使用辅助数据的地理定位法的制作方法

文档序号:6000237阅读:172来源:国知局
专利名称:使用辅助数据的地理定位法的制作方法
技术领域
本发明涉及通过卫星的无线电导航或定位的领域,具体涉及使用利用基准接收机的网络而计算的辅助数据的地理定位方法。本发明还涉及计算所需辅助数据的方法。本发明的范围特别地是由卫星定位系统(例如GPS (“全球定位系统”),Galileo,Glonass,QZSS, 北斗(Compass)、IRNSS等)的发射机发射的无线电导航信号的接收。
背景技术
通常,在定位系统中由卫星(或伪卫星(pseudolite))发射的无线电导航信号具有由含有伪随机二进制码的扩展波形来调制的载波形式。由于载波的调制使得频谱围绕载频扩展,无线电导航信号经常被称为“扩展频谱”信号。伪随机码代表该信号的识别符,并因此代表卫星发射机的识别符。由于接收机已知,它们允许这些是码分多址(CDMA)。补充地,一些卫星定位信号也可承载有用数据(例如导航消息)作为在载波上另外调制的二进制序列(以大大低于伪随机码的比率)。在GPS的情况下,无线电导航信号以中心在1575.42MHz的频带Ll和中心在 1227. 6MHz的频带L2传输。作为现代GPS的一部分,将增加中心在1176. 45MHz的L5频带。(ialileo (伽利略)星群卫星将在频带E2-L1-E1(中间的Ll频带的部分与GPS的部分相同)、E5a(根据Galileo命名法,该频带代表为GPS安排的L5频带)、E5b (中心在 1207.14MHz)和E6 (中心在1278. 75MHz)内传输。注意,北斗星群的卫星在或将在频带 Bl (中心在 1561. 098MHz)、B1_2 (中心在 1589. 742MHz)、L1 (中心在 1575. 42MHz)、B2 (中心在1207. 14MHz)和B3(中心在1268. 52MHz)内传输。中心频率是各种信号的载频。无线电导航信号的接收通常包括第一解调和第二解调,第一解调使用载波跟踪回路所驱动的振荡器在接收机中所生成的载波的内部副本,第二解调使用扩展波形跟踪回路 (也称为“码跟踪回路”)所控制的波形发生器所产生的扩展波形的内部副本。载波跟踪回路和扩展波形的控制信号被接收机用来确定其位置。在接收的信号载波和由载波跟踪回路在每个时间步所产生的内部载波副本之间的相位差信号提供了第一可观测量(相位可观测量或测量)。在接收的信号的扩展波形和由跟踪回路扩展波形在每个时间步所产生的副本内部扩展波形之间的信号延迟是第二可观测量(代码可观测量或测量)。接收机可进行的基础测量因此包括码测量和载波相位测量。显然这些基础测量可组合。码测量准确到米,而相位测量准确到几毫米。然而,相位测量存在的缺点是它们仅输送卫星发射和接收机之间载波相位差的实部。因此从发射机(卫星)和接收机之间的整周期数量在开始时是未知的这个意义上来说,相位测量是模糊的。为能够从相位测量的准确性获益,接收机必须解析对它们有损害的模糊度。相位模糊度的解析通常通过相位测量的微分(单微分或二重微分)来完成。该微分使若干测量共有的(非模拟)错误源能够消除,从而使整数信息展现出来,该整数信息在被考虑时可进一步改善性能。然而,该整数信息由一个或更多基础相位模糊度之间的差构成,并且通常不能返回基础相位模糊度工作。
专利申请FR 2 914 430描述了一种方法,该方法以一致的方式借助于双频率观测(即,在至少两个不同频率上的码和相位测量)求解在基准接收机网络上的相位模糊度。 同时,该方法产生一组卫星时钟,该时钟可被网络(即,希望获知他的位置的用户的网络) 外部的双频率接收机用作辅助数据。这些时钟具有在接收机求解通过“基础”测量获得的定位方程时突出全部相位模糊度的特别性质,即不在卫星之间也不在接收机之间微分。申请FR 2 914 430的方法的缺点是其仅可通过双频率接收机应用。

