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具有實現最佳誤差校正模式的機載能力的GNSS接收機.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610428153.5

申請日:

2016.06.16

公開號:

CN106257307A

公開日:

2016.12.28

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01S 19/37申請日:20160616|||公開
IPC分類號: G01S19/37(2010.01)I; G01S19/40(2010.01)I 主分類號: G01S19/37
申請人: 法國國家太空研究中心
發明人: S·魯熱里; M·魯迪埃; L·里斯; L·萊斯塔奎特
地址: 法國巴黎
優先權: 2015.06.19 EP 15305948.0
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司 72002 代理人: 張揚;王英
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610428153.5

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.01.25|||2016.12.28

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了GNSS定位信號的接收機,其具有嵌入式計算機邏輯單元以在第一操作模式和第二操作模式之間進行選擇,所述第一操作模式使用全部可用的頻率,所述第二操作模式僅使用部分可用的頻率但是結合可用的校正數據。所述選擇是基于對所述接收機處的接收質量的指數和所述校正的經計算的或經預測的精確度/置信區間的比較的。多個校正類型是可能的,包括使用本地模型的類型和使用協作校正的類型。在某些實施例中,可以進行對多個本地模型的選擇和/或組合以優化所述校正的準確度。

權利要求書

1.一種GNSS定位信號的接收機(350),其包括:
多個信號處理通道(440、441),其被配置用于處理從GNSS星座中的多個衛星(114、119、
121、123)接收的信號;
存儲器(450),其具有存儲可用于計算可應用于所述接收機的大氣誤差/校正的數據的
第一數據庫;
計算機邏輯單元(460),其被配置用于確定:
第一參數,其指示在所述接收機處接收的所述信號的質量和根據所述多個信號處理通
道的輸出計算出的位置的精確度/置信區間中的一者;
第二參數,其指示所述大氣校正/誤差的當前的或預測的質量以及根據所述多個信號
處理通道的所述輸出和所述大氣誤差/校正的組合計算出的位置的當前的或預測的精確
度/置信區間中的一者,所述大氣誤差/校正是根據所述第一數據庫中的數據來計算的;
其中,所述計算機邏輯單元還被配置用于觸發:i)第一操作模式,當所述第一參數優于
所述第二參數時,所述第一操作模式不將根據所述第一數據庫中的所述數據計算出的所述
大氣誤差/校正與所述信號處理通道的所述輸出組合;ii)第二操作模式,當所述第一參數
劣于或等于所述第二參數時,所述第二操作模式將根據所述第一數據庫中的所述數據計算
出的所述大氣校正與所述信號處理通道的所述輸出組合。
2.根據權利要求1所述的接收機,還包括本地模型,其用于計算存儲在所述第一數據庫
中的第一類型的大氣誤差/校正。
3.根據權利要求2所述的接收機,其中,所述本地模型是包括Kobluchar或NeQuick模型
的一個或多個電離層誤差校正模型的組合。
4.根據權利要求3所述的接收機,其中,所述組合包括所述電離層誤差校正模型,其輸
出最接近在所述第一模型中計算出的最后一個可用的PVT數據的PVT數據。
5.根據權利要求3所述的接收機,其中,所述組合包括電離層誤差校正模型,其被預先
定義為時間或位置中的一項或多項的函數。
6.根據權利要求3所述的接收機,其中,所述組合包括所有可用的模型,其輸出在預先
定義的置信區間內的PVT數據。
7.根據權利要求6所述的接收機,其中,所述組合是加權平均。
8.根據權利要求1至7中的一個權利要求所述的接收機,還包括到至少衛星的通信鏈
路,所述衛星廣播可應用在所述接收機所處的地理區域中的大氣誤差/校正,所述大氣誤
差/校正作為第二類型的大氣誤差/校正被存儲在第二數據庫中。
9.根據權利要求1至8中的一個權利要求所述的接收機,還包括到服務器的通信鏈路,
所述服務器連接到從參考站的網絡計算出的第三類型的大氣誤差/校正的第三數據庫。
10.根據權利要求1至9中的一個權利要求所述的接收機,還包括到服務器的通信鏈路,
所述服務器連接到第四類型的大氣誤差/校正的第四數據庫,所述服務器包括被配置用于
以下操作的硬件和軟件資源:
確定位于所述接收機所處的地理區域中的起作用的接收機的列表;
以預定頻率來獲取由所述列表中的所述起作用的接收機發送的數據的定時序列,所述
數據的定時序列包括:
每個起作用的接收機的通道的代碼和相位;和/或
由此計算出的數據;
計算可應用在所述地理區域中的大氣誤差/校正的定時序列;
將所述大氣誤差/校正的定時序列作為所述第四類型的大氣誤差/校正存儲在所述第
四數據庫中。
11.根據權利要求1至10中的一個權利要求所述的接收機,其中,所述第一參數是歸一
化指數,其表示以下各項中的至少一項:在所述接收機處接收的多路徑信號的強度、在所述
接收機處接收的所述信號的信噪比、發送由所述信號處理通道處理的所述信號的衛星的高
度以及由所述信號處理通道處理的所述信號的代碼和相位的差。
12.根據權利要求1至11中的一個權利要求所述的接收機,其中,所述第二參數指示根
據所述多個信號處理通道的所述輸出和所述大氣誤差/校正的組合計算出的位置的預測的
精確度/置信區間,所述大氣誤差/校正是根據所述第一數據庫中的所述數據來計算的。
13.根據權利要求1至12中的一個權利要求所述的接收機,其中,所述第一數據庫被配
置為:如果指示所述第二類型的所述大氣誤差/校正的當前的或預測的質量以及根據所述
多個信號處理通道的所述輸出和所述第二類型的所述大氣誤差/校正的組合計算出的位置
的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第三參數優于所述第二參數,則通過來自
所述第二數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數據庫。
14.根據權利要求1至13中的一個權利要求所述的接收機,其中,所述第一數據庫被配
置為:如果指示所述第三類型的所述大氣誤差/校正的當前的或預測的質量以及根據所述
多個信號處理通道的所述輸出和所述第三類型的所述大氣誤差/校正的組合計算出的位置
的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第四參數優于所述第二參數,則通過來自
所述第三數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數據庫。
15.根據權利要求1至14中的一個權利要求所述的接收機,其中,所述第一數據庫被配
置為:如果指示所述第四類型的所述大氣誤差/校正的當前的或預測的質量以及根據所述
多個信號處理通道的所述輸出和所述第四類型的所述大氣誤差/校正的組合計算出的位置
的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第五參數優于所述第二參數,則通過來自
所述第四數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數據庫。
16.一種處理在接收機處接收的GNSS定位信號的方法,其包括:
在所述接收機處接收來自GNSS星座中的多個衛星的多個導航信號;
訪問第一數據庫以取得可應用于所述接收機的大氣誤差/校正;
計算:
第一參數,其指示在所述接收機處接收的所述信號的質量和根據所述多個導航信號計
算出的位置的精確度/置信區間中的一者;
第二參數,其指示所述大氣校正/誤差的當前的或預測的質量以及根據所述多個導航
信號和所述大氣誤差/校正計算出的位置的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者;
觸發:
第一操作模式,當所述第一參數優于所述第二參數時,所述第一操作模式不將所述大
氣誤差/校正與所述導航信號組合;
第二操作模式,當所述第一參數劣于或等于所述第二參數時,所述第二操作模式將所
述大氣校正與所述導航信號組合。
17.一種用于輔助GNSS定位信號的用戶的接收機的服務器(310),所述服務器包括:
接口,其被配置為獲取RTK和RTIGS大氣誤差/校正以及所述誤差/校正的置信級的度量
中的至少一者;
計算機邏輯單元,其被配置用于:
確定位于多個地理區域中的起作用的接收機的列表;
以預定頻率來獲取由所述列表中的所述起作用的接收機發送的數據的定時序列,所述
數據的定時序列包括:
每個起作用的接收機的通道的代碼和相位;和/或
由此計算出的數據;
計算可應用在所述多個地理區域中的協作大氣誤差/校正的定時序列和所述誤差/校
正的置信級的度量;
通信鏈路,其被配置用于向所述用戶的接收機發送所述RTK、RTIGS和協作大氣誤差/校
正和其相關聯的置信級的度量中的至少一者。
18.一種GNSS定位信號的接收機,其包括:
多個信號處理通道(440、441),其被配置用于處理從GNSS星座中的多個衛星(114、119、
121、123)接收的信號;
存儲器(450),其具有存儲可用于根據一個或多個大氣誤差/校正模型的組合來計算可
應用于所述接收機的大氣誤差/校正的數據的第一數據庫;
計算機邏輯單元(460),其被配置用于執行以下操作中的一個操作:
計算所述組合作為與根據參考信號計算出的PVT的最佳匹配,所述參考信號是在所述
接收機處可用的或之前在小于預先定義的時間跨度內可用的一個參考信號;
選擇存儲在所述第一數據庫中的預先定義的模型,所述選擇基于時間或位置中的一項
或多項;
過濾所述一個或多個大氣誤差/模型以剔除輸出在預先定義的置信級以外的PVT值的
那些大氣誤差/模型,以及組合保持在所述濾波的輸出處的所述模型。
19.根據權利要求18所述的接收機,其中,所述參考信號是由大氣誤差/校正輔助的多
頻信號和單頻信號中的一者,所述大氣誤差/校正是從GNSS增強系統接收的。
20.根據權利要求18所述的接收機,其中,所述本地模型是包括Kobluchar或NeQuick模
型的一個或多個電離層誤差校正模型的組合。

