Навигационная система и способ разрешения целочисленных неоднозначностей с использованием ограничения неоднозначности двойной разности

Навигационная система и способ разрешения целочисленных неоднозначностей с использованием ограничения неоднозначности двойной разности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 61/432,172, поданной 12 января 2011 г., которая включена в данный документ по ссылке во всей своей полноте.

Область техники, к которой относится изобретение

Описанные варианты осуществления относятся, в основном, к системам и способам генерирования корректирующей информации для соответствующих спутников в спутниковой навигационной системе, и, более конкретно, к генерированию улучшенной корректирующей информации посредством разрешения целочисленных неоднозначностей в измерениях дальности, выполняемых опорными станциями с использованием ограничений целочисленной неоднозначности двойной разности.

Уровень техники

Фильтр Калмана может использоваться для нахождения статических и динамических параметров в динамической системе, имеющей зашумленные измерения. Одной такой системой является глобальная навигационная спутниковая система (GNSS), в которой на спутниковые навигационные измерения навигационными приемниками (например, приемниками на поверхности Земли или около нее) оказывают влияние несколько источников шума (например, эффекты многолучевого распространения, ионосферные эффекты, тропосферные эффекты и т.д.).

Одним применением фильтров Калмана является фильтр Калмана (например, в широкозонной дифференциальной системе глобального позиционирования (WADGPS)), который отслеживает орбиты тридцати глобальных навигационных спутников, используя набор опорных станций (например, 50-80 опорных станций), расположенных по всему миру. Результирующие орбитальные решения сравниваются с местоположениями данных «альманаха» и траекториями спутников (ниже в данном документе называемые данные альманаха), объединенные с эфемеридной информацией, передаваемой широковещательно спутниками или другими системами, которые предоставляют навигационным приемникам уточнения для данных альманаха. Разность между орбитальными решениями, полученными фильтром Калмана, и уточненными данными альманаха используется для генерирования корректирующей информации, иногда называемой вспомогательными данными или дифференциальными данными, которые передаются широковещательно на навигационные приемники абонентов (например, навигационные приемники, владельцы которых оплатили абонентскую плату). StarFire, система и служба, предоставляемая компанией NavCom Technology, Inc., представляет собой пример системы, которая отслеживает орбиты глобальных навигационных спутников и передает корректирующую информацию на навигационные приемники абонентов. Дифференциальные данные, когда они используются совместимыми навигационными приемниками, позволяют этим приемникам более точно определять свое положение, в некоторых реализациях с точностью лучше одного метра.

Является очень желательным обеспечение системы и способа, которые определяют улучшенную корректирующую информации, чтобы позволить навигационным приемникам достигать более высоких уровней точности.

Сущность изобретения

Чтобы обеспечить улучшенную корректирующую информацию, некоторые варианты осуществления обеспечивают систему, долговременный, считываемый компьютером носитель данных, включающий в себя инструкции, и реализуемый на компьютере способ для приема от множества опорных станций в известных местоположениях множества спутниковых навигационных измерений сигналов от множества глобальных навигационных спутников. Способ включает в себя вычисление состояния множества глобальных навигационных спутников, основываясь на принятых спутниковых навигационных измерениях, идентификацию множества базовых линий, причем каждая базовая линия соответствует паре опорных станций, и для каждой идентифицированной базовой линии вычисление плавающих и целочисленных значений для целочисленной неоднозначности двойной разности, соответствующей идентифицированной базовой линии. Способ дополнительно включает в себя идентификацию, в соответствии с вычисленными плавающими и целочисленными значениями для целочисленных неоднозначностей двойной разности, соответствующих множеству идентифицированных базовых линий, набора из одной или нескольких целочисленных неоднозначностей двойной разности, которые удовлетворяют набору заданных условий. Кроме того, способ включает в себя уточнение вычисленного состояния множества глобальных навигационных спутников, в соответствии с целочисленным ограничением, применяемым к каждой целочисленной неоднозначности двойной разности в идентифицированном наборе из одной или нескольких целочисленных неоднозначностей двойной разности, которые удовлетворяют набору заданных условий, для получения уточненного вычисленного состояния множества глобальных навигационных спутников.

