電離層建模裝置和方法

專利名稱：電離層建模裝置和方法
技術領域：
本發明涉及全球導航衛星系統的領域。具體地，本發明涉及電離層建 模和對兩個或更多載波的GNSS信號的模糊度求解。
背景技術：
全球導航衛星系統(GNSS )包括全球定位系統(GPS ) 、 Glonass (格 洛納斯)系統和已提出的Galileo (伽利略)系統。每個GPS衛星使用稱 為Ll和L2的、各自頻率為1575.41 MHz和1227.60 MHz的L頻帶中的 兩個無線頻率來連續發送。兩個信號在Ll上M送， 一個用于民用，另 一個用于由美國國防部(DoD)授權的用戶。 一個信號在L2上禍波送， 其僅用于DoD授權的用戶。每個GPS信號具有在Ll和L2頻率的載波、 偽隨機數(PRN)碼和衛星導航數據。兩個不同的PRN碼被每個衛星發 送粗捕獲(C/A)碼和針對DoD授權的用戶被加密的精密(P/Y)碼。 每個C/A碼是每毫秒重復的1023個比特的唯一序列。圖l概略地示出了用于確定移動接收機(漫游者)的位置的典型現有 技術場景。漫游者100接收來自視野內的任意數量衛星的GPS信號，所述 衛星例如是分別在110、 120和130所示的SV1、 SV2和SVM。信號穿過 地球的電離層140以及穿過地球的對流層150。每個信號具有兩個頻率Ll 和L2。接收機100根據信號確定至每個衛星各自的偽距PR1， PR2，..，，PRM。如在160處示意性地指出的，由于信號穿過電離層和對流層和多徑 效應所造成的信號通路的變化，偽距確定是失真的。偽距可以使用C/A碼以大約一米的誤差來確定，不使用僅軍用P/Y碼 的民用接收機以幾米范圍內的誤差確定漫游者位置。然而，L1和L2栽波 的相位可以以0.01-0.05個周期(對應于2 mm到1 cm的偽距誤差)的精 確度來測量，這4吏之能夠以幾毫米到幾厘米范圍內的誤差來估計漫游者的 相對位置。Ll和L2載波的相位的精確測量需要具有對所有觀測時刻的電 離層和對流層的效應的良好知識。栽波相位定位解決方案的最大誤差是由于電離層即圍繞地球的一層帶 電氣體而造成的。當從衛星發射的信號在其去往地面接收機的途中穿透該 介質時，其經歷了其信號傳播時間的延遲和其載波相位的偏移(相位前移)。 快速和可靠的定位需要用于校正這些非幾何影響的電離層的空時相關性的 良好模型。使用已知位置的多個參考站的網絡解決方案使得校正項能夠從信號測 量中被提取；那些校正可以被插入網絡內的所有位置。例如參見美國專利 5， 477， 458 "Network for Carrier Phase Differential GPS Corrections"和 美國專利5， 899， 957 " Carrier Phase Differential GPS Corrections Network"。圖2示出了一種網絡技術，其中，已知位置為211， 212， 213， ...， 21N 的N個地面參考站從M個衛星221， 222, ...， 22M接收GNSS信號。GNSS 信號受到電離層230、對流層和多徑效應的干擾。每個參考站的坐標是準 確已知的。這些站使用當前時間點(epoch)的GNSS信號測量和其已知 位置來計算關于每個衛星m的殘差(residual error )。這樣，每個參考站 n獲得對每個所觀測衛星m的偽距校正(PRC(t;to;n;m))。這些校正被發 送到位于網絡內部或外部的中央站240。中央站240計算對于與漫游者的 最后位置接近的位置的偽距校正并將其發送給該漫游者。該漫游者可以使 用所述偽距校正來改進其當前位置估計。在這個網紹"技術中，用于位置估計的所有誤差與其各個特征無關地被聚合在一起作為殘留，所述各個特征例如是多徑中的i^巨相關性和電離層 中的遠距相關性。計算偽距校正是通過插入參考站的殘差來完成的。已經嘗試從GPS測量中提取關于電離層的二維或甚至三維信息。參見 曰本GNSS 2003^i義錄中S.M.Radicella等人的"A Flexible 3D Ionospheric Model for Satellite Navigation Applications";和日本GNSS 2003 ^i義錄 中F.Azpilicueta等人的"Optimized NeQuick Ionospheric Model for Point Positioning"。在Nequick 3D模型中，電離層的垂直結構在捕獲電離層的 主要特征的剖析功能方面被參數化。還已知的是將電離層分為圍繞地球的三維柵格的'斷層攝影，模型。 參見Nashville ION GPS 1999中O.L.Colombo等人的"Resolving Carrier-Phase Ambiguities on the Fly, at more than 100 km from nearest Reference Site, with the Help of Ionospheric TomogGraphy" ; 1999年的 Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics ( 61 ) 1237 中 M.Hernandez畫Pajares等人的 "New Approaches in Global Ionospheric Determination using Ground GPS Data" ; 2000年的Geophysical Research Letters 13 ( 27 ) 2009中M. Hernandez-Pajares等人的"Application of Ionospheric Tomography to Real-Time GPS Carrier-Phase Ambiguities Resolution, at Scales of 400-1000 km and with High Geomagnetic Activity" ; Nashville ION GPS 1999中M. Hernandez-Pajares等人的 "Precise Ionospheric Determination and its Application to Real-Time GPS Ambiguity Resolution"。由于有限的數據和計算能力，這種電離層 柵格必須保持相當粗糙。其它建模成果組合了對衛星可見的跨半球的電離層測量，以及對整個 半球應用球形擴展。參見2004年的Navigation 4 ( 51) 311中Y. Liu等人 的"Development and Evaluation of a New 3-D Ionospheric Modeling Method"。在該著作中，高度相關性通過正交函數的線性組合來建模。該 方法的作者希望提M數千千米距離的電離層中的相關性。在不假^殳站之間的任何相關性的情況下，Hansen等人沿穿過電離層的信號通路來跟蹤電子含量。參見Kansas市ION GPS 1997中A.J.Hansen 等人的"Ionospheric Correction Using Tomography"; 和2001年Radio Science 2 ( 36 ) 261中D. Bilitza的"International Reference Ionosphere 2000"。還存在關于將電離層殘留插入已知站網絡中的漫游者的近似位置的研 究。參見2000年Earth Planets Space 10( 52 )675中D.Odijk的"Improving Ambiguity Resolution by Applying Ionosphere Corrections from a Permanent GPS Array" ; Salt Lake城的ION GPS 2000中D. Odijk的 "Weighting Ionospheric Corrections to Improve Fast GPS Positioning Over Medium Distances";以及2002年荷蘭Delft大學出版社的Delft工 業大學數學測地學和定位系D. Odijk的理學博士論文"Fast Precise GPS Positioning in the Presence of Ionospheric Delays"。