專利名稱：具有漫游器模糊度固定的gnss信號處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及GNSS信號處理，并且具體涉及包含精確衛(wèi)星數(shù)據(jù)的GNSS信號處理。

發(fā)明內(nèi)容
描述了用于處理從具有在漫游器天線處觀測到的載波的一組衛(wèi)星信號得到的一組GNSS信號數(shù)據(jù)的方法和設備，其中，所述數(shù)據(jù)包括每個衛(wèi)星的每個載波的載波觀測結果和碼觀測結果，包括為每個衛(wèi)星獲得時鐘校正，該時鐘校正包括以下中的至少兩個(i) 碼分級的衛(wèi)星時鐘，(ii)相位分級的衛(wèi)星時鐘，以及(iii)代表碼分級的衛(wèi)星時鐘和相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差的衛(wèi)星時鐘偏差；運行第一濾波器，該第一濾波器至少使用所述 GNSS信號數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時鐘校正來估計包括針對每個衛(wèi)星的至少一個載波模糊度的參數(shù)的值以及所述載波模糊度的協(xié)方差矩陣；從每個載波模糊度確定整數(shù)特性載波模糊度，該整數(shù)特性載波模糊度包括以下中的一個整數(shù)值和整數(shù)候選的組合；作為偽觀測結果將所述整數(shù)特性載波模糊度插入到第二濾波器中，并且將該第二濾波器施加于所述GNSS信號數(shù)據(jù)和所述衛(wèi)星時鐘校正，以獲得至少包括所述接收機的位置的參數(shù)的估計值。在一些實施例中，所述整數(shù)特性載波模糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。一些實施例還包括獲得一組棚校正；運行使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和至少所述棚校正的第三濾波器， 以便獲得至少一組莫糊度；以及使用所述W4莫糊度組來獲得所述整數(shù)特性載波模糊度。 在一些實施例中，所述莫糊度包括浮點值、整數(shù)值和基于整數(shù)候選的浮點值中的至少一個。在一些實施例中，所述模糊度的協(xié)方差矩陣被縮放以反映由于使用所述莫糊度而產(chǎn)生的變化。在一些實施例中，所述WL模糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。在一些實施例中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個L1_L2無電離層模糊度、L2-L5無電離層模糊度以及兩個或多個GNSS頻率的線性組合的載波模糊度。在一些實施例中，電離層延遲信息被用于饋送所述濾波器中的一個或多個，并且其中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個L1頻率的載波模糊度、L2頻率的載波模糊度、L5頻率的載波模糊度以及任何GNSS頻率的載波模糊度。在一些實施例中，所述第二濾波器包括新濾波器、第一濾波器的副本和第一濾波器中的一個。在一些實施例中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS觀測結果進行建模，并且通過施加所述碼分級的衛(wèi)星時鐘與所述相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差來將所述浮點模糊度適配于所述相位分級的時鐘的級別。在一些實施例中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS碼觀測結果進行建模，并且所述相位分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS載波觀測結果進行建模。在一些實施例中，從浮點模糊度確定所述整數(shù)特性載波模糊度包括以下中的至少一個將所述浮點模糊度舍入至最近的整數(shù)、從使用整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選選擇最佳的整數(shù)候選、 以及使用通過整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選計算浮點值。在一些實施例中，所述第一濾波器和第二濾波器中的至少一個還估計以下中的至少一個接收機相位分級的時鐘、接收機碼分級的時鐘、對流層延遲、代表所述碼分級的接收機時鐘與所述相位分級的接收機時鐘之間的差的接收機時鐘偏差、以及多徑狀態(tài)。在一些實施例中，所述第一濾波器、所述第二濾波器和所述第三濾波器中的至少一個適于更新針對GNSS信號數(shù)據(jù)的多個歷元中的每個歷元的估計值。一些實施例提供了用于執(zhí)行上述一個或多個方法的設備。一些實施例提供了包括被配置成當在計算機處理單元上執(zhí)行時實施一個或多個上述方法的指令的計算機程序。一些實施例提供了包括此類計算機程序的有形計算機可讀介質(zhì)。


根據(jù)下面參考附圖所描述的實施例，本發(fā)明的所述和其他方面和特征將變得更容易理解，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的系統(tǒng)的高層級的視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的高層級的視圖3是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的網(wǎng)絡處理器架構的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的數(shù)據(jù)校正的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的觀測結果的線性組合的示意圖；圖6是一般卡爾曼(Kalman)濾波處理的示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的碼分級(code-leveled)的時鐘處理器的示意圖；圖8、圖9和圖10被刪除；圖11是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理流的示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理流的示意圖；圖13A示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的非差Melbourne-WiAbena偏差處理器的濾波狀態(tài)；圖1 