專利名稱：改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法、根據(jù)權(quán)利要求6的用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用系統(tǒng)、和根據(jù)權(quán)利要求9的用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在專利申請DE 10 2007 050 716中說明了，如何可以通過以下方式改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信，即對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不同的觀測站或?qū)τ谛l(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的觀測站組，向使用系統(tǒng)傳輸誤差預(yù)算(Fehlerbudget)，從所述誤差預(yù)算中于是尤其是可以由各個使用系統(tǒng)計算標(biāo)量值，該標(biāo)量值說明導(dǎo)航信號的生成的誤差估計的精度。由于可以由使用系統(tǒng)與位置有關(guān)地計算標(biāo)量值(skalarer ffert)，而不再必須在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的中央對于所有的使用系統(tǒng)計算出最大值并且傳輸給所述使用系統(tǒng)，因此各個使用系統(tǒng)所采用的標(biāo)量值可以明顯較小。此外通過在使用系統(tǒng)中的計算也可以考慮各個使用系統(tǒng)的連續(xù)性要求，由此在每一個使用系統(tǒng)中不再必須滿足對于連續(xù)性的最高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)現(xiàn)在是，建議一種可以進(jìn)一步改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法和設(shè)備。通過具有權(quán)利要求1的特征的用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法、具有權(quán)利要求6的特征的用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用系統(tǒng)、和具有權(quán)利要求9的特征的用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的設(shè)備來解決所述任務(wù)。本發(fā)明的其他擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。本發(fā)明尤其是基于，在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的觀測站處的距離測量時的誤差以與觀測站的時鐘同步誤差不同的方式對通過使用系統(tǒng)的誤差估計的精度產(chǎn)生影響。因此按照本發(fā)明，在誤差方面一般在相關(guān)誤差和所有其他誤差之間進(jìn)行區(qū)分，其中由所述所有其他誤差對相關(guān)性不能作陳述，或者而應(yīng)該由所述所有其他誤差假設(shè)，所述所有其他誤差不相關(guān)。按照本發(fā)明，觀測站的時鐘同步的誤差被歸入為相關(guān)誤差，并且對其分布的信息分開地、即不在按照開始時所提及的專利申請DE 10 2007 050 716的誤差預(yù)算中與衛(wèi)星的導(dǎo)航信號一起被傳輸。如此傳輸?shù)膶τ^測站的時鐘同步誤差的分布的信息使得使用系統(tǒng)能夠估計地面部分的觀測精度，并由此還可以更精確地確定導(dǎo)航信號的完整性。由此可以總的進(jìn)一步改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信。此外通過本發(fā)明，各個使用系統(tǒng)所采用的誤差估計的精度的標(biāo)量值變得更小，而不再必須安裝硬件，因?yàn)榭梢栽谑褂孟到y(tǒng)中更精確地實(shí)現(xiàn)對誤差的建?！，F(xiàn)在根據(jù)實(shí)施形式，本發(fā)明涉及用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法， 該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括具有多個衛(wèi)星的空間部分，其中所述衛(wèi)星發(fā)送出導(dǎo)航信號用于由使用系統(tǒng)接收和分析用以確定位置，和具有多個觀測站的地面部分，所述觀測站監(jiān)控所述衛(wèi)星，其中，該方法包括以下
-確定觀測站的時鐘同步誤差的分布， -傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息，和