這些模型典型地對每 個站-衛星組合引入一個電離層參數，其針對每個站而單獨被估計。這些 單獨的觀測結果被插入近似的漫游者位置以對該用戶提供校正值。針對利用大量頻率的電離層建模和整數模糊度求解也已經提出了 一些 技術，所述大量頻率由現代化GPS和GALILEO來提供。參見2005年6 月的GPS World 35中的T. Richert等人的"Ionospheric Modeling"。發明內容用于處理GNSS信號的改進的方法和裝置由根據本發明的實施例提 供。針對例如GPS、 GLONASS和將來的GALILEO的為用戶提供兩個或 更多頻率的當前和將來的GNSS系統中的載波相位才莫糊度求解而提出需 求。計算高效的技術被用于現實物理模型以獲得載波相位模糊度的良好近 似。根據本發明的實施例相比于現有電離層模型和載波相位模糊度求解技 術，提供了濾波器部件的高計算效率(浮點解(float solution))以及獲 得對單個測量和測量組合的誤差屬性的更好知識的能力。這個高效性提供 了一個或多個益處提高的定位性能和可靠性；跨網絡的載波相位模糊度的更快確定以便校正可以被更快地提供給域中的漫游者；電離層校正值對 網絡中任意位置的插入，這允許即^f吏具有單一頻率信號處理能力的漫游者 也能夠校正電離層影響；以;M"電離層和電離層動力學的當前物理狀態的 洞察。上面討論的現有技術網絡方法將殘差與其各個特征無關地聚集在一 起，所述各個誤差例如是多徑中的i^巨相關性和電離層中的i^巨相關性。 相反，根據本發明的實施例采用對物理層的插入，其中電離層就其"總電 子含量"(TEC)而被測量。可選地，電離層對GNSS信號的相位測量而 產生的物理效應可以直接就(例如以厘米而被測量的)相位峰值提前而被 公式化。從一個公式到另一個的轉換是簡單的線性關系。上面討論的現有技術Nequick 3D模型嘗試跟蹤跨全球的大恥漠電離 層變化，但并不提供用于獲得跨局部網絡的微分校正的詳細結構。對于將 電離層分為圍繞地球的三維柵格的現有技術"斷層攝影"模型而言是相同 的情形。與嘗試提取跨數千千米距離的電離層中的相關性的這種建模成果相 反，根據本發明的實施例采用幾十到幾百千米距離上的相關性，同時將數 千千米距離上的信息看作是在很大程度上彼此獨立。關于將電離層殘留插入已知站網絡中的漫游者的近似位置的研究典型 地對每個站一衛星組合引入一個電離層參數，所述參數對于每個站而獨立 地被估計。這些獨立的觀測結果被插入近似的漫游者位置以為該用戶提供 校正值。相反，根據本發明的實施例在濾波級利用電離層中的相關性。 一組參 數被引入以充分地表征電離層。這些參數是使用Kalman濾波算法根據數 據所估計的狀態向量的元素。對于具有多于四個站的網絡情形，這導致比 現有技術方法少的待估計的W:，以及因此導致電離層的參數以及載波相 位整數模糊度的更快速收斂。于是，誤差估計被改進。這導致所提取的整 數模糊度是從衛星到接收機的正確的整數波長數的更高可靠性。


通過閱讀下面參考附圖描述的實施例，本發明的所述和其它方面及特征將變得更容易理解，其中圖l概略地示出了用于確定漫游者位置的典型的現有技術場景；圖2概略地示出了典型的現有技術網絡定位場景；圖3概略地示出了根據本發明實施例的GNSS信號處理方法；圖4概略地進一步示出了根據本發明實施例的GNSS信號處理方法；圖5概略地示出了根據本發明實施例的對網絡在圍繞地球的電離層殼上的投影的建模；圖6示出了從衛星到接收機的穿過電離層的傾斜射線通路；圖7說明了根據本發明的實施例、電離層參數是如何描述在相對于參考點的穿透點處的電離層的；圖8示出了從低仰角衛星穿過電離層到接收機的信號射線；圖9概略地示出了根據本發明實施例的用于處理兩個載波的GNSS信號數據的解決方案；圖IO示出了可用于圖9的過程的濾波器的結構； 圖11示出了圖10的無幾何濾波器組的結構；圖12概略地示出了根據本發明實施例的用于處理兩個載波的GPS信號數據的另一解決方案；圖13示出了可用于圖12的過程的濾波器的結構；圖14概略地示出了關于三個頻率的GNSS的典型現有技術場景；圖15示出了根據本發明實施例的適用于具有三個或更多載頻的GNSS系統的解決方案；圖16示出了根據本發明實施例的用于使用具有三個或更多載頻的 GNSS系統來計算位置的結構；圖17示出了根據本發明實施例的適用于具有三個或更多載頻的GNSS 系統的另一解決方案；圖18概略地示出了本發明在虛擬參考站定位環境中的應用；以及圖19概略地示出了本發明在網絡廣播校正環境中的應用。
具體實施方式
根據本發明的實施例采用用于電離層建模的新穎方法以及改進現有技 術模型的高效算法。由GNSS參考站的網絡獲得的至少兩個波長的信號的 相位測量用于無幾何線性組合。說明性實施例使用當前NAVSTAR全球定位系統(GPS)的各自頻帶 Ll和L2上的兩個波長Al和7v2。然而，本發明的原理可以應用于在兩個 和更多頻率上提供信號的任何GNSS系統，例如俄羅斯部署的GLONASS 系統或已規劃的Galileo系統。這里介紹的模型還可應用于將由現代化GPS 系統和Galileo系統提供的三個或更多頻率上的信號。對于三個或更多載 波頻率，相位測量的不同線性組合在與這里介紹的濾波器等價的濾波器中 ,皮處理，其將導致減少的誤差并且改進電離層參數和才莫糊度的求解次數。 參見U. Vollath的美國公開專利申請US 2005/0101248 Al "Ambiguity Estimation of GNSS Signals for Three or More Carriers"。根據本發明的實施例，從對在網絡的參考站接收的GNSS信號的處理 中獲得的電離層信息浮皮插入該網絡中的任意位置。向網絡內的漫游者的電 離層校正廣播可以幫助該漫游者獲得已校正的導航解決方案。定位概念概述如圖3概略地示出的， 一組無幾何Kalman濾波器300和補充的無電 離層濾波器310被用于根據在N個參考站獲得的載波相位測量來完全求解 模糊度。無幾何(電離層)濾波器301，302，."，30M中的每個被提供給每個 所觀測的衛星1，2，...，M。每個無幾何濾波器301，302，…，30M都與其它衛星 無關地處理在參考站處獲得的測量和其衛星的狀態向量。利用對由至少兩 個參考站(N>2)觀測的至少兩個衛星(M>2)的測量來進行處理。盡 管為確保良好的幾何性最好跟蹤至少四個衛星，然而良好的結果已利用由 四個參考站連續跟蹤的至少兩個衛星而獲得。實際上，通常使用具有在幾 小時內跟蹤6到10個衛星的大量參考站(例如20個或更多參考站)的網絡。不同濾波器和參考站的狀態估計被組合以在320形成浮動模糊度估計 的雙差。并行地，單一無電離層(幾何)濾波器310處理所有站-衛星對 以在321得出才莫糊度的雙差的正交估計。在330組合320和321的補充浮 點解得出最終的整數模糊度及其驗證。圖4示出了在每個參考站1，2，…，N獲得的測量401，402，…，40N的無幾 何(電離層)濾波器300中的單獨處理。對于M個衛星中的每個，在410， 準備數據并且獲得對兩個波長的測量的無幾何組合。對于N個參考站，理 想情況下對于M個衛星中的每個存在每時間點N個測量。目標是根據N 個測量來推導作為狀態向量420的一部分的N個模糊度421，422，...,42N。 在430，用多徑狀態(每參考站1個)和用于表征電離層的項來增加狀態 向量。Kalman濾波算法440然后被單獨地應用于每個衛星。由于要估計 的狀態的數量大于參考站的數量，在若干時間點上獲得的測量被用于分隔 狀態向量420的狀態。如這里提出的電離層的改進建才莫導致了如在451指 示的單差模糊度的更好收斂性，以及如在452指示的對狀態向量420的參 數的現實誤差估計和如在453指示的跨網絡的電離層的參數表示。