В некоторых вариантах осуществления способ включает в себя вычисление корректирующей информации в соответствии с уточненным вычисленным состоянием множества глобальных навигационных спутников и передачу корректирующей информации на множество навигационных приемников. Обычно корректирующая информация включает в себя корректирующие значения для каждого из глобальных навигационных спутников в множестве глобальных навигационных спутников, и, в основном, включает в себя корректирующие значения для двух или более из глобальных навигационных спутников в множестве глобальных навигационных спутников.

В некоторых вариантах осуществления набор заданных условий для соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности включает в себя требование, чтобы дробная разность между целочисленными и плавающими значениями соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности не превышала первое заданное пороговое значение. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления способ включает в себя вычисление дисперсии и среднеквадратического отклонения соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности, и набор заданных условий для соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности включает в себя требование, чтобы среднеквадратическое отклонение соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности не превышало второго заданного порогового значения. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления набор заданных условий для соответствующей целочисленной неоднозначности двойной разности включает в себя требование, чтобы заданное W-отношение имело значение, которое превышает третье заданное пороговое значение.

В некоторых вариантах осуществления идентифицированные базовые линии включают в себя только математически независимые базовые линии.

В некоторых вариантах осуществления идентификация набора из одной или нескольких целочисленных неоднозначностей двойной разности, которые удовлетворяют набору заданных условий, включает в себя фильтрацию целочисленных неоднозначностей двойной разности, соответствующих идентифицированным базовым линиям, чтобы предотвратить включение в идентифицированный набор любых целочисленных неоднозначностей двойной разности, которые не удовлетворяют заданным критериям фильтрации.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую глобальную спутниковую навигационную систему согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую спутниковый навигационный приемник согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую компьютерную систему согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.4 представляет собой блок-схему последовательности операций способа вычисления оцененного состояния множества глобальных навигационных спутников и уточнения вычисленного оцененного состояния посредством применения ограничений к одной или нескольким целочисленным неоднозначностям двойной разности, которые удовлетворяют заданным критериям, согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.5A-5B изображают блок-схему последовательности операций способа уточнения вычисленного оцененного состояния множества глобальных навигационных спутников согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.6A-6B изображают блок-схему последовательности операций способа уточнения вычисленного оцененного состояния множества глобальных навигационных спутников согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.7 представляет собой блок-схему последовательности операций способа уточнения состояния спутникового навигационного приемника (например, мобильного спутникового навигационного приемника, отличного от опорных станций), основанного на корректирующих сигналах, посылаемых компьютерной системой (например, системой по фиг.3), согласно некоторым вариантам осуществления.

Подобные условные обозначения относятся к соответствующим элементам на всех чертежах.

Описание вариантов осуществления

Теперь выполняется подробная ссылка на варианты осуществления, примеры которых изображены на прилагаемых чертежах. В нижеследующем подробном описании излагаются многочисленные конкретные подробности. Однако для специалиста в данной области очевидно, что настоящее изобретение, определенное в формуле изобретения, может быть осуществлено на практике без многих из этих конкретных подробностей. В других случаях, общеизвестные способы, процедуры, компоненты, схемы и сети не были описаны подробно, чтобы излишне не затруднять понимание аспектов вариантов осуществления.

Также понятно, что, хотя термины «первый», «второй» и т.д. могут использоваться в данном документе для описания различных элементов, эти элементы не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличать один элемент от другого. Например, первый контакт мог бы быть назван вторым контактом, и, аналогично, второй контакт мог бы быть назван первым контактом. Первый контакт и второй контакт оба являются контактами, но они не являются одним и тем же контактом.

Терминология, используемая при описании в данном документе, предназначена только для целей описания конкретных вариантов осуществления и, как предполагается, не ограничивает изобретение. Как используется в описании изобретения и прилагаемой формуле изобретения, единственное число, как предполагается, включают в себя также формы множественного числа, если контекст ясно не указывает иначе. Также понятно, что термин «и/или», как он используется в данном документе, ссылается и охватывает любую и все возможные комбинации одного или нескольких из ассоциированных перечисленных предметов. Также понятно, что термины «содержит» и/или «содержащий», когда они используются в данном описании изобретения, определяют присутствие заявленных признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают присутствие или добавление одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Как используется в данном документе, термин «если» может толковаться со значением «когда», или «во время», или «в ответ на определение», или «в соответствии с определением», или «в ответ на обнаружение», что является действительным заявленное предварительное условие в зависимости от контекста. Аналогично, фраза «если определяется, [что является действительным заявленное предварительное условие]» или «если [является действительным заявленное предварительное условие]», или «когда [является действительным заявленное предварительное условие]» может толковаться со значением «при определении», или «в ответ на определение», или «в соответствии с определением», или «при обнаружении», или «в ответ на обнаружение», что является действительным заявленное предварительное условие, в зависимости от контекста.

