC的折射校正載波相位測(cè)量類似地形成如下LRC=f12(f12-f22)L1-f22(f12-f22)L2≅L1-1.5457(L1-L2),---(2)]]>其中L1和L2是分別由L1和L2信號(hào)的波長(zhǎng)換算的載波相位測(cè)量，并且每個(gè)包括已經(jīng)被增加以便使換算的載波相位測(cè)量接近與相應(yīng)的碼測(cè)量相同的值的約完整周期(whole-cycle)模糊值。因此，L1＝(1+N1)λ1， (3)L2＝(2+N2)λ2， (4)其中，已經(jīng)在開(kāi)始載波相位跟蹤時(shí)初始化N1和N2的完整周期值，以便提供在相應(yīng)的碼測(cè)量的一個(gè)載波波長(zhǎng)內(nèi)的值，從而使換算的載波相位測(cè)量和相應(yīng)的碼測(cè)量間的差小。從等式(2)的形式，注意到折射校正載波相位測(cè)量包括具有由f1和f2頻率的總和確定的波長(zhǎng)的完整周期模糊，約0.1070米。
因?yàn)楦鶕?jù)等式(1)-(4)，通過(guò)在步驟310中執(zhí)行的操作，已經(jīng)從碼測(cè)量和載波相位測(cè)量消除電離層效應(yīng)，并且偽距和載波相位測(cè)量上的衛(wèi)星時(shí)鐘和軌道誤差的效應(yīng)相同，除了與載波相位測(cè)量有關(guān)的可能的完整周期模糊和碼測(cè)量中的更高多徑噪聲外，在步驟310獲得的PRC和LRC的值應(yīng)當(dāng)幾乎相同。這允許形成載波相位平滑碼測(cè)量，其接近載波相位的小的測(cè)量噪聲，但沒(méi)有相關(guān)的完整周期模糊。
因此，方法300進(jìn)一步包括步驟320，其中通過(guò)相應(yīng)的折射校正載波相位測(cè)量平滑折射校正碼測(cè)量。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，如圖3B所示，在兩個(gè)子步驟，子步驟322和子步驟324中執(zhí)行步驟320。在子步驟322中，對(duì)在參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星，計(jì)算在一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)處的折射校正碼測(cè)量和折射校正載波相位測(cè)量間的偏移量，并且采用擴(kuò)展平均(expanding average)來(lái)形成如下所示的平滑偏移QiOi=Oi-1+(PRCi-LRCi-Oi-1)/η,---(5)]]>其中，i用來(lái)表示當(dāng)前測(cè)量歷元，以及η值等于i，直到獲得取平均的最大值。例如，如果假定載波相位測(cè)量為僅具有碼測(cè)量的噪聲的1/100th，“η”值將限制到100平方或10,000。
在予步驟324，通過(guò)將用于當(dāng)前測(cè)量歷元的折射校正載波相位測(cè)量添加到平滑偏移量，獲得平滑的折射校正碼測(cè)量S，以致Si＝Qi+Li。 (6)在另外的實(shí)施例中，用于執(zhí)行上述步驟320的兩個(gè)步驟過(guò)程能結(jié)合成單個(gè)步驟，以致 其中 該單步驟過(guò)程使用折射校正載波相位測(cè)量中的變化，向前投影測(cè)量，然后平均投影和碼測(cè)量間的差值。然而，兩步過(guò)程具有能監(jiān)視偏移量值的穩(wěn)定性，并且如果需要的話，能使用值中的闞值變化來(lái)在編輯中刪除錯(cuò)誤的測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
圖3C示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例根據(jù)在參考站獲得的GPS數(shù)據(jù)獲得平滑折射校正碼測(cè)量的另一方法350。如圖3C所示，方法350包括步驟360，其中，形成用于每個(gè)衛(wèi)星的L1和L2的線性組合以便匹配在碼測(cè)量P1和P2的每一個(gè)上的電離層折射效應(yīng)。與P1碼測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)匹配的載波相位組合表示為M1并形成如下M1=f12+f22f12-f22L1-2f22f12-f22L2≅4.09L1-3.09L2.---(8)]]>與P2碼測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)匹配的載波相位組合表示為M2并形成如下M2=2f12f12-f22L1-f12+f22f12-f22L2≅5.09L1-4.09L2.---(9)]]>方法350進(jìn)一步包括步驟370，其中，以與方程式(5)和(6)并行的方式形成的平滑碼測(cè)量如下Oi，j＝Oi-1，j+(Pi，j-Mi，j-Oi-1，j)/η， (10)Si，j＝Oi，j+Mi，j，(11)或者，可選的，與方程式(7)并行如下 其中， 其中，下標(biāo)j用來(lái)表示兩個(gè)不同頻率處的測(cè)量，以致j＝1或2。
方法350進(jìn)一步包括步驟380，其中，經(jīng)下述方程式，獲得最終平滑折射校正碼測(cè)量Si=f12(f12-f22)Si,1-f22(f12-f22)Si,2≅Si,1-1.5457(Si,1-Si,2)---(13)]]>由第一方法，使用方程式(7)獲得的平滑折射校正碼測(cè)量的值在數(shù)學(xué)上等于由第二方法，使用方程式(13)獲得的平滑折射校正碼測(cè)量的值。然而，由于折射校正過(guò)程放大噪聲，用于方程式(5)中的折射校正偏移量中的變化的任何編輯閾值必須大于方程式(10)的相應(yīng)編輯閾值。