數據準備這里描述的模型是基于對各自載頻Ll和L2的波長入l和入2的相位 測量的。所述測量通過N個參考站的網絡而獲得，所述N個參考站每個都 具有準確已知的坐標(xn, yn， zn), n 6 {1,...,N}。所述站接收來自位于坐標 (xm(t)， ym(t)， zm(t))， m 6 (l",.,M(t"的M個衛星的代碼和相位測量。空間劃 分的幾何布局(當從每個參考站觀看時的軌道運行衛星的位置)連續改變， 以及在每個參考站可見的衛星數量M隨時間t改變。參考站的物理間隔在 10-100 km的數量級上。衛星典型地更廣泛地散布，并且因此其在給定參 考站接收的信號探測天空的很大程度上不同的部分。因而假設從站到站的 電離層效應之間的強相關性，認為從衛星到衛星的電離層效應是獨立的。 在其對于網絡可見的整個時間段內與其它衛星無關地對待每個衛星。 構建不同衛星之間的狀態估計之差以便能消除衛星共有的誤差。站n與衛星m之間的真實距離及r通過以下方程與載波相位測量^r相關(其中，i表示觀測的載波頻率)項f是對于在真空中傳播的信號的參考站n與衛星m之間的載波頻率的全波長的初始(理論)數量。項^c表示由地球大氣的不帶電層一對流層51入的延遲。項f C表示由于電離層產生的波峰的負延遲(視在(apparent) "加速度")。多徑項^^由信號在接收機周圍的反射產生，并且是厘米 級的。該關系式的右側受到多余參量(nuisance parameter)的嚴重干擾， 特別是參考站《與衛星球缺汾，之間的時鐘偏移(乘以信號傳播速度c )。 項^表示在方程(1)中未說明的誤差。當前，GPS系統在兩個波長A-仏柳29m和A = 0,24421 m提供信號。對流層延遲r、時鐘偏移說。，及"、以及站與衛星之間的真實距離及r全部與信號頻率無關。這一事實可以通過取得站-衛星對的相位測量的差而被利 用以消除與頻率無關的wt。另外，存在關于不同頻率的波所經歷的效應 的不同波長的電離層相位提前之間的已知物理關系iC/:iC，完全滿足我們的目的的近似，參見1992年8月 的TDA Progress Report中S. Bassiri等人的"Modeling the Global Positioning System Signal Propagation Through the Ionosphere"。 利用f亥 關系式并構建方程(1)的差，我們得到基本的"無幾何"(電離層)觀測 方程。(1)這里我們縮寫為C-n^"H4)， (3.)W'"V^T(,n WW), (4') 4 一4《=j : ( 一2 (5.)以及其中，前綴下標涉及相應的波長1或2。注意，由于運算方程U)，《不 再是整數并且帶距離單位(米)。A糾處理測量氏的目的是在一致框架和一致誤差估計內迅速確定參數 司'，M^T和C。與確定各自載波頻率Ll和L2的波長4和4的整數模糊 度相關的是整數模糊度的雙差，其中在參考站之間取一次以及在衛星之間 取一次。J樹 ^;， n不被假設為在站之間是獨立的，而是假設對于每個給定衛星的跨網絡的相關性。建模電離層來自太陽的紫外線輻射和持續粒子流電離地球大氣的氣體，以產生帶 電氣體層一電離層。帶電氣體對于例如GNSS信號的電磁波是色散介質。 為了非常好的近似，頻率f (以1/秒計)的電磁波的折射率n為'尸其中，ne是以l/附H十的氣體中的自由電子密度。(近似)常量40.3由例如 電子質量、電子電荷等的自然常量的組合產生。結果是相比于信號在折射 率為" si的真空中傳播的穿透帶電氣體的相位峰值的提前到達A「 .1樣3 " ^ (8.)其中，積分穿過連接參考站接收機r與衛星s的通路。積分表達式一般稱 為"總電子含量"(TEC)。負號是使用術語"相位提前，，的原因。以米 表示(在乘以光速之后)的電離層提前與總電子含量之間的連接為/ = 40.31^ . (9.)尸波峰向接收機的偏移是電磁無線電波與構成地球大氣的帶電層(所謂 的電離層)的電離氣體交互的結果。已知電離層的電子密度在地面以上大 約350千米的高度處具有宣稱的最大值。參見Radio Science 2 ( 36 )加Ol， 261中D. Bilitza的"International Reference Ionosphere 2000"。因此，許多模型將電離層效應歸因于在該高度圍繞地球的殼。圖5示出了這種圍 繞地球表面510的殼的一部分500。作為對理解本發明原理的輔助，首先利用這種單層模型來描述實施例。 下面描述的另一實施例包括由具有非零厚度的電離層所產生的干擾，其具 有用于包括4艮據高度變化的密度的選項。參考圖5，網絡的N個參考站511、 512、 513、 51N觀測受電離層500 干擾的衛星541的信號。地球上的網絡到電離層的投影定義了來自衛星541 的射線到各個參考站511、 512、 513、 51N的穿透點521、 522、 523、 52N。 該投影的中心530被取作參考點，根據該參考點將穿透點的相對坐標計算 為(ALA^Jn"l,『i^。然而原則上，參考點的定義完全是任意的。除了當衛星在參考站的正上方時，信號射線以如圖6所示的從衛星到 接收機的傾斜通路而穿透電離層，例如從衛星541到參考站511的信號射 線"01。該傾斜通路由所謂的映射函數附考％(《)=1/°°老)明確說明，其中《 是信號射線與通過穿透點的垂直于電離層的線(例如線602)之間的角度。 由于從給定衛星到每個參考站的信號射線的傾斜通路以不同的角度穿透電 離層，因此所述角度對于每個參考站是不同的。因此，映射函數對于每個 衛星到參考站組合是不同的。不同傾斜角度的效應可以通過將幾何相關的 TEC關聯于無幾何VTEC (垂直TEC )(頂C/m—(。=膨—。=隱) 來補償。如圖6中關于參考站511和衛星541所示，沿傾斜通路601確定 的TEC對應于沿穿透點521處的垂直于電離層500的線602的VTEC。通過上面引入的相對坐標和映射函數的概念，跨網絡區域的電離層提 前可以寫為(這里大寫的i和j被看作是指數而非索引)即，跨網絡區域的電離層提前就其泰勒級數(或任意其它例如球貝塞爾函 數的正交函數的集合)來被表示。對大多數目的來說，如這里所示的，展 開可以在第一階被停止，并且術語~=~和"。,％可以被引入。表達式 氣o = A是在參考點處的電離層提前，而&和 是用相對坐標表示的電離層的梯唐.穿i^點處的電離層因此裊示為對于視野中的每個衛星m，我們由此具有用于表^網絡區域的電離層的 參數(c，《，《)。那些參數將與載波相位整數模糊度和多徑狀態一起被估計。 一般地，如果展開方程(10)進行到第k階，則對千電離層引入的狀態數目為("o("2)/2。方程(u)的其它項k，A《，^c)由網絡幾何和衛星m的位置給出。圖7示出了電離層參數fe，《，《)如何相對于參考點描述穿透點處的電 離層。電離層在參考點處具有為^T的VTEC，其具有在角度方向A上的肅 糊斜率A和在角度方向伊上的斜率"伊。在圖7的實例中，穿透點521處的 VTEC 700是^"的分量701、基于斜率"？和在方向義上穿透點521距參考 點530的角度距離的分量702以及基于斜率《和在方向伊上穿透點521距 參考點530的角度距離的分量703的總和。盡管電離層的線性處理獲得極好的可用性，然而可靠性是隨著考慮電 離層厚度的更現實的才莫型而增加的。如已知的那樣(例如Radio Science 2 (36) 2001, 261中D. Bilitza的"International Reference Ionosphere 2000")，電離層的電子密度具有在地面以上300-400千米之間的高度處 迅速達到峰值的隨高度h變化而變化的特定剖面(profile) f(h)。為計算射 線從衛星m到站n經歷的電子含量，將計算積分/"戰《|必/糾， (12.)其中，s是沿站與衛星之間的直接視線的測量。