示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的單差Melbourne-WUbbena偏差處理器的濾波狀態(tài)；圖14是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖19A是GNSS站和衛(wèi)星的觀測圖；圖19B是示出作為頂點的站和衛(wèi)星以及作為邊緣的站-衛(wèi)星觀測結果的抽象圖；圖19C示出了圖19B的最小生成樹；圖19D示出了具有受約束的邊緣的最小生成樹；圖19E是GNSS站和衛(wèi)星的非差觀測圖；圖19F是與圖19E的觀測圖對應的濾波圖；圖19G是GSNN站和衛(wèi)星的單差觀測圖；圖19H是與圖19G的觀測圖對應的濾波圖；圖191是比較非差和單差處理中的約束的一組觀測結果圖；圖20是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖21A示出了非差觀測圖上的生成樹；圖21B示出了非差觀測圖上的最小生成樹；圖21C示出了單差觀測圖上的生成樹；圖21D示出了單差觀測圖上的最小生成樹；圖22是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖23A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖2 是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖24A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖24B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena濾波處理的示意圖；圖MC是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena濾波處理的示意圖；圖24D是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena濾波處理的示意圖25A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖25B示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的移位偏差效應；圖25C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的Melbourne-WUbbena偏差處理器的示意圖；圖26A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的軌道處理器的啟動的示意圖；圖26B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的軌道處理器的示意圖；圖26C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的軌道處理器的軌道映射器的示意圖；圖26D是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的軌道處理器的軌道映射器的示意圖；圖27是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的碼分級的時鐘處理的時序圖；圖28A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速碼分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖28B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速碼分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖28C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速碼分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖四是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級(phase-leveled)的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖30A是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖30B是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖30C是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖31是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖32是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖33是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖34是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