說明書

具有實現最佳誤差校正模式的機載能力的GNSS接收機

技術領域

本發明適用于衛星導航領域。更具體地,本發明允許衛星導航接收機使用誤差和
校正模型來提高所計算的位置的精確度。

背景技術

有兩個全球導航衛星系統(GNSS)(美國全球定位系統、俄羅斯格洛納斯
(GLONASS))已經被充分部署了許多年,并且正在部署另外兩個系統(中國北斗導航衛星系
統和歐洲伽利略系統)。這些系統依靠相同的原理:從繞非對地靜止軌道運行的多個衛星廣
播微波無線電信號;信號攜帶與被配置為接收廣播信號的接收機中的本地副本相關聯的代
碼;當接收機能夠獲取和跟蹤來自最小數量的(通常為4個)衛星的信號時,其能夠根據被考
慮的衛星的偽距來計算其自己的位置、速度和時間(PVT)。在這些計算可能傾向的多個誤差
源中,一個最重要的誤差源是電離層誤差,其是由大氣的較上層的電離(這使由衛星廣播的
電磁信號偏離)導致的。

至少部分地由于電離層誤差,以獨立非輔助模式操作的標準的單頻GNSS接收機將
不能實現優于10米的定位精確度,這對專業應用來說是不可接受的,并且甚至對于消費者
應用來說也是越來越少地被接受。存在緩解電離層誤差的多個可能性,以達到將精確度提
高一到兩個數量級的目標。

