用於產生完整性消息以信號通知衛星導航系統的標稱的、退化的或不活動的監測站的設備的製作方法

2023-05-20 16:23:11 3

專利名稱：用於產生完整性消息以信號通知衛星導航系統的標稱的、退化的或不活動的監測站的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及衛星導航系統(RNSS (無線電導航衛星系統)或GNSS (全球導航衛星系統)類型的)，更準確的，涉及除導航消息外，產生發 送至其導航接收機的完整性消息。在此"衛星導航系統"表示專用於導航的系統，該系統包括位於環繞 著天體(例如，地球)的軌道上的衛星星座， 一組(陸地的或空間的)衛 星監測站和計算機中心。例如，其可以是現有系統中的一個 (GPS，EGNOS，WAAS )， 或者是計劃的系統中的 一 個 (GALILEO,COMPASS)或者是它們的等同或派生物中的一個。此外，在此"導航消息，，表示向衛星導航系統用戶的導航接收機所廣 播的消息，該消息包括涉及其軌道位置和/或其同步(其內部時鐘相對於系 統的參考時鐘的偏移)的導航信息。此外，在下文中，"完整性信息"表示代表關於位置和/或衛星時鐘偏 移的信息的可靠性數值的數據，用於產生用戶位置和/或時鐘信息，該完整 性信息包含在導航消息中.背景技術 如本領域技術人員所知，對導航接收機的用戶的完整性監測的質量影 響用戶能夠信任由他的(導航)接收機所確定的位置。該監測質量主要取 決於完整性監測條件，即工作的(即標稱的或退化的)從而能夠監測每個 衛星的監測站的數量、受那些監測站影響的偽距測量中的誤差、相對於衛 星的監測站的幾何分布(位置)和用於實現監測的算法的結合。至少一個 監測站的故障或傳輸問題從而將降低完整性監測性能，並且將此情況盡可 能快的通知用戶是至關重要的。在現有的導航系統(具有完整性)中，在發送至用於每個在系統的完 整性監測"部分"監測下的衛星的導航接收機的完整性消息中廣播完整性監測質量指示符(ISQI)。例如，在EGNOS或WAAS系統的情況下，該 ISQI被稱作用戶差分距離誤差(UDRE),在GALILEO系統的情況下， 該ISQI被稱作空間信號監測精度(SISMA)。對導航接收機來說，最好使用儘可能多的衛星來提高對其位置的估計， 因此，導航接收機具有最大可能數量的ISQI是很重要的。目前，不但導 航衛星星座的數量在增加，而且每個星座的衛星數量也趨向於增加(標準 GPS星座由24個衛星組成，但是實際上包括27或28個衛星，而GALILEO 可以包括多達36個衛星)。因此，標準完整性消息將趨向於包括更多數量 的ISQI。如果相同的監測站的"網絡"被用於多個不同的導航衛星星座， 則這種趨勢引起被進一步加重的風斷例如，GPS，GLONASS和GALILEO 星座共同的完整性監測部分將不得不管理多於90個衛星)。在一部分完整性監測部分失敗的情況下，必須通過發送與需要考慮的 衛星一樣多的ISQI，來通知用戶關於數十個衛星的完整性監測容量的改 變。由於專用於導航信號的有限帶.寬，這引起了真正的問題(例如， 一組 SBAS (基於衛星的增強系統)類型的消息以靜態的方式只能管理51個衛 星， 一組為GALILEO系統所設計的消息以靜態的方式只能管理36個衛 星，而動態管理需要識別每個衛星(90個衛星7比特)，甚至提供更少的 容量)。因此，這證明了以標準完整性消息的方式向用戶報警的機制具有 很差的適應性，甚至根本不能適應在完整性監測部分監測下衛星數量很高，