的高速相位分級的衛(wèi)星時鐘處理器的示意圖；圖35被刪除；圖36是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的網(wǎng)絡處理器計算機系統(tǒng)的示意圖；圖37是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的積分GNSS接收機系統(tǒng)的簡化示意圖；圖38是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的GNSS漫游器處理的示意圖；圖39示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的觀測時鐘預測；圖40是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的用于生成合成基站數(shù)據(jù)的處理的示意圖；圖41被刪除；圖42是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的替代性GNSS漫游器處理的示意圖；圖43是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的替代性GNSS漫游器處理的示意圖；圖44是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的低時延GNSS漫游器處理的時序圖；圖45是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的高準確性GNSS漫游器處理的時序圖；圖46是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用合成基站數(shù)據(jù)的替代性GNSS漫游器處理的示意圖；圖47示出了與不使用模糊度固定的GNSS漫游器處理相比，根據(jù)本發(fā)明一些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的性能；圖48是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖49是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖50是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖51是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖52是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖53是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖54是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖55是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖56是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖57是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖58是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖59是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖60是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖
圖61是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖^rM
圖62是根據(jù)本發(fā)明--些實施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器處理的示意圖。
具體實施例方式部分1 系統(tǒng)概覽全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSQ包括GPS、feilileo、Glonass、Compass和其他類似的定位系統(tǒng)。盡管這里給出的例子是針對GPS處理的，然而其原理適用于任何這種定位系統(tǒng)。對實時的定義在本文件中提到了幾次術語“實時”。在由下列實施例所涵蓋的本發(fā)明的范圍中，該術語是指只要一個動作所需要的信息可用就有該動作(例如數(shù)據(jù)被處理、計算結果)。因此，存在特定的時延，并且這依賴于取決于系統(tǒng)元件的不同方面。如下文所述，對于本文件中所涵蓋的應用，所需要的信息通常是GNSS數(shù)據(jù)，和/或GNSS校正。實時運行的網(wǎng)絡處理器能夠在以下動作之后提供關于來自監(jiān)控接收機網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)的一個歷元(epoch)的結果(la)數(shù)據(jù)被每個監(jiān)控接收機收集(通常小于1兆秒)；(Ib) 數(shù)據(jù)被從每個接收機發(fā)送給處理中心(通常小于2秒)；(Ic)數(shù)據(jù)被處理器處理。網(wǎng)絡處理器對結果的計算通常占0. 5至5秒之間，這取決于處理器類型和要使用的數(shù)據(jù)量。通常，在傳輸延遲上不遵循特定限制(例如3秒)的數(shù)據(jù)被拒絕或緩存，并且因而沒有被立即用于當前的歷元更新。這避免了在一個或多個站正在以不可接受的延遲量發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下增大系統(tǒng)的時延。