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую глобальную спутниковую навигационную систему 100 согласно некоторым вариантам осуществления. Глобальная спутниковая навигационная система 100 включает в себя глобальные навигационные спутники 110-1 - 110-N. Каждый из глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N передает по меньшей мере два несущих сигнала. В случае глобальной системы позиционирования (GPS) несущие сигналы включают в себя сигналы L1 и L2, имеющие частоты 1,5754 ГГц и 1,2276 ГГц, и длины волн 0,1903 м и 0,2442 м соответственно. GPS следующего поколения будет предлагать третий несущий сигнал L5, который будет иметь частоту 1,1765 ГГц и длину волны 0,2548 м. Отметим, что, хотя варианты осуществления, описанные в данном документе, описываются в отношении GPS, могут использоваться другие глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), такие как ГЛОНАСС и Галилео.

В некоторых вариантах осуществления несущие сигналы принимаются спутниковым навигационным приемником 120. Спутниковый навигационный приемник может использоваться пользователем 121 для навигации или для определения текущего положения пользователя 121. Чтобы выполнить операции навигации и/или определения положения, спутниковый навигационный приемник 120 принимает сигналы от поднабора глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N (т.е. поднабор включает в себя глобальные навигационные спутники в пределах видимости спутникового навигационного приемника 120). Спутниковый навигационный приемник 120 затем выполняет спутниковые навигационные измерения, основываясь на сигналах, и вычисляет состояние спутникового навигационного приемника 120, основываясь на спутниковых навигационных измерениях. В некоторых вариантах осуществления состояние спутникового навигационного приемника включает в себя положение спутникового навигационного приемника (например, X, Y и Z или широту, долготу и зенитные составляющие положения), скорость спутникового навигационного приемника и время. Спутниковый навигационный приемник 120 описывается более подробно ниже в отношении фиг.2.

В некоторых вариантах осуществления несущие сигналы принимаются опорными станциями 140-1 - 140-M в известных местоположениях (например, наблюдаемых местоположениях). Опорные станции включают в себя приемник GNSS, который принимает сигналы от глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N. В любой один момент времени приемник GNSS принимает сигналы только от глобальных навигационных спутников 110, которые находятся в пределах видимости антенны приемника. Опорные станции 140-1 - 140-M обычно используются для выполнения операций дифференциальной GPS и/или отслеживания орбит глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N. Чтобы выполнять эти операции, каждая из опорных станций 140-1 - 140-M принимает сигналы от поднабора глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N (т.е. поднабора глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N, который находится в пределах видимости каждой из опорных станций 140-1 - 140-M) и выполняет спутниковые навигационные измерения, основанные на сигналах. В некоторых вариантах осуществления опорные станции 140-1 - 140-M передают спутниковые навигационные измерения на компьютерную систему 130 по сети 150. Опорные станции 140-1 - 140-M описываются более подробно ниже в отношении фиг.2.

В некоторых вариантах осуществления компьютерная система 130 обрабатывает спутниковые навигационные измерения, принимаемые от опорных станций 140-1 - 140-M, для определения состояния глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N. В некоторых вариантах осуществления состояние глобальных навигационных спутников включает в себя положение каждого из глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N (например, X, Y и Z или широту, долготу и зенитные составляющие положения), скорость каждого из глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N и время. Компьютерная система 130 затем генерирует корректирующие сигналы 132 (иногда называемые вспомогательные сигналы), которые корректируют орбитальные отклонения глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N. Отметим, что ошибки в расчетных орбитах и часах глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N упоминаются как орбитальные отклонения в данном описании изобретения. Компьютерная система 130 посылает корректирующие сигналы 132 на спутники 160-1 - 160-P связи, которые, в свою очередь, передают корректирующие сигналы 132 на спутниковый навигационный приемник 120 и/или опорные станции 140-1 - 140-M. Альтернативно, компьютерная система 130 посылает корректирующие сигналы 132 на спутниковый навигационный приемник 120 и/или опорные станции 140-1 - 140-M по сети (например, сети 150). Компьютерная система 130 описывается более подробно ниже в отношении фиг.3.

