专利名称：用以估计轨道的gnss信号处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及GNSS信号处理，并且具体涉及包含精确卫星数据的GNSS信号处理。 发明内容
描述了一种处理从参考站接收机处观测到的GNSS卫星信号得到的一组GNSS信号数据的方法和设备，所述数据代表在多个历元上至少两个载波的每个载波的码观测结果和载波观测结果，包括获得轨道开始向量，该轨道开始向量包括在第一间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及所述预测位置和预测速度相对于初始位置、初始速度、力模型参数和地球定向参数的偏导数；获得在多个参考站处针对每个卫星的码观测结果和载波观测结果的无电离层线性组合；以及一旦有可用的历元的无电离层线性组合，就在每个历元使用无电离层线性组合和预测的地球定向参数来迭代地校正所述轨道开始向量，以获得更新后的轨道开始向量值，该更新后的轨道开始向量值包括在历元的后续间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及对地球定向参数的估计。
在一些实施例中，获得轨道开始向量包括获得所述卫星的近似轨道向量；获得预测的地球轨道参数；迭代地将所述近似轨道向量与所述预测的地球轨道参数进行积分， 以获得针对初始时间间隔的轨道预测，并且在每次迭代中，将所述轨道预测适配到所述近似轨道向量；以及从所述轨道预测准备针对所述轨道开始向量和偏导数的一组初始值。在一些实施例中，所述近似轨道向量是从以下之一获得的广播卫星导航消息、IGS超速轨道数据以及预测轨道的另外的源。在一些实施例中，将所述轨道预测适配于所述近似轨道向量是使用最小二乘法来执行。在一些实施例中，用所述预测地球定向参数对所述近似轨道向量进行积分以便获得轨道预测被迭代，直到所述轨道预测基本上保持为恒量为止。
在一些实施例中，获得轨道开始向量包括，从不比预定时间间隔更晚(older)的一组更新的轨道开始向量值准备所述轨道开始向量。在一些实施例中，所述预定时间间隔不会多于几小时。在一些实施例中，准备所述轨道开始向量包括，从所述更新的轨道开始向量映射新的轨道开始向量，并对所述新的轨道开始向量进行积分，以获得针对所述轨道开始向量的新的值。在一些实施例中，对所述新的轨道开始向量进行积分包括，用来自所述更新的开始向量值的地球定向参数对所述新的轨道开始向量进行积分。在一些实施例中，校正包括施加迭代滤波器，所述迭代滤波器包括以下之一卡尔曼滤波器、UD因式分解滤波器(factorized filter)以及平方根信息滤波器。在一些实施例中，更新的轨道状态向量还包括针对每个卫星的附加参数，并且其中，校正所述轨道开始向量包括针对每个卫星对所述附加参数进行校正。
一些实施例还包括，将来自更新的轨道开始向量的值映射到当前历元，以获得针对每个卫星的当前历元轨道位置和速度。在一些实施例中，所述轨道开始向量还包括针对每个接收机-卫星对的无电离层模糊度，迭代地校正所述轨道开始向量063 包括估计关于所述无电离层模糊度的浮点值，并且所述方法还包括获得针对每个接收机-卫星对的宽巷模糊度(340)的值，所述宽巷模糊度值具有整数特性；从所述宽巷模糊度的值和所述无电离层模糊度的浮点值确定与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的模糊度的整数特性值；使用所述整数特性值来固定所述无电离层模糊度的值；以及通过对所述无电离层模糊度的值的固定，使用所述无电离层线性组合0645)的时间序列和一组地球轨道参数来迭代地校正所述轨道开始向量(沈35)，以获得更新的轨道开始向量(沈80)，该更新的轨道开始向量包括在多个历元的间隔中针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列以及对地球定向参数的估计。
在一些实施例中，与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的所述模糊度包括以下之一窄巷模糊度、Ll模糊度和L2模糊度。在一些实施例中，所述历元以约IHz 的速度(rate)出现。在一些实施例中，迭代地校正所述轨道开始向量包括，针对每个历元估计每个卫星的卫星时钟的值以及每个卫星在每个历元的卫星位置。在一些实施例中，迭代地校正所述轨道开始向量包括，针对每个历元估计以下项的值每个卫星的卫星时钟、卫星时钟漂移、卫星时钟漂移速率以及每个卫星在每个历元的卫星位置。在一些实施例中，所预测的关于至少一些所述历元针对每个卫星的近似位置的时间序列覆盖了至少150秒的间隔。在一些实施例中，所述参考站广泛地分布于地球上，并且来自每个参考站的所述GNSS 信号数据代表了在每个历元对GNSS卫星子集的码观测结果和载波观测结果。一些实施例提供了用于执行一个或多个上述方法的设备。一些实施例提供了包括被配置为当在计算机处理单元上执行时实施一个或多个上述方法的指令的计算机程序。一些实施例提供了包含此类计算机程序的有形计算机可读介质。
根据下面参考附图所描述的实施例，本发明的所述和其他方面和特征将变得更容易理解，其中
图1示出了根据本发明一些实施例的系统的高层级的视图2示出了根据本发明一些实施例的系统数据和系统的高层级的视图3是根据本发明一些实施例的网络处理器架构的示意图4是根据本发明一些实施例的数据校正的示意图5是根据本发明一些实施例的观测结果的线性组合的示意图6是一般卡尔曼(Kalman)滤波处理的示意图7是根据本发明一些实施例的码分级(code-leveled)的时钟处理器的示意图8、图9和图10被删除；