這些可能性中的一個可能性是使用雙頻接收機。然而,這些接收機在其中多路徑
信號帶來顯著噪聲的環境中不是非常高效的,所述環境例如所謂的“城市峽谷(urban
canyon)”,其包括例如在街道的多側具有高層建筑的城市區域;或者當需要在看不見之后
重新獲取信號時,例如當離開隧道或停車場時,或冷啟動時,這些接收機不是非常高效的。

已經開發了另一種類型的方法,其包括使用通過使用外部系統計算的校正,所述
外部系統可以是基于衛星的或基于地面的。使用模型來計算基于衛星的校正,并且隨后通
過特定的衛星星座(基于衛星的增強系統或SBAS)來廣播基于衛星的校正。EGNOS屬于該類。
SBAS精確度取決于在模型中考慮的基本單元的尺寸。目前,該精確度是相當受限的,并且增
加該精確度在基礎設施方面將是非常昂貴的。基于地面的校正使用由地面參考站進行的測
量。實時運動或RTK系統屬于該類。RTK方法提供在參考站附近的良好的精確度,但是當移動
離開參考站時,該精確度迅速地降級。企業和政府機構努力發展參考站的網絡。但是在廣大
區域中的可接受的精確度只能通過付出高代價增加參考站來實現。

為了改善這些類型的系統的性能,本發明的受讓人已經設計出了創造性系統,其
被公開在以n°FR14/58336遞交的法國專利申請中。根據本發明,多個起作用的接收機合作
來發送表示在通道上接收的信號的代碼和相位的GNSS通道數據,其隨后被服務器處理以確
定要被應用在起作用的接收機的區域中的大氣校正。低精度接收機可以受益于精確的校
正。但是校正的精確度將取決于在定義的時段內在區域中的起作用的接收機的密度。

現有技術的不同的解決辦法都具有其優點和缺點,并且因此存在能夠實現如下操
作的需求:基于位于接收機的板上的模型和對至少接收機的接收質量和可用的外部輔助的
服務質量的估計來選擇在某一時刻最有效的方案。

發明內容

本發明的目標是提供對現有技術的這些改進。

本發明通過提供GNSS接收機來實現該目標,所述GNSS接收機能夠在不同的頻率接
收至少兩個載波并且包括駐留在其中的大氣校正模型,所述校正由計算機邏輯單元來更
新,所述校正被接收作為表示至少接收機的接收質量和可用的外部輔助的服務質量的輸入
數據。

為此目的,本發明公開了一種GNSS定位信號的接收機,其包括:A)多個信號處理通
道,其被配置用于處理從GNSS星座中的多個衛星接收的信號;B)存儲器,其具有存儲可用于
計算可應用于所述接收機的大氣誤差/校正的數據的第一數據庫;C)計算機邏輯單元,其被
配置用于確定:i)第一參數,其指示以下中的一者:在所述接收機處接收的所述信號的質量
和根據所述多個信號處理通道的輸出計算的位置的精確度/置信區間;ii)第二參數,其指
示以下中的一者:大氣校正/誤差的當前的或預測的質量以及根據所述多個信號處理通道
的所述輸出和所述大氣誤差/校正的組合計算的位置的當前的或預測的精確度/置信區間,
所述大氣誤差/校正是根據所述第一數據庫中的數據來計算的;其中,所述計算機邏輯單元
還被配置用于觸發:i)第一操作模式,當所述第一參數優于所述第二參數時,所述第一操作
模式不將根據所述第一數據庫中的所述數據計算的所述大氣誤差/校正與所述信號處理通
道的所述輸出組合;ii)第二操作模式,當所述第一參數劣于或等于所述第二參數時,所述
第二操作模式將根據所述第一數據庫中的所述數據計算的所述大氣校正與所述信號處理
通道的所述輸出組合。

有利地,本發明的所述接收機還包括本地模型,其用于計算存儲在所述第一數據
庫中的第一類型的大氣誤差/校正。

有利地,所述本地模型是包括Kobluchar或NeQuick模型的一個或多個電離層誤差
校正模型的組合。

有利地,所述組合包括所述電離層誤差校正模型,其輸出最接近在所述第一模型
中計算的最后一個可用的PVT數據的PVT數據。

有利地,所述組合包括所述電離層誤差校正模型,其被預先定義為時間或位置中
的一項或多項的函數。

有利地,所述組合包括所有可用的模型,其輸出在預先定義的置信區間內的PVT數
據。

有利地,所述組合是加權平均。

有利地,本發明的所述接收機還包括到至少衛星的通信鏈路,所述衛星廣播可應
用在所述接收機所處的地理區域中的大氣誤差/校正,所述大氣誤差/校正作為第二類型的
大氣誤差/校正被存儲在第二數據庫中。

有利地,本發明的所述接收機還包括到服務器的通信鏈路,所述服務器連接到根
據參考站的網絡計算的第三類型的大氣誤差/校正的第三數據庫。

有利地,本發明的所述接收機還包括到服務器的通信鏈路,所述服務器連接到第
四類型的大氣誤差/校正的第四數據庫,所述服務器包括被配置用于以下操作的硬件和軟
件資源:確定位于所述接收機所處的地理區域中的貢獻接收機的列表;以預定頻率來獲取
由所述列表中的所述起作用的接收機發送的數據的定時序列,所述數據的定時序列包括每
個起作用的接收機的通道的代碼和相位和/或由此計算的數據;計算可應用在所述地理區
域中的大氣誤差/校正的定時序列;將所述大氣誤差/校正的定時序列作為所述第四類型的
大氣誤差/校正存儲在所述第四數據庫中。