為計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正，使用平滑折射校正碼測(cè)量來(lái)計(jì)算用于相應(yīng)GPS測(cè)量的余量如下Rkl=Tkl-Skl---(14)]]>其中，Rkl表示余量，下標(biāo)k和和上標(biāo)l分別表示特定參考站和特定衛(wèi)星，為其形成余量Rkl，以及Tkl表示參考站k和衛(wèi)星l間的理論范圍。在等式(14)以及在所有下述論述中消除表示當(dāng)前測(cè)量歷元的下標(biāo)i。理論范圍Tkl可以通常使用參考站的已知位置計(jì)算。理論范圍的計(jì)算可以包括基于用于對(duì)流層折射效應(yīng)的理論模型計(jì)算的對(duì)流層折射效應(yīng)的調(diào)整或校正。理論范圍也可以包括用于衛(wèi)星軌道誤差的調(diào)整或校正。這些校正可以在單獨(dú)的或離線模塊中計(jì)算。也可以比計(jì)算時(shí)鐘校正更低頻地計(jì)算它們。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，為生成衛(wèi)星時(shí)鐘校正，在包括WADGPS網(wǎng)絡(luò)中的一些或所有參考站的一組參考站中，選擇主站?；谄鋾r(shí)鐘是參考站組中最精確的判斷或其具有可從參考站組中的最多衛(wèi)星獲得的測(cè)量的確定，或這些或其他因素的一些組合函數(shù)，或甚至是任意的，選擇主參考站。除主參考站外的參考站在下文中稱為局部(local)參考站。
圖4A示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于生成用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)200的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法400。如圖4A所示，方法400包括步驟410，其中在用于主參考站的當(dāng)前測(cè)量歷元i處，計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)主參考站，用于在主參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星的主時(shí)鐘校正計(jì)算如下r0l=R0l-M0,---(15)]]>其中，下標(biāo)0用來(lái)表示主參考站，r0l表示計(jì)算的用于衛(wèi)星l的主時(shí)鐘校正，以及M0表示主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差。注意在上述等式以及下述等式的一些中，用應(yīng)用作為對(duì)測(cè)量范圍的直接校正的距離表示衛(wèi)星時(shí)鐘校正。主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差計(jì)算如下
M0=1m0ΣλR0λ,---(16)]]>其中，求和是在主參考站處可見(jiàn)的衛(wèi)星組上，λ表示衛(wèi)星組的一個(gè)，以及m0表示衛(wèi)星組中的衛(wèi)星數(shù)。
方法400進(jìn)一步包括步驟420，其中，在當(dāng)前測(cè)量歷元i處，為一個(gè)或多個(gè)局部參考站計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正，每個(gè)局部參考站具有至少一個(gè)與主參考站共用的衛(wèi)星?；虍?dāng)兩個(gè)參考站具有來(lái)自衛(wèi)星的可用的GPS測(cè)量以便如上所述的在當(dāng)前測(cè)量歷元處形成用于衛(wèi)星的平滑折射校正碼測(cè)量時(shí)，參考站具有與另一參考站共用的衛(wèi)星或者衛(wèi)星共用于兩個(gè)參考站。
對(duì)局部參考站，用于共用于局部參考站和主參考站的衛(wèi)星的局部時(shí)鐘校正計(jì)算如下rkl=Rkl-Mk,---(17)]]>其中，rkl表示用于衛(wèi)星l的局部參考站k的局部時(shí)鐘校正，以及Mk表示局部平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差。局部平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差計(jì)算如下Mk=1mkΣλ(Rkλ-r0λ)=M0+ΔMk---(18)]]>其中，求和是在主參考站和局部參考站k二者均可見(jiàn)的衛(wèi)星組上，λ表示該組衛(wèi)星的一個(gè)，mk表示該組衛(wèi)星中的衛(wèi)星數(shù)量，以及ΔMk=1mkΣλ(Rkλ-R0λ)=1mkΣλ(Rkλ-r0λ)-M0]]>表示用于局部參考站k的本地平均時(shí)鐘誤差和主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差間的差值。方程式(18)中的求和是在共用于主參考站和參考站k的衛(wèi)星上，以及mk表示此衛(wèi)星的數(shù)量。一旦在方程式(18)中使用共用于主參考站和局部參考站的衛(wèi)星獲得Mk，通過(guò)對(duì)在局部參考站而不是主參考站可見(jiàn)的那些衛(wèi)星，計(jì)算方程式(17)，能計(jì)算用于那些衛(wèi)星的局部時(shí)鐘校正。
在步驟420中獲得用于各個(gè)參考站的衛(wèi)星時(shí)鐘校正后，方法400進(jìn)一步包括步驟430，其中，為在主參考站可見(jiàn)的或在具有一個(gè)或多個(gè)與主參考站共用的衛(wèi)星的一些或全部局部參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星計(jì)算平均時(shí)鐘校正。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)平均在步驟420中為衛(wèi)星計(jì)算的時(shí)鐘校正來(lái)在步驟430為衛(wèi)星計(jì)算平均時(shí)鐘校正，如用下述方程式表示cl=1pΣkrkl---(19)]]>其中，求和是在參考站上進(jìn)行的，其中對(duì)于這些參考站衛(wèi)星i可見(jiàn)的并且p是這些參考站的數(shù)量。