典型的高於50的狀況。因此，本發明的目的是改善這種狀況。發明內容為此，本發明提出了 一種用於產生涉及至少 一個衛星導航系統的並發 送給導航接收機的完整性消息的設備，所述衛星導航系統包括一組衛星監 測站，所述設備包括處理器裝置，用於為每個所考慮的系統在所選時間 確定衛星監測站是工作的(即標稱的或者退化的)，在每個所述確定之後， 用於產生完整性消息，所迷完整性消息包括至少一個代表工作的(即標稱 的或者退化的)衛星監測站的主要數據。處理器裝置也用於每次檢測到至 少一個站已經為不工作或者在兩個連續的所選時間之間已經從標稱的狀態 變化到退化的狀態，並用於產生完整性警4艮消息，所述完整性警報消息包 括至少一個代表每個已經變為退化的或者不工作的(衛星監測)站的主要 數據。從而，如果系統的站實際上是工作的(即標稱的或者退化的)並且 一個或多個與完整性退化規則相對應，每個(導航)接收機就能夠確定已 經接收的由衛星導航系統發送到其的被調諧的涉及導航消息的完整性信 息。上面所定義的操作模式可以與標準的操作模式相聯繫作為根據帶寬使 用所獲得的有利功能。應當注意，本發明的完整性消息和完整性警報消息與通常所使用的包 含完整性數據(或ISQI)並代表軌道位置誤差和/或衛星同步校正的可靠 性數值的消息不同。因此，本發明只涉及能夠自身確定完整性數據(ISQI) 的導航^接收機，該完整性數據代表用於產生所接收的用戶位置和/或時鐘信 息的用於衛星的位置和/或時鐘偏移信息的可靠性數值。因此，本發明所涉 及的導航接收機必須包括完整性數據(例如，ISQI)計算工具。本發明的設備可以具有其他特點，特別是，可單獨或結合地具有其他 特點-例如，主要數據能夠代表站的位置坐標，或者站的標識符(其各自的
位置坐標對所述導航接收機是已知的)和合適的站的位置坐標校正； -其處理裝置，能夠用於將代表在已經退化或者不工作的站中的退化的測量質量的輔助數據結合至完整性警報消息中；-其處理器裝置，能夠用於將代表由工作的(即標稱的或退化的)衛星監測站提供的測量誤差等級的信息或者代表在任務部分來校正該信息的算法的輔助數據結合至完整性消息中；-例如，輔助數據能夠包括由所述工作的(即標稱的或退化的)站所提供的用於信息的質量圖表標識符和/或由任務部分來校正該信息所使用的算法的標識符；-其處理器裝置能夠用於將代表用於每個衛星的監測和/或精度信息的 輔助數據結合至完整性消息中，所述輔助數據從由工作的(即標稱的或退 化的)站提供的數據中來確定；國其處理器裝置能夠用於將代表用於每個已經為退化或者不工作的衛 星監測站的完整性退化規則的輔助數據結合至完整性警報消息中；例如， 輔助數據包括一個或者更多必須用於已經變為退化的特定的站的完整性退 化規則的標識符；-其處理器裝置能夠用於周期性地產生完整性消息；在這種情況下，兩 個所選的時間之間的時間差等於完整性消息產生周期。本發明特別適於，但不排除於，諸如GALILEO，GPS，EGNOS，WAAS 和COMPASS,及其替換和等同的衛星導航系統的完整性服務。


在閱讀了下面的詳細說明和附圖後，本發明的其它特點和優點將變得 顯而易見，其中，單個附圖是對衛星導航系統的一部分的高度示意性和功 能性例示，該衛星導航系統包括計算機站，該計算機站配備有本發明的完 整性消息產生i史備的一個實施例。附圖構成了本發明的描述的一部分，並且如果需要的話，也對本發明 進行了限定。
具體實施方式
本發明的目的是提出至少一個衛星導航系統的(地面或衛星)完整性 監測部分的具有完整性監測能力的導航接收機，所以該導航接收機能夠自 身確定代表衛星軌道位置和/或同步誤差校正的可靠性數值的完整性數據， 其用於產生包含在由所述衛星所廣播的導航消息之中的導航信息。在下文中，以非限制性實例的方式來考慮單個衛星導航系統的情況。 但是，本發明並不限於單個衛星導航系統。更準確的，其涉及了至少一個 衛星導航系統的至少一個星座導航衛星的(地面或衛星)完整性監測，例 如，兩個或三個，甚至更多。此外，考慮的的衛星導航系統是計劃的GALILEO系統。但是，本發 明並不限於該系統。