有利地,所述第一參數是歸一化指數,其表示以下各項中的至少一項:在所述接收
機處接收的多路徑信號的強度、在所述接收機處接收的所述信號的信噪比、發送通過所述
信號處理通道處理的所述信號的衛星的高度以及通過所述信號處理通道處理的所述信號
的代碼和相位的差。

有利地,所述第二參數指示根據所述多個信號處理通道的所述輸出和所述大氣誤
差/校正的組合計算的位置的預測的精確度/置信區間,所述大氣誤差/校正是根據所述第
一數據庫中的所述數據來計算的。

有利地,所述第一數據庫被配置為:如果指示所述第二類型的所述大氣誤差/校正
的當前的或預測的質量以及根據所述多個信號處理通道的所述輸出和所述第二類型的所
述大氣誤差/校正的組合計算的位置的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第三
參數優于所述第二參數,則通過來自所述第二數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數
據庫。

有利地,所述第一數據庫被配置為:如果指示所述第三類型的所述大氣誤差/校正
的當前的或預測的質量以及根據所述多個信號處理通道的所述輸出和所述第三類型的所
述大氣誤差/校正的組合計算的位置的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第四
參數優于所述第二參數,則通過來自所述第三數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數
據庫。

有利地,所述第一數據庫被配置為:如果指示所述第四類型的所述大氣誤差/校正
的當前的或預測的質量以及根據所述多個信號處理通道的所述輸出和所述第四類型的所
述大氣誤差/校正的組合計算的位置的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者的第五
參數優于所述第二參數,則通過來自所述第四數據庫的推和拉中的一者來更新所述第一數
據庫。

本發明還公開了一種處理在接收機處接收的GNSS定位信號的方法,其包括:A)在
所述接收機處接收來自GNSS星座中的多個衛星的多個導航信號;B)訪問第一數據庫以取得
可應用于所述接收機的大氣誤差/校正;C)計算:i)第一參數,其指示在所述接收機處接收
的所述信號的質量和根據所述多個導航信號計算的位置的精確度/置信區間中的一者;ii)
第二參數,其指示所述大氣校正/誤差的當前的或預測的質量以及根據所述多個導航信號
和所述大氣誤差/校正計算的位置的當前的或預測的精確度/置信區間中的一者;D)觸發:
i)第一操作模式,當所述第一參數優于所述第二參數時,所述第一操作模式不將所述大氣
誤差/校正與所述導航信號組合;ii)第二操作模式,當所述第一參數劣于或等于所述第二
參數時,所述第二操作模式將所述大氣校正與所述導航信號組合。

本發明還公開了一種用于輔助GNSS定位信號的用戶的接收機的服務器,所述服務
器包括:A)接口,其被配置為獲取RTK和RTIGS大氣誤差/校正以及所述誤差/校正的置信級
的度量中的至少一者;B)計算機邏輯單元,其被配置用于:i)確定位于多個地理區域中的起
作用的接收機的列表;ii)以預定頻率來獲取由所述列表中的所述起作用的接收機發送的
數據的定時序列,所述數據的定時序列包括每個起作用的接收機的通道的代碼和相位和/
或由此計算出的數據;iii)計算可應用在所述多個地理區域中的協作大氣誤差/校正的定
時序列和所述誤差/校正的置信級的度量;D)通信鏈路,其被配置用于向所述用戶的接收機
發送所述RTK、RTIGS和協作大氣誤差/校正和其相關聯的置信級的度量中的至少一者。

所述發明還公開了GNSS定位信號的接收機,其包括:多個信號處理通道,其被配置
用于處理從GNSS星座中的多個衛星接收的信號;存儲器,其具有存儲可用于根據一個或多
個大氣誤差/校正模型的組合來計算可應用于所述接收機的大氣誤差/校正的數據的第一
數據庫;計算機邏輯單元,其被配置用于執行以下操作中的一個操作:i)計算所述組合作為
與根據參考信號計算的PVT的最佳匹配,所述參考信號是在所述接收機處可用的或之前在
小于預先定義的時間跨度內可用的一個參考信號;ii)選擇存儲在所述第一數據庫中的預
先定義的模型,所述選擇基于時間或位置中的一項或多項;iii)過濾所述一個或多個大氣
誤差/模型以剔除輸出在預先定義的置信級以外的PVT值的那些大氣誤差/模型,以及組合
保持在所述濾波的輸出處的所述模型。

有利地,所述參考信號是由大氣誤差/校正輔助的多頻信號和單頻信號中的一者,
所述大氣誤差/校正是從GNSS增強系統接收的。

有利地,所述本地模型是包括Kobluchar或NeQuick模型的一個或多個電離層誤差
校正模型的組合。

由于本發明,使接收機在某一時刻選擇最優的操作模式是可能的。還可能的是維
護要應用的校正的本地模型和本地數據庫,以及基于由服務提供者提供的數據來更新該模
型。

在某些實施例中,本發明可能地基于考慮到GNSS信號的接收的本地條件的優化,
來允許選擇/豐富/混合適于特定GNSS星座的各種本地模型,諸如Kobluchar或NeQuick模
型。

附圖說明

根據對各個實施例和以下附圖的描述,本發明將被更好地理解,并且其各個特征
和優勢將變得顯而易見。

圖1表示現有技術的差分GNSS系統;

圖2表示現有技術的協作電離層校正系統;

圖3表示根據本發明的多個實施例的本發明的電離層校正系統;