圖4B示例說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一可選實(shí)施例的生成用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)200的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法450。在方法450中，迭代地計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正。在每次迭代中，為局部參考站的小組的每一個(gè)計(jì)算等式(17)和(18)，并且等式(19)中的平均是在主參考站和局部參考站的小組上進(jìn)行的。局部參考站的小組初始地不包括參考站并且在每次迭代中將局部參考站添加到局部參考站的小組中。
如圖4B所示，方法450包括步驟455，其中，根據(jù)等式(15)和(16)，計(jì)算用于主參考站的衛(wèi)星時(shí)鐘校正。然后，方法450進(jìn)入步驟460，其中，將第一局部參考站添加到局部參考站的小組中。第一局部參考站最好是具有與主參考站共用的最多數(shù)量的衛(wèi)星的局部參考站。然后，方法450進(jìn)入步驟470，其中，使用等式(15)至(18)，計(jì)算用于第一局部參考站的衛(wèi)星時(shí)鐘校正，以及進(jìn)入步驟480，其中，通過(guò)使用等式(19)平均為主參考站和第一局部參考站計(jì)算的衛(wèi)星時(shí)鐘校正來(lái)計(jì)算平均時(shí)鐘校正。
如果有具有與主參考站共用衛(wèi)星的其他局部參考站，方法450回到步驟460以便將這些其他局部參考站的一個(gè)添加到局部參考站的小組中。通常，選擇與主參考站共用其次最多數(shù)量的共用衛(wèi)星的參考站。然后，在步驟470和480，使用等式(17)至(19)，方法450繼續(xù)執(zhí)行用于新的小組的計(jì)算，除了等式(18)中項(xiàng)r0l被使用使用等式(19)在前述迭代中在步驟470中計(jì)算的cl代替外。因此，迭代繼續(xù)直到與主參考站共用公用衛(wèi)星的所有局部參考站已經(jīng)包括在局部參考站的小組中并且考慮局部參考站的小組計(jì)算平均時(shí)鐘校正。
等式(17)至(19)的迭代計(jì)算特別用于全球DGPS網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楫?dāng)幾乎沒(méi)有在為其計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正的主參考站位置和特定參考站位置處可見(jiàn)的共用衛(wèi)星時(shí)，在全球DGPS網(wǎng)絡(luò)中就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。這會(huì)導(dǎo)致不良定義或甚至不定義等式(19)，該問(wèn)題可以通過(guò)方法450中的迭代過(guò)程來(lái)克服。
用于生成衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法400或450簡(jiǎn)單且有效。能進(jìn)行該方法的各種改進(jìn)以便提高所計(jì)算的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的精度，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，能修改方法400或450以便為各個(gè)參考站計(jì)算的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的加權(quán)組合用在等式(19)的右手側(cè)來(lái)形成平均時(shí)鐘校正。能在等式(19)中加權(quán)各個(gè)參考站以便反映在參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星的角位置，或在每個(gè)參考站處的GPS接收機(jī)的明顯的噪聲級(jí)。
也可以修改方法400或450以便允許通過(guò)使用傳統(tǒng)的平滑濾波器，允許平均時(shí)鐘誤差Mk僅緩慢地從一個(gè)測(cè)量歷元改變成下一測(cè)量歷元。如果允許平均時(shí)鐘誤差Mk通過(guò)大的離散跳躍(discrete jump)改變，會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘校正的階躍變化，其接著就會(huì)混疊到用戶接收機(jī)時(shí)鐘解決方案中。如果用戶GPS接收機(jī)采用不允許接收機(jī)時(shí)鐘解決方案的階躍變化的導(dǎo)航算法，這會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航誤差。
還通過(guò)在方法400中的步驟420和430間增加步驟425，如圖4C所示，或在方法450的步驟470和480間增加步驟475，如圖4D所示，修改方法400或450。在步驟425或475中，將用于各個(gè)參考站的時(shí)鐘校正的計(jì)算值彼此比較，并且如果發(fā)現(xiàn)用于一個(gè)參考站的時(shí)鐘校正基本上與用于其他參考站的那些不同，在步驟430或470中計(jì)算平均時(shí)鐘校正前，用替代值編輯或替代它。
根據(jù)通過(guò)其在等式中進(jìn)行求和的衛(wèi)星的仰角，通過(guò)在等式(16)的右手側(cè)形成R0l的加權(quán)組合和/或在等式(18)的右手側(cè)處形成(Rkl-r0l)的加權(quán)組合，修改方法400或450。同時(shí)，如果在等式(16)中，用于一個(gè)衛(wèi)星的(Rkl-r0l)的值基本上不同于用于其他衛(wèi)星所獲得的那些值，能通過(guò)適當(dāng)?shù)奶娲稻庉嫽蛱娲?br> 也能使用輸入等式(18)的右手側(cè)上的求和的(Rkl-r0l)的值的擴(kuò)展的估計(jì)來(lái)逐個(gè)位置地調(diào)整用來(lái)計(jì)算對(duì)流層折射效應(yīng)的模型。小的隨機(jī)調(diào)整能提高對(duì)局部天氣條件的計(jì)算時(shí)鐘校正的響應(yīng)。這能通過(guò)調(diào)整間接(overhead)對(duì)流層折射系數(shù)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)以便最小化不同參考站位置處的(Rkl-r0l)間的差值。在這種過(guò)程中，可以更高地加權(quán)來(lái)自具有低仰角的衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈儗?duì)對(duì)流層折射效應(yīng)更敏感。