图11是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理流的示意图12是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理流的示意图13A示出了根据本发明一些实施例的非差Melbourne-WiAbena偏差处理器的滤波状态；
图1 示出了根据本发明一些实施例的单差Melbourne-WUbbena偏差处理器的滤波状态；
图14是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图15是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图16是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图17是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图18是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图19A是GNSS站和卫星的观测图19B是示出作为顶点的站和卫星以及作为边缘的站-卫星观测结果的抽象图19C示出了图19B的最小生成树；
图19D示出了具有受约束的边缘的最小生成树；
图19E是GNSS站和卫星的非差观测图19F是与图19E的观测图对应的滤波图19G是GSNN站和卫星的单差观测图19H是与图19G的观测图对应的滤波图191是比较非差和单差处理中的约束的一组观测结果图20是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图21A示出了非差观测图上的生成树；
图21B示出了非差观测图上的最小生成树；
图21C示出了单差观测图上的生成树；
图21D示出了单差观测图上的最小生成树；
图22是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图23A是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图2 是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图24A是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图24B是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena滤波处理的示意图MC是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena滤波处理的示意图24D是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena滤波处理的示意图25A是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图25B示出了根据本发明一些实施例的移位偏差效应；
图25C是根据本发明一些实施例的Melbourne-WUbbena偏差处理器的示意图26A是根据本发明一些实施例的轨道处理器的启动的示意图26B是根据本发明一些实施例的轨道处理器的示意图26C是根据本发明一些实施例的轨道处理器的轨道映射器的示意图26D是根据本发明一些实施例的轨道处理器的轨道映射器的示意图27是根据本发明一些实施例的码分级的时钟处理的时序图28A是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示意图28B是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示意图28C是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示意图四是根据本发明一些实施例的高速相位分级(phase-leveled)的卫星时钟处理器的示意图30A是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图30B是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图30C是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图31是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图32是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图33是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图34是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的示意图35被删除；
图36是根据本发明一些实施例的网络处理器计算机系统的示意图37是根据本发明一些实施例的积分GNSS接收机系统的简化示意图38是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的GNSS漫游器处理的示意图39示出了根据本发明一些实施例的观测时钟预测；
图40是根据本发明一些实施例的用于生成合成基站数据的处理的示意图41被删除；