圖4表示根據本發明的多個實施例的用于使用本發明的校正系統的接收機;

圖5顯示了根據本發明的多個實施例的本發明的一般流程圖;

圖6顯示了圖5的一般流程圖的開發出的細節;

圖7顯示了圖5的一般流程圖的另一個開發出的細節;

圖8顯示了本發明的實施例的流程圖,其中,考慮到接收的本地條件來選擇/適應
優化的本地模型。

具體實施方式

圖1表示現有技術的差分GNSS系統。

在差分類型的定位系統中,用戶100從至少衛星星座114、119、121、123接收定位信
號。來自這些衛星的定位信號也被參考站130接收。用戶100可能在移動。參考站130必須具
有固定的、被已知具有足夠精確度的并且位于與用戶100相距10到20km半徑的位置(見實例
http://www.navipedia.net/index.php/RTK_Fundamentals)。

RTK算法可以使用導航信號的代碼或相位,或者兩者的組合,可能具有可變的權
重。使用導航信號的相位來計算的位置的精確度是更優的,這是因為噪聲更少,但是付出的
代價是解決測量的整周模糊度(integer ambiguity)的復雜性。

RTK系統不僅可以校正大氣誤差(電離層、對流層),還可以校正時鐘誤差。為了解
決在GPS衛星的L1載波在一個周期內是20cm數量級的情況下的相位模糊度,計算利用兩個
衛星來對RTK參考站130和用戶終端100進行的測量的雙差。

圖2表示現有技術的協作電離層校正系統。

該系統是通過以n°FR14/58336遞交的法國專利申請公開的,所述法國專利申請被
轉讓給本申請的受讓人。其使用與在圖1中描繪的那些衛星相同的衛星114、119、121、123。

在終端/接收機2111、2112、2113、2211、2212、2213的測量結果對電離層誤差的整
體計算起作用的情況下,定義了地理區域210、220,所述終端/接收機2111、2112、2113、
2211、2212、2213在這些地理區域中操作。地理區域210、220具有典型的幾千米(例如在1km
和10km之間)網格。由定位數據240的提供者管理的服務器230可以從終端接收數據并且向
它們發送數據。

終端/接收機可以是任何類型的,單頻或雙頻的,并且能夠接收來自單個星座或來
自多個星座的信號。它們可以配備有或不配備有天線,所述天線被配置為緩解多路徑反射
的影響。它們的位置計算可以由或不由慣性混合(inertial hybridization)或地圖來輔
助。它們與通信模塊耦合,以允許它們無線地發送/接收數據。例如,具有標準的GPS芯片的
簡單的智能電話可以是所述系統的一部分。

接收機2111、2112、2211、2212可以是僅《貢獻》終端,即,向服務器230和/或向其它
接收機發送數據,所述數據是原始代碼和相位數據或預處理數據,所述原始或預處理數據
用于在不“使用”終端(即,不使用數據)的情況下計算地理區域210、220中的電離層誤差。

接收機2113、2213還可以是僅《使用》終端,即,在沒有向系統貢獻其自己的數據的
情況下接收定位數據。接收機還可以繼而連續地或同時地“起作用”或“使用”。

服務器根據起作用的接收機的原始代碼和相位信號或其差來計算校正數據。校正
數據與起作用的接收機的位置相關聯,所述起作用的接收機的位置與代碼和相位數據一起
被發送或例如使用電信服務提供者數據來單獨地獲取。還可以使用質量指數來過濾校正數
據。

圖3表示根據本發明的多個實施例的本發明的電離層校正系統。

在根據本發明的系統中,來自一個或多個星座的多個衛星114、119、121、123的信
號被地理區域210、220中的具有定位能力的終端接收。可以存在上文關于圖2論述的那種類
型的起作用的多個終端,并且它們向服務器310發送其校正數據,所述服務器310具有相關
聯的數據庫320。計算機代碼指令將用于根據起作用的接收機所接收的數據來計算校正數
據,如上文關于圖2論述的。服務器隨后將詳盡的(即,具有置信指數的)校正數據分發給用
戶終端,諸如本發明的終端350。服務器和數據庫可以是物理或虛擬服務器和數據庫,即,它
們可以體現在具有其存儲能力的計算機中,或者它們可以是通過互聯網網絡連接的硬件資
源的可變組合。它們將由定位數據的提供者來管理。

在相同的地理區域210、220中,可以存在在圖1中描繪的那種類型的多個RTK參考
站130、131。還可以存在RTIGS(實時國際GNSS服務)331、332。RTK和RTIGS數據可以被服務器
310用于向用戶終端350分發位置校正。

服務器310還可以通過有線鏈路或無線地從其所連接到的源接收其它類型的數
據。這些數據可以是校正數據、或可以用于計算位置校正數據的數據,例如實際的或預報的
氣象數據、或地磁干擾數據。

其它類型的校正可以被直接地發送給終端350,例如,由對地靜止的衛星340來發
送EGNOS類型的SBAS校正。

本發明的終端350具有GNSS接收機能力和無線通信能力二者。GNSS接收機能力包
括多個信號處理通道。信號處理通道處理從被考慮的衛星接收的RF載波代碼和相位信號。
可能地,兩個或更多個RF載波可以由同一個衛星在兩個或更多個不同的頻率上發送。雙頻
接收機可以通過計算在兩個不同的頻率處的測量結果的單個差來解決導航信號固有的整
周相位模糊度。因此,通常不需要向雙頻接收機提供大氣校正來實現1cm到10cm類的精確
度。但是在具有顯著的多路徑反射的環境(諸如城市峽谷)中,該精確度被極大地降級。此
外,當離開信號在其中丟失的區域時,雙頻信號比單頻信號更難被重新獲取。因此,根據本
發明,尤其是在這些情況下,使終端能夠自動地切換到單頻模式,同時還能夠本地地生成或
從遠程站點獲取校正數據,以實現與通過處理來自兩個或更多個頻率的信號提供的精確度
相同階的精確度是非常有優勢的。