應當指出，對于已考慮的 簡單殼模型，/W-厶(H。) ( Dirac Delta分布)，該表達式返回先前的映射生| — 1 函數，即^^h — cos伊。通過對f(h)使用合適的參數，對于所有站-衛星對的積分可以在每個時間點用數字計算。為了實用，按照箱型(box profile)的近似是完全足夠的，并且獲得皿殼模型的改進。進一步假設電離層中的梯度不取決于 高度。這個假設可以容易地通過對不同高度進一步添加梯度狀態來緩和。 電離層的有限厚度是模型的重要特征這一事實可以通過繪制低仰角衛星的射線的入口和出口點來理解，如圖8所示。如果電離層殼800的厚度為200 千米，則入口點805和出口點810可以被分隔大約1000千米。利用 。廣10一 "^的典型梯度，用于計算電離層提前的分量從入口點到出口點 變化4艮大。包含要單獨對于每個衛星m來估計的狀態變量的狀態向量^因而概括為其中Wr'…，《是上面在方程(4)處討論的從衛星m到n個參考站中的每 個參考站n的整數數量載波相位波長的無幾何組合；MTV"M^是從衛星m到n個參考站中的每個參考站n的信號的多徑效應；/。"是在參考點處的電離層的VTEC;" 是從參考點的、在角度方向a上的電離層的VTEC的梯度；以及 ":是從參考點的、在角度方向伊上的電離層的VTEC的梯度。 濾波算法為^yj見測結果的時間序列提取狀態向量^""的參數，應用標準Kalman 濾波算法。為筒化符號表示，代表衛星(或Kalman濾波器)in的上標m 被丟棄。應當理解，以下Kalman濾波器被單獨應用于對每個衛星m的參 考站觀測結果。在從衛星接收信號的n個參考站中的每個的當前相位測量 關聯于狀態向量的狀態變量的觀測矩陣(或設計矩陣)H如下給出(見 方程(2)、方程(11)和方程(13))好<formula>formula see original document page 22</formula>從而，通過"(A,…,-w)，(15.》(項3歸指示N維單位矩陣)。從這里起，丟棄指示變量為向量的字母上 的箭頭。這在處理向量時根據上下文是清楚的。用于根據當前狀態、計算 對即將到來的狀態f的估計的狀態轉移矩陣需要一些幾何考慮。從一個時 間點&到下一個時間點f,，穿透點的位置由于衛星的運動和地球的轉動而 改變。因此，從一個時間點到下一個，各個穿透點的坐標將偏移碼，^， 以及參考點的坐標(網絡的中心在電離層上的投影)將偏移^W"Afe,。 因此，當被所述設計矩陣實施時，,。的估計相應地改變<formula>formula see original document page 23</formula>應用于狀態的多徑元素的指數函數e'《模擬具有時間常量f.的多徑上的 Gauss - Markov行為。對于即將到來的時間點k的狀態估計^由在先的時 間點k-l的狀態^-;給出，隨同被投影的狀態估計一起產生的是對于該狀態的被投影方差-協方差矩 陣，其是從誤差傳播中獲得的(18.)系統驅動噪聲a被設計為模擬與狀態演i^目關的動態過程，并且因此與模 型相關。例如，假設關于梯度和電離層的絕對項的隨機走動過程導出對角 矩陣<formula>formula see original document page 23</formula>其中，多徑狀態經歷了根據Gauss-Markov過程的具有時間相關性的噪 聲輸入。(這里，0腳是用零填充的N維塊矩陣)。假設""是用i/sin2 (仰 角)調制的常量。對于來自世界上的不同網絡的數據集的經驗顯示，(Smra)2是同樣適合于所有網絡的選擇。項&和^與網,影跨電離層傳播的速度有關。線性關系與常量參數一起被使用。按照Gauss Markov過程的梯度 的建模是期望的選項，因為其保持參數的值不會偏離到過大的值。狀態S的 誤差傳播矩陣用針對模糊度被設為無窮大的對角元素而被初始化，并且由 多徑和電離層值的參數來定義。根據狀態和誤差估計，Kalman增益祐/f古 計為(利用測量噪聲矩陣S)A - i^fcif《+W. (20.)與時間點k的測量^一起，狀態估計由下式更新x;纖《+4 . (21.)最后，對于該時間點的誤差估計被給出為' (22.)這完成了描述狀態向量的分量如何從在參考站獲得的噪聲觀測數據中 被^L取的算法。電離層信息的進一步使用上面介紹的方法通過適配跨GPS接收機的網絡的電離層的物理上更 準確的模型來提供更快速和更可靠的濾波算法。另外，如參考圖5和圖7 所描述的那樣，所提取的電離層參數fe'《'《)包含可以被插入網絡內部(或 稍微外部)的任意位置的物理信息。這對于移動接收機單元的用戶(漫游 者)特別有用，其中電離層信息甚至對于單頻率接收機的情況也可以立即 被用于改進本地定位解決方案。假設漫游者的坐標(A，A，^)對于該漫游者是近似已知的，以及所提取的電離層參數",《'。"從網絡被傳送到該漫游 者。對于這些近似坐標，對于所有相關衛星的電離層穿透點和映射函數^ 可以被容易地計算。如上面針對參考站所描述的，對網洛投影的參考點的 相對坐標(A^，^r)可以針對從衛星m到漫游者r的信號射線的穿透點而被 計算。類似于方程(10)或(11),利用從濾波算法中提取的參數，對漫游者的電離層校正的估計可以如下給出/， = <(/0" +《W +《A《), (23.)對3+個頻率的應用上面介紹的模型還適用于將由現代化GPS系統和Galileo系統提供的 三個或更多頻率上的信號。可以通過使用對三個或更多載波中的兩個的測量結果、如上面針對當 前GPS系統所描述的那樣直接應用所述模型。在該情況下，優選地為無幾 何濾波器選擇具有最大頻率(和波長)差的兩個載波。利用多于兩個的載 波，相位測量的附加(不同)線性組合可以在濾波器中被處理，該濾波器 等價于這里所介紹的將導致減小的誤差且改進模糊度和電離層參數的求解 次數的濾波器。利用三個或更多的頻率，兩個頻率可以被用于無幾何濾波 器，以及附加的一個或多個頻率可以引入Q濾波器中，其在美國>^開專利 申請US2005/0101248 Al中被描述。示例性實施例這里描述的發明概念可以用于許多不同的過程和設備。現在將描述一 些示例性實施例。應當理解，其旨在說明而非限制本發明的范圍。的解決方案。網,收機900提供具有對多個衛星的Ll和L2觀測結果的 GNSS信號數據的集合卯5。 GNSS信號數據集合卯5在VRS (虛擬參考 站)服務器過程910中被處理。在信號數據經過在915的同步器之后，其 被提供給分離的濾波器過程無幾何濾波器過程920、無電離層濾波器過 程930以及可選的無幾何和無電離層代碼濾波器過程940。無幾何濾波器過程920使用增加以多徑(^T,船7)和電離層參數fe，《'《)的無幾何濾波器組(例如圖3中的300)。濾波器組中的每個濾波器對應于所觀測的衛 星(例如濾波器301，302,…，30M)。無幾何濾波器過程920的濾波器^f吏用 無幾何電離層載波-相位組合來獲得對電離層載波-相位組合的模糊度估 計和關聯統計信息以及多徑(^T"",M^)和電離層參數(OL《)值的陣列 925。無電離層濾波器過程930使用幾何載波-相位組合來獲得對幾何載波-相位組合的模糊度估計和關聯統計信息的陣列935。碼濾波器過程940 使用無幾何和無電離層的代碼-載波組合來獲得對無幾何和無電離層的代 碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計信息的陣列945。陣列925、 935和 945被提供給組合過程950以獲得對所有栽波-相位觀測結果的模糊度估 計和關聯統計信息的陣列955。陣列955被提供給計算過程960以計算模 糊度的整數值。利用來自同步器的初始GNSS數據和產生的整數965，參 考站處的誤差在970被計算。通過使用這些誤差975，位于漫游者的近似 位置的VRS數據在980通過將數據從參考站靠近漫游者位置移動而被計 算。優選地，逸擇來自最靠近漫游者的站的數據。該數據流在990被提供 給漫游者。圖10示出了在圖9的過程中有用的濾波器的結構。GPS信號數據集 合蜂皮提供給VRS處理器。