图42是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS漫游器处理的示意图43是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS漫游器处理的示意图44是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的低时延GNSS漫游器处理的时序图45是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的高准确性GNSS漫游器处理的时序图46是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS漫游器处理的示意图47示出了与不使用模糊度固定的GNSS漫游器处理相比，根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的性能；
图48是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图49是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图50是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图51是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图52是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图53是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图54是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图55是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图56是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图57是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图58是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图59是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图60是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图
图61是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图^rM
图62是根据本发明--些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的示意图。
具体实施方式
部分1 系统概览
全球导航卫星系统(GNSQ包括GPS、feilileo、Glonass、Compass和其他类似的定位系统。尽管这里给出的例子是针对GPS处理的，然而其原理适用于任何这种定位系统。
对实时的定义在本文件中提到了几次术语“实时”。在由下列实施例所涵盖的本发明的范围中，该术语是指只要一个动作所需要的信息可用就有该动作(例如数据被处理、计算结果)。因此，存在特定的时延，并且这依赖于取决于系统元件的不同方面。如下文所述，对于本文件中所涵盖的应用，所需要的信息通常是GNSS数据，和/或GNSS校正。10
实时运行的网络处理器能够在以下动作之后提供关于来自监控接收机网络的数据的一个历元(epoch)的结果(la)数据被每个监控接收机收集(通常小于1兆秒)；(Ib) 数据被从每个接收机发送给处理中心(通常小于2秒)；(Ic)数据被处理器处理。网络处理器对结果的计算通常占0. 5至5秒之间，这取决于处理器类型和要使用的数据量。
通常，在传输延迟上不遵循特定限制(例如3秒)的数据被拒绝或缓存，并且因而没有被立即用于当前的历元更新。这避免了在一个或多个站正在以不可接受的延迟量发送数据的情况下增大系统的时延。
实时运行的漫游器接收机能够在接收机收集了数据(通常小于1兆秒)以及以下动作之后，提供关于数据的一个历元的结果Oa)处理中心生成校正数据(参见la、lb、 lc) ； (2b)接收到来自处理中心的校正数据(如果需要的话)(通常小于5秒)数据被处理(通常小于1兆秒)。
为了避免或最小化由Qa)和Qb)引发的数据延迟效应，可以使用一种三角相位 (delta phase)方法，使得更新的接收机位置能够在数据被收集之后就被立即与校正数据流进行计算(通常小于1兆秒)。该三角相位方法例如描述在2009年8月18日授权的 U. Vollath的美国专利7 576 690中。
图1和图2示出了根据本发明一些实施例的系统100的高层级的视图。地球上分布了全球跟踪网络的参考站，例如参考站105、110、. . . 115。非常精确地知道每个参考站的位置，例如，在小于2厘米以内。每个参考站都配备有天线，并跟踪由该站看到的卫星发送的GNSS信号，所述卫星例如是GNS卫星120、125、. . . 130。GNSS信号具有在两个或多个载波频率的每一个上调制的码。每个参考站获得GNSS数据205，该数据代表了针对在每个历元处看到的每个卫星，至少两个载波的载波-相位(载波)观测结果(observations) 210， 以及在至少两个载波上调制的各自的码的伪距(码)观测结果215。参考站还从卫星信号获得卫星的历书和星历表220。历书包括GNSS的所有卫星的粗略位置，而所谓的广播星历表提供了在特定时间间隔中卫星的时钟误差(大约1.5米)以及卫星位置的更精确的预测 (大约1米)。