圖4表示根據本發明的多個實施例的用于使用本發明的校正系統的接收機。

根據本發明的終端350具有天線410、411,以用于從可能在兩個或三個頻率(針對
GPS 3星座的L1、L2、L5;E1、E2、E3表示伽利略星座的E1、E5和E6頻率)上的多個衛星(例如,
衛星114)獲取信號。其還具有天線420,以用于從服務器310獲取信號。通信可以使用蜂窩網
絡(3G、4G)。在一個方案中,終端還具有天線430,以用于從例如EGNOS類型的SBAS衛星獲取
信號。在進一步的方案中,可以在天線430上提供來自服務器310的信息。在另一個方案中,
可以使用天線410、411來獲取SBAS信號和服務器信息。

終端350還具有多個信號處理通道。終端可以具有兩個信號處理通道440、441,以
用于處理來自相同的衛星114的信號。終端通常具有兩個以上的處理通道,以能夠并行地處
理被考慮的至少四個衛星的信號。沒有在圖上表示針對被考慮的多個衛星的信號處理通
道。

現有技術的GNSS定位信號的接收機通常具有計算機邏輯單元,其被配置為根據對
衛星載波進行調制的代碼信號和/或載波的相位來計算偽距。由于使用了所接收的具有本
地副本的信號的相關電路,接收機能夠跟蹤信號,并且能夠可能地使用卡爾曼類型(Kalman
type)的過濾算法來計算衛星的偽距。隨后將來自被考慮的衛星的偽距在PVT計算模塊470
中與來自其它定位手段(慣性導航系統、地圖、無線電方向探測器等)的數據混合,所述PVT
計算模塊470還包括濾波器(未示出)以及可能包括混合計算模塊(未示出)。

在多個實施例中,根據本發明的終端350被提供具有存儲器和計算機邏輯單元
450、460。

存儲器存儲不同類型的校正數據庫。在多個實施例中,其還可以存儲本地模型以
計算可應用于接收機的大氣誤差/校正。本地模型可以是非常簡單的,即,模型接收從信號
處理通道(其處理在頻率中的一個頻率處的衛星的信號)中的一個信號處理通道接收的偽
距作為輸入,并且向偽距中添加在數據庫中的一個數據庫中存儲的校正。本地模型還可以
是更加復雜的。Laurent Lestarquit、Norbert Suard、Jean-Luc Issler在“Determination
of the Ionospheric Error Using Only Ll Frequency GPS Receiver”,CNES,1997中公
開了復雜的本地模型的示例。在該類型的模型中,包括了可觀察模型并且本地地執行對誤
差和校正的估計,這使大量的計算功率和能量成為必要并且引入了一些延時。在一個實施
例中,存儲器存儲包括第一類型的校正的第一數據庫,所述第一類型的校正是在本地模型
的輸出處提供的。在一個實施例中,存儲器存儲包括第二類型的校正的第二數據庫,所述第
二類型的校正是由SBAS星座提供的。在一個實施例中,存儲器存儲包括第三類型的校正的
第三數據庫,所述第三類型的校正是由服務器310提供的并且是使用RTIGS或RTK參考站來
計算的。在一個實施例中,存儲器存儲包括第四類型的校正的第四數據庫,所述第四類型的
校正是由服務器310提供的并且是從貢獻接收機計算的,如關于圖2解釋的。

在某些實施例中,存儲器可以結合第一類型的數據庫來僅存儲第二、第三和第四
類型的數據庫中的一個或多個數據庫。優選地將這些數據庫存儲在終端中,但是在某些實
施例中,可以將這些數據庫中的某些或全部數據庫存儲在與連接到服務器310的數據庫320
相同或不同的數據庫設備中。在某些實施例中,第一、第二、第三和第四類型的數據庫可以
通過單個數據庫設備形成,不同類型的數據(其通過其來源來區別)是僅通過單個數據庫中
的區域來識別的。

計算機邏輯單元被配置為決定是應當僅基于信號處理通道410、411(加上其它信
號處理通道)的輸出還是至少部分地根據校正數據庫中的一個校正數據庫的輸出來計算偽
距和/或PVT。該決定是基于對多個參數的估計的,如將在以下描述中進一步論述的。

當多種類型的校正數據可用時,計算機邏輯單元還被配置為同樣基于多個參數來
決定哪一種類型的校正數據應當被用于更新本地數據庫和/或本地模型。

計算機邏輯單元還可以被配置為利用來自信號處理通道的未校正的輸出來更新
本地數據庫。

計算機邏輯單元可以完全地駐留在終端上,或者其還可以包括代碼行或過程,所
述過程將調用遠程地存儲在例如數據庫320中的其它過程。

圖5顯示了根據本發明的多個實施例的本發明的一般流程圖。

在例程510中,計算了第一參數A。

該第一參數可以指示接收機所接收的信號的質量。可以通過在接收機處接收的多
路徑信號的強度來測量接收機所接收的信號的質量。高強度指示如下情形:其中,以多頻率
模式操作的接收機可能不給出最優結果,并且可能優選的是使用通過大氣校正輔助的單頻
模式。對在接收機處接收的信號的質量的另一個指示是在發送所述信號的衛星的范圍以上
的高度。實際上,在某些實例中,所述高度將與多路徑反射的強度相關。對在接收機處接收
的信號的質量的再一個指示是代碼和相位信號之間的差。高值將指示顯著的大氣誤差,其
需要被校正。對在接收機處接收的信號的質量的再一個經典的指示是信噪比。有利地,第一
參數將是歸一化指數,具有以100為中心的值,對于具有平均質量的信號,高于100的值具有
高于平均的質量,以及低于100的值具有低于平均的質量。如果通過指數測量的質量具有非
線性行為,則使用經變換的將是線性的指數將是有優勢的。