事實上，其涉及了所有使用個人或共用的(地面或衛 星)完整性監測(或一致性校驗)的衛星導航系統，特別是現有的GPS (特 別是GPSIII)，EGNOS和WAAS類型的系統，和計劃的COMPASS系統， 以及其等同和替換。例如，在單個附圖中部分示出的衛星導航系統，包括至少一個衛星星 座SAi (此處i=l至3,但是實際上，其最大值可以高4艮多，在GALILEO 系統的情況中典型地為36)， 一組(陸地或空間)監測站SSj (此處，j-l 至4，但是實際上，其最大值可以高很多，在GALILEO系統的情況中典 型的為40至100)，和計算機中心CC。一般而言，衛星SAi位於圍繞地球E的軌道上，特別用於發送用於實 現偽距測量的信號，和用於在地球E的方向上廣播由任務地面部分向其發 送的導航消息，以使該消息所包含的信息能夠被可能安裝於通信終端CT (如圖所示)中的導航接收機FM吏用，以及收監測站SSj所使用。應當注意，(導航)接收機R本身可以構成通信設備。此外，(導航) 接收機R能夠安裝於任何類型的通信終端(或設備)CT中，特別是在移 動(或蜂窩)電話、便攜或車載計算機、或個人數字助理(PDA)中。還應當注意，本發明僅涉及包括用於計算諸如ISQI的完整性數據的
工具的(導航)接收機R。監測站SSj位於地球E (如圖所示)或諸如衛星的太空飛行器上所選擇的 位置。其特別用於一方面收集由星座的衛星SAi所廣播的導航消息，另一 方面周期性的實現其與所考慮的衛星SAi之間的偽距測量。每個偽距測量 和相應的導航消息，以及其接收時間，都由每個監測站SSj向計算機中心 CC傳送。計算機中心CC通常，但不是必須，被安裝在地球E上。其包括一致 性校IH殳備VD，特別用寸控制所接收的偽距測量和包含在由衛星SAi所 廣播的導航消息中的信息的一致性，由監測站SSj向該計算機中心傳送該 導航消息。該計算機中心CC也能用於從(監測)站SSj所實現的偽距測 量中預測衛星SAi的軌道和時鐘偏移。該軌道和時鐘偏移的預測用於產生 以後的導航消息，該消息仗良送至衛星SAi，以4吏後者將其廣播。本發明提出了將完整性消息生成設備GD增加到完整性監測部分(其 包括站SSj和一致性校ii^殳備VD)。如單個附圖所示，該完整性消息生 成設備GD能夠作為計算機中心CC的一部分。但是，這不是必須的，重 要的是其可以與一致性校驗設備VD通信。該完整性消息生成設備GD用於產生,iL&送至接收機R的、涉及衛星 導航系統的衛星SAi星座的新類型的完整性消息。為此，其包含處理器模 塊PM，其首先用於在所選時間為每個所涉及的系統確定工作的(即標稱 的或退化的)(衛星監測)站SSj。此處"工作的站"表示站SSj能夠監測所考慮的衛星SAi,從而能夠 向計算機中心CC (標稱的或退化的)發送偽距測量和相應導航消息。此 處涉及的工作的站如果其發送標稱的偽距測量則為標稱站，如果其發送退 化的偽距測量則為退化站(因此，其與標稱的測量不同)。因此，此處"不 工作的站"表示站SSj由於環境條件阻礙了信息收集、由於內部餘溪或由 於其與計算機中心CC之間的路徑而導致傳輸問題，而不能監測考慮的衛 星SAi，和/或不能向計算機中心CC發送偽距測量和相應導航消息。例如，該確定是周期性地在所選的一 (1)秒周期實現。該所選周期定