-接收和分析對時鐘同步誤差的分布的信息，其方式是根據(jù)所述信息估計通過地面部分的觀測精度。附加于對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息，還可以傳輸針對不同觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算，并且可以分析誤差預(yù)算，其方式是，從誤差預(yù)算中計算說明導(dǎo)航信號的生成的誤差估計的精度的標(biāo)量值。在此，可以如在開始時所提及的專利申請DE 10 2007 050 716中那樣確定和傳輸誤差預(yù)算?？梢詫τ^測站的時鐘同步誤差的分布的信息或針對不同觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算與導(dǎo)航信號一起或與通信信號一起向使用系統(tǒng)傳輸。對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息尤其是可以包括對觀測站的時鐘同步誤差的分布的估計或預(yù)測。此外，對時鐘同步誤差的分布的確定還可以包括對各個觀測站的時鐘數(shù)據(jù)的集中分析。在另一實(shí)施形式中，本發(fā)明規(guī)定用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用系統(tǒng)，尤其是移動導(dǎo)航設(shè)備，其利用按照本發(fā)明的方法和如上所述地被構(gòu)造用于使用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式，尤其是還可以構(gòu)造使用系統(tǒng)，用以從所接收的對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息中估計觀測精度和從中確定完整性風(fēng)險。此外根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式，還可以構(gòu)造使用系統(tǒng)，用以這樣估計觀測精度，使得可以達(dá)到預(yù)定的連續(xù)性。使用系統(tǒng)由此可以根據(jù)其連續(xù)性要求計算相應(yīng)優(yōu)化的標(biāo)量值。最后根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形式，是用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的設(shè)備， 該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括具有多個衛(wèi)星的空間部分，所述衛(wèi)星發(fā)送導(dǎo)航信號用于由使用系統(tǒng)接收和分析用以確定位置，和具有多個觀測站的地面部分，所述觀測站監(jiān)控所述衛(wèi)星，其中， 該設(shè)備包括以下
-用于確定觀測站的時鐘同步誤差的分布的裝置，和 -用于傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息的裝置。這樣的設(shè)備例如可以布置在地面部分中，并影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信。還可以設(shè)置誤差預(yù)算確定裝置用于確定針對不同觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算， 其中，用于傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息的裝置此外被構(gòu)造，用以附加地傳輸誤差預(yù)算。


從以下的說明書中結(jié)合附圖中所示出的實(shí)施例得出本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用可能性。在說明書中、在權(quán)利要求書中、在摘要中和在附圖中采用在后面所列舉的附圖標(biāo)記列表中所使用的概念和所分配的附圖標(biāo)記。圖1示出具有根據(jù)本發(fā)明用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的設(shè)備的實(shí)施例的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；和圖2示出根據(jù)本發(fā)明用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下相同的和/或功能相同的元件可以配備相同的附圖標(biāo)記。用于世界范圍導(dǎo)航的衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS ;GNSS =全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlcAal Navigation Satellite System)，簡稱衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))被使用用于在地面上和在空中位置確定和導(dǎo)航。