上述方法300、350、400和450可以通過(guò)具有提供GPS偽距和載波相位測(cè)量的參考站的WADGPS系統(tǒng)的主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200執(zhí)行。另外，可以通過(guò)耦合到參考站處的GPS接收機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)124在各個(gè)參考站的每一個(gè)計(jì)算平滑折射校正碼測(cè)量和余量。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將計(jì)算結(jié)果傳送到主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)200，用于進(jìn)一步處理。
因此，本發(fā)明提供簡(jiǎn)單和有效的方法，生成用于WADGPS網(wǎng)絡(luò)的GPS衛(wèi)星時(shí)鐘校正。計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正不受電離層折射效應(yīng)的影響，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使用雙頻測(cè)量消除它們。衛(wèi)星軌道誤差，由于它們變化更緩慢，可以在當(dāng)WADGPS網(wǎng)絡(luò)是全球DGPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)在單獨(dú)的計(jì)算過(guò)程中消除或者在當(dāng)WADGPS網(wǎng)絡(luò)是由于大陸大小的區(qū)域時(shí)簡(jiǎn)單地忽略。通過(guò)模擬，大大地消除對(duì)流層折射效應(yīng)并且如果需要，能通過(guò)使用包括有時(shí)鐘校正計(jì)算的小的隨機(jī)調(diào)整改善。通過(guò)利用相應(yīng)載波相位測(cè)量進(jìn)行平滑，從碼測(cè)量中消除多徑效應(yīng)。在消除這些誤差因素后，本發(fā)明提供用于大陸大小的或全球GPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的簡(jiǎn)單但非常精確的計(jì)算。
權(quán)利要求
1.一種用于生成GPS衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法，包括從多個(gè)衛(wèi)星獲得雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量；對(duì)多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)，基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量，形成平滑折射校正碼測(cè)量；以及基于平滑折射校正碼測(cè)量，計(jì)算用于多個(gè)衛(wèi)星的時(shí)鐘校正。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成用于每個(gè)衛(wèi)星的平滑折射校正碼測(cè)量包括對(duì)在當(dāng)前測(cè)量歷元前和包括當(dāng)前測(cè)量歷元的一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)，基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻偽距碼測(cè)量形成折射校正碼測(cè)量和基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻載波相位測(cè)量形成折射校正載波相位測(cè)量；以及使用折射校正載波相位測(cè)量平滑折射校正碼測(cè)量以便在當(dāng)前測(cè)量歷元獲得平滑折射校正碼測(cè)量。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，平滑折射校正碼測(cè)量包括計(jì)算折射校正碼測(cè)量和折射校正載波相位測(cè)量間的平滑偏移量；以及通過(guò)將當(dāng)前測(cè)量歷元的折射校正載波相位測(cè)量增加到平滑偏移量中形成平滑折射校正碼測(cè)量。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，平滑折射校正碼測(cè)量包括使用兩個(gè)連續(xù)測(cè)量歷元間的載波相位測(cè)量的變化，形成平滑折射校正碼測(cè)量的投影；計(jì)算一系列測(cè)量歷元上的投影和折射校正碼測(cè)量間的差值的擴(kuò)展平均值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量包括對(duì)應(yīng)于兩個(gè)載波信號(hào)頻率的每一個(gè)和在一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)處的偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量，并且其中，形成用于每個(gè)衛(wèi)星的平滑折射校正碼測(cè)量包括對(duì)測(cè)量歷元系列的每一個(gè)和對(duì)每個(gè)載波信號(hào)頻率，形成對(duì)應(yīng)于來(lái)自衛(wèi)星的兩個(gè)載波信號(hào)頻率的載波相位測(cè)量的線性組合，以便載波相位測(cè)量的線性組合與來(lái)自衛(wèi)星的載波信號(hào)頻率的偽距碼測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)相匹配；通過(guò)利用雙頻載波相位測(cè)量的匹配線性組合平滑用于載波信號(hào)頻率的偽距碼測(cè)量，形成用于每個(gè)載波信號(hào)頻率的平滑碼測(cè)量；以及基于用于兩個(gè)載波信號(hào)頻率的平滑碼測(cè)量，計(jì)算平滑折射校正碼測(cè)量。