发明内容
发明目的本发明第一方面的目的是提出允许接收机去除其相位模糊度而不是必需采取多频率观测的地理定位法。本发明第二方面的目的是提出确定这样的地理定位法需要的辅助数据的方法。本发明的总体描述通常,本发明包括两个方面。第一,其包含在基准接收机(站)网络层面执行的方法,在该基准计算机网络中确定其他信息(辅助数据),借组于该方法不属于该网络的一部分的用户接收机能解析相位模糊度。此外,本发明包括在并不一定形成网络的一部分的接收机层面执行,并且使用基准站的网络完成且可通过任何通信手段获得的此另外信息的方法。为了清晰,首先论述确定辅助数据的方法。在下面,假设无线电导航信号来自一组无线电导航卫星,每个都至少广播在第一频率的第一无线电导航信号和在不同于第一频率的第二频率的第二无线电导航信号。确定辅助数据的方法包含操作·从在基准网络中的接收机所记录的无线电导航信号接收(初步的,即,既不在接收机之间也不在卫星之间微分的)码测量和相位测量;所述相位测量每个都具有模糊度, 即,先验未知的整数个周期;·以对于全部卫星和基准接收机一致的方式解析在第一频率的相位测量中的模糊度;·推导源于所述模糊度的一致解析的一组无电离层发射机相位时钟值,以及源于所述模糊度的一致解析的一组一致的无电离层相位接收机时钟值;·针对每个卫星-基准接收机对,根据由该基准接收机针对该卫星在第一频率执行的码测量和相位测量来计算载波码移位组合值,并从该值减去几何成分、无电离层接收机相位时钟值和无电离层发射机相位时钟值的成分以及相位测量的已解析模糊度的成分, 从而获得测量残差(residue);·以对于全部卫星和网络的接收机一致的方式将获得的测量残差中的每一个分离为发射机部分和接收机部分;以及·使所述测量残差的发射机部分平滑。优选地,与模糊度的一致解析相关联的无电离层发射机时钟值,以及所述测量残差的被平滑的发射机部分作为辅助数据被提供至网络外的接收机。根据本发明的操作的优选模式,本方法包括针对该组卫星的每一个卫星来计算与载波码移位组合相关联的发射机时钟值作为无电离层发射机时钟值与被平滑的测量残差之和的操作。优选地,使与载波码移位组合相关联的发射机时钟值作为辅助数据可(例如)借助于诸如互联网、地面广播或通过卫星等的电信被网络外的接收机获得。每次可通过使发射机部分上周期为12小时的正弦函数适合要被平滑的发射机部分来使所述测量残差的发射机部分平滑。显然这可借助于最小二乘法进行。有利地,确定辅助数据的方法在包括载体工具(计算机存储器、硬盘、光波或无线电波等)的计算机程序产品中实现,该载体工具包含计算机程序码,该计算机程序码被配置成在计算机上运行该程序时实现本方法。关于本发明的第一方面,在无线电导航信号接收机的层面,地理定位的方法包含下面的操作·为所述组的并且从所述接收机可见的每个卫星接收至少所述第一无线电导航信号;·针对每个可见卫星执行(初步的,即,既不在接收机之间也不在卫星之间微分的)接收到的第一无线电导航信号的码测量和相位测量,所述相位测量表现先验的未知整数周期的模糊度;·接收一组辅助数据,针对该组卫星中的每一个,所述一组辅助数据包括足够重构与载波码移位组合相关联并以对全部卫星和基准网络中的接收机一致的方式获得的发射机时钟值的数据; 针对每个卫星根据第一无线电导航信号的码测量和相位测量来计算载波码移位组合值,并从该载波码移位组合值减去与载波码移位组合相关联的发射机时钟值,从而获得不模糊的载波码移位可观测量;以及·使用不模糊的载波码移位可观测量来确定接收机的位置。足够重构与载波码移位组合相关联的发射机时钟值的数据优选包括与载波码移位组合自身相关联的卫星时钟值。可选地,足够重构与载波码移位组合值相关联的发射机时钟值的数据可包括通过上述方法获得的与模糊度的一致解析相关联的无电离层发射机相位时钟值,以及测量残差的被平滑的发射机部分。