在1010中的同步之后，其被傳送到如所描述的 增加以多徑(M^V",竭n和電離層參數fe，《，《)的無幾何濾波器組1020。 組1020的每個濾波器處理在多個參考站對單個衛星取得的觀測結果;一個 濾波器被提供給M個被觀測衛星中的每個。GPS信號數據集合905被提 供給處理所有M個被觀測衛星的觀測結果的單個無電離層濾波器1030。 GPS信號數據集合被可選地提供給代碼濾波器組1040。所需要的因而是每 站一個組，其中每個組對于每個衛星持有一個濾波器。組1040的每個濾波 器處理在多個參考站對單個衛星取得的觀測結果； 一個濾波器被提供給M 個被觀測衛星中的每個。組合器1050捆綁不同濾波器的浮點解，其后是 1060處的整數模糊度求解。模糊度被應用于參考站的測量結果以在1070 計算參考站處的誤差。給定漫游者的近似位置98S， VRS數據流在IO訓 被計算，以及VRS數據的數據流在9卯被提供給漫游者。圖11示出了無幾何濾波器組1020的詳細結構。 一個濾波器 301，302，...，30M被提供用于處理在各個參考站取得的被觀測衛星 SV1，SV2，…，SVM中的每個的觀測結果。濾波器301，302,…,30M中的每個 的狀態向量被增加以多徑(M^""'膽m和電離層參數(^《'《)。雙差運算器 1120被提供用于取得衛星與參考站之間的雙差。圖12概略地示出了根據本發明的用于處理兩個載波的GPS信號數據 的解決方案。網,收機1200提供具有對多個衛星的Ll和L2的觀測結 果的GPS信號數據的集合1205。 GNSS信號數據集合1205在網絡服務器 過程1210中被處理。在信號數據經過1215處的同步器之后，其被提供給 分離的濾波器過程無幾何濾波器過程1220、無電離層濾波器過程1230 以及可選的無幾何和無電離層代碼濾波器過程1240。無幾何濾波器過程 1220使用增加以多徑(竭、"'，M^)和電離層參數fe'，《，《)的無幾何濾波器組(例如圖3中的300)。該濾波器組中的每個濾波器對應于一個被觀測衛星(例如濾波器301,302，…，30M)。無幾何濾波器過程1220的濾波器使用無幾何電離層載波-相位組合來獲得對電離層載波-相位組合的模糊度 估計和關聯統計信息以及多徑(MT"'"M^)和電離層參數fe，《'《)值的陣列1225。無電離層濾波器過程1230使用幾何栽波-相位組合來獲得對幾 何載波-相位組合的模糊度估計和關聯統計信息的陣列1235。代碼濾波器 過程1240使用無幾何和無電離層的代碼-載波組合來獲得對無幾何和無 電離層的代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計信息的陣列1245。陣列 1225、 1235和1245被提供給組合過程1250以獲得對所有載波-相位觀測 結果的模糊度估計和關聯統計信息以及多徑a^v"A^;)和電離層參數 (《，《,《)值的陣列1255。陣列1255被提供給計算過程1260以計算模糊度 的整數值。解出的模糊度直接應用于1205處的GPS信號的各個測量結果 以在1280聚合網絡廣播數據。該無模糊度的數據在1285作為網絡廣播數 據4皮傳送到網絡中的任意位置。圖13示出了在圖12的過程中有用的濾波器的結構。GPS信號數據集 合1205被提供給VRS處理器。在1310中的同步之后，其被傳送到如所描 述的增加以多徑(^ …，^^)和電離層參數fc"'《'《)的無幾何濾波器組 1320。組1320的每個濾波器處理在多個參考站對單個衛星取得的觀測結 果； 一個濾波器被提供用于M個被觀測衛星中的每個。GPS信號數據集 合1205被提供給處理所有M個被觀測衛星的觀測結果的單個無電離層濾 波器1330。 GPS信號數據集合1205可選地被提供給代碼濾波器組1340。組1340的每個濾波器處理在多個參考站對于單個衛星取得的觀測結果；一 個濾波器凈皮提供用于M個被觀測衛星中的每個。組合器1350捆綁不同濾 波器的浮點解，其后是在1360的整數模糊度求解。該模糊度被應用于參考 站的測量結果以在1370計算參考站處的誤差。所解出的模糊度在1380的 網絡廣播聚合器中應用于同步數據流1205。該無模糊度的數據在1285中 作為網絡廣播數據被傳送到網絡內的任意位置。圖14概略地示出了例如針對Galileo和現代化GPS提出的三載波頻率 場景。接收機1400接收來自視野中的任意數量衛星的GNSS信號，所述 衛星例如是分別在1210、 1220和1230處示出的SV1、 SV2和SVM。該信 號經過在1440示意性示出的地球的大氣層。每個信號具有三個或更多頻率 fl，f2，…，fk。接收機1400根據所述信號來確定至每個衛星的各自的偽距 PR1、 PR2、 PRm。大氣和多徑效應導致如在1450示意性指示的信號通路 的變化，其中，其使偽距確定失真。圖15是說明根據本發明實施例的用于利用對三個或更多載波的GNSS 信號的因式分解的模糊度求解來計算GNSS位置的結構的流程圖。通過觀 測在多個參考站從多個衛星SV1，SV2，…，SVM接收的信號而獲得GNSS信 號數據集合1505。 GNSS信號數據集合1505被提供給為濾波而準備數據 的處理單元1510，并且所產生的準備好的數據1415然后被提供給處理單 元1520，該處理單元1520對該準備好的數據應用完全因式分解的載波模 糊度求解(CAR)濾波器。完全因式分解的載波4莫糊度求解(CAR)濾波器的特征和變化在2005 年5月12日公開的美國專利申請公開US2005/0101248 Al中被描述;根據本發明，完全因式分解的CAR濾波器的無幾何濾波器通過用多徑 (Mf，，Ar^)和電離層參數(^:《《)來增加無幾何濾波器的狀態向量而被修改。美國專利申請公開US2005/0101248 Al的內容在這里引入作為參考。 對準備好的數據應用完全因式分解的CAR濾波器單元1520的結果是 對于所有載波-相位觀測結果的模糊度估計和對所有發射機(例如對于所 有被觀測GNSS衛星和/或偽造物)的關聯統計信息的陣列1525。陣列1525被提供給解析整數模糊度的單元1530。這些模糊度再次被用于在誤差計算 單元1370中的誤差計算，其在1535提供參考站處的誤差。圖16示出了如根據本發明實施例所修改的且適于執行濾波器過程 1520的完全因式分解的3 +載波模糊度求解濾波器1620的結構。準備好的 GNSS信號數據集合1615被提供給包含若干用于執行子過程的單元的完全 因式分解的CAR濾波器1520。單元1625根據準備好的數據集合來計算用 于形成要在濾波器中處理的,皮7見測測量結果的線性組合的系數。具有已計算系數的準備好的數據集合被傳遞給多個子濾波器。這些子濾波器包括 單個無電離層濾波器1630;具有每凈皮觀測衛星一個濾波器的無幾何濾波器 組1635,每個無幾何濾波器的狀態向量被增加以多徑(^"'…'^^ )和電離 層參數fc",《，《)；其中每個濾波器組具有每纟皮，見測衛星一個濾波器的一個或多個精華(quintessence)濾波器組1640(1)到1640(nf-2);以及其中每個 濾波器組具有每被觀測衛星一個濾波器的一個或多個代碼濾波器組1645(1) 到1645(nf)，其中nf是GNSS載波頻率的數量。由子濾波器產生的陣列被 提供給組合器1650，該組合器提供關聯的統計信息和對所有載波相位觀測 的模糊度估計的組合陣列1655。陣列1655被提供給解析模糊度的單元 1660。如在美國專利申請公開US2005/0101248 Al中所說明的那樣，精華 濾波器組的數量是兩個，其少于GNSS信號數據集合1615的載波頻率的 數量nf。圖17概略地示出了根據本發明實施例的用于處理具有三個或更多栽 波的GNSS信號數據集合1705的方法。GNSS信號數據集合1705可選地 在1710凈皮處理以計算用于例如濾波器1720的完全因式分解的3 +載波才莫 糊度求解濾波器的子濾波器的系數1715;系數1715可以可選地以稍微大 些的處理負擔為代價在子濾波器中被計算。