用於通過非差數據如載波相位測量以及外部產品如電離層數據的處理確定帶有全球導航...的製作方法

2023-12-05 12:27:11

用於通過非差數據如載波相位測量以及外部產品如電離層數據的處理確定帶有全球導航 ...的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於對帶有全球衛星系統（GNSS）接收器的物體進行定位的方法，根據本發明，所述方法包括步驟：通過所述GNSS接收器接收信號，所述信號由位於所述物體視線範圍內的衛星上的GNSS發送器傳送；更新物體上的服務數據，所述服務數據包括表示所述衛星內部鐘的衛星鐘數據、表示所述衛星位置的衛星軌道數據、涉及所述GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據以及表示電離層狀態的電離層模型；基於所述電離層模型數據，確定表示涉及所述信號延遲的修正的電離層延遲數據，所述信號延遲由穿過所述GNSS傳送器信號傳送和所述GNSS接收器信號接收之間的電離層的所述信號通道產生；以及基於所述信號、所述衛星鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據以及所述確定的電離層延遲數據，確定所述物體的位置。
【專利說明】用於通過非差數據如載波相位測量以及外部產品如電離層
數據的處理確定帶有全球導航衛星系統接收器的物體的位
置的方法、設備及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種使用衛星傳輸的無線電信號和由服務提供者提供的服務數據進行導航的方法和設備。
[0002]優選地，本發明適用於但不限於基於載波相位測量的全球的、位置獨立的導航領域。
【背景技術】
[0003]在衛星導航領域，物體的位置可以通過由繞地衛星傳輸的無線電信號進行確定，其中，物體可以是靜止的也可以是運動的。在運動物體的情況中，涉及物體運動的信息(例如，運動方向和速度)，也可以通過該方式獲得/確定。通常地，在衛星導航領域，物體被稱作「漫遊者」，或者也可以稱作「用戶」。在後續描述中，在對本發明進行描述時，物體被稱為「漫遊者」或「用戶」，在此不用以限制本發明。
[0004]在本領域中，已存在各種通過使用衛星傳輸的無線電信號來確定漫遊者位置的技術。所有的這些技術都需要大量的繞地衛星的即時位置信息(其中，這些衛星可以是地球同步衛星)以及(安裝在衛星上的)高精度時鐘的信息。衛星傳輸的無線電信號包括時間戳信息，該時間戳信息可以通過將一偽隨機信號疊加到衛星傳輸的無線電信號載波頻率上來進行傳輸。通過接收所述無線電信號後，所謂的碼觀測量或偽距觀測量可以根據所述時間戳信息確定。在得到衛星位置信息、無線電信號的傳輸時間以及漫遊者端無線電信號的接收時間後，漫遊者關於衛星的坐標可以通過三角測量法確定。
[0005]除了前述的疊加在載波頻率的時間戳信息，載波相位也可以用來確定漫遊者的位置。根據載波信號的相位，所謂的相位觀測量可以被獲得以及被用於確定漫遊者的位置，這將在後面描述。
[0006]目前被廣泛使用的衛星導航系統是「全球定位系統」或「GPS」。GPS衛星將信號傳送到兩個頻帶，這兩個頻帶被稱為具有載波頻率1.575GHZ的L1以及具有載波頻率1.227GHz的L2。因此，GPS也被稱為「雙頻」系統。未來將會建造的衛星導航系統有「伽利略」系統以及「現代化的GPS」系統，它們將在三個頻帶上進行衛星傳送。在後續中將這些系統概述為「全球導航衛星系統」或「GNSS」。使用三個不同載波頻率的信號來確定漫遊者位置的現有技術有「廣域實時運動學(Wide Area Real Time Kinematic)」或「WARTK」技術，如專利申請文獻US2006/0164297A1所述。根據WARTK技術，漫遊者需要連接到一固定參考站的網絡，該參考站可接收衛星傳輸信號。在這裡，漫遊者必須與固定參考站連接，這樣漫遊者才可以從網絡中通過基於地面的或空中的通信方式接收到與無線電信號相關的數據，而這些信號是通過網絡中一個或多個參考站獲得的。漫遊者和參考站兩者都可以從衛星傳輸信號中獲得偽距觀測量和載波相位觀測量，而所述網絡則可以通過基於地面或空中的通信方式將在一個或多個參考站獲得的偽距觀測量和載波觀測量提供給漫遊者。在漫遊者端，觀測量的衛星接收器對之間的二重差分被執行，例如，當O；力一個與漫遊者獲得的第一衛星
信號有關的觀測量、O12為一個與漫遊者接收的第二衛星信號有關的觀測量、為一個與來
自參考站獲得的第一衛星的信號有關的觀測量以及022為一個與來自參考站獲得的第二衛
星的信號有關的觀測量時，一二重差分將通過式(O:-被計算出來。在1988年「ION GPS會議」期刊的1-6頁，由U.Vollath等人撰寫的「GNSS-2中用於精確相對定位的三載波模糊度解算技術分析」文章對二重差分進行了更詳細的描述。通過採用這些雙重差分方法，大量的觀察誤差和硬體誤差可以被消除。然而，漫遊者和參考站之間的最大距離是有限制的，這是因為漫遊者接收到的信號和參考站接收到的信號的通道在通過電離層時會發生延遲從而導致漫遊者接收到的信號和參考站接收到的信號會被不同程度地受到影響。因此，隨著漫遊者和參考站之間距離的增加，由於電離層的延遲，在漫遊者和參考站獲取的觀測量會被去相關。實時電離層模型對該問題進行了處理，該模型由參考站網絡計算而來，以通過基於地面或空中通信方式向漫遊者提供。該模型由對雙頻載波相位和在所述網絡中參考站獲得的碼觀測量分析得到。通過該電離層模型，在漫遊者和參考站獲得的觀測量的去相關的影響可以被確定，並被考慮到漫遊者位置的確定當中。因此，前述的去相關的影響可以被減輕。
[0007]當使用該方法時，漫遊者和幾百千米外的參考站之間的可能的不相關/獨立可以被獲得。用於執行WARTK技術的參考站網絡仍然需要相對密度地被設置。另一方面，從地面接收器傳輸到漫遊者接收器的觀測量需要一高傳輸通道帶寬，該需求較大程度上限制了可能的地面接收器的數量。因此，使用WARTK技術的導航服務的覆蓋範圍頂多只能限於陸地範圍，考慮到該限制基於WARTK技術是無法提供全球導航服務的。
[0008]考慮到上述情況，明顯地，WARTK技術只能用於提供有參考站的區域。在沒有設置參考站的區域，或在遠離參考站的遠程位置，漫遊者位置的確定則會受到明顯的阻礙，如果沒有參考站則不可能實現漫遊者位置確定。因此，通常地，在荒蕪人煙的大區域、山區、通常無法通過的區域、大面積水域或沙漠，WARTK技術不能用於導航。因此，WARTK技術的在航空、航海或勘探的應用非常有限。另外，明顯地，由於局部事件(例如，惡劣天氣或電力供應等)可能導致的單個參考站的停機會妨礙離停機參考站最近區域的漫遊者的導航。