在参考站收集的GNSS数据经由通信信道135被发送给网络处理器140。如下文详述的，网络处理器140使用来自参考站的GNSS数据以及其他信息来生成包含精确的卫星位置和时钟数据的校正消息。该校正消息被发送给任何数量的GNSS漫游器接收机使用。如图1所示，该校正消息被经由上行链路150和通信卫星155传送以便用于大范围广播；可使用任何其他合适的传输介质，包括但不限于无线电广播或移动电话链路。漫游器160是 GNSS漫游器接收机的实例，其具有用于接收并跟踪在其位置可看到的GNSS卫星的信号的 GNSS天线165，并且可选地具有通信天线170。根据该校正消息的传输频带，其可由漫游器 160经由GNSS天线165或通信天线170来接收。
部分2:网络架构
图3是示出了根据本发明一些实施例的网络处理器140的处理流300的主要元件的示意图。将来自参考站310的全球网络的GNSS数据作为GNSS数据305不带校正地、或者在通过可选的数据校正器310校正后作为已校正GNSS数据315，提供给四个处理器标准时钟处理器320、Melbourne-Wubbena(MW)偏差处理器325、轨道处理器330以及相位时钟处理器335。
数据校正器310可选地分析来自每个参考站的原始GNSS数据305，以检查所接收的观测结果的质量，并且在可能的情况下校正关于周跳(cycle slip)的数据，所述周跳在发生例如每次接收机丢失时钟时，在载波相位观测结果中跳动。商业可用的参考站通常检测周跳并且相应地标记数据。周跳检测和校正技术在例如G. Seeber所著的 SATELLITEGEODESY，第2版(2003年)，第277-281页有所概述。数据校正器310可选地应用其他校正。尽管对于所有处理器而言并非需要所有校正，然而如果被应用到数据，校正确实没有坏处。例如，如下文所述，一些处理器使用码和载波观测结果的线性组合，其中一些未校正误差在形成组合时被抵消。
观测结果在每个参考站被逐个历元地获取，并被带时间标签地传送给网络处理器 140。对于一些站来说，观测结果延迟到达。这个延迟散布在毫秒到分钟之间。因此，可选的同步器318对在预定时间跨度内的已校正参考站数据的数据进行收集，并将关于每个历元的观测结果作为集合传递给处理器。这使得以合理延迟到达的数据能够被包含在数据的历元中。
棚偏差处理器325将未校正GNSS数据305或已校正GNSS数据315作为输入，因为它使用Melbourne-WUbbena线性组合，该组合除了相位和码观测结果的偏差和模糊度之外抵消了所有内容。因此，对于宽巷处理器325，只有接收机和卫星天线校正是重要的。基于该线性组合，计算针对每个卫星的一个MW偏差和针对每个接收机-卫星对的一个宽巷模糊度。偏差是平滑的(无噪声)，并且仅表现出一些日以内(sub-daily)的低速变化。宽巷模糊度是恒量，并且只要在相应的卫星-接收机链路上的观测结果中没有发生周跳，就可被使用。因此，时间对于偏差估计而言并不十分关键，并且偏差估计能够例如以15分钟的更新速度来运行。这是有利的，因为计算时间是以站和卫星的数目的三次方来增长的。作为例子，对于具有80个站的合理网络而言，计算时间可以大约是15秒。固定宽巷模糊度340 和/或宽巷偏差345的值可选地被用于轨道处理器330和/或相位时钟处理器335，和/或被提供给调度器355。MW偏差处理器325在下文的部分7中进行了详细描述。
轨道处理器330的一些实施例基于预测-校正策略。使用精确强制模型(precise force model)并以对卫星参数的未知值的初始推测(初始位置、初始速度和动态强制模型参数)作为开始，每个卫星的轨道通过对卫星的非线性动态系统的积分来预测。包括对未知参数的当前位置的偏导数的敏感度矩阵被同时计算。初始卫星状态的敏感度在针对整个预测的计算的同时被计算。也就是说，起始于对未知参数的预测，求解微分方程组，这将轨道积分到当前时间或将来时间。该预测可被线性化到未知参数的方向中。因此，如果未知参数改变，则偏导数(敏感度)用作对当前卫星状态的改变大小的测量，反之亦然。
在一些实施例中，这些偏导数被用于卡尔曼(Kalman)滤波器，以便通过将GNSS观测结果投射到卫星的未知参数来改善初始推测。该精确的初始状态估计用于再次对卫星的动态系统进行积分并确定精确的轨道。不时地执行初始卫星状态到当前历元的时间更新。 在一些实施例中，无电离层模糊度也是卡尔曼滤波器的状态。固定的宽巷模糊度值340被用来固定轨道处理器330的无电离层模糊度，以便增强所估计的轨道的准确性。卫星轨道非常平滑，并且能够对若干分钟和小时进行预测。精确的轨道预测结果350可选地被转发给标准时钟处理器320和相位时钟处理器335以及调度器355。
超速轨道360，例如国际GNSS服务(IGS)提供的I⑶轨道，可用作对精确轨道预测结果355的替代。I⑶轨道一天更新四次，并且以三小时时延地可用。
标准时钟处理器320使用GNSS数据305或已校正GNSS数据315，并使用精确轨道预测结果355或超速轨道365，来计算码分级的卫星时钟360 (也被称为标准卫星时钟)。 码分级的表明时钟与无电离层码观测结果一起使用时是足够的，但是与载波-相位观测结果一起使用时则不是足够的，这是因为码分级的时钟不保持模糊度的整数特性。由标准时钟处理器320计算的码分级的时钟360表征卫星之间的时钟误差差异。标准时钟处理器 320将广播星历表的时钟误差用作伪观测结果，并将所估计的时钟调整到GPS时间，使得它们可用于计算例如，卫星信号的传输的确切时间。时钟误差变得很快，但是对于与相当吵杂的码测量一起的使用来说，厘米级的准确度是足够的。因此，30秒至60秒的“低速”更新速度是适当的。这是有利的，因为计算时间以站和卫星数目的三次方来增长。标准时钟处理器325还将对流层峰值延迟365确定为估计处理的副产品。对流层峰值延迟和码分级的时钟被发送给相位时钟处理器335。标准时钟处理器320在下文的部分6进行详细描述。