Сеть 150, в основном, может включать в себя любой тип проводного или беспроводного канала связи, способного связывать вместе вычислительные узлы. Она включает в себя, но не ограничивается ими, локальную сеть, глобальную сеть или объединение сетей. В некоторых вариантах осуществления сеть 150 включает в себя Интернет.

Отметим, что существует два типа измерений GPS (т.е. спутниковых навигационных измерений), которые обычно выполняются (например, спутниковым навигационным приемником 120 и/или опорными станциями 140-1 - 140-M): измерения псевдодальности и измерения фазы несущей. Операции, используемые для определения состояния спутникового навигационного приемника 120, и операции, используемые для определения состояния глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N, основанные на этих спутниковых навигационных измерениях, хорошо известны в технике и, поэтому, в данном описании изобретения не предоставляется подробное объяснение этих операций.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую спутниковый навигационный приемник 120 согласно некоторым вариантам осуществления. Эта блок-схема также изображает опорные станции 140. Спутниковый навигационный приемник 120 обычно включает в себя один или несколько блоков 202 обработки (CPU), один или несколько сетевых или других интерфейсов 204 связи, память 210 и одну или несколько шин 209 связи для соединения между собой этих компонентов. Шины 209 связи могут включать в себя схемы (иногда называемые набор микросхем), которые соединяют между собой и управляют связью между системными компонентами. Спутниковый навигационный приемник 120 необязательно может включать в себя пользовательский интерфейс 205, содержащий устройство 206 отображения и одно или несколько устройств 208 ввода (например, одно или несколько из клавиатуры, мыши, сенсорного экрана, клавишной панели и т.д.). Спутниковый навигационный приемник 120 также включает в себя одну или несколько антенн GNSS, выполненных с возможностью приема сигналов, передаваемых глобальными навигационными спутниками 110-1 - 110-N. Память 210 включает в себя высокоскоростное оперативное запоминающее устройство, такое как динамическое оперативное запоминающее устройство (DRAM), статическое оперативное запоминающее устройство (SRAM), оперативное запоминающее устройство с удвоенной скоростью передачи данных (DDR RAM) или другие устройства твердотельной памяти с произвольным доступом; и может включать в себя энергонезависимую память, такую как одно или несколько запоминающих устройств на магнитных дисках, запоминающих устройств на оптических дисках, устройств флэш-памяти, или другие энергонезависимые твердотельные запоминающие устройства. Память 210 необязательно может включать в себя одно или несколько запоминающих устройств, расположенных удаленно от CPU 202. Память 210, или, альтернативно, энергонезависимое устройство(-а) памяти в памяти 210, содержит долговременный, считываемый компьютером носитель данных. В некоторых вариантах осуществления память 210 или считываемый компьютером носитель данных памяти 210 хранит нижеследующие программы, модули и структуры данных или их поднабор:

операционную систему 212, которая включает в себя процедуры для обработки различных служб базовой системы и для выполнения задач, зависимых от аппаратных средств;

модуль 214 связи, который используется для подключения спутникового навигационного приемника 120 к другим компьютерным системам при помощи одного или нескольких интерфейсов 204 связи (проводных или беспроводных) или одной или нескольких сетей связи, таких как Интернет, другие глобальные сети, локальные сети, региональные сети и т.п.;

модуль 216 пользовательского интерфейса, который принимает команды от пользователя при помощи устройств 208 ввода и генерирует объекты пользовательского интерфейса в устройстве 206 отображения;

модуль 218 GNSS, который принимает и обрабатывает сигналы от глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N при помощи одной или нескольких антенн 260 GNSS, причем модуль 218 GNSS включает в себя модуль 220 фильтра Калмана, выполненный с возможностью оценки состояния 226 спутникового навигационного приемника 120, основываясь на спутниковых навигационных измерениях 224, полученных из сигналов, принятых от глобальных навигационных спутников 110 в пределах видимости антенны 260 приемника;

эфемеридные данные 228, которые включают в себя набор параметров, используемых приемником 120 для прогнозирования орбиты, и часов глобальных навигационных спутников; и

корректирующие сигналы 132 (например, сигналы, принимаемые от службы, которая обеспечивает корректирующие сигналы GNSS, представленные системой 130 на фиг.1) для ошибок в расчетных орбитах и часах глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N.