[0009]用於確定漫遊者位置的可選技術方案是「精確單點定位」或「PPP」技術，如Zumberge J.F.等人在1997年地球物理研究期刊的卷103、編號B3、頁面5005-5017以及數位部件標識符(doi)為10.1029/96JB03860的「用於對來自大網絡GPS數據進行效率、健壯性分析的精確單點定位」論文所述。PPP可以被考慮作為一種技術，該技術可允許多頻GNSS用戶通過單一接收器在運動模式下以分米誤差水平確定其位置，以及在靜止模式下以釐米誤差水平確定基位置。這種情形是基於衛星產品或服務數據可用情況下實施的，所述服務數據可以是涉及GNSS衛星通信軌道的數據以及涉及GNSS衛星內部時鐘的數據(即:關於GNSS時標的衛星時鐘之間的差分，後續描述中被稱為衛星時鐘)。為了達到PPP技術的效果，這些衛星產品需要比這些通過GPS控制段獲得的產品明顯地更精確。因此，在PPP技術中，通常地，涉及GNSS衛星軌道的數據被稱為「精確軌道」，涉及GNSS衛星內部時鐘的數據被稱為「精確時鐘」。
[0010]PPP技術的基本特徵將結合圖10進行描述。[0011]在步驟S1201中，用戶接收GNSS衛星的精確時鐘和精確軌道。這些精確時鐘和精確軌道由GNSS服務提供者提供。假設在一給定計時內，η顆GNSS衛星在用戶視線範圍內，由精確軌道數據預測的這些衛星的位置由P表示，這些GNSS衛星的內部時鐘由dti表示，其中，i=l，...,η表示具體的GNSS衛星。在這裡以及後述中，術語「在用戶視線範圍內(inview of the user)」應這樣理解:用戶的由用戶視線範圍內的GNSS傳送器發送的信號可以被傳送到與用戶關聯的、幾乎在一直線(GNSS傳送器和GNSS接收器之間的直線)上的GNSS接收器而不會被立體物體(例如，建築、山脈或地球本身)阻礙。在後述中，由該服務提供者提供的數據被稱為「服務數據」 1206，該數據包括但不限定於精確鍾和精確軌道。
[0012]在步驟S1202中，與用戶關聯的GNSS接收器接收兩個不同載波頻率的信號1207，該信號由在用戶視線範圍內的衛星上的GNSS傳送器傳送。如果兩個不同載波頻率由4和f2表示，則用戶(通過與用戶關聯的GNSS接收器)可接收到載波頻率的η個信號以及載波頻率4的η個信號。
[0013]在步驟S1203中，從這些信號中獲取涉及載波頻率信號的載波相位的η個載波相位觀測量A、涉及載波頻率f2信號的載波相位的η個載波相位觀測量E1、涉及由載波頻
率信號傳輸的時間戳信息的η個碼觀測量€以及涉及由載波頻率f2信號傳輸的時間戳
信息的η個碼觀測量〃
[0014]涉及載波頻率信號的碼觀測量0可由GNSS接收器的信號接收和對應的GNSS
傳送器的信號傳送之間的時差通過公式巧隊-幻獲得，其中，tk為信號接收時間，
由GNSS傳送器時鐘測量得到，c為真空光速。所述時差可以通過由偽隨機碼構成的時間戳信息獲得，所述偽隨機碼疊加在信號的載波上。涉及載波頻率&信號的載波相位觀測
量^可由接收時間時信號的載波 相位和傳送時間時載波信號的相位之間的差通過公式
LiJ =λΜ -W)+~<獲得，其中，％為接收時間時載波信號的相位，包括任何載波相位
偏差，V為傳送時間時載波相位的相位，包括任何傳送器載波相位偏差，λ J為載波信號的
波長，為全周期的整數。由於只一部分相位被測量，該全周期整數是未知的。所有觀測量都會受到下述一些儀器和/或觀測誤差影響。
[0015]在步驟S1204中，通過對所述載波相位觀測量4，4以及碼觀測量竚，K進行線性組合，確定所謂的無電離層載波相位觀測量Z和無電離碼觀測量€具體地，無電離
CO
層組合4和$由下式獲得:
[0016]L(i)[0018]由於當穿過電離層時通過的載波頻率f信號的電離層延遲與Ι/f2成比例，因此，可以將上述組合右和€中載波頻率4和4信號的電離層延遲的影響消除以得到較好的精度。在實際情況下，可以實現對信號電離層延遲影響的99.9%的消除。
[0019]如果漫遊者k目前的位置使用&表示，漫遊者內部時鐘的時鐘誤差使用dtk表示，且兩者可通過PPP技術精確地估計，則可以得到下述的、用於在用戶視線範圍內的η個GNSS衛星組的觀測方程系統:
[0020]人:.+cdl' -(A))/, =-(A1)I '[^l - riu ] + cdik +M1k -STk +(B1.)', +λΗ\ν,% +ε (3)
[0021]P； +cdt1 -(Pjk =^ipJk -R ~ru] + cdtk +Mik-STk +ε'(4)
[0022]這些觀測方程將步驟S1204中獲得的觀測量與漫遊者到GNSS衛星上GNSS傳送器之間的實際距離進行了關聯，並考慮了儀器和觀測誤差。其中，C為光在真空中的速度，P ^為漫遊者和各個(1-th)衛星之間的估計模型化範圍，A為沿著從漫遊者大致位置it到各個(1-th)衛星指向的對應單位長度向量。進一步地，M和δ T分別為對流層映射和殘差垂直
延遲，w為未模型化用戶纏繞，波長λη可以由載波頻率&和&通過公式為計算得
到。最後，ε和ε '分別表示與熱雜波和多通道相關的相位和碼測量誤差，B。表示無電離層載波相位模糊度。「模糊度」指的是:信號接收時間時漫遊者GNSS接收器測量的GNSS信號的載波相位與信號傳送時各個GNSS傳送器測量的載波相位之間差值的不確定部分。例如，對於給定的頻率fx的載波，模糊度義由與未知數量的全周期對應的整數部分λχΝχ、與各個衛星GNSS傳送器儀器偏差(衛星相位偏差)對應的第一小數部分、以及與漫遊者GNSS接收器儀器偏差(接收器相位偏差)對應的第二小數部分組成。在這裡，衛星相位偏差表示GNSS傳送器生成的信號與基於參考時間幀的參考信號之間的相位偏差，接收器相位偏差表不GNSS接收器中內部生成的參考信號`與基於所述參考時間幀的參考信號之間的相位偏差。
[0023]在步驟S1205中，通過將所謂的卡爾曼(Kalman)濾波器應用到觀測方程系統，解出上述2η觀測方程系統。來自漫遊者視線範圍內衛星上η個GNSS傳送器中所有GNSS傳送器的信號被漫遊者GNSS接收器同步接收和處理的時刻被稱為「曆元」。對於每個曆元，通常地，如果在漫遊者視線範圍內的衛星數量等於或超過η=4，上述2η觀測方程系統可以被解出。通過考慮之前曆元的解出方案，解出方案的精確度可以不斷地提高。在應用卡爾曼
濾波器時，漫遊者位置4和用戶時鐘dtk可以被當作白噪聲被處理，殘差(「溼」)延遲δΤ以
及用戶纏繞w可以被當作隨機漫步過程進行處理，無電離層相位模糊度B。在除了發生周跳事件之外，可被估計為一隨機變量(「常數參數」)。發生周跳事件時，B。可被當作白噪聲隨機過程處理。
[0024]上述PPP技術的主要缺點在於需要一個大的收斂時間，以獲得無電離層模糊度B。的較好估計，其中，B。應被理解為模糊度集式的簡寫以及對應漫遊者位置&的簡寫。在得
到I至2分米高精度漫遊者位置前，收斂時間可能持續一小時的大部分，甚至大於一小時。
[0025]PPP技術的這些問題限制了該技術作為定位技術的應用，而只能用於收斂時間不是問題的情形，例如，慢速移動物體、船舶或靜態物體的定位。因此，PPP技術不能用於大多數的地面車輛的定位，例如，轎車或大多數航空器，例如飛機。另外，由於PPP技術的長收斂時間，漫遊者和各個GNSS衛星之間的連續無阻擋視界是PPP技術可靠操作的基礎。如果在短於或等於收斂時間的一時間跨度內失去了單個或所有衛星的蹤跡，就不可能獲得可靠的定位。因此，PPP技術也不能應用到高建築區域的導航，例如，城市或在漫遊者和各個GNSS衛星之間不存在連續無阻擋視界的其它區域。