系數的計算在美國專利申請公 開US2005/0101248 Al中凈皮描述。子濾波器過程1720對數據集合1705應 用例如無電離層濾波器1630的、使用幾何載波-相位組合的無電離層濾波 器，以獲得對于幾何栽波-相位組合的模糊度估計和關聯統計信息的陣列 1725。子濾波器過程1730對數據集合1705應用例如無幾何濾波器組1635的、使用增加以多徑(^r《》和電離層參數(K《)的無幾何電離層栽 波-相位組合的一組無幾何濾波器，以獲得對電離層載波-相位組合的模糊度估計和關聯統計信息以及多徑(^^T，…,MPw,和電離層參數fe,《,《)的 陣列1635。子濾波器過程1740對數據集合1705應用例如精華濾波器組 1540(1)…1540(nf-2)的、使用無幾何和無電離層栽波-相位組合的至少一 組精華濾波器，以獲得對無幾何和無電離層載波-相位組合的模糊度估計 和關聯統計信息的陣列1745。如在美國專利申請公開US2005/0101248A1 中所討論的那樣，精華濾波器組的數量取決于栽波頻率的數量。子濾波器 過程1750對數據集合1705應用例如代碼濾波器組1645(1)，…，1645(nl)的、 使用多個無幾何代碼-栽波組合的至少一個代碼濾波器組，以獲得對多個 發射機的關聯統計信息和對代碼-載波組合的模糊度估計的陣列1755。代 碼濾波器組的數量和特征在美國專利申請公開US2005/0101248 Al中被描 述。陣列1625、 1635、 1645和1655在1760被組合以獲得對所有載波相位 觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息以及多徑(M^""，^^)和電離層參 數(C《，。;:)的組合陣列1765。如為優化例如計算效率、處理器功耗和/或 根據數據集合1705的可用性來定位的總處理時間所期望的那樣，子濾波器 過程1720、 1730、 1740、 1750可以例如在處理器內的分離線程中或在分離 的處理器中被并行執行。陣列1765可選地4皮傳遞給過程1770以例如通過計算浮點解和/或通過利用驗證計算整數最小二乘來計算位置l775。各種 位置計算技術例如在美國專利申請公開US2005/0101248 Al中被討論。圖18示出了根據本發明實施例的操作模式，其中多個參考站在網絡中 被使用。參考接收機1805、 1810、 1815每個都向網絡服務器1820提供例 如在美國專利申請公開US2005/0101248 Al中描述的格式化多頻帶RTK 數據流的參考站數據。在虛擬參考站模式中，參考站數據被網絡服務器 1820組合以產生模擬用于所聲明位置的參考站的數據集合，所述所聲明位 置例如是漫游者接收才幾1815的位置。圖19示出了根據本發明實施例的操作模式，其中多個單獨的參考站被 使用。參考站1905、 1915、 1925向網絡服務器處理器1935提供各自的參考站數據1910、 1920、 1930。網絡服務器處理器使用所呈現的電離層模型 生成網絡廣播校正來幫助解析模糊度。網絡廣播校正1940被提供給漫游者 接收機1900，其通過適當的天線1945和數據鏈路1950接收該網絡廣播校 正。如果參考站數據為了經由數據鏈路的有效傳輸而被壓縮，則漫游者接 收機l卯O中的數據解壓縮單元1955解壓縮參考站數據以由處理器2045 中的一個或多個其他處理單元使用。漫游者接收機1900還包括用于接收GNSS信號的天線1975和用于產 生用于漫游者處理器2045的漫游者-接收機載波相位和偽距數據1985的 合適信號接收和解調電子器件1980。漫游者處理器2045包括數據壓縮單 元1955和用于每個參考站的多參考站位置計算單元1990。計算單元1990 計算漫游者接收機l卯O的RTK定位并且作為輸出數據提供RTK位置和 狀態信息1995。本領域的技術人員應當認識到，本發明實施例的詳細描述僅是說明性 的，而決不旨在是限制性的。本發明的其它實施例對于受益于4^Hf的4支 術人員是顯而易見的。例如，盡管最小-誤差組合在實例中被采用，然而 本領域的技術人員應當認識到，許多組合是可能的，以及除最小-誤差組 合外的組合在不是最優結果的情況下也是可以接受的；因此，權利要求除 非在明確要求的情況下否則不旨在限于最小-誤差組合。詳細參考如在附圖中說明的本發明的實現。相同的參考標記貫穿附圖和下面的詳細描迷代 表相同或類似的部分。為清楚起見，并未顯示并描述此處描述的實現的所有常規特征。在開 發任何這種實際實現中應當認識到，必須作出許多實現指定的決定以達到 開發者的特定目標，例如遵守應用相關和商業相關的約束，并且這些特定 目標對于每種實現和每個開發者而言都是不同的。此外，應當認識到，這 種開發成果可能是復雜和耗時的，但對于受益于本公開的本領域技術人員仍然是工程的常規措施。根據本發明的實施例，部件、過程步驟和/或數據結構可以利用各種類 型的操作系統(OS)、計算機平臺、固件、計算機程序、計算機語言和/或通用機來被實現。所述方法可以作為運行在處理電路上的編程過程來運 行。所述處理電路可以采取處理器和操作系統的多種組合或單獨設備的形 式。所述過程可以作為由這種硬件執行的指令、由硬件本身或由其任意組 合來實現。所述軟件可以被存儲在機器可讀的程序存儲設備上。例如濾波 器和濾波器組的計算單元可以通過使用面向對象的編程語言來被容易地實 現，以便每個所需的濾波器按照需要而被例示。本領域的技術人員應當認識到，例如硬連線設備、包括現場可編程門陣列(FPGA)和復雜可編程邏輯設備(CPLD)的現場可編程邏輯設備 (FPLD)、專用集成電路(ASIC)等的具有較不通用本質的設備在不脫 離這里公開的發明概念的范圍和精神的情況下也可以被使用。根據本發明的實施例，所述方法可以在數據處理計算機上被實現，例 如個人計算機、工作站計算機、主機或高性能服務器，其運行例如來自華 盛頓Redmond的Microsoft 司的Microsoft Windows XP和 Windows 2000、或來自加利福尼亞Santa Clara的Sun Microsystems公 司的Solaris ,或來自許多廠商的例如Linux的Unix操作系統的各種版 本。所述方法還可以在多處理器系統上、或在包括各種外圍設備的計算環 境中被實現，所述外圍設備例如是輸入設備、輸出設備、顯示器、指點設 備、存儲器、存儲設備、用于向和從所述處理器傳送數據的介質接口等。 這種計算機系統或計算環境可以被本地聯網或基于互聯網的聯網。
權利要求
1.一種用于處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合的方法，其中，所述信號具有至少兩個載波頻率并且在多個時間點上在兩個或更多參考站處從兩個或更多衛星被接收，該方法包括a.對于每個衛星，形成根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個載波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；b.對于每個衛星，對所述無幾何組合應用濾波器，以獲得表示(i)每個參考站的載波-相位模糊度以及(ii)參考點處的電離層提前的狀態值，和表示跨網絡區域的電離層提前相對于參考點的變化的狀態值，以及對于所述狀態值的誤差估計；以及c.對于多個時間點中的每個重復a.和b.，以更新所述狀態值和誤差估計。
2. 根據權利要求l的方法，其中，b.的濾波器還獲得表示針對每個參 考站的多徑參數的狀態值，
3. 根據權利要求1或2的方法，其中，表示電離層提前的所迷狀態值 包括表示參考點處的電離層提前的狀態值和表示相對于所述參考點的在相 互正交方向上的電離層提前的梯度的狀態值。
4. 根據權利要求2或3的方法，其中，所述網絡區域由其中在已知位 置間隔開所述參考站的區域來限定，并且，所述參考點位于所述網絡區域 在代表地球電離層的表面上的投影的內部或外部。