认为根据本发明的方法对L5频段(在此情况下第一频率为1176.45MHz)特别有利。可选地,第一频率可以是 1575. 42MHz、1227. 6MHz、1207. 14MHz、1278. 75MHz、 1561. 098MHz、1589. 742MHz、1207. 14MHz 或 1268. 52MHz。有利地,地理定位法在包含载体工具(计算机存储器、硬盘、光波或无线电波等) 的计算机程序产品中实现,该载体工具包含被配置成实现本方法的计算机程序码。优选地,地理定位法在一般称为GNSS ( “全球导航卫星系统”)接收机的卫星地理定位装置中实现。地理定位处理可作为后验过程或作为实时处理来实现。


本发明的其它特性和特征根据在下面给出以便参考

的实施的优选方法的详细描述而变得显而易见。这些附图示出
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图1 基准接收机网络的示意图;图2 确定辅助数据的方法的流程图;图3 使用可在图2的方法中确定的辅助数据的地理定位法的流程图;图4 两个测量残差的发射机部分的图形表现,其每个都通过从载波码移位测量减去(模拟的)几何成分、无电离层接收机和发射机相位时钟的值的成分,以及相位测量模糊度的成分获得;图5 图4的两个测量残差的发射机部分在平滑后的图形表现。
具体实施例方式导航信号接收机可执行其从各种可见卫星(即,在地平线上方的卫星)接收的无线电导航信号的(不模糊的)码测量和相位测量(在整数个周期模糊)。多频率接收机可在至少两个不同频率和f2执行这些测量。采用双频率接收机,那么因此接收机在频率和f2为每个可见卫星并在每个时间步具有表示为P1和P2的两个码测量,以及表示为L1和 L2的两个相位测量。在每个时间步(tk),在接收机中,接收机因此获得一组码测量P/(tk)、 R2j(tk)、L/(tk)和L (tk),其中上标(j)表示其信号由接收机接收的卫星。在卫星绕地球轨道运行时,在给定时间仅卫星中的一些从接收机的位置可见。为简化记法,时间和卫星指数的相关性不总是在下面明确陈述。使用下面记法
权利要求
1.一种确定辅助数据从而帮助处理源自一组导航卫星的无线电导航信号的方法,所述卫星每个都至少广播第一频率的第一无线电导航信号和不同于所述第一频率的第二频率的第二导航信号,所述方法包括以下操作根据基准网络中的接收机所记录的所述无线电导航信号来接收码和相位测量;所述相位测量每个都具有模糊度,即,先验、未知的整数个周期;以对于全部所述卫星和基准接收机一致的方式解析在所述第一频率的所述相位测量中的所述模糊度;推导出源于所述模糊度的一致解析的一组无电离层发射机相位时钟值,以及源于所述模糊度的一致解析的一组无电离层接收机相位时钟值;针对每个卫星-基准接收机对,根据由所述基准接收机针对所述卫星在所述第一频率执行的所述码测量和所述相位测量来计算载波码移位组合值,并从所述值减去所述几何成分、所述无电离层接收机相位时钟值和所述无电离层发射机相位时钟值的成分以及所述相位测量的已解析模糊度的成分,从而获得测量残差;以对于全部所述卫星和所述网络的接收机一致的方式将所述获得的测量残差中的每一个分离为发射机部分和接收机部分;以及使所述测量残差的所述发射机部分平滑。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,与所述模糊度的所述一致解析相关联的所述无电离层发射机时钟值,以及所述测量残差的被平滑的所述发射机部分作为辅助数据被提供至所述网络外的接收机。
3.根据权利要求1或2所述的方法,包括针对所述一组卫星中的每一个卫星来计算与所述载波码移位组合相关联的发射机时钟值作为所述无电离层发射机时钟值与被平滑的所述测量残差之和的操作。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,与所述载波码移位组合相关联的所述发射机时钟值作为辅助数据被提供至所述网络外的接收机。