В некоторых вариантах осуществления корректирующие сигналы 132 включают в себя корректировки не только для ошибок в расчетных орбитах (например, орбитальное положение и скорость) и часов спутников, но также для коррекции для компенсации тропосферных эффектов и ионосферных эффектов, широкополосных и узкополосных дробных смещений фазы и/или межчастотные смещения в измерениях кода и фазы несущей.

На каждой соответствующей опорной станции 140 модуль 214 связи включает в себя инструкции 142 для отправки измерений, выполненных соответствующей опорной станцией 140, на компьютерную систему 130 при помощи одного или нескольких интерфейсов 204 связи (проводных или беспроводных) и одной или нескольких сетей 150 связи, такой как Интернет, других глобальных сетей, локальных сетей, региональных сетей и т.п. Опорные станции 140 обычно имеют более существенный корпус, чем мобильные приемники, обычно здание или другую прочную конструкцию, которая долговременно располагается в известном местоположении.

Каждый из идентифицированных выше элементов может сохраняться на одном или нескольких из ранее упомянутых устройств памяти и соответствует набору инструкций для выполнения описанной выше функции. Набор инструкций может исполняться одним или несколькими процессорами (например, CPU 202). Нет необходимости выполнять идентифицированные выше модули или программы (т.е. наборы инструкций) в виде отдельных программ, процедур или модулей программного обеспечения, и, таким образом, различные поднаборы этих модулей могут объединяться или иным образом переупорядочиваться в различных вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления память 210 может хранить поднабор модулей и структур данных, идентифицированных выше. Кроме того, память 210 может хранить дополнительные модули и структуры данных, не описанные выше.

Хотя фиг.2 изображает «спутниковый навигационный приемник», фиг.2 предназначена больше в качестве функционального описания различных признаков, которые могут присутствовать в спутниковом навигационном приемнике, чем в виде структурной схемы вариантов осуществления, описанных в данном документе. На практике и как понятно для специалиста в данной области техники, предметы, показанные отдельно, могут объединяться, и некоторые предметы могут разделяться.

В некоторых вариантах осуществления каждая из опорных станций 140-1 - 140-M включает в себя спутниковый навигационный приемник, который включает в себя компоненты и модули, описанные в отношении фиг.2.

Фиг.3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую компьютерную систему 130 согласно некоторым вариантам осуществления. Компьютерная система 130 обычно включает в себя один или несколько блоков 302 обработки (CPU), один или несколько сетевых или других интерфейсов 304 связи (например, для связи с опорными станциями 140 и спутниками 160 связи, фиг.1), память 310 и одну или несколько шин 309 связи для соединения между собой этих компонентов. Шины 309 связи могут включать в себя схемы (иногда называемые набором микросхем), которые соединяют между собой и управляют связью между системными компонентами. Компьютерная система 130 необязательно может включать в себя пользовательский интерфейс 305, содержащий устройство 306 отображения и одно или несколько устройств 308 ввода (например, одно или несколько из клавиатуры, мыши, сенсорного экрана, клавишной панели и т.д.). Память 310 включает в себя высокоскоростную память с произвольным доступом, такую как DRAM, SRAM, DDR RAM или другие устройства твердотельной памяти с произвольным доступом; и может включать в себя энергонезависимую память, такую как одно или несколько запоминающих устройств на магнитных дисках, запоминающих устройств на оптических дисках, устройств флэш-памяти, или других энергонезависимых твердотельных запоминающих устройств. Память 310 необязательно может включать в себя одно или несколько запоминающих устройств, расположенных удаленно от CPU 302. Память 310, или, альтернативно, устройство(-а) энергонезависимой памяти в памяти 310, содержит долговременный, считываемый компьютером носитель данных. В некоторых вариантах осуществления память 310 или считываемый компьютером носитель данных памяти 310 хранит нижеследующие программы, модули и структуры данных или их поднабор:

операционную систему 312, которая включает в себя процедуры для обработки различных служб базовой системы и для выполнения задач, зависимых от аппаратных средств;