【發明內容】

[0026]本發明的一目的在於改進現有技術中的導航技術，本發明進一步的目的在於克服現有GNSS導航技術的限制，主要是關於收斂時間的限制。
[0027]為了解決上述問題，本發明根據權利要求1提出了一方法，根據權利要求14提出一設備，本發明的優選實施例為從屬權利要求的保護主題。
[0028]根據本發明的一方面，提供了 一種用於對帶有全球導航衛星系統(GNSS )接收器的物體進行定位方法，所述方法包括步驟:通過所述GNSS接收器接收信號，所述信號由設置在衛星上的GNSS傳送器傳送，所述衛星位於所述物體的視線範圍內；更新所述物體中服務數據，所述服務數據包括表示所述衛星內部鐘的衛星時鐘數據、表示衛星位置的衛星軌道數據、涉及所述GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據，以及表示電離層狀態的電離層模型數據；基於所述電離層模型數據，確定表示修正的電離層延遲數據，所述修正涉及所述信號的延遲，所述信號的延遲是由所述信號的一通道穿過來自所述GNSS傳送器的所述信號傳送和所述GNSS接收器的所述信號接收之間的電離層時產生的；以及基於所述信號、所述衛星時鐘數據、所述衛星軌道數據、所述衛星延遲碼偏差數據以及確定的電離層延遲數據，確定所述物體的位置。
[0029]通過提供創造性的服務數據，具體地，如衛星時鐘數據、衛星軌道數據以及衛星延遲碼偏差數據，上述發明方法可以獨立於參考GNSS接收器提供的參考數據被執行，其中，參考GNSS接收器用於從用戶視線範圍內GNSS衛星上的GNSS傳送器接收信號。在本領域的狀態中，該參考數據可以被用於將用戶接收到的信號與參考數據進行對比，從而確定和消除由於硬體偏差、鍾誤差以及GNSS傳送器位置誤差導致的觀測誤差。換句話說，根據本發明，不會發生信號(或由信號中獲取的觀測量)的雙重差分。因此，本發明的主要優點在於利用本發明方法的用戶並不完全依賴接近參考GNSS接收器。因此，用戶可以確定他或她在地球上的位置，而不存在限制。再者，通過向具有本發明服務數據的用戶提供一電離層模型，用戶可以獨立地確定與由用戶接收到的信號的電離層延遲有關的修正。於是，用戶可以為信號的電離層延遲進行修正，憑藉這個用戶定位的不確定性的主源可以被消除，直到用戶位置被精確定位的收斂時間可以顯著地減少。總之，本發明方法使得用戶可以以一種快速、精確的方式，獨立於任何外部設施確定他或她在地球上任何點的位置。這樣，通過提供本發明方法，前述的現有技術中的問題和缺點在本發明中將不復存在。
[0030]本發明中使用的術語「延遲碼偏差」也就是「差分碼偏差」。因此，在本發明上下文中使用的「延遲碼偏差數據」指的是「差分碼偏差數據」。對於每個載波頻率，對應的衛星延遲碼偏差可以被理解為涉及隨信號傳送的時間戳信息和參考時間幀之間的延遲。
[0031]優選地，在本發明方法中，物體定位步驟中涉及的所有信號在非差模式中被處理。[0032]根據本發明另一方面，優選地，所述方法進一步包括下述步驟:從所述信號中獲取碼觀測數據，所述碼觀測數據為涉及隨所述信號一起傳送的數據，所述碼觀測數據包括碼觀測量，所述碼觀測量涉及隨所述信號一起傳送的數據；以及從所述信號中獲取載波相位觀測數據，所述載波相位觀測數據涉及所述信號的載波相位，所述載波相位觀測數據包括載波相位觀測量，所述載波觀測量涉及所述信號的載波相位；所述對所述物體進行定位的步驟是基於所述衛星時鐘數據、所述衛星軌道數據、所述衛星延遲碼偏差數據、所述電離層延遲數據、從所述信號中獲取的碼觀測數據以及從所述信號中獲取的載波相位觀測數據。優選地，對所述物體進行定位的步驟中涉及的所有碼觀測量以及所有載波相位觀測量在非差模式中被處理。對應地，在從所述信號中獲取碼觀測數據的步驟中，優選地，所述碼觀測數據可直接單獨地從所述信號中獲取。在從所述信號中獲取載波相位觀測數據的步驟中，優選地，所述載波相位觀測數據可直接單獨地從所述信號中獲取。
[0033]優選地，在對所述物體進行定位的步驟中，與觀測量的無電離層組合不同的至少一個線性組合以及一觀測量無電離層組合被處理。換句話說，優選地，至少一個觀測量非無電離層線性組合以及一觀測量無電離層線性組合被處理。優選地，如果兩個不同載波頻率的信號被接收到，則在對物體進行定位的步驟中，不同於觀測量一無電離層組合的兩個觀測量線性組合和觀測量無電離層組合被處理。優選地，如果三個不同載波頻率的信號被接收到，則在物體的定位步驟中，觀測量的三個線性組合和觀測量無電離層組合被處理，該三個觀測量線性組合是三個不同於觀測量無電離層組合的組合。
[0034]優選地，本發明方法可以進一步包括至少一個以下的步驟:為碼觀測量確定電離層延遲；為載波相位觀測量確定電離層延遲；為碼觀測量的幾何形狀無關組合確定電離層延遲；以及為載波相位觀測量的幾何形狀無關組合確定電離層延遲。
[0035]優選地，所述服務數據進一步包括涉及GNSS傳送器載波相位偏差的衛星相位偏差數據，所述對物體進行定位的步驟進一步包括確定載波相位模糊度數據的步驟，所述載頻相位模糊度數據基於載波相位觀測數據和衛星相位偏差數據為至少一信號指示全周期的數目，所述全周期包括在傳送時間信號載波相位和接收時間信號載波相位之間的相位差中。
[0036]向用戶提供相位偏差數據使得用戶可以確定模糊度各自的整數部分，從而高精確度地確定所述載波相位中的模糊度。由於模糊度反映了一主要誤差源，該誤差源在定位用戶時會影響精確定位收斂時間，因此，精確地確定模糊度可以顯著地減少定位用戶時精確定位的收斂時間。
[0037]根據本發明的又一方面，優選地，在對物體進行定位的步驟中，執行至少一遞歸估計過程。在這裡，遞歸估計過程可以是一濾波器。優選地，所述遞歸估計過程為卡爾曼濾波器。優選地，在至少一遞歸估計過程的每個步驟中，狀態數據可以在所述信號、所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、電離層延遲數據以及在前一步驟中估計的狀態數據估計的基礎上被估計，所述狀態數據至少包括物體位置和載波相位模糊度數據中的一種。所述狀態數據也可以至少包括對流層延遲和用戶纏繞中的一種數據。優選地，所述至少一遞歸估計過程用於對明顯會被所述信號延遲影響的載波相位觀測量的組合以及由明顯會被所述信號延遲影響的碼觀測量、明顯會被所述信號延遲影響的載波相位觀測量和明顯會被所述信號延遲影響的碼觀測量組成的組合的至少一個組合進行處理。[0038]使用遞歸濾波器使得對用戶的持續定位精度不斷增加。
[0039]進一步優選地，電離層模型數據可以用於表示電離層的位置決定的和全球範圍的狀態。可選地，電離層模型也可以表示地球上一個或多個給定區域中電離層的位置決定的狀態。而且，根據一個或多個區域、或用戶(接近的)位置，電離層模型數據可以表示不同精確度水平。優選地，電離層數據包括電離層模型可靠性數據，該數據涉及電離層模型數據的位置獨立可靠性，所述對物體進行定位的步驟進一步根據所述電離層模型可靠性數據進行執行。