相位时钟处理器335可选地连同对流层峰值延迟365和精确轨道350或I⑶轨道 360 一起，使用来自宽巷处理器325的MW偏差345和/或固定宽巷模糊度340，以便估计关于每对卫星的窄巷模糊度和单差(singledifference)时钟误差。单差时钟误差和窄巷模糊度被组合，以获得对于每个卫星(除了参考卫星)的单差相位分级的时钟误差370，其相对于参考卫星而言是单差的。低速码分级的时钟360、对流层峰值延迟365和精确的轨道 350或I⑶轨道360用于估计高速码分级的时钟375。这里，计算工作量与站的数量是线性关系，并且是卫星数量的三次方。快速改变的相位分级的时钟370和码分级的时钟375以例如0. 1秒-0. 2秒的延迟可用。高速相位分级的时钟370和高速码分级的时钟375与MW 偏差340 —起，被发送到调度器355。相位时钟处理器340在下文的部分9进行详细描述。
调度器355接收轨道(精确轨道350或I⑶轨道360)、丽偏差340、高速相位分级的时钟370和高速码分级的时钟375。调度器355将这些打包到一起，并将已打包的轨道和时钟以及偏差380转发给消息编码器385，该编码器准备压缩格式的校正消息390，用于向漫游器的传输。到漫游器的传输在卫星链路上占用例如大约10秒-20秒，但也可以使用移动电话或直接互联网连接或其它合适的通信链路来完成。
部分3 观测(observation)数据校正器
图4是根据本发明一些实施例的数据校正的示意图。可选的观测校正器310对在参考站收集的GNSS信号进行校正，该校正针对由于作用于地球的离心力、回转力和重力而造成的站移位，站的天线相位中心相对于站的天线安装点的位置，站的天线相位中心相对于卫星轨道给出的卫星质量中心的位置，以及取决于站天线和卫星天线的对准方式的这些相位中心的变化。
站位移的主要原因是高达500毫米的固体潮(earth tide)、高达100毫米的海洋潮汐负荷，以及高达10毫米的极点潮。所有这些都取决于站位于哪里。可在McCarthy， D. D.，Petit, G.(编)IERS Conventions (2003)，IERS Technical Note No. 32 以及其中引用的参考文献中找到更多描述。
由作用于地球的松散体上的天体(主要是月亮)力导致的海洋潮汐还会引起大陆板块被提升和降低。该熟知的效应表现为参考站位置的重复变化。可选地对固体地球潮进行计算以便用于网络处理以及漫游器处理，因为该效应不应当被忽略并且计算工作量较
第二大效应是大陆的板块变形，这归因于与潮汐一起随时间变化的海洋负荷。用于快速计算站随时间的位移的海洋潮汐负荷参数取决于站的位置。用来得出这些参数的计算工作量相当大。对于给定的位置，可使用任何可通过Onsala空间天文台海洋(Onsala Space Observatory Ocean, http //www. oso. chalmers. se/ ~ loading/, Chalmers Onsala Space0bservatory,2009)提供的在线海洋-潮汐-负荷(ocean-tide-loading)服务获得的熟知模型，对这些参数进行计算。较低准确度的参数，例如来自预先计算的网格的内插， 对于这里讨论的应用而言是足够的。
这里提到的最小效应归因于极点潮。这个位移归因于地球的两极运动产生的离心和回转效应引起的板块的升起。地球定向参数用于该计算。这些会被有规律地更新在国际地球自转和参考系统服务(International EarthRotation & Reference System Service), http //hpiers. obspm. fr/，巴黎天文台，2009，并且不容易计算。这个较小的效应因而在漫游器处理中可选地被忽略。
绝对校正的天线模型用于计算接收机和卫星天线相位中心的偏移和变化。可在 J. Kouba 所著的 “A Guide to Using International GPS Service(IGS) Products，，(Geoodetic Survey Division Natural Resources，力口拿大，2003 年 2 月)找到介绍。通过IGS收集的校正数据可从http://igscb. jpl. nasa. gov/上2009年的antex文件中获得；卫星天线偏移信息例如可在IGS绝对天线文件(IGS absolute antenna file) igs05. atx 中找到。
另一个效应是天线相位缠绕(wind-up)。如果接收机天线相对于发送器天线移动，则所记录的数据就显示出相位移动。如果该效应被忽略，则卫星围绕发送轴的360度转体(full turn)将导致在接收机处检测到的载波-相位中一个周期的误差。由于卫星相对于接收机的定向多数时候是已知的，所以该效应可被建模，如mi J. Τ. , Hajj G.A.， Bertiger W. I.以及 LichtenS. Μ·的"Effects of antenna orientation on GPS carrier phase” (MANUSCRIPTA GE0DAETICA，第 18 卷 91-98 页(1993))中所介绍的。