модуль 314 связи, который используется для соединения компьютерной системы 130 с другими компьютерными системами при помощи одного или нескольких интерфейсов 304 связи (проводных или беспроводных) и одной или нескольких сетей связи (например, сети 150 на фиг.1), таких как Интернет, другие глобальные сети, локальные сети, региональные сети или комбинации таких сетей;

модуль 318 отслеживания спутников, который принимает и обрабатывает сигналы от глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N при помощи опорных станций 140-1 - 140-M, причем модуль 318 отслеживания спутников включает в себя модуль 320 фильтра Калмана, выполненный с возможностью оценки состояния 326 глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N, основываясь на спутниковых навигационных измерениях 324, полученных от набора опорных станций 140 (фиг.1), и модуль 322 измерения разрешения целочисленной неоднозначности, который определяет, когда было выполнено заданное условие, и затем модифицирует процесс обновления фильтра Калмана для применения заданного ограничения в отношении одной или нескольких целочисленных неоднозначностей двойной разности при обновлении состояния фильтра Калмана, как описано более подробно ниже в отношении фиг.4-5;

эфемеридные данные 328, которые включают в себя набор параметров, используемых компьютерной системой 130 для прогнозирования орбиты и часов глобальных навигационных спутников;

информацию 340 о положении опорной станции, которая задает наблюдаемые известные положения опорных станций 140 (фиг.1); и

корректирующий модуль 330, который использует состояние 326 глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N для генерирования корректирующих сигналов 132, которые корректируют орбитальные отклонения (т.е. ошибки в расчетных орбитах и часах) глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N относительно расчетных орбит и часов, передаваемых широковещательно со спутников.

Как отмечено в описании спутникового навигационного приемника 120 (фиг.2), спутниковые навигационные измерения 324, полученные от набора опорных станций 140, основываются на сигналах, принимаемых опорными станциями от глобальных навигационных спутников 110-1 - 110-N. Также, как отмечено выше, корректирующие сигналы 132, генерируемые модулем коррекции, могут включать в себя коррекции, которые компенсируют дополнительные источники ошибок навигационного сигнала, в дополнение к ошибкам в расчетных орбитах и часах глобальных навигационных спутников 110, таких как тропосферные эффекты и ионосферные эффекты, широкополосные и узкополосные дробные смещения фазы спутников и/или межчастотные смещения в измерениях кода и фазы несущей.

Каждый из идентифицированных выше элементов может сохраняться на одном или нескольких из ранее упомянутых устройств памяти и соответствует набору инструкций для выполнения описанной выше функции. Набор инструкций может исполняться одним или несколькими процессорами (например, CPU 302). Нет необходимости осуществлять идентифицированные выше модули или программы (т.е. наборы инструкций) в виде отдельных программ, процедур или модулей программного обеспечения, и, таким образом, различные поднаборы этих модулей могут объединяться или иным образом переупорядочиваться в различных вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления память 310 может хранить поднабор модулей и структур данных, идентифицированных выше. Кроме того, память 310 может хранить дополнительные модули и структуры данных, не описанные выше.

Хотя фиг.3 изображает «компьютерную систему», фиг.3 предназначена больше в качестве функционального описания различных признаков, которые могут присутствовать в наборе компьютерных систем, чем в виде структурной схемы вариантов осуществления, описанных в данном документе. На практике и как понятно для специалиста в данной области техники, элементы, показанные отдельно, могут объединяться, и некоторые элементы могут разделяться. Например, некоторые элементы, показанные отдельно на фиг.3, могут быть реализованы на одиночных компьютерных системах, и одиночные элементы могут быть реализованы одной или несколькими компьютерными системами. Фактическое количество компьютерных систем и то, как признаки распределяются среди них, изменяется от одной реализации к другой, и может зависеть частично от количества трафика данных, которое система должна обрабатывать во время периодов максимального использования, а также во время периодов среднего использования.