[0040]所述電離層模型的精確度(可靠性)可以由用戶的位置決定。在這種情況下，如果用戶設置有在目前近似用戶位置處的表示電離層精確度的指示，則該指示信息可以被考慮進對用戶進行定位的步驟中。具體地，在濾波過程中，涉及由電離層模型確定的信號的電離層延遲修正可以被給予一權重，這樣，如果在目前近似用戶位置處電離層模型的精確度高，則可以給該修正以較高權重，如果在目前近似用戶位置處電離層模型的精確度低，則可以給該修正以較低權重。
[0041]根據本發明的進一步的一方面，優選地，如果至少兩個不同頻率的信號在物體處被接收到，則對物體進行定位的步驟可以進一步包括步驟:從所述載波相位觀測數據中為每個衛星獲取一相位寬巷組合以及從碼觀測數據中為每個衛星獲取一對應的碼窄巷組合；為每個衛星獲取所述相位寬巷組合的一 Melbourne-Wiibbena組合以及對應的碼窄巷組合；在所述Melbourne-Wiibbena組合和所述衛星延遲碼偏差基礎上,通過第一遞歸估計過程為每個衛星估計一寬巷組合模糊度；從所述載波相位觀測數據中每個衛星獲取相位的一幾何圖形無關組合；基於所述幾何圖形無關組合以及電離層延遲數據，通過第二遞歸估計過程為每個衛星估計一幾何圖形無關的模糊度；基於所述對應寬巷模糊度的估計和所述對應幾何圖形無關的模糊度的估計，為每個衛星估計無電離層模糊度；從載波相位觀測數據為每個衛星獲取一相位無電離層組合，從所述碼觀測數據為每個衛星獲取一碼無電離層組合；以及基於所所述相位的無電離層組合、碼無電離層組合以及通過第三遞歸估計過程得到的電離層模糊度估計，對物體進行定位。
[0042]根據本發明的另一方面，如果至少三個不同頻率的信號在物體端被收到，對物體進行定位的步驟進一步包括步驟:為每個衛星從所述載波相位觀測數據獲取一相位超寬巷組合以及從所述碼觀測數據獲取一對應的碼窄巷組合；從所述相位超寬巷組合以及所述對應的碼窄巷組合為每個衛星獲取一 Melbourne-Wiibbena組合；基於所述Melbourne-Wubbena組合以及衛星延遲碼偏差數據，通過第一遞歸估計過程為每個衛星估計一超寬巷模糊度；從所述載波相位觀測數據為每個衛星獲取一相位寬巷組合；基於所述相位寬巷組合、超寬巷組合、所述超寬巷模糊度以及所述無電離層延遲數據，通過第二遞歸估計過程為每個衛星估計一寬巷模糊度；從所述載波相位觀測數據為每個衛星獲取一相位幾何圖形無關組合(例如，L1=L1-L2，也被稱為電離層組合)，該相位幾何圖形無關組合與所述三個不同頻率的兩個頻率對應，該兩個頻率具有最大相互頻率差；基於所述相位幾何圖形無關組合以及電離層延遲數據，通過第三遞歸估計過程為每個衛星估計一幾何圖形無關模糊度；基於所述對應的寬巷模糊度估計以及所述對應的幾何圖形無關模糊度，為每個衛星估計一無電離層模糊度；從所述載波相位觀測數據為每個衛星獲取一相位無電離層組合，所述相位無電離層組合對應於所述三個不同頻率的兩個頻率，該兩個頻率具有最大相互頻率差，以及從所述碼觀測數據為每個衛星獲取一碼無電離層組合，所述碼無電離層組合對應於所述三個不同頻率的兩個頻率,該兩個頻率具有最大相互頻率差；以及基於所述相位無電離層組合、碼無電離層組合以及所述電離層模糊度估計，通過第四遞歸估計過程對所述物體進行定位。
[0043]優選地，至少一固定的地面站作為中央處理站，多個固定的地面站作為網絡站，其中每個地面站具有一 GNSS接收器，所述至少一中央處理站以及所述多個網絡站組成一網絡，所述網絡獲取所述服務數據，並傳送給所述物體，獲取電離層模型數據的步驟包括:在所述網絡站接收由GNSS傳送器傳送的信號，所述GNSS傳送器設置在至少一網絡站視線範圍內的多個衛星上；確定網絡電離層延遲數據，該數據用於指示涉及所述網絡站接收信號的延遲修正以及由於網絡站接收的信號穿過電離層導致的網絡站接收的信號延遲修正；以及從所述網絡電離層延遲數據確定電離層模型數據。優選地，在網絡站接收的信號為至少兩個不同頻率的信號。
[0044]進一步地，所述衛星載波相位偏差數據可以基於在網絡站接收的、並繼續傳送給所述物體的信號獲取。
[0045]根據本發明，確定所述電離層模型數據可以進一步包括步驟:將電離層自由電子的數量密度擴展為多個函數；估計電子含量數據，所述電子含量數據指示了在所述網絡電離層延遲數據基礎上所述多個函數的係數。優選地，這些函數為體元基函數，這樣，通過對電離層施加一網格，所述電離層被再分為多個體積單元(「體元」)，所述體元基函數的係數對應於每個體元中自由電子的數量。可選地，所述函數例如也可以是經驗正交函數、球函數或卡普曼函數。
[0046]提供一電離層模型使得用戶可以確定與用戶關聯的GNSS接收器處接收的、由在用戶視線範圍內GNSS衛星上GNSS傳送器傳送的GNSS信號的電離層延遲。基於用戶的近似位置、由衛星軌道數據獲得的GNSS衛星位置、以及沿著GNSS接收器和GNSS發送器之間視線的自由電子的密度或總含量，用戶可以確定GNSS信號的電離層延遲，而不需要進一步的外部信息，其中，所述自由電子的密度或總含量可從電離層模型中獲取。
[0047]優選地，涉及所述多個衛星的內部時鐘、所述多個衛星的位置、所述多個衛星上GNSS傳送器的延遲碼偏差和所述多個衛星上GNSS傳送器載波相位偏差之一的大地數據以及涉及電離層狀態的電離層數據通過第一和第二估計過程被同步處理，所述第一和第二估計過程具有不同的處理速度，並會相互作用。
[0048]通過該設置，在CPF處進行的在用戶側需要頻繁更新(例如每個曆元更新一次)的數據(例如，衛星時鐘數據)的確定和不需要高刷新率進行更新的數據(例如，電離層模型)的確定可以分開執行。因此，作為示例地，精確衛星時鐘數據可以通過第一、快速濾波過程獲取，而例如電離層模型則可以通過第二、慢濾波過程獲取。通過將第二濾波過程的輸出提供給第一濾波過程，可以得到確定的數據的最佳精確度。同樣，本發明服務數據的快速改變的組成部分和慢速改變的組成部分可以在一致的框架內通過單一統一的過程進行確定。這樣，既可以為服務數據的所有組成部分獲得高精確度，也可以為服務數據單個組成部分(例如，精確衛星時鐘)獲得高刷新率，且服務數據的所有組成部分可以在一致的框架內確定。因此，前述本發明設置可向用戶提供質量優化的服務數據，進而可提高確定用戶位置時收斂時間和/或位置精確度性能。同時，也可以顯著地降低用於確定本發明服務數據的必需計算能力的需求。
[0049]根據本發明的另一方面，可以對分別表示所述衛星時鐘數據在所述物體被連續更新的速度、所述衛星軌道數據在所述物體被連續更新的速度以及所述電離層模型數據在所述物體被連續更新的速度的一衛星時鐘刷新率、一衛星軌道數據刷新率以及一電離層模型刷新率進行選擇，以使得所述衛星時鐘數據刷新率大於所述衛星軌道數據刷新率、所述衛星時鐘數據刷新大於所述電離層模型數據刷新率。
[0050]由於例如用戶側保持的衛星時鐘精確度降低快速，因此，衛星時鐘數據需要被頻繁地傳送給用戶，也就是說，以一高刷新率，典型地每個曆元傳送一次。相對於衛星時鐘，衛星軌道和服務數據的其它組成部分則不會降低得那麼快，因此，可以以一低刷新率傳送給用戶。例如，電離層模型可以每十分鐘一次或甚至更低的刷新率進行更新。通過單個合適的刷新率傳送服務數據的單個組成部分，傳送服務數據所需帶寬可以明顯地降低。典型地，在本發明中，傳送服務數據的所需帶寬為250bytes每秒每星群。