5. 根據權利要求1至4之一的方法，還包括d. 形成所述GNSS信號數據的無電離層組合；e. 對所述無電離層幾何組合應用濾波器，以獲得表示對所述無電離層 載波-相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信息； 以及f. 組合b.和e.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對于所有載波相 位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息。
6. 根據權利要求1至4之一的方法，還包括d. 形成所述GNSS信號數據的無電離層幾何組合；e. 對所述無電離層組合應用濾波器，以獲得表示對所述無電離層栽波 -相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信息；f. 利用多個無幾何代碼 一 載波組合對所述GNSS信號數據應用至少一 個代碼濾波器，以獲得對所述代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計信 息；以及g. 組合b，、 e,和f.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對于所有載 波相位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息。
7. 根據權利要求1至5之一的方法，其中，所述GNSS信號數據是根 據在多個時間點上在所述參考站接收的至少三個載波頻率而導出的，該方 法還包括g. 形成所述GNSS信號數據的無電離層組合；h. 對所述無電離層組合應用濾波器，以獲得表示對所述無電離層載波 -相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信息；i. 利用多個無幾何代碼-載波組合對所述GNSS信號數據應用至少一 個代碼濾波器，以獲得對所述代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計信 息；j.利用多個無幾何和無電離層載波-相位組合對所述GNSS信號數據 應用至少一個精華濾波器，以獲得對所述無幾何和無電離層載波-相位組 合的模糊度估計和關聯統計信息；以及k.組合b.、 e.、 i.和j.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對所有載 波相位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息。
8. 根據權利要求5至7之一的方法，還包括根據對所有載波相位觀 測結果的所述模糊度估計來計算所述參考站處的誤差集合，從所述參考站 處的誤差集合中生成由位于移動GNSS接收機位置處的GNSS接收機使用 的虛擬參考站數據集合，并且發送由位于所述移動GNSS接收機位置處的 GNSS接收機使用的所述虛擬參考站數據集合。
9. 根據權利要求5至7之一的方法，還包括組合對于所有載波相位 觀測結果的模糊度估計與所述GNSS信號數據集合，以產生由所述網絡區 域中的GNSS接收機使用的網絡廣播數據集合，并且發送由所述網絡區域 中的GNSS接收機使用的所述網絡廣播數據。
10. —種用于處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合的裝置，其 中，所述信號具有至少兩個載波頻率并且在多個時間點上在兩個或更多參 考站處從兩個或更多衛星被接收，該裝置包括a. 處理單元，用于準備根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個 載波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；以及b. 用于每個衛星的濾波器，用于從所述無幾何組合中獲得表示(i)對于 每個參考站的栽波-相位模糊度和(ii)參考點處的電離層提前的狀態值，和跨網絡區域的所述電離層提前相對于參考點的變化以;M"于所述狀態值的誤差估計，其中，所述處理單元a.和所述濾波器b.用于在多個時間點中的每個上 更新所述狀態值和誤差估計。
11. 根據權利要求10的裝置，其中，所述濾波器還獲得表示針對每個 參考站的多徑參數的狀態值。
12. 根據權利要求10至11之一的裝置，其中，表示電離層提前的所 述狀態值包括表示參考點處的電離層提前的狀態值和表示相對于所述參考 點的在相互正交方向上的電離層提前的梯度的狀態值。
13. 根據權利要求10至12之一的裝置，其中，所述網絡區域由其中 在已知位置間隔開所述參考站的區域來限定，并且，所述參考點位于所述 網絡區域在代表地球電離層的表面上的投影的內部或外部。
14. 根據權利要求10至13之一的裝置，還包括c. 處理單元，用于準備所述GNSS信號數據的無電離層組合；d. 濾波器，用于從所述無電離層幾何組合中獲得表示對于所述無電離 層載波-相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信 息；以及e.組合器，用于通過組合由濾波器b.獲得的狀態值和關聯統計信息和 由濾波器d.獲得的狀態值和關聯統計信息，來確定對于所有載波相位觀測 結果的才莫糊度估計和關聯統計信息。
15. 根據權利要求10至13之一的裝置，還包括c. 處理單元，用于準備所述GNSS信號數據的無電離層組合；d. 濾波器，用于從所述無電離層幾何組合中獲得表示對于所述無電離 層載波-相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信 息；e. 至少一個代碼濾波器，用于利用所述GNSS信號數據的多個無幾何 代碼-載波組合來獲得對于所述代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計 信息；以及f. 組合器，用于通過組合由濾波器b.獲得的狀態值和關聯統計信息、 由濾波器d.獲得的狀態值和關聯統計信息和由至少一個代碼濾波器獲得的 模糊度估計和關聯統計信息，來確定對于所有栽波相位觀測結果的模糊度 估計和關聯統計信息。
16. 根據權利要求10至13之一的裝置，其中，所述GNSS信號數據 是根據在多個時間點上在所述參考站處接收的至少三個載波頻率而導出 的，該裝置還包括c. 處理單元，用于準備所述GNSS信號數據的無電離層幾何組合；d. 濾波器，用于從所述無電離層組合中獲得表示對于所述無電離層栽 波 - 相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信息；e. 至少一個代碼濾波器，用于利用所述GNSS信號數據的多個無幾何 代碼-載波組合來獲得對于所述代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計 信息；f. 至少一個精華濾波器，用于利用所述GNSS信號數據的多個無幾何 和無電離層載波-相位組合來獲得對于無幾何和無電離層載波-相位組合的模糊度估計和關聯統計信息；以及g. 組合器，用于通過組合由濾波器b.獲得的狀態值和關聯統計信息、由濾波器d.獲得的狀態值和關聯統計信息、由所述至少一個代碼濾波器獲 得模糊度估計和關聯統計信息和由所述至少 一個精華濾波器獲得的才莫糊度 估計和關聯統計信息，來確定對于所有載波相位觀測結果的模糊度估計和 關聯統計信息。
17. 根據權利要求14至16之一的裝置，還包括求解器，用于根據 對所有載波相位觀測結果的模糊度估計來計算所述參考站處的誤差集合、 從所述參考站處的所述誤差集合中生成由位于移動GNSS接收機位置處的 GNSS接收機使用的虛擬參考站數據集合，并且發送由位于所述移動GNSS 接收機位置處的GNSS接收機使用的所述虛擬參考站數據集合。