第一參數還可以指示根據多個信號處理通道440、441的輸出計算的接收機的偽距
或位置的精確度或置信區間。

可以在信號處理通道的輸出處直接地計算精確度或置信區間,可能作為從質量指
數推導出的值。此外,可以基于多個參數(例如在接收站點處的GNSS星座的配置或接收機的
硬件和軟件配置)來預測精確度或置信區間。一種用于預測置信區間的方法是通過法國專
利申請n°FR14/58862公開的。這樣的預測將取決于信號處理通道的處理類型、天線、可能獲
取的星座等。該置信區間還應當被歸一化在中心值100附近。

可以選擇所接收的信號的質量指數和置信區間中的任意一個來計算第一參數A。
在不脫離本發明的范圍的情況下,還可以選擇二者的組合。由于較小的置信區間是較優的
置信的象征,而較高值的質量指數是較優的質量的象征,所以形容詞“較優的”將用于通過
單個字來描述這兩個屬性。對稱地,形容詞“較劣的”將用于描述較大置信區間的兩個屬性,
所述較大置信區間是較劣的置信和較低的質量指數的象征。

可以以兩種操作模式來執行對所接收的信號的質量和置信區間的計算,一種操作
模式使用終端所接收的導航信號的全部頻率,以及一種操作模式不使用全部可用的頻率,
例如僅使用單個頻率。以第一操作模式計算的結果是第一參數,用A表示。以第二操作模式
計算的結果可以用在對B第二參數的計算中,下文對此作出解釋。如上文解釋的,針對第二
參數使用“較優的”和“較劣的”修飾語時,它們將具有與針對第一參數相同的意思。

在步驟520處,使用第一數據庫的校正來計算的接收機的位置的置信區間還被計
算作為第二參數B。該第二參數測量以單個頻率(或以比可用頻率少的頻率)操作的并且使
用可用的校正中的一個校正的接收機的接收質量。可以使用各種類型的校正,如將關于圖7
解釋的。但是在某一時刻,在第一數據庫中僅一種類型的校正是可用的,這是因為已經確定
的是,在先前時刻,該類型的校正優于先前在第一數據庫中存在的數據。B也是歸一化指數。

在步驟530處,對A和B的值進行比較。如果A>=B,則由計算機邏輯單元選擇使用在
接收機處可用的全部頻率的第一操作模式。如果否,則選擇接收機的第二操作模式,并且將
校正應用于偽距/PVT測量。以第一操作模式,利用以第一操作模式計算的接收機的偽距和/
或PVT位置的值來更新第一數據庫。

在某些實施例中,在步驟540處,可以利用來自服務器的校正來更新第一數據庫。
如果在步驟550處計算的遠程校正的置信級C優于第一數據庫中的測量/校正的置信級,則
執行該更新。在下文描述中進一步解釋了用于計算置信級C的方法。

圖6顯示了圖5的一般流程圖的開發出的細節。

該圖給出了關于圖5的步驟510的更多細節。610分支對各個質量指數進行分組,已
經在上文解釋了所述各個質量指數的細節。質量指數可以被認為是精確度或置信級的預測
指標。620分支表示精確度或置信級的直接計算,也對其進行了解釋。作為一個方案,還可能
的是計算/預測收斂時間作為對質量指數的計算的副產品。在可選步驟630處,該收斂時間
可以是計算最終置信級A的輸入。甚至當原始第一參數A優于B時,但是當利用單頻校正的第
二操作模式的收斂時間更優時(經常是這種情況),尤其是當在離開隧道、停車場或另一個
黑區之后、或在冷啟動時需要重新獲取信號時,可以作出使用第二校正操作模式而不使用
第一多頻率操作模式的決策。

圖7顯示了圖5的一般流程圖的另一個開發出的細節。

可通過服務器310或通過GNSS接收機的衛星鏈路來訪問不同類型的校正。第二類
型的校正720可以是SBAS校正(可通過衛星鏈路訪問)。其它SBAS校正同樣可從服務器310獲
得。第三類型的校正730可以是RTK/RTIGS校正,其通常是可通過服務器310訪問的。第四類
型的校正740可以是協作校正。其是通過服務器從與用戶的接收機位于相同地理區域中的
起作用的接收機的列表生成的。校正還可以是其它類型的,例如地磁指數是電離層條件的
指示符。這些指數可以結合其它類型的校正來使用,以可能地修改將通常可應用的校正,這
是因為例如在存在電離層閃爍的情況下,地磁指數顯示電離層條件不是標準的。同樣對于
氣象條件,例如在多云條件的情況下。或者如果這些校正產生了優于其它校正的置信級,則
可以單獨地評估這些校正并且將其饋送至本地模型。在某些實施例中,僅部分而不是全部
這些可能的校正可以是可用的。