[0051]進一步地，根據本發明，提供了一設備，所述設備包括:用於接收信號的裝置，所述信號通過位於所述設備視線範圍內給定數量的衛星上的GNSS傳送器傳送；用於更新服務數據的裝置，所述服務數據包括表示所述衛星內部時鐘的衛星時鐘數據、表示所述衛星位置的衛星軌道數據、涉及所述GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據，以及表示電離層狀態的電離層模型數據；用於基於所述電離層模型數據，確定表示涉及所述信號延遲的修正的電離層延遲數據的裝置，所述信號延遲由穿過所述GNSS傳送器信號傳送和所述用於接收信號的裝置的信號接收之間的電離層的所述信號通道產生；以及用於基於所述信號、所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據以及所述電離層延遲數據，確定所述設備的位置的裝置。
[0052]優選地，所述設備進一步包括:用於從所述信號獲取碼觀測數據的裝置，所述碼觀測數據涉及所述信號一起傳送的數據，包括與所述信號一起傳送的數據有關的碼觀測量；以及用於從所述信號獲取載波相位觀測數據的裝置，所述載波相位觀測數據涉及所述信號的載波相位，包括涉及所述信號載波相位的載波相位觀測量；所述用於確定物體位置的裝置進一步用於基於所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據、所述電離層延遲數據、從所述信號中獲取的至少一所述碼觀測數據以及從所述信號中獲取的所述載波相位觀測數據確定所述物體的位置。
[0053]優選地，所述確定物體位置的步驟中所有碼觀測量和所有載波相位觀測量為非差觀測量。對應地，優選地，所述用於從所述信號獲取碼觀測數據的裝置進一步用於明確地從所述信號中單獨地獲取觀測數據，優選地，所述用於從所述信號獲取載波相位觀測數據的裝置進一步用於明確地從所述信號中單獨地獲取所述載波相位觀測數據。
[0054]本發明設備進一步可包括下述的至少一裝置:用於為碼觀測量確定電離層延遲的裝置；用於為載波相位觀測量確定電離層延遲的裝置；用於為碼觀測量幾何圖形無關的組合確定電離層延遲的裝置；以及用於為載波相位觀測量幾何圖形無關的組合確定電離層延遲的裝置。
[0055]優選地，所述用於更新服務數據的裝置進一步適用於更新服務數據，所述服務數據進一步包括涉及所述GNSS傳送器載波相位的衛星相位偏差數據；所述用於確定所述物體位置的裝置進一步適用於:在所述載波相位觀測數據和所述衛星相位偏差數據的基礎上，確定載波相位模糊度數據，所述載波相位模糊度數據用於為至少一個信號表示包括在傳送時刻所述信號的載波相位和接收時刻所述信號的載波相位之間相位差中的全周期數量。
[0056]根據本發明的另一方面，所述用於確定物體位置的裝置進一步適用於執行至少一遞歸估計過程，在這裡，所述遞歸估計過程可以為濾波器，優選地，所述遞歸估計過程為卡爾曼濾波器。
[0057]所述確定物體位置的裝置進一步適用於在所述至少一遞歸估計過程的每一步中，基於所述信號、所述衛星時鐘數據、所述衛星軌道數據、所述電離層延遲數據以及上一遞歸估計過程處理步驟中估計的狀態數據估計，估計狀態數據，所述狀態數據包括所述物體位置和載波相位模糊度數據中的至少一種數據。所述狀態數據也可以包括對流層延遲和用戶纏繞數據中的至少一種數據。優選地，所述至少一遞歸估計過程可對明顯會被所述信號延遲影響的載波相位觀測量的組合以及由明顯會被所述信號延遲影響的碼觀測量、明顯會被所述信號延遲影響的載波相位觀測量和明顯會被所述信號延遲影響的碼觀測量組成的組合的至少一個組合進行處理。
[0058]根據本發明的又一方面，提供了包括上述設備的一種系統和由至少一中央處理站和多個網絡站組成的一種網絡，其中，所述中央處理站為一固定的地面站，每個網絡站為固定的地面站，且包括一 GNSS接收器。其中，所述網絡可用於獲取服務數據，並將服務數據提供給所述設備。優選地，所述中央處理站包括用於獲取所述服務數據的裝置。進一步優選地，所述中央處理站包括用於將所述服務數據傳送給所述設備的裝置。
[0059]優選地，所述網絡站包括:接收由GNSS傳送器傳送的信號的裝置，所述GNSS傳送器設置在至少一網絡站視線範圍內的多個衛星上。所述中央處理站包括:用於確定網絡電離層延遲數據的裝置，該網絡電離層延遲數據用於指示涉及所述網絡站接收信號的延遲修正以及由於網絡站接收的信號穿過電離層導致的網絡站接收的信號延遲修正；以及用於從所述網絡電離層延遲數據確定電離層模型數據的裝置。在這裡，優選地，在網絡站接收的信號為至少兩個不同頻率的信號。
[0060]根據本發明，所述中央處理站可進一步包括:用於將所述電離層中的自由電子的數量密度擴展為多個函數的裝置；以及用於在所述網絡電離層延遲數據的基礎上，估計電子含量數據的裝置，所述電子含量數據表示所述多個函數的係數。優選地，這些函數為體元基函數，這樣，通過對電離層施加一網格，所述電離層被再分為多個體積元(「體元」)，所述體元基函數的係數對應於每個體元中自由電子的數量。可選地，所述函數例如也可以是經驗正交函數、球函數或卡普曼函數。
[0061]優選地，所述中央處理站可包括:第一處理裝置，用於處理涉及所述多個衛星的內部時鐘、所述多個衛星的位置、所述多個衛星上GNSS傳送器的延遲碼偏差和所述多個衛星上GNSS傳送器載波相位偏差中至少之一的大地數據，以及第二處理裝置，用於處理涉及電離層狀態的電離層數據，其中，第一處理裝置被配置用於執行第一估計過程，第二處理裝置被配置用於執行第二估計過程，所述第一和第二估計過程具有不同的處理速度，並會相互作用。
[0062]可以對所述用於將服務數據傳送到所述設備的裝置進行配置，這樣，可以對分別表示所述衛星時鐘數據在所述物體被連續更新的速度、所述衛星軌道數據在所述物體被連續更新的速度以及所述電離層模型數據在所述物體被連續更新的速度的一衛星時鐘刷新率、一衛星軌道數據刷新率以及一電離層模型刷新率進行選擇，以使得所述衛星時鐘數據刷新率大於所述衛星軌道數據刷新率、所述衛星時鐘數據刷新大於所述電離層模型數據刷新率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0063]下面將結合附圖對本發明進行詳細描述，其中:
[0064]圖1示例性地示出了用於實施本發明方法的一導航系統，在該導航系統中包括有一漫遊者以及位於漫遊者視線範圍內的多個衛星；
[0065]圖2示例性地示出了用於定位漫遊者的本發明方法的概要；
[0066]圖3示出了 一流程圖，該流程圖示出了本發明的一實施例；
[0067]圖4示出了一流程圖，該流程圖示出了本發明的另一實施例；
[0068]圖5示出了一流程圖，該流程圖示出了本發明的另一實施例；
[0069]圖6示出了一流程圖，該流程圖示出了本發明的另一實施例；
[0070]圖7示出了一世界地圖，該地圖指示了根據本發明地面站網絡中地面站的示例性位置；
[0071]圖8示出了根據本發明一中央處理站的概要圖；
[0072]圖9示例性地示出了使用本發明方法對漫遊者進行定位的裝置；