實時運行的漫游器接收機能夠在接收機收集了數(shù)據(jù)(通常小于1兆秒)以及以下動作之后，提供關于數(shù)據(jù)的一個歷元的結果Oa)處理中心生成校正數(shù)據(jù)(參見la、lb、 lc) ； (2b)接收到來自處理中心的校正數(shù)據(jù)(如果需要的話)(通常小于5秒)數(shù)據(jù)被處理(通常小于1兆秒)。為了避免或最小化由Qa)和Qb)引發(fā)的數(shù)據(jù)延遲效應，可以使用一種三角相位 (delta phase)方法，使得更新的接收機位置能夠在數(shù)據(jù)被收集之后就被立即與校正數(shù)據(jù)流進行計算(通常小于1兆秒)。該三角相位方法例如描述在2009年8月18日授權的 U. Vollath的美國專利7 576 690中。圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的系統(tǒng)100的高層級的視圖。地球上分布了全球跟蹤網(wǎng)絡的參考站，例如參考站105、110、. . . 115。非常精確地知道每個參考站的位置，例如，在小于2厘米以內(nèi)。每個參考站都配備有天線，并跟蹤由該站看到的衛(wèi)星發(fā)送的GNSS信號，所述衛(wèi)星例如是GNS衛(wèi)星120、125、. . . 130。GNSS信號具有在兩個或多個載波頻率的每一個上調(diào)制的碼。每個參考站獲得GNSS數(shù)據(jù)205，該數(shù)據(jù)代表了針對在每個歷元處看到的每個衛(wèi)星，至少兩個載波的載波-相位(載波)觀測結果(observations) 210， 以及在至少兩個載波上調(diào)制的各自的碼的偽距(碼)觀測結果215。參考站還從衛(wèi)星信號獲得衛(wèi)星的歷書和星歷表220。歷書包括GNSS的所有衛(wèi)星的粗略位置，而所謂的廣播星歷表提供了在特定時間間隔中衛(wèi)星的時鐘誤差(大約1.5米)以及衛(wèi)星位置的更精確的預測 (大約1米)。在參考站收集的GNSS數(shù)據(jù)經(jīng)由通信信道135被發(fā)送給網(wǎng)絡處理器140。如下文詳述的，網(wǎng)絡處理器140使用來自參考站的GNSS數(shù)據(jù)以及其他信息來生成包含精確的衛(wèi)星位置和時鐘數(shù)據(jù)的校正消息。該校正消息被發(fā)送給任何數(shù)量的GNSS漫游器接收機使用。如圖1所示，該校正消息被經(jīng)由上行鏈路150和通信衛(wèi)星155傳送以便用于大范圍廣播；可使用任何其他合適的傳輸介質(zhì)，包括但不限于無線電廣播或移動電話鏈路。漫游器160是 GNSS漫游器接收機的實例，其具有用于接收并跟蹤在其位置可看到的GNSS衛(wèi)星的信號的 GNSS天線165，并且可選地具有通信天線170。根據(jù)該校正消息的傳輸頻帶，其可由漫游器 160經(jīng)由GNSS天線165或通信天線170來接收。部分2:網(wǎng)絡架構圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一些實施例的網(wǎng)絡處理器140的處理流300的主要元件的示意圖。將來自參考站310的全球網(wǎng)絡的GNSS數(shù)據(jù)作為GNSS數(shù)據(jù)305不帶校正地、或者在通過可選的數(shù)據(jù)校正器310校正后作為已校正GNSS數(shù)據(jù)315，提供給四個處理器標準時鐘處理器320、Melbourne-Wubbena(MW)偏差處理器325、軌道處理器330以及相位時鐘處理器335。數(shù)據(jù)校正器310可選地分析來自每個參考站的原始GNSS數(shù)據(jù)305，以檢查所接收的觀測結果的質(zhì)量，并且在可能的情況下校正關于周跳(cycle slip)的數(shù)據(jù)，所述周跳在發(fā)生例如每次接收機丟失時鐘時，在載波相位觀測結果中跳動。商業(yè)可用的參考站通常檢測周跳并且相應地標記數(shù)據(jù)。周跳檢測和校正技術在例如G. Seeber所著的SATELLITE GEODESY,第2版(2003年)，第277-281頁有所概述。數(shù)據(jù)校正器310可選地應用其他校正。盡管對于所有處理器而言并非需要所有校正，然而如果被應用到數(shù)據(jù)，校正確實沒有壞處。例如，如下文所述，一些處理器使用碼和載波觀測結果的線性組合，其中一些未校正誤差在形成組合時被抵消。觀測結果在每個參考站被逐個歷元地獲取，并被帶時間標簽地傳送給網(wǎng)絡處理器 140。對于一些站來說，觀測結果延遲到達。這個延遲散布在毫秒到分鐘之間。因此，可選的同步器318對在預定時間跨度內(nèi)的已校正參考站數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進行收集，并將關于每個歷元的觀測結果作為集合傳遞給處理器。這使得以合理延遲到達的數(shù)據(jù)能夠被包含在數(shù)據(jù)的歷元中。
漏偏差處理器325將未校正GNSS數(shù)據(jù)305或已校正GNSS數(shù)據(jù)315作為輸入，因為它使用Melbourne-WUbbena線性組合，該組合除了相位和碼觀測結果的偏差和模糊度之外抵消了所有內(nèi)容。因此，對于寬巷處理器325，只有接收機和衛(wèi)星天線校正是重要的。基于該線性組合，計算針對每個衛(wèi)星的一個MW偏差和針對每個接收機-衛(wèi)星對的一個寬巷模糊度。偏差是平滑的(無噪聲)，并且僅表現(xiàn)出一些日以內(nèi)(sub-daily)的低速變化。寬巷模糊度是恒量，并且只要在相應的衛(wèi)星-接收機鏈路上的觀測結果中沒有發(fā)生周跳，就可被使用。因此，時間對于偏差估計而言并不十分關鍵，并且偏差估計能夠例如以15分鐘的更新速度來運行。這是有利的，因為計算時間是以站和衛(wèi)星的數(shù)目的三次方來增長的。作為例子，對于具有80個站的合理網(wǎng)絡而言，計算時間可以大約是15秒。固定寬巷模糊度340 和/或?qū)捪锲?45的值可選地被用于軌道處理器330和/或相位時鐘處理器335，和/或被提供給調(diào)度器355。MW偏差處理器325在下文的部分7中進行了詳細描述。