義了在兩個連續的所選時間之間的時間差，該所選周期本身依賴於響應約 束，該響應約束施加影響於監測系統以檢測衛星級的故障。所有在給定時間工作(即標稱的或退化的)的站SSj構成了完整性監測"網絡，，的配置，該網絡包括(此處為在地面，但不是必須的)所有工作的和不工作的站SSj。在每個確定了包括所有工作(即標稱的或退化的)的站SSj的集合之 後，完整性消息發生設備GD的處理器模塊PM產生完整性消息，該消息 包括至少一個代表該集合的工作的(即標稱的或退化的)站SSj的主要數 據。能夠以任何形式來表示工作的(即標稱的或退化的)的站SSj。例如， 主要數據能夠代表站SSj的標識符。這非常適用於站SSj被安裝於地球E 的固定位置的情況。事實上，站的位置坐標對於接收機R使用其計算工具 T來確定完整性數據是必需的，該坐標幾乎不隨時間發生變化，因此，可 以由接收機R提前得知。在這種情況下，如果接收機R接收了包含站標識 符SSj的完整性消息，則其在表中查找與該標識符相對應的位置坐標。在第一變形中，主要數據能夠代表站SSj的位置坐標，尤其是如果接 收機R不知道後者。在第二變形中，主要數據能夠代表站標識符SSj和一個或多個對站SSj 的位置坐標的校正。這也需要接收機R包含一個表，在該表中，存儲了與 其"通常"(即事先知道的)位置坐標有對應關係的站標識符。在這種情 況下，如果接收機R接收了包含站標識符SSj和有關的位置坐標校正的完 整性消息，則其在表中查找相應的位置坐標，並在其計算工具TN吏用它們 之前，將後者作為接收的校正函數而校正。例如，設備D包括存儲裝置MY，例如存儲器或資料庫，在該存儲器 中存儲了每個對應表，以及哪個是適合於當前的完整性監測網絡的配置.應當注意，完整性消息發生設備GD的處理器模塊PM能夠將對接收 機R的計算工具T確定完整性數據來說有用的其它數據結合到至少一些完 整性消息中。
例如，其能夠將代表由檢測站提供的信息的質量等級的輔助數據結合 至完整性消息中(或甚至每個這種消息).例如，這可以是測量的精度的等級，其易受由站的環境和/或測量工具和/或在一致性校a^殳備VD中用於 計算該數據的算法或任何其他能表徵測量質量的方式所引起的誤差的影 響。可替換地，該輔助數據能夠代表上文中所述的測量誤差圖表(或圖形) 標識符。在這種情況下，該圖形或圖表必須提前由接收機R已知。因此， 如果接收機R接收了包含圖形或圖表標識符的完整性消息，則其在表中查 找相應的一個(或多個)圖形或圖表。該接收機R從該由標識圖表所表示 的測量質量等級中推導出由每個站對每個衛星的ISQI的貢獻。在另一變形中，或附加地，處理器模塊PM能夠將代表用於每個衛星 的監測信息(例如完整性"標識")和/或精度信息(例如測量誤差圖表) 的輔助數據結合到完整性消息中，該輔助數據由計算機中心CC從工作(即 標稱的或退化的)站SSj所提供的數據中確定，從而給出了完整性監測網 絡(工作的)的配置。如果在完整性消息中指定的工作的(即標稱的或退化的)站SSj定義 了完整性監測網絡的(工作)配置，則每個完整性消息都向接收機R廣播， 以使其每個能夠通過他們的計算工具T來確定完整性信息，該信息涉及所 接收的從衛星導航系統發送到其的被調諧的導航消息。能夠通過任何本領域技術人員已知的方式來廣播完整性消息，特別是 通過星座(例如在GALILEO類型的系統的情況下-中地球軌道(MEO) 廣播模式)衛星SAi或由一個或多個地球同步衛星(同步地球軌道(GEO) 廣播模式，例如在通過諸如EGNOS或WASS的區域衛星增強而向GPS 或GLOSNASS類型系統添加完整層的情況下)、或者諸如在LBS (基於 位置的服務)類型的應用中的陸地電信網絡。由計算工具T所計算的完整性消息依賴於用於調諧接收機R的衛星導 航系統。至少一個完整性監測質量指示符(ISQI)專用於每個衛星是一個 問題。例如，在EGNOS或WASS系統的情況下，ISQI是UDRE(用戶 差分距離誤差)，而在GALILEO系統的情況中，ISQI是SISMA (空間