GNSS系統(tǒng)、諸如處于建造中的歐洲衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下也稱為伽利略系統(tǒng)或簡稱伽利略(Galileo))具有包括多個衛(wèi)星的衛(wèi)星系統(tǒng)(空間部分)、包括多個地面站以及伽利略傳感器站(觀測站)的與中央計算站相連接的地面固定的接收裝置系統(tǒng)(地面部分)、以及使用系統(tǒng)，所述使用系統(tǒng)分析和使用由衛(wèi)星通過無線電所傳送的衛(wèi)星信號尤其是用于導(dǎo)航。在GNSS中，用戶位置的精確的探測既要求局部的也要求全局的完整性。完整性尤其是意味著，一方面如果不應(yīng)將GNSS的部分用于導(dǎo)航，例如在系統(tǒng)組件失效時，GNSS能夠在確定的時間區(qū)間之內(nèi)警告用戶，并且另一方面用戶可以信任其經(jīng)由GNSS的衛(wèi)星的衛(wèi)星導(dǎo)航信號所獲得的導(dǎo)航數(shù)據(jù)，尤其是可以信賴所接收的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度。在伽利略的完整性方案中計劃，由地面固定的接收裝置系統(tǒng)監(jiān)控每一個衛(wèi)星，并且向使用系統(tǒng)傳輸有關(guān)每一個衛(wèi)星行為的相應(yīng)的消息信號，例如衛(wèi)星的估計的空間信號精度(Signal-in-Space-Accuracy，SISA)，或在有誤差的衛(wèi)星的情況下簡單的誤差顯示“Not OK”。伽利略也應(yīng)該能夠，通過利用各個伽利略傳感器站的測量來監(jiān)控地面部分之內(nèi)的空間信號(SIS)。于是借助伽利略傳感器站的已知的位置，可以估計衛(wèi)星的當(dāng)前位置并因此可以估計衛(wèi)星的或由其在空間中所發(fā)送的信號的最大誤差、所謂的空間信號誤差 (Signal-in-Space-Error, SISE)。通過具有最小標(biāo)準(zhǔn)偏差的高斯分布可以表示SISE的分布的預(yù)測。將該預(yù)測稱為空間信號精度(SISA)。用SISA可以描述在衛(wèi)星的當(dāng)前四維位置(軌道和時鐘時間)和在導(dǎo)航消息中所包含的預(yù)測的四維位置之間的差別。不過SISE的估計是孕育誤差的過程。所以通常假設(shè)，可以用具有標(biāo)準(zhǔn)偏差的高斯分布來描述圍繞所估計的SISE的值的當(dāng)前SISE的分布，其被稱為空間信號監(jiān)控精度 (SISMA)0 SISMA因此是針對衛(wèi)星的SISE的估計的精度。在用于傳輸SISMA的伽利略的迄今方案中，對于每一個衛(wèi)星傳輸標(biāo)量值，所述標(biāo)量值對于使用系統(tǒng)的每一個可能的位置(用戶位置)是保守的。但是由此未加利用GNSS的效率中的許多，因?yàn)樵谠S多位置處傳輸顯著太大的值，這在GNSS中導(dǎo)致耗費(fèi)的完整性通信。因?yàn)楦鱾€觀測站具有較高的失效概率，此外再次需要考慮已經(jīng)事先在計算標(biāo)量值時地面站的可能的失效，其中，必須考慮如此多的失效，使得也能滿足最嚴(yán)格的連續(xù)性要求。但是尤其是對于沒有如此高的連續(xù)性要求的使用系統(tǒng)，該考慮又導(dǎo)致了顯著太大的值。 此外，為了針對每一個衛(wèi)星計算標(biāo)量值，使最差的觀測站失效，這比經(jīng)常需要的顯著更保守。最后也還應(yīng)考慮基于觀測站的誤差，即尤其是由觀測站引入的測量誤差。這些誤差給出關(guān)于觀測站的觀測精度的情況，并尤其是可能由于觀測站中的時鐘誤差、例如由于在觀測站中未同步化的時鐘形成。觀測站中的時鐘誤差對于所有由所述觀測站所執(zhí)行的測量幾乎是相同的，即該時鐘誤差系統(tǒng)地在測量中出現(xiàn)，并且與在可能的相關(guān)性方面不能或不應(yīng)作出陳述所針對的其他誤差相比，因此可以在所進(jìn)行的測量方面被歸為相關(guān)的。在圖1中為了說明完整性通信示出了具有空間部分12和地面部分20的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10的例子?？臻g部分12包括多個衛(wèi)星14，所述衛(wèi)星在其相應(yīng)軌道上圍繞地面部分20 旋轉(zhuǎn)。每一個衛(wèi)星均發(fā)送可由諸如移動導(dǎo)航設(shè)備的使用系統(tǒng)18以及由地面部分20的觀測站22接收的導(dǎo)航信號16。設(shè)置觀測站22尤其是用于監(jiān)控衛(wèi)星14和協(xié)調(diào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10 中的完整性通信。為此所述觀測站分析所接收的導(dǎo)航信號16或執(zhí)行測量，其方式是，所述觀測站檢驗(yàn)衛(wèi)星14的用每一個導(dǎo)航信號16所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、尤其是信號生成的軌道和時刻以及信號結(jié)構(gòu)。觀測站22也可以向衛(wèi)星發(fā)送控制消息30，例如以便引起衛(wèi)星數(shù)據(jù)的修正， 或以便影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10中的完整性通信，如在以下還更精確地描述的。