18. 根據權利要求14至16之一的裝置，還包括組合單元，用于組 合對于所有載波相位觀測結果的模糊度估計和所述GNSS信號數據集合以 產生由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的網絡廣播數據集合，并JIJL 送由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的所述網絡廣播數椐。
19. 一種通過處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合而被準備的 網絡校正數據流，其中，所述信號具有至少兩個栽波頻率并且在多個時間 點上在兩個或更多參考站處從兩個或更多衛星凈皮接收，其中，所迷數據流 通過以下操作而被準備a. 對于每個衛星，形成根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個 載波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；b. 對于每個衛星，對所述無幾何組合應用濾波器，以獲得表示(i)對于 每個參考站的載波-相位整數模糊度和(ii)參考點處的電離層提前的狀態 值，和跨網絡區域的電離層提前相對于所述參考點的變化以及對于所述狀 態值的誤差估計；c. 對于多個時間點中的每個重復a.和b.,以更新所述狀態值和誤差估計；d. 組合對于所有載波相位觀測結果的所述模糊度估計與所述GNSS 信號數據集合以產生由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的網絡廣播數 據集合，并且發送由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的所述網絡廣播數據。
20. —種通過處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合而被準備的 網絡校正數據流，其中，所述信號具有至少兩個載波頻率并且在多個時間 點上在兩個或更多參考站處從兩個或更多衛星,皮接收，其中，所述數據流 通過以下操作而被準備a. 對于每個衛星，形成根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個 栽波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；b. 對于每個衛星，對所述無幾何組合應用濾波器，以獲得表示(i)對于 每個參考站的栽波-相位整數模糊度和(ii)在參考點處的電離層提前的狀 態值，和跨網絡區域的電離層提前相對于所述參考點的變化以及對于所述 狀態值的誤差估計；c. 對于多個時間點中的每個重復a.和b.，以更新所述狀態值和誤差估計；d. 形成所述GNSS信號數據的無電離層組合；e. 對所迷無電離層幾何組合應用濾波器，以獲得表示對于所述無電離 層載波-相位組合的載波-相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信 息；f. 組合b.和e.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對于所有載波相 位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息；以及g. 組合對于所有載波相位觀測結果的所述模糊度估計和所述GNSS 信號數據集合以產生由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的網絡廣播數 據集合，并且發送由所述網絡區域中的GNSS接收^M吏用的所述網絡廣播 數椐。
21. —種通過處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合而被準備的 網絡校正數據流，其中，所迷信號具有至少兩個載波頻率并且在多個時間 點上在兩個或更多參考站處從兩個或更多衛星被接收，其中，所述數據流 通過以下操作而,皮準備a.對于每個衛星，形成根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個載波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；b. 對于每個衛星，對所述無幾何組合應用濾波器，以獲得表示(i)對于 每個參考站的載波-相位整數模糊度和(ii)在參考點處的電離層提前的狀 態值，和跨網絡區域的電離層提前相對于所述參考點的變化以及對于所述 狀態值的誤差估計；c. 對于多個時間點中的每個重復a.和b.，以更新所述狀態值和誤差估計；d. 形成所述GNSS信號數據的無電離層組合；e. 對所述無電離層幾何組合應用濾波器，以獲得表示對于所述無電離 層栽波-相位組合的載波—相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信f. 利用多個無幾何代碼-載波組合對所述GNSS信號數據應用至少一 個代碼濾波器，以獲得對于所迷代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計 信息；g. 組合b.、 e.和f.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對于所有載波相位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息；以及h. 組合對于所有栽波相位觀測結果的所述模糊度估計和所述GNSS 信號數據集合以產生由所迷網絡區域中的GNSS接收機使用的網絡廣播數 據集合，并且發送由所述網絡區域中的GNSS接收機使用的所述網絡廣播 數據。
22, —種通過處理從信號中導出的GNSS信號數據的集合而被準備的 網絡校正數據流，其中，所述信號具有至少兩個載波頻率并且在多個時間 點上在兩個或更多參考站處從兩個或更多衛星凈皮接收，其中，所述數據流 通過以下操作而,皮準備a. 對于每個衛星，形成根據在時間點期間在所述參考站處接收的兩個 載波頻率而導出的GNSS信號數據的無幾何組合；b. 對于每個衛星，對所述無幾何組合應用濾波器，以獲得表示(i)對于 每個參考站的載波 一 相位整數模糊度和(ii)在參考點處的電離層提前的狀態值，和跨網絡區域的電離層提前相對于所述參考點的變化以及對于所述狀態值的誤差估計；c. 對于多個時間點中的每個重復a.和b.，以更新所述狀態值和誤差估計；d. 形成所述GNSS信號數據的無電離層組合；e. 對所述無電離層幾何組合應用濾波器，以獲得表示對于所述無電離 層載波-相位組合的載波—相位整數模糊度估計的狀態值和關聯統計信息；f. 利用多個無幾何代碼-載波組合對所述GNSS信號數據應用至少一 個代碼濾波器，以獲得對于所迷代碼-載波組合的模糊度估計和關聯統計 信息；g. 利用多個無幾何和無電離層載波-相位組合對所述GNSS信號數 據應用至少一個精華濾波器，以獲得對于所述無幾何和無電離層載波-相 位組合的模糊度估計和關聯統計信息；h. 組合b.、 e.、 f.和g.的所述狀態值和關聯統計信息，以確定對于所有載波相位觀測結果的模糊度估計和關聯統計信息；以及i. 組合對于所有載波相位觀測結果的所g糊度估計和所述GNSS信 號數據集一 集合， 據。
全文摘要
提出一種表征跨GNSS參考站的網絡的電離層誤差的方法和裝置。所述方法依賴于無幾何線性組合中的雙頻率相位測量。針對模糊度和電離層特征參數來過濾數據。結合來自相位測量的其它組合(無電離層組合)的濾波器結果，基于物理的模型提供了迅速可靠的模糊度求解。
文檔編號G01S19/44GK101258418SQ200680032827
公開日2008年9月3日 申請日期2006年9月5日 優先權日2005年9月9日
發明者P·E·科爾布 申請人:天寶導航有限公司