信號監測精度)。該ISQI用於將由每個衛星所提供的導航信息的監測質 量轉換為關於估計的用戶位置方法的可能誤差等級。此外，每次當處理器模塊PM在兩個連續的所選時間之間確定至少有 一個站SSj已經變為退化或不工作時，其就產生包括至少一個代表已經為 退化或者不工作的每個站SSj的主要數據的完整性警報消息。主要數據與上文中所述的(本發明的)結合至完整性消息的主要數據的類型相同。因此，例如，^表另一個已經變為退化的或不工作的站SSj 的位置坐標的數據或代表已經變為退化的或不工作的站SSj的標識符的數 據是個問題。應當注意，完整性消息產生設備GD的處理器模塊PM能夠將對接收 機R的計算工具T來確定完整性數據有用的其它數據結合至至少一些完整 性警報消息。例如，為了更新由接收機用來計算從該站SSj可見的衛星的ISQI的數 據，能夠將代表在已經變為退化或者不工作的站中的信息的退化的等級的 輔助數據結合至完整性警報消息(例如，測量精度的等級可能是個問題， 其易受站的環境和/或測量工具和/或在一致性校^i殳備VD中用於計算該 數據的算法或任何其他能表徵測量質量的方式所引起的誤差的影響)。例 如，該輔助數據包括用於已經變為退化或者不工作的站SSj的測量誤差圖 表(或圖形)的標識符.因此，如果接收機R接收了包含圖形或圖表標識 符的完整性消息，則其在表中查找相應的圖形或圖表。可替換的，或除了上述之外，輔助數據能夠代表由計算工具T來考慮 已經變為退化的或不工作的站SSj所使用的完整性退化規則，該規則的定 義能夠在完整性警報消息中發送。但是，按照所要求的比特數量，這可以 證明是花費巨大的.因此，該輔助數據優選地包括所使用的完整性退化規 則的標識符.但是，這需要接收機R具有可獲得的表，在該表中存儲了與 其定義具有對應關係的規則標識符。在這種情況下，如果接收機R接收了 包含規則標識符的完整性警報消息，則其在表中查找相應的 一個或多個規 則，並隨後向其計算工具T傳送每個規則定義，以便後者能夠使用它。
例如，該完整性退化規則能夠是"使用該站，，或"不使用該站"或"以係數x從該站來降低測量質量"的類型。應當注意，如果站SSj已經為退化或不工作，則接收機R能夠適於確 定被施加的用於其自身的規則。在這種情況下，只需要接收代表已經為退 化的不工作的站SSj的主要數據，以便應用相應的規則。如果站SSj實際上是工作的(即標稱的或者退化的)，這些完整性退 化規則對於每個接收機R的計算工具T來確定完整性信息是必須的，該完 整性信息涉及從衛星導航系統接收的導航消息。如果不是由其得出，則在 計算工具T中所應用的算法必須與一致性校l^殳備VD所使用的完整性校 驗方法一致。本發明的完整性消息產生設備GD，特別是其處理器模塊PM和其存 儲裝置MY，或任意一個，能夠以電子電路、軟體(或電子數據處理)模 塊或電路和軟體結合的方式來產生。本發明提供了許多優點，包括 其嚮導航接收機，例如周期性地，^送完整性監測網絡的工作 的(即標稱的或退化的)配置，以及不是每個站的ISQI;此外，在發生失 敗的情況下，其僅嚮導航接收機發送已經變為退化的或不工作的站的信號。
其提供了對大量導航衛星的監測，典型地多於90。
其同時考慮了多個監測等級，例如，單頻率監測和雙頻率監測。
其同時廣播涉及衛星(ISQI)和涉及完整性監測部分(在上文中 描述的主要數據和輔助數據)的警報，以優化產生的帶寬佔用。本發明並不限於上文中僅以實例描述的完整性消息產生設備的實施 例，而是包括了所有本領域技術人員在所附權利要求的範圍內所能想像到 的變形。
權利要求
1、用於產生涉及至少一個衛星導航系統並被發送到導航接收機的完整性消息的設備，所述衛星導航系統包括一組衛星監測站，所述設備包括處理器裝置，適於為每個系統在所選時間確定衛星監測站是工作的即標稱的或者退化的，並在每個所述確定之後，產生完整性消息，所述完整性消息包括至少一個代表所述工作的衛星監測站的主要數據，在兩個連續的所選時間之間檢測到至少一個衛星監測站已經變為退化的或者不工作的情況下，產生完整性警報消息，所述完整性警報消息包括至少一個代表每個已經變為退化的或者不工作的衛星監測站的主要數據，如果所述的系統的衛星監測站實際上是工作的並且與完整性退化規則相對應，所以每個接收機能夠確定由衛星導航系統發送到其的被調諧的涉及導航消息的完整性信息。