5.根据权利要求2或4所述的方法,其中,所述提供在电信频道实现。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的方法,其中,所述测量残差的所述发射部分的平滑化每次通过调整周期为12小时的正弦函数来执行。
7.一种包含载体装置的计算机程序产品,所述载体装置包含被配置成在计算机上运行时实现根据权利要求1至6中任何一项所述方法的计算机程序码。
8.一种通过源自一组卫星的无线电导航信号的地理定位方法,所述卫星每个都至少广播第一频率的第一无线电导航信号和不同于所述第一频率的第二频率的第二无线电导航信号,所述方法在无线电导航信号接收机的层面包含下面的操作为所述组的并且从所述接收机可见的每个卫星接收至少所述第一无线电导航信号;针对每个可见卫星执行接收到的所述第一无线电导航信号的码测量和相位测量,所述相位测量表现先验的未知整数周期的模糊度;接收一组辅助数据;所述方法的特征在于针对所述一组卫星中的每个卫星,所述一组辅助数据包括足够重构与所述载波码移位组合相关联并以对全部所述卫星和基准网络中的接收机一致的方式获得的所述发射机时钟值的数据;以及以下操作针对每个卫星根据所述第一无线电导航信号的所述码测量和所述相位测量来计算载波码移位组合值,并从该载波码移位组合值减去与所述载波码移位组合相关联的所述发射机时钟值,从而获得不模糊的载波码移位可观测量;以及使用所述不模糊的载波码移位可观测量来确定所述接收机的位置。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,足够重构与所述载波码移位组合相关联的所述发射机时钟值的所述数据包括与所述载波码移位组合相关联的卫星时钟值。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,足够重构与所述载波码组合移位值相关联的所述发射机时钟值的所述数据包括通过根据权利要求1至6中任何一项所述的方法获得的与所述模糊度的所述一致解析相关联的所述无电离层发射机相位时钟值以及所述测量残差的被平滑的发射机部分。
11.根据权利要求1至6或8至10中任何一项所述的方法,其中,所述第一频率在 1575. 42MHz、1227.6ΜΗζ、1176· 45ΜΗζ、1207. 14ΜΗζ、1278· 75ΜΗζ、1561· 098ΜΗζ、 1589. 742ΜΗζ、1207. 14ΜΗζ 或 1268. 52ΜΗζ 中选择。
12.一种包含载体装置的计算机程序产品,所述载体装置包括被配置成在计算机上运行时实现根据权利要求8至10中任何一项所述方法的计算机程序码。
13.—种GNSS接收机,所述GNSS接收机被配置成实现根据权利要求8至10中任何一项所述的方法。
全文摘要
为使地理定位用户的接收机能够解析相位模糊度而不是必需使用多频率观测,由于在基准网络(10、12、14)进行的测量而获得了辅助数据,并将其发送至用户的接收机。所使用的辅助数据优选地由与载波码滑动组合相关联的发射机时钟值(Θeme)或由与足够重构所述值的数据相关联的发射机时钟值构成。例如,与载波码滑动组合相关联的发射机时钟值(Θeme)可根据例如无电离层发射机时钟值(heme)和时钟偏差(C′eme)来重构。
文档编号G01S19/04GK102348999SQ201080011674
公开日2012年2月8日 申请日期2010年3月11日 优先权日2009年3月13日
发明者丹尼斯·洛里谢斯, 弗拉维安·梅西耶 申请人:国家宇宙研究中心
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