站和卫星的相对移动主要原因是绕轨道运行的卫星。如果卫星是遮挡的(这意味着卫星的轨道横跨地球的阴影)，则可能有卫星围绕其发送轴的额外旋转。例如，GPS Block IIA卫星具有正午旋转以及交叉运行(crossing maneuver)的阴影，而GPS Block IIR卫星则具有正午旋转和午夜旋转。如果太阳、地球和卫星几乎在同一直线上，则难以计算旋转运行的方向，并且不正确的方向将导致一个周期的载波-相位中的误差。卫星的偏航飞行姿态对相位缠绕和卫星天线校正有影响。可在Kouba，J.的“Asimplified yaw-attitude model for eclipsing GPS satellites，，(GPSS0LUTI0NS (2008))、和 Barlever，Y. E.的"A new model for GPS yawattitude” (JOURNAL OF GEODESY，第 70 卷 714-723 页(1996))中找到更详细的介绍。
在仅使用相位观测结果的情况下，未建模的卫星旋转运行的效应不能与卫星时钟分离开。因此，在相位时钟误差估计中，旋转运行的效应被包含于所估计的卫星时钟误差中。如果漫游器使用那些时钟，则其必须也不对卫星旋转运行进行校正。
需要太阳位置以便对卫星体固定的坐标框架进行计算，因为χ轴是通过卫星位置和太阳位置的向量积来定义的。该坐标系统用于计算偏航飞行姿态、卫星的天线校正(偏移和变化，映射到正弦视角中)以及相位缠绕校正。对于固体地球潮来说，也需要月亮的位置。可在例如 Seidelmann, P. K.(编)"Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac" (UniversityScience Books, U. S. (1992))中找到如何计算太阳和月亮的位置。
还可应用进一步的校正，尽管这些对于市场需要的定位准确度级别而言仅仅是较小的益处。
不需要在可选的数据校正器310中考虑作为校正关于相对效应、电离层和对流层延迟的附加效应。相对校正通常被应用于卫星时钟。
归因于电离层的主要第一顺序效应通过使用GNSS观测结果的无电离层组合而被消除，并且归因于对流层的效应在一些实施例中被部分地建模并被部分地估计。
部分4:形成线性组合
4.1基本建模等式
对于接收机i和卫星j之间调制类型为m、频带k上的码巧；和载波相位Φ/-观测结果而言，假设以下观测模型将观测结果关联到特定物理量，
其中，p/是从卫星j到接收机i的几何距离，
c是光速，
Ati是接收机i的时钟误差，
Atj是卫星j的时钟误差，
Τ；"是从卫星j到接收机i的对流层延迟，ρ 2I1 3/,
Ppm +是频率fk上的码电离层延迟，Jk Jk JkJJ Jj ρ
Iijjc是频率fk上的载波相位电离层延迟，
bP, ^是码接收机偏差，
衫>是码卫星偏差，
b^k是相位接收机偏差(独立于调制类型m)，
相位卫星偏差(独立于调制类型m)，
TV^是从卫星j到接收机i在波长λ k上的整数模糊度项，
/^，;>是从卫星j到接收机i的码多径，
m^-是从卫星j到接收机i的相位多径，
是码随机噪声项，
是相位随机噪声项。
可以通过假设频带上的不同相位信号已经移动到接收机内的共同基点(base)，来抑制相位观测中的调制类型相关性，例如，L2C被假设移动-0. 25周期，以补偿用以调制它的正交相位的90度旋转。然而，噪声和多径项(通常没有被建模)对于不同调制类型的相位观测仍存在不同的影响。
不同调制类型(也被称为码类型)的实例是，在GPS的情况下，LI频带上的LlC/ A、LIP、LlC,以及 L2 频带上的 L2C、L2P,以及 Glonass 的情况下，L1C/A、LIP 和 L2C/A、L2P。 对于Glonass卫星系统，波长λ k和频率fk也取决于特定于卫星的频率信道号，使得标记可扩展到/Lp)和/i7)。另外，特别是码接收机偏差bP, i, km也具有信道，因而也具有卫星相关性 (如可在零基线处理中看到的，其具有随时间的平均，使得=^jtktbm)。因此，码接收机偏差的更精确的公式是
权利要求
1.一种处理从在参考站接收机处观测到的GNSS卫星的信号得到的一组GNSS信号数据的方法，所述数据代表多个历元上至少两个载波中的每个载波上的码观测结果和载波观测结果，包括获得轨道开始向量，该轨道开始向量包括第一间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及所述预测位置和预测速度相对于初始位置、初始速度、力模型参数和地球定向参数的偏导数，获得在多个参考站处针对每个卫星的码观测结果和载波观测结果的无电离层线性组合，以及一旦有可用的历元的无电离层线性组合，就在每个历元使用无电离层线性组合和预测的地球定向参数来迭代地校正所述轨道开始向量，以获得更新后的轨道开始向量值，该更新后的轨道开始向量值包括在历元的后续间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及对地球定向参数的估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得轨道开始向量包括获得所述卫星的近似轨道向量，获得预测的地球轨道参数，迭代地将所述近似轨道向量与所述预测的地球轨道参数进行积分，以获得针对初始时间间隔的轨道预测，并且在每次迭代中，将所述轨道预测适配到所述近似轨道向量，以及从所述轨道预测准备针对所述轨道开始向量和偏导数的一组初始值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述近似轨道向量是从以下之一获得的广播卫星导航消息、IGS超速轨道数据以及预测轨道的另外的源。