使用與用于第一類型(本地模型)的校正和PVT計算的置信級的過程相同的過程來
計算全部可用校正的置信級C1、C2、C3、C4等(步驟750)。步驟750可以是步驟550的替代。在
這種情況下,將每種類型的可用校正的置信級與第一數據庫中的校正/誤差的置信級的值
進行比較。作為一個方案,步驟550可以是額外的步驟,其使用全部先前計算出的置信級Ci
的函數f(Ci)。該函數可以是例如瞬時最大值或在時間窗口上的最大值,所述時間窗口是在
過去或至少部分地在前瞻性時間范圍上選擇的。

隨后將作為結果的參數(第三參數、第四參數、第五參數等)或作為結果的參數(第
三參數)、C1、C2、C3、C4或C與第二參數B進行比較,以決定本地數據是否將通過外部校正改
善。

在步驟760處需要對本地模型進行初始化。進行此操作的一種方式是選擇遠程服
務器上可用的最優校正。

在步驟770處,還可以將本發明的方法與公開在法國專利申請n°FR14/58862中的
方法結合,其中將從第一數據庫收集的數據發送給服務器310,以合并到計算協作校正的過
程中。

圖8顯示了本發明的實施例的流程圖,其中,考慮到接收的本地條件來選擇/適應
優化的本地模型。

根據本發明的這些實施例,參考信號可以是來自一個或多個GNSS星座的多頻信
號。它們還可以是來自一個或多個GNSS星座的單頻信號,由SBAS校正或其它校正來輔助。越
來越多的GNSS接收機現在是可用的,它們具有從多個星座接收和處理導航信號的能力,應
當注意的是,這些校正在某些區域具有良好的可用性,這是因為它們是通過在對地靜止的
軌道上導航的衛星來廣播的。但是它們具有被限制在總電離層誤差的50%到80%的準確
度。諸如GPS、格洛納斯、北斗、伽利略或具有本地覆蓋的其它星座。

已經開發和參數化電離層誤差校正模型,以被調諧用于這些星座中的某些星座。
兩個最著名的模型是Kobluchar和NeQuick模型。Kobluchar模型是用于校正影響GPS導航信
號的電離層誤差的(http://www.navipedia.net/index.php/Klobuchar_Ionospheric_
Model)。

NeQuick模型是用于校正影響GPS導航信號的電離層誤差的(http://
www.navipedia.net/index.php/NeQuick_Ionospheric_Model)。

根據本發明的這些實施例,在某一時刻可用于接收機的定義的配置的參考信號可
以是定義的星座的多頻信號或單頻信號,通過適用于該星座的SBAS校正或本地模型來校
正。校正可以是從第二數據庫可獲得的,來自第一數據庫的本地模型的校正。可用的參考信
號意味著參考信號是存在的,或它們具有高于預先設置的值的置信指數(針對多頻信號的
第一參數,針對校正信號的第二參數,如上所述)。

根據這些實施例,當單頻載波可用時,獲取針對每個星座的每個衛星的該載波的
原始數據。隨后使用適于其來源星座的校正來校正原始數據。可以計算質量指標。這允許對
所有測量的置信區間的比較。給出最優質量指標的信號可以被選擇為參考信號。還可以使
用通過使用模型的混合,而不僅是用于參考信號的模型校正的信號來計算原始數據。可以
使混合方法是時間和/或位置依賴的。還可以使用某種人工智能技術(諸如神經網絡)來對
其進行調諧。

僅通過示例的方式,可以基于與在圖8中顯示的流程圖相同或類似的流程圖來執
行根據這些實施例中的一個實施例的這樣的方法。

對參考信號是否可用進行了測試810。如果它們是可用的,則執行分支811。如果不
可用,則執行分支812。

在分支811中,只要參考信號是可用的821,就選擇輸出最接近從參考信號可用的
最后一個PVT的PVT的模型。再次,可用的可以意味著在某一時刻是可用的或在所有時刻是
可用的。

在分支812中,執行對最后一個可用的參考信號的新鮮度的測試(T<=Tmax)。如果
測試是肯定的831,則只要參考信號是不可用的841,就使用最后一個可用的最優模型840。
如果測試是否定的832,則作為第一方案,只要參考信號是不可用的851,就選擇使用存儲有
使用的時間和/或位置的預先定義的模型850。作為第二方案,可以對所有可用模型的質量
指數的置信級進行比較860。可以剔除定義的邊界以外的值(野值)。只要參考信號是不可用
的871,就隨后在步驟870處組合剩余模型的結果。組合可以例如是加權平均,可能將權重動
態地計算作為置信級和/或質量指數的函數。可以以這樣的方式來計算權重:在某一時刻,
選擇單個模型是因為其被質量指數指定為是最優的。可以如上文描述中所解釋的來計算置
信級和質量指數。

當參考信號的可用性改變時,兩個分支811和912可以通過邏輯連接822、842、872
雙向鏈接。

作為這些實施例的一個方案,可能的是基于控制參數來接通/斷開參考信號的可
用性。控制參數可以是簡單的預定的時間段。其可以是功率等級的指數以允許控制接收機
的功耗。其可以是多路徑反射的等級:如上文解釋的,多頻信號比單頻信號更多地受多路徑
影響。

可以以獨立的方式或與其它實施例組合來實現本發明的這些實施例。

本說明書中公開的示例僅是對本發明的某些實施例的說明。它們不以任何方式來
限制由所附權利要求書限定的所述發明的范圍。

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具有 實現 最佳 誤差 校正 模式 機載 能力 GNSS 接收機
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本文標題:具有實現最佳誤差校正模式的機載能力的GNSS接收機.pdf
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