[0073]圖10示出了一流程示意圖，示出了現有技術中的定位方法。
【具體實施方式】
[0074]在後續中通過示例，但這些示例不對本發明構成任何限制，將對本發明優選實施例進行重點描述。後續給出的技術術語定義只用於示例性描述，而不用於限制本發明。
[0075]圖1示出了一漫遊者SUR以及多個衛星SAT1到SATn,該漫遊者具有一 GNSS接收器SURfflss。每個衛星設置有一 GNSS傳送器GNSSei到GNSSEn。GNSS傳送器可用於傳送包括預設載波頻率的載波以及由偽隨機碼組成的時間戳信息的信號，該時間戳信號疊加在所述載波上。每個GNSS傳送器GNSSei到6吧5@可以用於傳送不同載波頻率的信號。例如，在其它系統中，本發明可應用於全球定位系統(GPS)、伽利略(GaliIeo)系統或現代化(modernized)GPS。在這裡，GPS傳送器傳送兩個不同載波頻率的信號，而現代化GPS以及伽利略傳送器傳送三個或以上不同載波頻率的信號。隨後，由GNSS傳送器GNSSei到GNSSEn傳送的信號會被漫遊者SUR上的GNSS接收器SURrass接收到。在前述中，應理解由GNSS傳送器GNSSei到GNSSaJ.送的信號是被持續地傳送。從漫遊者SUR視線範圍內的衛星SATito SATn上所有GNSS傳送器傳送的信號被漫遊者SUR的GNSS接收器同時接收並被處理的時刻被稱為「曆元」，曆元之間的時間間隔可以被任意地選擇，例如，參考標準時間的一秒鐘。然而，可選地，在本發明中，曆元之間的時間間隔是明確的。除了接收由GNSS發送器GNSSei到GNSSEn發送的信號外，漫遊者還接收服務數據，該服務數據(例如)可以是由一中央處理站或「CPF」傳送過來的，該中央處理站可由一固定地面站網絡組成(圖中未示出)。
[0076]圖2示出了根據本發明對用戶進行定位的概要。用戶201被提供觀測量206，該觀測量206來自通過一 GNSS接收器的GNSS信號，相同地，用戶201可以自己提供GNSS信號，如通過GNSS接收器接收一樣。然後，對提供的觀測量206進行周跳檢測，為一個或多個衛星檢測追蹤鎖的丟失，直至一個周跳被檢測到，基於提供的觀測量以及通過服務提供者提供給用戶的服務數據207，預先擬合殘差203被確定。對於本領域技術人員來說可以想到的是，用戶關聯有一裝置，以用於執行上述程序。具體地，應理解，該裝置可包括用於接收GNSS信號的裝置(例如，GNSS接收器)、用於從接收到的GNSS信號中獲取觀測量的裝置、用戶接收服務數據的裝置、用於執行周跳檢測的裝置以及用於獲取預先擬合殘差的裝置。
[0077]服務數據207包括精確衛星時鐘(衛星時鐘數據表示衛星的內部時鐘)、精確衛星軌道(衛星軌道數據表示衛星的位置)、衛星上GNSS傳送器的延遲碼偏差(衛星延遲碼偏差數據表示GNSS傳送器的延遲碼偏差)以及電離層模型(電離層模型數據表示電離層的狀態)。由於模糊度確定是在確定精確時鐘的過程中執行的(見下文)，因此，相對於傳統PPP方法中使用的時鐘(當轉換為位置精度時，大約為8cm)，根據本發明的所述精確時鐘具有更好的精確度(當轉換為位置精度時，大約為6cm)。相對於傳統PPP方法中使用的軌道，本發明的精確軌道具有一類似精確度(當轉換為位置精度時，大約為5cm)。所述衛星延遲碼偏差涉及GNSS衛星上GNSS傳送器的硬體偏差。對於每個載波頻率，對應的衛星通信延遲碼偏差涉及隨信號傳送的時間戳信息和參考時間幀之間的延遲。
[0078]在這裡以及後文中，應記住術語「服務數據」指的是用戶收到的、不同於從GNSS衛星上GNSS傳送器傳送的GNSS信號的任何數據。進一步地，應指出，在這裡及後續中，所述服務數據不包括觀測量和/或在其它GNSS接收器獲取的信號。因此，本發明方法的應用獨立於是否與參考GNSS接收器接近。進一步地，相對於參考觀測量和/或信號與服務數據一起傳送的情形，顯著地減少了對傳送伺服器的帶寬需求。
[0079]除了上述因素外，對於涉及相對於參考時間幀的載波相位偏差的每個給定載波頻率的信號，服務數據207也可以包括衛星小數部分模糊度(涉及GNSS傳送器載波相位偏差的衛星相位偏差數據)。
[0080]由服務數據207構成的電離層模型表示電離層中自由電子的含量。電離層中自由電子主要在通過太陽的輻射生成的。由於太陽的輻射會隨著時間變化，且在電離層的不同點不同，因此，電離層中自由電子的密度依賴於時間和位置。另外，電離層不會隨著地球轉動，這樣會使得如果相對於地球固定的坐標系統被考慮，電離層狀態的時間依賴性會進一步提高。電離層模型提供了信息，對於電離層中的給定位置或電離層中預設大小的體元，該信息足夠用於確定自由電子的密度。例如，電離層可以被再劃分為圍繞地球的幾個層上設置的多個體積單元或「體元」，電離層模型可以包括每個體元的自由電子總數量。進一步地，電離層中的自由電子的密度函數可以被擴展為多個函數，例如，經驗正交函數、球函數或卡普曼函數，所述電離層模型可以包括這些函數的係數。應記住，列出的這些函數僅為示例性作用，對於本領域技術人員來說也可以是其它可用於再分所述電離層的函數。在通過電離層模型向用戶提供的信息的基礎上，可以確定沿著GNSS接收器視線範圍內GNSS接收器和GNSS衛星上GNSS傳送器之間視線的自由電子的整體含量或與所述視線一致的一圓柱體中自由電子的含量，其中，所述圓柱體具有例如一平方米(m2)的橫截面。通常地，在該圓柱體中IO16的自由電子含量被稱為一總電子含量單位(TE⑶)。
[0081]預先擬合殘差203可由觀測量206獲取，服務數據207可用於執行濾波估計204，從而可對用戶進行定位208。涉及預先擬合殘差203以及濾波估計204將在後續進行詳細描述。為了增加用戶定位208的精確度以及減少執行濾波估計204所需的收斂時間，由服務數據207組成的衛星小數部分模糊度可用於限制零差模糊度205，所述零差模糊度涉及載波相位觀測量或包括載波相位觀測量的觀測量線性組合。因此，與用戶關聯的設備進一步包括用於獲取預先擬合殘差的裝置以及用於執行濾波估計的裝置。在這裡，用於獲取預先擬合殘差的裝置以及用於執行濾波估計的裝置可以是獨立的裝置，或者是用戶定位裝置的一部分。
[0082]下面將參考圖3對本發明的一實施例進行描述。在該實施例中，通過用戶接收並處理兩個不同載波頻率的GNSS信號，以確定用戶的位置。
[0083]在這裡，應注意，任意數量的不同載波頻率的信號可以通過用戶視線範圍內GNSS衛星上的GNSS傳送器進行傳送，但是用戶側的GNSS接收器可以被限定為只接收兩個不同載波頻率的信號。也可以是，用戶側的GNSS接收器可以接收任意數量的不同載波頻率，但是只有兩個不同載波頻率的信號會在用戶側被處理。