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述轨道预测适配于所述近似轨道向量是使用最小二乘法来执行。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，用所述预测地球定向参数对所述近似轨道向量进行积分以便获得轨道预测被迭代进行，直到所述轨道预测基本上保持为恒量为止。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，获得轨道开始向量包括，从不比预定时间间隔更晚的一组更新的轨道开始向量值准备所述轨道开始向量。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预定时间间隔不会多于几小时。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，准备所述轨道开始向量包括，从所述更新的轨道开始向量映射新的轨道开始向量，并对所述新的轨道开始向量进行积分，以获得针对所述轨道开始向量的新的值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述新的轨道开始向量进行积分包括，用来自所述更新的开始向量值的地球定向参数对所述新的轨道开始向量进行积分。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，校正包括施加迭代滤波器，所述迭代滤波器包括以下之一卡尔曼滤波器、UD因式分解滤波器以及平方根信息滤波器。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，更新的轨道开始向量还包括针对每个卫星的附加参数，并且其中，校正所述轨道开始向量包括针对每个卫星对所述附加参数进行校正。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括，将来自更新的轨道开始向量的值映射到当前历元，以获得针对每个卫星的当前历元轨道位置和速度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨道开始向量还包括针对每个接收机-卫星对的无电离层模糊度，其中，迭代地校正所述轨道开始向量0635)包括估计关于所述无电离层模糊度的浮点值，并且其中，所述方法还包括获得针对每个接收机-卫星对的宽巷模糊度(340)的值，所述宽巷模糊度值具有整数特性，从所述宽巷模糊度的值和所述无电离层模糊度的浮点值确定与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的模糊度的整数特性值，使用所述整数特性值来固定所述无电离层模糊度的值，以及通过对所述无电离层模糊度的值的固定，使用所述无电离层线性组合0645)的时间序列和一组地球轨道参数来迭代地校正所述轨道开始向量063 ，以获得更新的轨道开始向量(沈80)，该更新的轨道开始向量包括在多个历元的间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列以及对地球定向参数的估计。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的所述模糊度包括以下之一窄巷模糊度、Ll模糊度和L2模糊度。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述历元以约IHz的速度出现。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代地校正所述轨道开始向量包括，针对每个历元估计每个卫星的卫星时钟的值以及每个卫星在每个历元的卫星位置。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，迭代地校正所述轨道开始向量包括，针对每个历元估计以下项的值每个卫星的卫星时钟、卫星时钟漂移、卫星时钟漂移速率以及每个卫星在每个历元的卫星位置。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所预测的关于至少一些所述历元针对每个卫星的近似位置的时间序列覆盖了至少150秒的间隔。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参考站广泛地分布于地球上，并且来自每个参考站的所述GNSS信号数据代表了在每个历元GNSS卫星子集的码观测结果和载波观测结果。
20.—种处理从在参考站接收机处观测到的GNSS卫星的信号得到的一组GNSS信号数据的设备，所述数据代表多个历元上至少两个载波中的每个载波上的码观测结果和载波观测结果，包括适于获得轨道开始向量的元件，该轨道开始向量包括第一间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及所述预测位置和预测速度相对于初始位置、初始速度、 力模型参数和地球定向参数的偏导数，适于获得在多个参考站处针对每个卫星的码观测结果和载波观测结果的无电离层线性组合的元件，以及适于一旦有可用的历元的无电离层线性组合，就在每个历元使用无电离层线性组合和预测的地球定向参数来迭代地校正所述轨道开始向量，以获得更新后的轨道开始向量值的元件，该更新后的轨道开始向量值包括在历元的后续间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及对地球定向参数的估计。