Определить состояние для множества глобальных навигационных спутников, используя оценку стандартного фильтра Калмана

Перед переходом к описанию применения, в вычислениях обновления состояния, выполняемых фильтром Калмана, ограничений на значения неоднозначности двойной разности, чтобы генерировать улучшенное состояние Калмана, из которого генерируется корректирующая информация, полезно описать стандартную реализацию фильтра Калмана. Отметим, что фильтр Калмана, используемый в данном описании изобретения, включает в себя стандартные фильтры Калмана, а также расширенные и модифицированные фильтры Калмана. Варианты осуществления, описанные в данном документе, могут применяться к любым другим типам фильтров Калмана. Фильтры Калмана имеют две фазы вычисления для каждой эпохи измерений: фаза прогнозирования и фаза обновления. Кроме того, фильтр Калмана, как правило, прогнозирует и обновляет как оцененное состояние устройства или системы, отслеживаемой фильтром Калмана, так и прогнозируемую ковариацию оценки (часто называемую просто ковариацией или ковариацией оценки), представляющую оцененную точность вычисленного состояния.

Фильтр Калмана обычно представляет собой процедуру (или модуль), или набор процедур (или модулей), исполняемых одним или несколькими процессорами. Фильтр Калмана исполняется неоднократно (например, один раз в секунду), причем каждый раз использует новые измерения кода (также называемые измерения псевдодальности) и измерения фазы несущей для обновления состояния фильтра Калмана. Хотя уравнения, используемые фильтрами Калмана, являются сложными, фильтры Калмана широко используются в области навигации, и, поэтому, только те аспекты фильтров Калмана, которые относятся к настоящему изобретению, требуют описания с какой-либо подробностью. Необходимо подчеркнуть, что, хотя фильтры Калмана широко используются в приемниках GPS и других навигационных системах, многие аспекты этих фильтров Калмана меняются от одной реализации к другой. Например, фильтры Калмана, используемые в некоторых приемниках GPS, могут включать в себя состояния, которые не включаются в другие фильтры Калмана, или могут использовать несколько другие уравнения, чем те, которые используются в других фильтрах Калмана.

Пусть наборы спутниковых навигационных измерений, выполненных во временной последовательности, обозначаются как L₁, L₂, …, L_n, где нижний индекс обозначает момент времени, при котором выполняется спутниковое навигационное измерение, и где каждый набор спутниковых навигационных измерений определяется как вектор измерений. Неизвестные векторы состояния в каждой эпохе измерений обозначаются как X₁, X₂, …, X_n соответственно.

Зависимость между ожидаемым значением спутниковых навигационных измерений в качестве функции неизвестных параметров состояния может описываться как E(L_k)=F(X_k). Разность между спутниковыми навигационными измерениями и их ожидаемым значением, иногда упоминаемым как невязки до фиксирования, обозначаются как Z. Линейная модель наблюдений, норма которой (т.е. длина) должна минимизироваться, определяется следующим образом:

где V_k представляет собой вектор невязки (т.е. обновление после измерения), X k − представляет собой параметры вектора состояния перед обновлением измерения, H представляет собой чувствительность спутниковых навигационных измерений к неизвестным параметрам состояния (частные производные f( X k − ) в отношении параметров вектора состояния), δ X k + представляет собой коррекцию вектора состояния, которая минимизирует норму вектора невязки.

При обработке стандартного фильтра Калмана предполагается, что спутниковые навигационные измерения имеют шум ε, который является некоррелированным между эпохами измерений. Дополнительно, также предполагается, что индивидуальные спутниковые навигационные измерения в конкретной эпохе измерений также являются некоррелированными. Отметим, что, когда спутниковые навигационные измерения являются коррелированными, часто является возможным устранение корреляции на этапе предварительной обработки. Ковариационная матрица для данной эпохи измерений определяется диагональной матрицей R:

где r_i представляет собой i-ый диагональный элемент ковариационной матрицы R, представляющий ковариацию i-ого спутникового навигационного измерения.

В некоторых видах реализации фильтра Калмана матрица, обратная R, используется вместо R. Матрица, обратная R, также упоминается как весовая матрица W, в которой элементы w_i в W представляют собой просто обратные величины индивидуальных элементов R (т.е. w_i=1/r_i).

Зависимость между последовательной эпохой вектора X₁, X₂, …, X_n устанавливается статистически как:

где X_k представляет собой неизвестный вектор состояния в эпоху k, ϕ_k,k-1 представляет собой матрицу (также называемую матрицей переходов), которая связывает X_k-I с X_k, и U_k представляет собой вектор, элементами которого являются последовательность белого шума (т.е. последовательность случайных значений с нулевым средним, которые являются некоррелированными).

Ковариационная матрица, ассоциированная с U_k, как предполагается, известна и обозначается как:

где U j T представляет собой транспонированную матрицу д