[0084]在步驟S301中，服務數據310被接收，其中，優選地，所述服務數據310由CPF傳送。優選地，CPF與一服務提供者相關聯。所述服務數據310包括精確衛星時鐘(表示GNSS衛星內部時鐘的衛星時鐘數據)、精確衛星軌道(表示GNSS衛星位置的衛星軌道數據)、衛星延遲偏差(涉及GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據)以及電離層模型(表示電離層狀態的電離層模型數據)。所述服務數據310可以進一步包括衛星小數部分模糊度(涉及GNSS傳送器載波相位偏差的衛星相位偏差數據)。由於不同時間範圍內服務數據310由不同數據組成，因此這些不同數據傳送和接收的刷新率不同。例如，保持在用戶測的衛星時鐘精確度在缺少新的輸入時很快會降低，而通常地，電離層的狀態要經過幾小時的時間跨度才會發生變化，或至少幾十分鐘。因此，衛星時鐘數據可以以最高的刷新率進行傳送，優選地，以曆元頻率進行傳送，衛星軌道數據則可以以一降低的刷新率進行傳送，優選地，以幾分鐘進行，衛星延遲碼偏差和衛星小數部分模糊度可以以進一步降低的刷新率進行傳送，優選地，以數分鐘進行傳送，而電離層模型數據則可以以與幾分鐘類似的刷新率進行傳送。
[0085]在步驟S302中，與用戶關聯的GNSS接收器接收由用戶視線範圍內多個GNSS衛星上GNSS傳送器傳送的兩個不同載波頻率信號。在後續中，兩個不同載波頻率將使用^和f2表示。當η用於表示用戶視線範圍內GNSS衛星的數目時，在該步驟中將接收到2η個信號。
[0086]在步驟S303中，從步驟S302中接收的衛星信號中獲取觀測量。對於每個載波頻率f的信號，可以獲取一載波相位觀測量L以及一碼觀測量P。因此，對於用和f2表示
的兩個載波頻率，在該步驟中可以得到η個載波相位觀測量L1 η個載波相位觀測量矣，
η個碼觀測量#以及η個碼觀測量片，下標用於指示載波頻率或f2的對應信號，上標
i=l,...，η用於表示對應的GNSS傳送器(或對等地，對應的GNSS衛星)。
[0087]當無線電信號例如一 GNSS信號穿過電離層傳送時，該信號會產生一延遲，即所謂的電離層延遲。在GNSS信號被延遲的情形下，接收GNSS信號的GNSS接收器測量的載波相位會發生改變，不同於GNSS信號沒有發生延遲的情形。因此，從延遲的GNSS信號獲取的載波相位觀測量也會被GNSS信號的電離層延遲所影響，載波相位觀測量自身會經歷一電離層延遲。同樣，從涉及隨GNSS信號傳送的時間戳信息的GNSS信號獲取的碼觀測量也會被GNSS信號的電離層所影響，因此，碼觀測量自身也會經歷一電離層延遲。
[0088]在步驟S304中，確定信號的電離層延遲和/或觀測量。基於電離層模型，可以確定沿著GNSS接收器視線範圍內GNSS接收器和GNSS衛星上GNSS傳送器之間視線的自由電子的整體含量或與所述視線一致的一圓柱體中自由電子的含量，其中，所述圓柱體具有例如一平方米(m2)的橫截面。載波頻率f的GNSS信號的電離層延遲決定於沿著GNSS接收器和GNSS傳送器之間視線的總自由電子含量，與所述頻率f成反正。例如，對於載波頻率f=l.575GHz (GPS的L1波段)的GNSS信號，0.26TECU的總電子含量會產生4cm信號延遲或對應的133皮秒延遲。因此，GNSS信號的電離層延遲可以根據例如沿著GNSS接收器和GNSS傳送器之間視線的總自由電子含量或與所述視線一致的一圓柱體中自由電子的含量進行確定，其中，所述圓柱體具有例如一平方米(m2)的橫截面。根據GNSS信號的延遲，載波相位觀測量的電離層延遲以及由GNSS信號獲取的碼觀測量可以以一簡潔的方式被獲取，這樣，載波相位觀測量和碼觀測量的線性組合的電離層延遲進而也可以被獲取。
[0089]電離層模型可以被提供可靠性數據，該可靠性數據為每個地球上的位置指示了該位置的電離層模型的可靠性。如後文所述，電離層模型可通過固定地面站網絡得到，其中，每個固定地面站具有一 GNSS接收器以及與一中央處理站關聯。在固定地面站網絡密集的區域，可以高精確度地(高可靠性)確定電離層模型，而在固定地面站網絡區域不是很密集的區域，則可以較低精確度地(低可靠性)確定電離層模型。在電離層模型被提供可靠性數據的情形下，可以從由電離層模型確定的電離層延遲獲得所述電離層延遲的精確度(可靠性)。在接下來的步驟中，當執行濾波估計時，由電離層模型確定的電離層延遲的精確度可以被考慮進去。
[0090]基於步驟S302中接收到的信號、步驟S301中接收到的衛星時鐘、衛星軌道、衛星延遲碼偏差以及在步驟S304中確定的電離層延遲對用戶位置的定位將結合步驟S305到S309進行描述。
[0091]在步驟S305中，從所述觀測站量獲取觀測量的第一線性組合。對於每個GNSS傳送器，獲取每個在步驟S303獲取的觀測量的第一線性組合。進而，可獲得總數為η的第一線性組合。接下來，每當為每個GNSS傳送器獲取一觀測量線性組合時，可以簡單地稱為一觀測量線性組合。為了簡潔清晰，依據「線性組合」或「組合」，η個不同線性組合的集合是可以被理解的。相同的術語在後文中也將被用於觀測量、觀測量的線性組合、模糊度或類似術語名稱，這樣，如果不是另外表示，那麼每個這些表達各自指的是η個(其中一個對應一個GNSS衛星)觀測量的集合、觀測量的線性組合、模糊度或類似術語。
[0092]根據本發明，在步驟S305中獲取的觀測量的第一線性組合不同於無電離層組合。因此，觀測量的第一線性組合會明顯地受到電離層延遲的影響。
[0093]優選地，第一線性組合具有一波長，該波長大於載波頻率和f2的GNSS信號波長入^^^和X2=c/f2。進一地優選地，第一線性組合的波長是為涉及載波頻率4和&的觀測量組合可獲取的最大波長。如果一具有大波長的第一線性組合被形成，則該第一線性組合的電離層延遲不需要被考慮到該步驟和後續的步驟中。然而，對由於該步驟和後續步驟中第一線性組合的電離層延遲導致的修正進行考慮則屬於本發明的範圍。[0094]雖然觀測量的多個不同線性組合可以在步驟S305中被形成，然而，根據本發明，
優選地，觀測量的第一線性組合為寬巷載波相位觀測量和寬巷碼觀測量€ (有時也被稱為窄巷碼觀測量)的Melbourne-Wiibbena組合Av_C。關於Melbourne-Wiibbena組合更詳
細的描述可以參考I G.Melbourne寫的、1985出版在美國「關於使用全球定位系統進行精石角定位的第一國際討論會(Proceedings of first international symposium on precisepositioning with the global positioning system)」頁面為 373-386 的文章「對基於GPS的測地系統進行測矩修正的實例(The case for ranging GPS-based geodetic systems)」以及G.WUbbena寫的、出處同上的、1985出版的期刊，頁面為403-412的文章「通過T1-4100碼和載波測量使用GPS用於大地定位的軟體開發(Software developments for geodeticpositioning with GPS using TI_4100code and carrier measurements)，，。寬巷載波相
位觀測量和寬巷碼觀測量Zi可由步驟S303中獲取的觀測量通過下式進行獲取:
【權利要求】