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在具有已知位置的參考GPS接收機(jī)獲得雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量，并且其中計(jì)算時(shí)鐘校正包括通過(guò)從用于衛(wèi)星的平滑折射校正碼測(cè)量中減去參考GPS接收機(jī)和衛(wèi)星間的理論范圍，計(jì)算用于多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的余量；將平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差形成為用于多個(gè)衛(wèi)星的余量的線性組合；以及通過(guò)從為該衛(wèi)星計(jì)算的余量減去平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差，計(jì)算用于多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的時(shí)鐘校正。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，理論范圍包括用于對(duì)流層效應(yīng)的調(diào)整。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，理論范圍包括用于衛(wèi)星軌道誤差的調(diào)整。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，根據(jù)由參考GPS接收機(jī)觀測(cè)的多個(gè)衛(wèi)星的仰角，加權(quán)線性組合中的余量。
10.一種用于生成用于廣域GPS網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)衛(wèi)星中的第一衛(wèi)星的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法，所述廣域GPS網(wǎng)絡(luò)具有包括主參考站和多個(gè)局部參考站的多個(gè)參考站，包括獲得對(duì)應(yīng)于在多個(gè)參考站的一些或全部處采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量；對(duì)在主參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星組的每一個(gè)，使用對(duì)應(yīng)于在主參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量，計(jì)算與主參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正；對(duì)在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的局部參考站組的每一個(gè)，使用對(duì)應(yīng)于在局部參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量和與用于在主參考站和局部參考站均可見(jiàn)的衛(wèi)星的主參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正，計(jì)算與用于第一衛(wèi)星的局部參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正；以及形成用于第一衛(wèi)星的時(shí)鐘校正的線性組合，線性組合中的時(shí)鐘校正與在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的不同參考站有關(guān)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括將在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的局部參考站增加到局部參考站組以便形成新的局部參考站組；對(duì)新的局部參考站組的每一個(gè)，使用對(duì)應(yīng)于在局部參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量和線性組合，計(jì)算與用于第一衛(wèi)星的局部參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正，以及形成用于第一衛(wèi)星的時(shí)鐘校正的新線性組合，該新線性組合與在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的不同參考站有關(guān)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，根據(jù)在其處衛(wèi)星對(duì)于不同的參考站是可見(jiàn)的仰角，加權(quán)線性組合中的時(shí)鐘校正。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，獲得對(duì)應(yīng)于在多個(gè)參考站的一些或全部處采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量包括對(duì)多個(gè)參考站的一些或全部中的每個(gè)參考站，以及對(duì)在參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星，基于在一系列測(cè)量歷元在參考站從衛(wèi)星接收的信號(hào)，分別使用雙頻GPS偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量形成折射校正碼測(cè)量和折射校正載波相位測(cè)量；以及使用折射校正載波相位測(cè)量平滑折射校正碼測(cè)量以便形成平滑折射校正碼測(cè)量。