2、 根據權利要求1所述的設備，其中所述主要數據代表衛星監測站的 位置坐標。
3、 根據權利要求1所述的設備，其中所述主要數據代表位置坐標被所 述導航接收機已知的衛星監測站的標識符。
4、 根據權利要求3所述的設備，其中所述主要數據也代表衛星監測站 位置坐標校正。
5、 根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器裝置適於將代表在已 經退化或者不工作的衛星監測站中的退化的測量質量的輔助數據結合至完 整性警報消息中。
6、 根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器裝置適於將代表所述 工作的即標稱的或退化的衛星監測站的測量誤差等級的輔助數據結合至完 整性消息中'
7、 根據權利要求5所述的設備，其中所述輔助數據包括由所述工作的 監測站所提供的用於信息的質量圖表標識符和/或用在任務部分來校正由 所述工作的監測站提供的所述的信息的算法的標識符。
8、 根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器裝置適於將代表用於 每個衛星的監測和/或精度信息的輔助數據結合至完整性消息中，所述輔助 數據從由所述的工作的即標稱的或退化的衛星監測站提供的數據中來確 定。
9、 根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器裝置適於將代表用於 每個已經為退化或者不工作的衛星監測站的完整性退化規則的輔助數據結 合至完整性警報消息中。
10、 根據權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述輔助數據包括用 於已經為退化的或者不工作的衛星監測站的完整性退化規則的標識符，所 述完整性退化規則對導航接收機來講是已知的。
11、 根據權利要求1所述的設備，其中所述處理器裝置適於周期性地 產生完整性消息，於是在兩個所選時間之間的時間差等於完整性消息產生 周期。
12、 使用根據前述任意一個權利要求的完整性消息產生設備用於衛星 導航系統的完整性服務，該系統從至少包括 GALILEO，GPS，EGNOS，WAAS和COMPASS ，以及其變形和等同的組中 選擇。
全文摘要
專用於產生涉及至少一個衛星導航系統並被發送到導航接收機的完整性消息的設備，所述衛星導航系統包括一組衛星監測站。所述設備包括處理器裝置，用於為每個考慮的系統在所選時間確定站是工作的(即標稱的或者退化的)，並在每個所述確定之後，用於產生完整性消息，所述完整性消息包括至少一個代表工作的(即標稱的或者退化的)站的主要數據。處理器裝置也用於每次檢測到至少一個站已經退化或者在兩個連續的所選時間之間不工作，並用於產生完整性警報消息，所述完整性警報消息包括至少一個代表每個已經變為退化的或者不工作的站的主要數據。從而，如果系統的站實際上是工作的(即標稱的或者退化的)並且一個或多個與完整性退化規則相對應，每個接收機就能夠確定已經接收的由衛星導航系統發送到其的被調諧的涉及導航消息的完整性信息。
文檔編號G01S19/08GK101101329SQ20071013886
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月5日 優先權日2006年7月5日
發明者J·C·萊維, J-L·達米多, 登 博謝 M·范 申請人:阿爾卡特朗訊公司