軌道處理器330的一些實施例基于預測-校正策略。使用精確強制模型(precise force model)并以對衛(wèi)星參數(shù)的未知值的初始推測(初始位置、初始速度和動態(tài)強制模型參數(shù))作為開始，每個衛(wèi)星的軌道通過對衛(wèi)星的非線性動態(tài)系統(tǒng)的積分來預測。包括對未知參數(shù)的當前位置的偏導數(shù)的敏感度矩陣被同時計算。初始衛(wèi)星狀態(tài)的敏感度在針對整個預測的計算的同時被計算。也就是說，起始于對未知參數(shù)的預測，求解微分方程組，這將軌道積分到當前時間或?qū)頃r間。該預測可被線性化到未知參數(shù)的方向中。因此，如果未知參數(shù)改變，則偏導數(shù)(敏感度)用作對當前衛(wèi)星狀態(tài)的改變大小的測量，反之亦然。在一些實施例中，這些偏導數(shù)被用于卡爾曼(Kalman)濾波器，以便通過將GNSS觀測結果投射到衛(wèi)星的未知參數(shù)來改善初始推測。該精確的初始狀態(tài)估計用于再次對衛(wèi)星的動態(tài)系統(tǒng)進行積分并確定精確的軌道。不時地執(zhí)行初始衛(wèi)星狀態(tài)到當前歷元的時間更新。 在一些實施例中，無電離層模糊度也是卡爾曼濾波器的狀態(tài)。固定的寬巷模糊度值340被用來固定軌道處理器330的無電離層模糊度，以便增強所估計的軌道的準確性。衛(wèi)星軌道非常平滑，并且能夠?qū)θ舾煞昼姾托r進行預測。精確的軌道預測結果350可選地被轉(zhuǎn)發(fā)給標準時鐘處理器320和相位時鐘處理器335以及調(diào)度器355。超速軌道360，例如國際GNSS服務(IGS)提供的I⑶軌道，可用作對精確軌道預測結果355的替代。I⑶軌道一天更新四次，并且以三小時時延地可用。標準時鐘處理器320使用GNSS數(shù)據(jù)305或已校正GNSS數(shù)據(jù)315，并使用精確軌道預測結果355或超速軌道365，來計算碼分級的衛(wèi)星時鐘360 (也被稱為標準衛(wèi)星時鐘)。 碼分級的表明時鐘與無電離層碼觀測結果一起使用時是足夠的，但是與載波-相位觀測結果一起使用時則不是足夠的，這是因為碼分級的時鐘不保持模糊度的整數(shù)特性。由標準時鐘處理器320計算的碼分級的時鐘360表征衛(wèi)星之間的時鐘誤差差異。標準時鐘處理器 320將廣播星歷表的時鐘誤差用作偽觀測結果，并將所估計的時鐘調(diào)整到GPS時間，使得它們可用于計算例如，衛(wèi)星信號的傳輸?shù)拇_切時間。時鐘誤差變得很快，但是對于與相當吵雜的碼測量一起的使用來說，厘米級的準確度是足夠的。因此，30秒至60秒的“低速”更新速度是適當?shù)摹＿@是有利的，因為計算時間以站和衛(wèi)星數(shù)目的三次方來增長。標準時鐘處理器325還將對流層峰值延遲365確定為估計處理的副產(chǎn)品。對流層峰值延遲和碼分級的時鐘被發(fā)送給相位時鐘處理器335。標準時鐘處理器320在下文的部分6進行詳細描述。相位時鐘處理器335可選地連同對流層峰值延遲365和精確軌道350或I⑶軌道360 一起，使用來自寬巷處理器325的MW偏差345和/或固定寬巷模糊度340，以便估計關于每對衛(wèi)星的窄巷模糊度和單差(single difference)時鐘誤差。單差時鐘誤差和窄巷模糊度被組合，以獲得對于每個衛(wèi)星(除了參考衛(wèi)星)的單差相位分級的時鐘誤差370，其相對于參考衛(wèi)星而言是單差的。低速碼分級的時鐘360、對流層峰值延遲365和精確的軌道 350或I⑶軌道360用于估計高速碼分級的時鐘375。這里，計算工作量與站的數(shù)量是線性關系，并且是衛(wèi)星數(shù)量的三次方?？焖俑淖兊南辔环旨壍臅r鐘370和碼分級的時鐘375以例如0. 1秒-0. 2秒的延遲可用。高速相位分級的時鐘370和高速碼分級的時鐘375與MW 偏差340 —起，被發(fā)送到調(diào)度器355。相位時鐘處理器340在下文的部分9進行詳細描述。調(diào)度器355接收軌道(精確軌道350或I⑶軌道360)、麗偏差340、高速相位分級的時鐘370和高速碼分級的時鐘375。調(diào)度器355將這些打包到一起，并將已打包的軌道和時鐘以及偏差380轉(zhuǎn)發(fā)給消息編碼器385，該編碼器準備壓縮格式的校正消息390，用于向漫游器的傳輸。到漫游器的傳輸在衛(wèi)星鏈路上占用例如大約10秒-20秒，但也可以使用移動電話或直接互聯(lián)網(wǎng)連接或其它合適的通信鏈路來完成。部分3 觀測(observation)數(shù)據(jù)校正器圖4是根據(jù)本發(fā)明一些實施例的數(shù)據(jù)校正的示意圖。可選的觀測校正器310對在參考站收集的GNSS信號進行校正，該校正針對由于作用于地球的離心力、回轉(zhuǎn)力和重力而造成的站移位，站的天線相位中心相對于站的天線安裝點的位置，站的天線相位中心相對于衛(wèi)星軌道給出的衛(wèi)星質(zhì)量中心的位置，以及取決于站天線和衛(wèi)星天線的對準方式的這些相位中心的變化。站位移的主要原因是高達500毫米的固體潮(earth tide)、高達100毫米的海洋潮汐負荷，以及高達10毫米的極點潮。所有這些都取決于站位于哪里?？稍贛cCarthy， D. D.，Petit, G.(編)IERS Conventions (2003)，IERS Technical Note No. 32 以及其中引用的參考文獻中找到更多描述。由作用于地球的松散體上的天體(主要是月亮)力導致的海洋潮汐還會引起大陸板塊被提升和降低。該熟知的效應表現(xiàn)為參考站位置的重復變化?？蛇x地對固體地球潮進行計算以便用于網(wǎng)絡處理以及漫游器處理，因為該效應不應當被忽略并且計算工作量較小。第二大效應是大陸的板塊變形，這歸因于與潮汐一起隨時間變化的海洋負荷。用于快速計算站隨時間的位移的海洋潮汐負荷參數(shù)取決于站的位置。用來得出這些參數(shù)的計算工作量相當大。