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，獲得對(duì)應(yīng)于在多個(gè)參考站的一些或全部處采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量包括對(duì)多個(gè)參考站的一些或全部中的每個(gè)參考站，以及對(duì)在參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星，在一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)以及對(duì)每個(gè)載波信號(hào)頻率，形成雙頻載波相位測(cè)量的線性組合以便線性組合與相應(yīng)的偽距碼測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)匹配；通過(guò)利用雙頻載波相位測(cè)量的相應(yīng)線性組合平滑用于載波信號(hào)頻率的偽距碼測(cè)量，計(jì)算用于每個(gè)載波信號(hào)頻率的平滑碼測(cè)量；以及組合平滑碼測(cè)量以便形成平滑折射校正碼測(cè)量。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，計(jì)算與用于在主參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星的主參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正包括獲得用于在主參考站可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星的主余量，主余量表示對(duì)應(yīng)于在主參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量和衛(wèi)星和主參考站間的理論范圍間的差值；基于主余量，計(jì)算主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差；以及從主余量減去主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，計(jì)算主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差包括在參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星上形成主余量的平均值。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，計(jì)算主平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差包括形成由主參考站觀測(cè)到的衛(wèi)星的仰角加權(quán)的主余量的線性組合。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，計(jì)算與局部參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正包括獲得用于在主參考站和局部參考站均可見(jiàn)的每個(gè)衛(wèi)星的局部余量，局部余量表示對(duì)應(yīng)于在局部參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量和衛(wèi)星和局部參考站間的理論范圍間的差值；基于局部余量和主余量，計(jì)算局部平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差；以及從局部余量減去局部平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，參考站和參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星間的理論范圍包括用于在用于該衛(wèi)星的參考站獲得的GPS測(cè)量上的對(duì)流層折射效應(yīng)的調(diào)整。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，參考站和參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星間的理論范圍包括用于在用于該衛(wèi)星的參考站獲得的GPS測(cè)量中的衛(wèi)星軌道誤差的調(diào)整。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，計(jì)算局部平均接收機(jī)時(shí)鐘誤差包括對(duì)局部參考站和主參考站共用的每個(gè)衛(wèi)星，計(jì)算局部余量與主余量的偏移量；以及在局部參考站和和主參考站共用的衛(wèi)星上形成偏移量的線性組合。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，通過(guò)由局部參考站觀測(cè)的衛(wèi)星的仰角，加權(quán)線性組合中的偏移量。