1.一種用於對帶有全球衛星系統(GNSS)接收器的物體進行定位的方法，所述方法包括下述步驟: -通過所述GNSS接收器接收信號，所述信號由位於所述物體視線範圍內的衛星上的GNSS發送器傳送； -更新物體上的服務數據，所述服務數據包括表示所述衛星內部時鐘的衛星時鐘數據、表示所述衛星位置的衛星軌道數據、涉及所述GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據以及表示電離層狀態的電離層模型數據； -基於所述電離層模型數據，確定表示涉及所述信號延遲的修正的電離層延遲數據，所述信號延遲由穿過所述GNSS傳送器信號傳送和所述GNSS接收器信號接收之間的電離層的所述信號通道產生；以及 -基於所述信號、所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據以及所述確定的電離層延遲數據，確定所述物體的位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定所述物體位置的步驟中涉及的所有信號在非差模式中被處理。
3.如前述權利要求至少一項所述的方法，進一步包括步驟: -從所述信號中獲取碼觀測數據，所述碼觀測數據涉及與所述信號一起傳送的數據，包括涉及與所述一起傳送的數據的碼觀測量；以及 -從所述信號中獲取載波相位觀測數據，所述載波相位觀測數據涉及所述信號的載波相位，包括涉及所述信號載波相位 的載波相位觀測量；以及 其中，所述確定物體位置的步驟是基於所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據、所述電離層延遲數據、從所述信號中獲取的所述碼觀測數據以及從所述信號中獲取的所述載波相位觀測數據進行執行的；以及 在確定所述物體的位置的步驟中所有碼觀測量以及所有碼相位觀測量是在非差模式中被處理的。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，在確定所述物體的位置的步驟中，非無電離層的觀測量至少一線性組合以及無電離層的一觀測量線性組合被處理。
5.如權利要求3或4所述的方法，其特徵在於，所述方法進一步至少包括步驟: -確定一碼觀測量的電離層延遲； -確定一載波相位觀測量的電離層延遲； -確定碼觀測量一幾何圖形無關的組合的電離層延遲； -確定載波相位觀測量一幾何圖形無關的組合的電離層延遲。
6.如權利要求3至5至少一項所述的方法，其特徵在於，所述服務數據進一步包括涉及所述GNSS傳送器載波相位偏差的衛星相位偏差數據；以及 所述確定所述物體位置的步驟進一步包括:在所述載波相位觀測數據和所述衛星相位偏差數據的基礎上，確定載波相位模糊度數據，所述載波相位模糊度數據用於為至少一個信號表示包括在傳送時刻所述信號的載波相位和接收時刻所述信號的載波相位之間相位差中的全周期數量。
7.如權利要求1至6至少一項所述的方法，其特徵在於，在所述確定所述物體的位置的步驟中，至少一遞歸估計過程被執行。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，在所述至少一遞歸估計過程處理的每個步驟中，基於所述信號、所述衛星時鐘數據、所述衛星軌道數據、所述電離層延遲數據以及上一遞歸估計過程處理步驟中估計的狀態數據估計，狀態數據被估計，所述狀態數據包括所述物體位置和載波相位模糊度數據中的至少一種數據。
9.如前述權利要求至少一項所述的方法，其特徵在於，所述電離層模型數據包括涉及所述電離層模型數據的位置相關可靠性的電離層模型可靠性數據，所述確定所述物體的位置的步驟進一步基於所述電離層模型可靠性數據進行執行。
10.如前述權利要求至少一項所述的方法，其特徵在於， 至少一固定地面站作為一中央處理站使用； 多個固定地面站作為網絡站使用，其中，每個固定地面站具有一 GNSS接收器； 所述至少一中央處理站和所述多個網絡站構成一網絡； 所述服務數據通過所述網絡獲取，並被提供給所述物體；以及 獲取所述電離層模型數據包括步驟: -在所述網絡站接收至少兩個不同頻率的信號，所述信號由位於至少一網絡站的視線範圍內的多個衛星上的GNSS傳送器傳送； -確定網絡電離層延遲數據，所述網絡電離層數據表示與所述網絡站接收的信號延遲有關的修正，所述網絡站接收的信號延遲是由所述網絡站接收信號的通道通過電離層時產生的；以及 -從所述網絡電離層延遲數據確定電離層模型數據。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述確定電離層模型數據進一步包括步驟: -將所述電離層中的自由電子的數量密度擴展為多個函數；以及 -在所述網絡電離層延遲數據的基礎上，估計電子含量數據，所述電子含量數據表示所述多個函數的係數。
12.如權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，與所述多個衛星的至少一內部時鐘、所述多個衛星的位置、所述多個衛星上的所述GNSS傳送器的延遲碼偏差以及所述多個衛星上的所述GNSS傳送器的載波相位偏差有關的大地數據以及與所述電離層狀態有關的電離層數據被第一和第二估計過程同時處理，所述第一和第二估計過程具有不同處理速度且相互作用。
13.如前述權利要求至少一項所述的方法，其特徵在於，對分別表示所述衛星時鐘數據在所述物體被連續更新的速度、所述衛星軌道數據在所述物體被連續更新的速度以及所述電離層模型數據在所述物體被連續更新的速度的一衛星時鐘刷新率、一衛星軌道數據刷新率以及一電離層模型刷新率進行選擇，以使得所述衛星時鐘數據刷新率大於所述衛星軌道數據刷新率、所述衛星時鐘數據刷新大於所述電離層模型數據刷新率。
14.一種設備，包括: -用於接收信號的裝置，所述信號通過位於所述設備視線範圍內給定數量的衛星上的GNSS傳送器傳送； -用於更新服務數據的裝置，所述服務數據包括表示所述衛星內部時鐘的衛星時鐘數據、表示所述衛星位置的衛星軌道數據、涉及所述GNSS傳送器延遲碼偏差的衛星延遲碼偏差數據，以及表示電離層狀態的電離層模型數據； -用於基於所述電離層模型數據，確定表示涉及所述信號延遲的修正的電離層延遲數據的裝置，所述信號延遲由穿過所述GNSS傳送器信號傳送和所述用於接收信號的裝置的信號接收之間的電離層的所述信號通道產生；以及 -用於基於所述信號、所述衛星時鐘數據、衛星軌道數據、衛星延遲碼偏差數據以及所述電離層延遲數據，確定所述設備的位置的裝置。
15.一種包括權利要求14所述設備的系統以及一種網絡，所述網絡由至少一中央處理站以及多個網絡站組成，所述至少一中央處理站為固定地面站，所述多個網絡站為固定地面站，且每個網絡站具有一 GNSS接收器，其中， 所述至少一中央處理站和所述多個網絡站組成一個網絡； 所述服務數據通過所述網絡被 獲取，並被提供給所述設備。
【文檔編號】G01S19/44GK103502844SQ201180068590
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2011年3月25日 優先權日:2011年3月25日
【發明者】曼紐爾·赫爾南德斯-帕亞雷斯, 約瑟·米格爾·胡安·左羅扎, 豪梅·桑斯·蘇比納, 杰倫·薩姆森, 麥可·馬賽厄斯·瑪麗亞·淘桑特 申請人:歐洲空間局