對于給定的位置，可使用任何可通過Onsala空間天文臺海洋(Onsala Space Observatory Ocean, http://www. oso. chalmers. se/~ loading/, Chalmers Onsala Space Observatory, 2009)提供的在線海洋-潮汐-負荷(ocean-tide-loading)服務獲得的熟知模型，對這些參數(shù)進行計算。較低準確度的參數(shù)，例如來自預先計算的網(wǎng)格的內(nèi)插， 對于這里討論的應用而言是足夠的。這里提到的最小效應歸因于極點潮。這個位移歸因于地球的兩極運動產(chǎn)生的離心和回轉(zhuǎn)效應引起的板塊的升起。地球定向參數(shù)用于該計算。這些會被有規(guī)律地更新在國際地球自轉(zhuǎn)禾口參考系統(tǒng)月艮務(International Earth Rotation & Reference System Service), http://hpiers. obspm. fr/，巴黎天文臺，2009，并且不容易計算。這個較小的效應因而在漫游器處理中可選地被忽略。
絕對校正的天線模型用于計算接收機和衛(wèi)星天線相位中心的偏移和變化?？稍?J. Kouba 所著的 “A Guide to Using International GPS Service(IGS) Products，，(Geoodetic Survey Division Natural Resources，力口拿大，2003 年 2 月)找到介紹。通過IGS收集的校正數(shù)據(jù)可從http://igscb. jpl. nasa. gov/上2009年的antex文件中獲得；衛(wèi)星天線偏移信息例如可在IGS絕對天線文件(IGS absolute antenna file) igs05. atx 中找到。另一個效應是天線相位纏繞(wind-up)。如果接收機天線相對于發(fā)送器天線移動，則所記錄的數(shù)據(jù)就顯示出相位移動。如果該效應被忽略，則衛(wèi)星圍繞發(fā)送軸的360度轉(zhuǎn)體(full turn)將導致在接收機處檢測到的載波-相位中一個周期的誤差。由于衛(wèi)星相對于接收機的定向多數(shù)時候是已知的，所以該效應可被建模，如mi J. Τ. , Hajj G.A.， Bertiger W. I.以及 Lichten S. Μ.的"Effects of antenna orientation on GPS carrier phase” (MANUSCRIPTA GE0DAETICA，第 18 卷 91-98 頁(1993))中所介紹的。站和衛(wèi)星的相對移動主要原因是繞軌道運行的衛(wèi)星。如果衛(wèi)星是遮擋的(這意味著衛(wèi)星的軌道橫跨地球的陰影)，則可能有衛(wèi)星圍繞其發(fā)送軸的額外旋轉(zhuǎn)。例如，GPS Block IIA衛(wèi)星具有正午旋轉(zhuǎn)以及交叉運行(crossing maneuver)的陰影，而GPS Block UR衛(wèi)星則具有正午旋轉(zhuǎn)和午夜旋轉(zhuǎn)。如果太陽、地球和衛(wèi)星幾乎在同一直線上，則難以計算旋轉(zhuǎn)運行的方向，并且不正確的方向?qū)е乱粋€周期的載波-相位中的誤差。衛(wèi)星的偏航飛行姿態(tài)對相位纏繞和衛(wèi)星天線校正有影響?？稍贙ouba，J.的“A simplified yaw-attitude model for eclipsing GPS satellites”(GPS SOLUTIONSU008))、和 Bar-Sever，Y. E.的 "A new model for GPS yaw attitude "(JOURNAL OF GEODESY，第 70 卷 714-723 頁(1996)) 中找到更詳細的介紹。在僅使用相位觀測結果的情況下，未建模的衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)運行的效應不能與衛(wèi)星時鐘分離開。因此，在相位時鐘誤差估計中，旋轉(zhuǎn)運行的效應被包含于所估計的衛(wèi)星時鐘誤差中。如果漫游器使用那些時鐘，則其必須也不對衛(wèi)星旋轉(zhuǎn)運行進行校正。需要太陽位置以便對衛(wèi)星體固定的坐標框架進行計算，因為χ軸是通過衛(wèi)星位置和太陽位置的向量積來定義的。該坐標系統(tǒng)用于計算偏航飛行姿態(tài)、衛(wèi)星的天線校正(偏移和變化，映射到正弦視角中)以及相位纏繞校正。對于固體地球潮來說，也需要月亮的位置?？稍诶?Seidelmann, P. K.(編)"Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac”(University Science Books, U. S. (1992))中找到如何計算太陽和月亮的位置。還可應用進一步的校正，盡管這些對于市場需要的定位準確度級別而言僅僅是較小的益處。不需要在可選的數(shù)據(jù)校正器310中考慮作為校正關于相對效應、電離層和對流層延遲的附加效應。相對校正通常被應用于衛(wèi)星時鐘。歸因于電離層的主要第一順序效應通過使用GNSS觀測結果的無電離層組合而被消除，并且歸因于對流層的效應在一些實施例中被部分地建模并被部分地估計。部分4:形成線性組合4. 1基本建模等式對于接收機i和衛(wèi)星j之間調(diào)制類型為m、頻帶k上的碼巧；和載波相位Φ/-觀
測結果而言，假設以下觀測模型將觀測結果關聯(lián)到特定物理量，
其中，p/是從衛(wèi)星j到接收機i的幾何距離，c是光速，Ati是接收機i的時鐘誤差，Atj是衛(wèi)星j的時鐘誤差，Τ；"是從衛(wèi)星j到接收機i的對流層延遲，4m +是頻率fk上的碼電離層延遲，
權利要求