21.根据权利要求20所述的设备，其中，适于获得轨道开始向量的元件适于获得所述卫星的近似轨道向量；获得预测的地球轨道参数；迭代地将所述近似轨道向量与所述预测的地球轨道参数进行积分，以获得针对初始时间间隔的轨道预测，并且在每次迭代中，适于将所述轨道预测适配到所述近似轨道向量；以及从所述轨道预测准备针对所述轨道开始向量和偏导数的一组初始值。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，所述近似轨道向量是从以下之一获得的广播卫星导航消息、IGS超速轨道数据以及预测轨道的另外的源。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，使用最小二乘法将所述轨道预测适配于所述近似轨道向量。
24.根据权利要求21所述的设备，其中，用所述预测地球定向参数迭代地对所述近似轨道向量进行积分，以便获得基本上保持为恒量的轨道预测。
25.根据权利要求20所述的设备，其中，适于获得轨道开始向量的元件适于，从不比预定时间间隔更晚的一组更新的轨道开始向量值准备所述轨道开始向量。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述预定时间间隔不会多于几小时。
27.根据权利要求25所述的设备，其中，映射所述轨道开始向量包括从所述更新的轨道开始向量映射的新的轨道开始向量，其中，所述新的轨道开始向量被积分，以获得针对所述轨道开始向量的新的值。
28.根据权利要求27所述的设备，其中，所述新的轨道开始向量包括，用来自所述更新的开始向量值的地球定向参数对所述新的轨道开始向量进行积分。
29.根据权利要求20所述的设备，其中，适于迭代地校正所述开始向量的元件包括以下之一卡尔曼滤波器、UD因式分解滤波器以及平方根信息滤波器。
30.根据权利要求20所述的设备，其中，更新的轨道状态向量还包括针对每个卫星的附加参数，并且其中，适于迭代所述轨道开始向量的元件适于针对每个卫星对所述附加参数进行校正。
31.根据权利要求20所述的设备，还包括，将来自更新的轨道开始向量的值映射到当前历元，以获得针对每个卫星的当前历元轨道位置和速度的元件。
32.根据权利要求20所述的设备，其中，所述轨道开始向量还包括针对每个接收机-卫星对的无电离层模糊度，并且其中，适于迭代地校正所述轨道开始向量0635)的元件估计关于所述无电离层模糊度的浮点值，还包括适于以下的元件获得针对每个接收机-卫星对的宽巷模糊度(340)的值，所述宽巷模糊度值具有整数特性；从所述宽巷模糊度的值和所述无电离层模糊度的浮点值确定与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的模糊度的整数特性值；使用所述整数特性值来固定所述无电离层模糊度的值；以及通过对所述无电离层模糊度的值的固定，使用所述无电离层线性组合0645)的时间序列和一组地球轨道参数来迭代地校正所述轨道开始向量0635)，以获得更新的轨道开始向量 (沈80)，该更新的轨道开始向量包括在多个历元的间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列以及对地球定向参数的估计。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，与所述宽巷模糊度和所述无电离层模糊度线性相关的所述模糊度包括以下之一窄巷模糊度、Ll模糊度和L2模糊度。
34.根据权利要求20所述的设备，其中，所述历元以约IHz的速度出现。
35.根据权利要求20所述的设备，其中，适于迭代地校正所述轨道开始向量的元件适于针对每个历元估计每个卫星的卫星时钟的值以及每个卫星在每个历元的卫星位置。
36.根据权利要求20所述的设备，其中，适于迭代地校正所述轨道开始向量的元件适于针对每个历元估计以下项的值每个卫星的卫星时钟、卫星时钟漂移、卫星时钟漂移速率以及每个卫星在每个历元的卫星位置。
37.根据权利要求20所述的设备，其中，所预测的关于至少一些所述历元针对每个卫星的近似位置的时间序列覆盖了至少150秒的间隔。
38.根据权利要求20所述的设备，其中，所述参考站广泛地分布于地球上，并且来自每个参考站的所述GNSS信号数据代表了在每个历元GNSS卫星子集的码观测结果和载波观测结果。
39.一种计算机程序，包括被配置为当在计算机处理单元上执行时实施根据权利要求 1-19之一所述的方法的指令。
40.一种计算机可读介质，包括根据权利要求39所述的计算机程序。
全文摘要
本发明描述了一种处理从参考站接收机处观测到的GNSS卫星信号得到的一组GNSS信号数据的方法和设备，所述数据代表在多个历元上至少两个载波的每个载波的码观测结果和载波观测结果，包括获得轨道开始向量，该轨道开始向量包括在第一间隔上针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及所述预测位置和预测速度相对于初始位置、初始速度、力模型参数和地球定向参数的偏导数；获得在多个参考站处针对每个卫星的码观测结果和载波观测结果的无电离层线性组合；以及一旦有可用的历元的无电离层线性组合，就在每个历元使用无电离层线性组合和预测的地球定向参数来迭代地校正所述轨道开始向量，以获得更新后的轨道开始向量值，该更新后的轨道开始向量值包括在历元的后续间隔针对每个卫星的预测位置和预测速度的时间序列，以及对地球定向参数的估计。
文档编号G01S19/27GK102498414SQ201080041518
公开日2012年6月13日 申请日期2010年9月19日 优先权日2009年9月19日
发明者H·兰多, M·尼施克 申请人:天宝导航有限公司