為了改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10中的完整性通信，按照本發(fā)明確定觀測站的時鐘同步誤差的分布。根據(jù)所確定的分布，于是可以估計或預(yù)測時鐘同步誤差的未來的分布。如此確定的對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息于是經(jīng)由觀測站22中的傳輸裝置觀例如利用控制消息30向衛(wèi)星14傳輸，并且利用衛(wèi)星14的導(dǎo)航信號16向使用系統(tǒng)18分配。在此情況下認(rèn)為，觀測站的時鐘同步誤差是相關(guān)的，而例如在衛(wèi)星信號傳輸時由于電離層的渡越時間效應(yīng)誤差具有較短的持續(xù)時間。通過在一方面觀測站的歸為相關(guān)的時鐘同步誤差與另一方面不能以高的概率假設(shè)是相關(guān)的所有其他誤差之間區(qū)分，可以改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10 中的完整性通信，因?yàn)橛纱四軌蚴故褂孟到y(tǒng)18更精確地在影響衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的完整性的誤差之間進(jìn)行區(qū)分，并因此更好地估計所接收的衛(wèi)星導(dǎo)航信號的完整性，如在以下所闡述的。與對時鐘同步誤差的分布的信息一起接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號16的每一個使用系統(tǒng)18 可以這樣分析分開的誤差預(yù)算，使得它估計通過地面部分的觀測精度。例如可以進(jìn)行估計， 其方式是使用系統(tǒng)18從對時鐘同步誤差的分布的信息中計算標(biāo)量值，該標(biāo)量值是觀測精度的尺度，并在計算另一標(biāo)量值時被考慮，其中所述另一標(biāo)量值說明衛(wèi)星導(dǎo)航信號的生成的誤差估計、也就是SISMA，其中誤差預(yù)算與所述衛(wèi)星導(dǎo)航信號一起被傳輸。因?yàn)橐粋€或多個觀測站的觀測精度由于時鐘誤差而被影響，例如如果從分開的誤差預(yù)算中所計算的標(biāo)量值變得更大，SISMA可能變得更差。在地面部分20中通過用于時鐘同步誤差的確定裝置沈可以確定對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息。為此可將各個觀測站22的時鐘的數(shù)據(jù)向用于時鐘同步誤差的確定裝置沈傳輸，用于分析。例如可以設(shè)置在地面部分20的中央處理和控制站中的裝置沈于是從所輸送的數(shù)據(jù)中計算針對時鐘同步誤差的分布的估計。例如可將所接收的時鐘信息與地面部分20的中央時鐘持續(xù)地進(jìn)行比較，并確定觀測站22的時鐘數(shù)據(jù)與中央時鐘的偏差的分布、也就是時鐘同步誤差的分布。由裝置沈?qū)⑺_定的時鐘同步誤差的分布通過以下方式引入衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10中的完整性通信，即由裝置沈?qū)r鐘同步誤差的分布的信息向傳輸裝置觀傳送，用于向衛(wèi)星14發(fā)送。傳輸裝置觀可以布置在觀測站22中，并用來例如借助控制消息30向各個衛(wèi)星14傳輸由裝置沈所接收的信息，所述衛(wèi)星14于是又可以利用其衛(wèi)星導(dǎo)航信號16將所接收的對時鐘同步誤差的分布的信息向使用系統(tǒng)18傳輸。在圖2中簡短地概述了根據(jù)本發(fā)明用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)10中的完整性通信的方法的流程。在第一步驟SlO中確定觀測站的時鐘同步誤差的分布。該確定包括計算時鐘同步誤差的分布的估計。在隨后的步驟S12中，首先向衛(wèi)星傳輸所計算的時鐘同步誤差的分布的估計，所述衛(wèi)星又利用其導(dǎo)航信號向地面部分傳輸回，用于通過使用系統(tǒng)分析。在步驟S14中，接收衛(wèi)星的導(dǎo)航信號和在其中所包含的觀測站的時鐘同步誤差的分布的估計， 其方式是，根據(jù)該估計，估計通過地面部分的觀測精度。
附圖標(biāo)記
10衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)
12空間部分
14衛(wèi)星
16導(dǎo)航信號
18使用系統(tǒng)
20地面部分
22觀測站
24用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的完整性通信的設(shè)備
26用于時鐘同步誤差的確定裝置
28傳輸裝置
30觀測站22的控制消息
SIO-S14 方法步驟
權(quán)利要求