1.一種處理從具有在漫游器天線處觀測到的載波的一組衛(wèi)星的信號得到的一組GNSS 信號數(shù)據(jù)的方法，其中，所述數(shù)據(jù)包括每個衛(wèi)星的每個載波的載波觀測結果和碼觀測結果， 包括為每個衛(wèi)星獲得時鐘校正，該時鐘校正包括以下中的至少兩個(i)碼分級的衛(wèi)星時鐘，(ii)相位分級的衛(wèi)星時鐘，以及(iii)代表碼分級的衛(wèi)星時鐘和相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差的衛(wèi)星時鐘偏差，運行第一濾波器，該第一濾波器至少使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時鐘校正，以便估計包括針對每個衛(wèi)星的至少一個載波模糊度的參數(shù)的值以及所述載波模糊度的協(xié)方差矩陣，從每個載波模糊度確定整數(shù)特性載波模糊度，該整數(shù)特性載波模糊度包括以下之一 整數(shù)值，以及整數(shù)候選的組合，作為偽觀測結果將所述整數(shù)特性載波模糊度插入到第二濾波器中，并且將該第二濾波器施加于所述GNSS信號數(shù)據(jù)和所述衛(wèi)星時鐘校正，以獲得至少包括所述接收機的位置的參數(shù)的估計值。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述整數(shù)特性載波模糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括獲得一組麗校正，運行使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和至少所述MW校正的第三濾波器，以便獲得至少一組WL 模糊度，以及使用所述WL模糊度組來獲得所述整數(shù)特性載波模糊度。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，所述莫糊度包括浮點值、整數(shù)值和基于整數(shù)候選的浮點值中的至少一個。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，所述模糊度的協(xié)方差矩陣被縮放以反映由于使用所述WL模糊度而產(chǎn)生的變化。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述莫糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個 L1-L2無電離層模糊度、L2-L5無電離層模糊度以及兩個或多個GNSS頻率的線性組合的載波模糊度。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，電離層延遲信息被用于饋送所述濾波器中的一個或多個，并且其中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個L1頻率的載波模糊度、 L2頻率的載波模糊度、L5頻率的載波模糊度以及任何GNSS頻率的載波模糊度。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第二濾波器包括新濾波器、第一濾波器的副本和第一濾波器中的一個。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS觀測結果進行建模，并且通過施加所述碼分級的衛(wèi)星時鐘與所述相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差來將所述浮點模糊度適配于所述相位分級的時鐘的級別。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS碼觀測結果進行建模，并且所述相位分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS載波觀測結果進行建模。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，從浮點模糊度確定所述整數(shù)特性載波模糊度包括以下中的至少一個將所述浮點模糊度舍入至最近的整數(shù)、從使用整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選選擇最佳的整數(shù)候選、以及使用利用整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選計算浮點值。
13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一濾波器和第二濾波器中的至少一個還估計以下中的至少一個接收機相位分級的時鐘、接收機碼分級的時鐘、對流層延遲、代表所述碼分級的接收機時鐘與所述相位分級的接收機時鐘之間的差的接收機時鐘偏差、以及多徑狀態(tài)。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一濾波器、所述第二濾波器和所述第三濾波器中的至少一個適于更新針對GNSS信號數(shù)據(jù)的多個歷元中的每個歷元的估計值。
15.一種處理從具有在漫游器天線處觀測到的載波的一組衛(wèi)星的信號得到的一組 GNSS信號數(shù)據(jù)的設備，其中，所述數(shù)據(jù)包括每個衛(wèi)星的每個載波的載波觀測結果和碼觀測結果，包括用以為每個衛(wèi)星獲得時鐘校正的元件，該時鐘校正包括以下中的至少兩個(i)碼分級的衛(wèi)星時鐘，(ii)相位分級的衛(wèi)星時鐘，以及(iii)代表碼分級的衛(wèi)星時鐘和相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差的衛(wèi)星時鐘偏差，第一濾波器，其至少使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時鐘校正，以便估計包括針對每個衛(wèi)星的至少一個載波模糊度的參數(shù)的值，以及所述載波模糊度的協(xié)方差矩陣，用以從每個載波模糊度確定整數(shù)特性載波模糊度的元件，該整數(shù)特性載波模糊度包括以下之一整數(shù)值，以及整數(shù)候選的組合，第二濾波器，其將所述整數(shù)特性載波模糊度用作偽觀測結果，并使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和所述衛(wèi)星時鐘校正，以估計至少包括所述接收機的位置的參數(shù)的值。