23.一種基于通過(guò)GPS接收機(jī)從衛(wèi)星獲得的雙頻GPS偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量，形成平滑折射校正碼測(cè)量的方法，包括對(duì)在當(dāng)前測(cè)量歷元前和包括當(dāng)前測(cè)量歷元的一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)，基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻偽距碼測(cè)量形成折射校正碼測(cè)量和基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻載波相位測(cè)量形成折射校正載波相位測(cè)量；以及利用折射校正載波相位測(cè)量平滑折射校正碼測(cè)量以便在當(dāng)前測(cè)量歷元獲得平滑折射校正碼測(cè)量。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，平滑折射校正碼測(cè)量包括計(jì)算折射校正碼測(cè)量和折射校正載波相位測(cè)量間的平滑偏移量；以及通過(guò)將當(dāng)前測(cè)量歷元的折射校正載波相位測(cè)量增加到平滑偏移量上，形成平滑折射校正碼測(cè)量。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，平滑折射校正碼測(cè)量包括使用兩個(gè)連續(xù)測(cè)量歷元間的載波相位測(cè)量的變化，形成平滑折射校正碼測(cè)量的投影；計(jì)算一系列測(cè)量歷元上的投影和折射校正碼測(cè)量間的差值的擴(kuò)展平均值。
26.一種基于在GPS接收機(jī)處從衛(wèi)星獲得的雙頻GPS偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量，形成平滑折射校正碼測(cè)量的方法，包括在一系列測(cè)量歷元的每一個(gè)以及對(duì)每個(gè)載波信號(hào)頻率，形成雙頻載波相位測(cè)量的線性組合以便與相應(yīng)的偽距碼測(cè)量上的電離層折射效應(yīng)匹配；通過(guò)利用雙頻載波相位測(cè)量的匹配線性組合平滑偽距碼測(cè)量，形成用于每個(gè)載波信號(hào)頻率的平滑碼測(cè)量；以及組合平滑碼測(cè)量以便形成平滑折射校正碼測(cè)量。
27.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使數(shù)字處理系統(tǒng)執(zhí)行用于生成GPS衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序指令，該方法包括從多個(gè)衛(wèi)星獲得雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量；對(duì)多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)，基于來(lái)自衛(wèi)星的雙頻偽距碼測(cè)量和載波相位測(cè)量，形成平滑折射校正碼測(cè)量；以及基于平滑折射校正碼測(cè)量，計(jì)算用于多個(gè)衛(wèi)星的時(shí)鐘校正。
28.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包括當(dāng)被執(zhí)行時(shí)，使數(shù)字處理系統(tǒng)執(zhí)行用于生成用于廣域GPS網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)衛(wèi)星中的第一衛(wèi)星的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法，所述廣域GPS網(wǎng)絡(luò)具有包括主參考站和多個(gè)局部參考站的多個(gè)參考站，該方法包括獲得對(duì)應(yīng)于在多個(gè)參考站的一些或全部處采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量；對(duì)在主參考站可見(jiàn)的衛(wèi)星組的每一個(gè)，使用對(duì)應(yīng)于在主參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量計(jì)算與主參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正；對(duì)在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的局部參考站組的每一個(gè)，使用對(duì)應(yīng)于在局部參考站采用的GPS測(cè)量的平滑折射校正碼測(cè)量和與用于在主參考站和局部參考站均可見(jiàn)的衛(wèi)星的主參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正，計(jì)算與用于第一衛(wèi)星的局部參考站有關(guān)的時(shí)鐘校正；以及形成用于第一衛(wèi)星的時(shí)鐘校正的線性組合，線性組合中的時(shí)鐘校正與在其處第一衛(wèi)星是可見(jiàn)的不同參考站有關(guān)。
全文摘要
一種用于生成用于WAGPS網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星時(shí)鐘校正的方法計(jì)算在移除其他基本誤差分量后的衛(wèi)星時(shí)鐘校正。從使用雙頻GPS測(cè)量在參考站進(jìn)行的GPS測(cè)量中消除由電離層折射效應(yīng)引起的誤差。通過(guò)使用載波相位測(cè)量平滑GPS偽距碼測(cè)量消除多徑噪聲。通過(guò)模擬，大大地消除對(duì)流層折射效應(yīng)，并且如果需要，通過(guò)使用包括在時(shí)鐘校正的計(jì)算中的小的隨機(jī)調(diào)整進(jìn)行改進(jìn)。在移出上述誤差因素后，對(duì)單個(gè)參考站，計(jì)算衛(wèi)星時(shí)鐘校正，并且通過(guò)在衛(wèi)星可見(jiàn)的參考站上采用衛(wèi)星時(shí)鐘校正的平均值或加權(quán)平均值形成用于多個(gè)衛(wèi)星的每一個(gè)的平均時(shí)鐘校正。
文檔編號(hào)G01S19/48GK1833180SQ200480022215
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2004年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月30日
發(fā)明者R·T·夏普, R·R·哈奇, F·W·納爾遜 申請(qǐng)人:納夫科姆技術(shù)公司