1.用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)中的完整性通信的方法，該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)包括具有多個衛(wèi)星(14)的空間部分(12)，所述衛(wèi)星(14)發(fā)送導(dǎo)航信號(16)用于由使用系統(tǒng)(18) 接收和分析用以確定位置，和具有多個觀測站(22)的地面部分(20)，所述觀測站監(jiān)控所述衛(wèi)星(14)，其中，所述的方法包括以下-確定觀測站的時鐘同步誤差的分布(S10)，-傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息(S12 )，和-接收和分析對時鐘同步誤差的分布的信息，其方式是，根據(jù)所述信息估計通過地面部分的觀測精度(S14)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，另外附加于對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息，傳輸針對不同觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算，并且分析誤差預(yù)算，其方式是，從誤差預(yù)算中計算標(biāo)量值，所述標(biāo)量值說明導(dǎo)航信號的生成的誤差估計的精度。
3.按照權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，將對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息或針對不同的觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算與導(dǎo)航信號一起或與通信信號一起向使用系統(tǒng)傳輸。
4.按照權(quán)利要求1、2或3的方法，其特征在于，對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息包括觀測站的時鐘同步誤差的分布的估計或預(yù)測。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，確定時鐘同步誤差的分布包括集中分析各個觀測站的時鐘數(shù)據(jù)。
6.用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用系統(tǒng)(18)、尤其是移動導(dǎo)航設(shè)備，該使用系統(tǒng)(18)被構(gòu)造用于用上述權(quán)利要求之一的方法使用。
7.按照權(quán)利要求6的使用系統(tǒng)，其特征在于，所述使用系統(tǒng)還被構(gòu)造，用于從所接收的對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息中估計觀測精度，并從中確定完整性風(fēng)險。
8.按照權(quán)利要求7的使用系統(tǒng)，其特征在于，所述使用系統(tǒng)還被構(gòu)造，用于估計觀測精度，使得可以達(dá)到預(yù)定的連續(xù)性。
9.用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)中的完整性通信的設(shè)備(24)，該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)包括具有多個衛(wèi)星(14)的空間部分(12)，所述衛(wèi)星(14)發(fā)送導(dǎo)航信號(16)用于由使用系統(tǒng) (18)接收和分析用以確定位置，和具有多個觀測站(22)的地面部分(20)，所述觀測站監(jiān)控所述衛(wèi)星(14)，其中，所述的設(shè)備包括以下-用于確定觀測站的時鐘同步誤差的分布的裝置(26)，和-用于傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息的裝置(28)。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征還在于，-用于確定針對不同觀測站或觀測站組的誤差預(yù)算的誤差預(yù)算確定裝置，其中，用于傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息的裝置(28)此外被構(gòu)造，用于附加地傳輸誤差預(yù)算。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)中的完整性通信的方法，該衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(10)包括具有多個衛(wèi)星(14)的空間部分(12)，所述衛(wèi)星(14)發(fā)送導(dǎo)航信號(16)用于由使用系統(tǒng)(18)接收和分析用以確定位置，和具有多個觀測站(22)的地面部分(20)，所述觀測站監(jiān)控所述衛(wèi)星(14)，其中，所述方法包括以下確定觀測站的時鐘同步誤差的分布(S10)，傳輸對觀測站的時鐘同步誤差的分布的信息(S12)，和接收和分析對時鐘同步誤差的分布的信息，其方式是，根據(jù)所述信息估計通過地面部分的觀測精度(S14)。
文檔編號G01S19/20GK102193094SQ201110035530
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者H·L·特勞滕貝格, H·弗蘭肯貝格爾 申請人:阿斯特里姆有限責(zé)任公司