16.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述整數(shù)特性載波模糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。
17.根據(jù)權利要求15所述的設備，還包括用以獲得一組麗校正的元件，第三濾波器，其使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和至少所述MW校正，以便獲得至少一組WL模糊度，以及使用所述WL模糊度組來獲得所述整數(shù)特性載波模糊度的元件。
18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中，所述莫糊度包括浮點值、整數(shù)值和基于整數(shù)候選的浮點值中的至少一個。
19.根據(jù)權利要求18所述的設備，其中，所述模糊度的協(xié)方差矩陣被縮放以反映由于使用所述WL模糊度而產(chǎn)生的變化。
20.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述WL模糊度是衛(wèi)星間單差模糊度。
21.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個 L1-L2無電離層模糊度、L2-L5無電離層模糊度以及兩個或多個GNSS頻率的線性組合的載波模糊度。
22.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述濾波器中的一個或多個被饋送有電離層延遲信息，并且其中，所述整數(shù)特性模糊度包括以下中的至少一個L1頻率的載波模糊度、L2頻率的載波模糊度、L5頻率的載波模糊度以及任何GNSS頻率的載波模糊度。
23.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述第二濾波器包括新濾波器、第一濾波器的副本和第一濾波器中的一個。
24.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS觀測結果進行建模，并且通過施加所述碼分級的衛(wèi)星時鐘與所述相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差來將所述浮點模糊度適配于所述相位分級的時鐘的級別。
25.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述碼分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS碼觀測結果進行建模，并且所述相位分級的衛(wèi)星時鐘被用于對所有GNSS載波觀測結果進行建模。
26.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，用以從每個載波模糊度確定所述整數(shù)特性載波模糊度的元件適于執(zhí)行以下中的至少一個將所述浮點模糊度舍入至最近的整數(shù)、從使用整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選選擇最佳的整數(shù)候選、以及使用利用整數(shù)最小二乘生成的一組整數(shù)候選計算浮點值。
27.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述第一濾波器和第二濾波器中的至少一個還適于估計以下中的至少一個接收機相位分級的時鐘、接收機碼分級的時鐘、對流層延遲、代表所述碼分級的接收機時鐘與所述相位分級的接收機時鐘之間的差的接收機時鐘偏差、以及多徑狀態(tài)。
28.根據(jù)權利要求15所述的設備，其中，所述第一濾波器、所述第二濾波器和所述第三濾波器中的至少一個適于更新針對GNSS信號數(shù)據(jù)的多個歷元中的每個歷元的估計值。
29.一種計算機程序，包括被配置成當在計算機處理單元上執(zhí)行時實施根據(jù)權利要求 1-14之一所述的方法的指令。
30.一種計算機可讀介質(zhì)，包括根據(jù)四所述的計算機程序。
全文摘要
描述了用于處理從具有在漫游器天線處觀測到的載波的一組衛(wèi)星信號得到的一組GNSS信號數(shù)據(jù)的方法和設備，其中，所述數(shù)據(jù)包括每個衛(wèi)星的每個載波的載波觀測結果和碼觀測結果，包括為每個衛(wèi)星獲得時鐘校正，該時鐘校正包括以下中的至少兩個(i)碼分級的衛(wèi)星時鐘，(ii)相位分級的衛(wèi)星時鐘，以及(iii)代表碼分級的衛(wèi)星時鐘和相位分級的衛(wèi)星時鐘之間的差的衛(wèi)星時鐘偏差；運行第一濾波器，該第一濾波器至少使用所述GNSS信號數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時鐘校正來估計包括針對每個衛(wèi)星的至少一個載波模糊度的參數(shù)的值以及所述載波模糊度的協(xié)方差矩陣；從每個載波模糊度確定整數(shù)特性載波模糊度，該整數(shù)特性載波模糊度包括以下中的一個整數(shù)值，和整數(shù)候選的組合；作為偽觀測結果將所述整數(shù)特性載波模糊度插入到第二濾波器中，并且將該第二濾波器施加于所述GNSS信號數(shù)據(jù)和所述衛(wèi)星時鐘校正，以獲得至少包括所述接收機的位置的參數(shù)的估計值。
文檔編號G01S19/20GK102498415SQ201080042149
公開日2012年6月13日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權日2009年9月19日
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