CN101101329B - 用于产生完整性消息以信号通知卫星导航系统的标称的、退化的或不活动的监测站的设备 - Google Patents

Abstract

专用于产生涉及至少一个卫星导航系统并被发送到导航接收机的完整性消息的设备，所述卫星导航系统包括一组卫星监测站。所述设备包括：处理器装置，用于为每个考虑的系统在所选时间确定站是工作的(即标称的或者退化的)，并在每个所述确定之后，用于产生完整性消息，所述完整性消息包括至少一个代表工作的(即标称的或者退化的)站的主要数据。处理器装置也用于每次检测到至少一个站已经退化或者在两个连续的所选时间之间不工作，并用于产生完整性警报消息，所述完整性警报消息包括至少一个代表每个已经变为退化的或者不工作的站的主要数据。从而，如果系统的站实际上是工作的(即标称的或者退化的)并且一个或多个与完整性退化规则相对应，每个接收机就能够确定已经接收的由卫星导航系统发送到其的被调谐的涉及导航消息的完整性信息。

Description

用于产生完整性消息以信号通知卫星导航系统的标称的、退化的或不活动的监测站的设备

相关申请的交叉引用

本申请是基于在2006年7月5日申请的申请号为FR0652804的法国专利申请，特此结合该申请公开的全部内容在此作为参考，并且根据35U.S.C.§119特此要求该申请的优先权。

技术领域

本发明涉及卫星导航系统(RNSS(无线电导航卫星系统)或GNSS(全球导航卫星系统)类型的)，更准确的，涉及除导航消息外，产生发送至其导航接收机的完整性消息。

在此“卫星导航系统”表示专用于导航的系统，该系统包括位于环绕着天体(例如，地球)的轨道上的卫星星座，一组(陆地的或空间的)卫星监测站和计算机中心。例如，其可以是现有系统中的一个(GPS，EGNOS，WAAS)，或者是计划的系统中的一个(GALILEO，COMPASS)或者是它们的等同或派生物中的一个。

此外，在此“导航消息”表示向卫星导航系统用户的导航接收机所广播的消息，该消息包括涉及其轨道位置和/或其同步(其内部时钟相对于系统的参考时钟的偏移)的导航信息。

此外，在下文中，“完整性信息”表示代表关于位置和/或卫星时钟偏移的信息的可靠性数值的数据，用于产生用户位置和/或时钟信息，该完整性信息包含在导航消息中。

背景技术

如本领域技术人员所知，对导航接收机的用户的完整性监测的质量影响用户能够信任由他的(导航)接收机所确定的位置。该监测质量主要取决于完整性监测条件，即工作的(即标称的或退化的)从而能够监测每个卫星的监测站的数量、受那些监测站影响的伪距测量中的误差、相对于卫星的监测站的几何分布(位置)和用于实现监测的算法的结合。至少一个监测站的故障或传输问题从而将降低完整性监测性能，并且将此情况尽可能快的通知用户是至关重要的。

在现有的导航系统(具有完整性)中，在发送至用于每个在系统的完整性监测“部分”监测下的卫星的导航接收机的完整性消息中广播完整性监测质量指示符(ISQI)。例如，在EGNOS或WAAS系统的情况下，该ISQI被称作用户差分距离误差(UDRE)，在GALILEO系统的情况下，该ISQI被称作空间信号监测精度(SISMA)。

对导航接收机来说，最好使用尽可能多的卫星来提高对其位置的估计，因此，导航接收机具有最大可能数量的ISQI是很重要的。目前，不但导航卫星星座的数量在增加，而且每个星座的卫星数量也趋向于增加(标准GPS星座由24个卫星组成，但是实际上包括27或28个卫星，而GALILEO可以包括多达36个卫星)。因此，标准完整性消息将趋向于包括更多数量的ISQI。如果相同的监测站的“网络”被用于多个不同的导航卫星星座，则这种趋势引起被进一步加重的风险(例如，GPS，GLONASS和GALILEO星座共同的完整性监测部分将不得不管理多于90个卫星)。

在一部分完整性监测部分失败的情况下，必须通过发送与需要考虑的卫星一样多的ISQI，来通知用户关于数十个卫星的完整性监测容量的改变。由于专用于导航信号的有限带宽，这引起了真正的问题(例如，一组SBAS(基于卫星的增强系统)类型的消息以静态的方式只能管理51个卫星，一组为GALILEO系统所设计的消息以静态的方式只能管理36个卫星，而动态管理需要识别每个卫星(90个卫星7比特)，甚至提供更少的容量)。因此，这证明了以标准完整性消息的方式向用户报警的机制具有很差的适应性，甚至根本不能适应在完整性监测部分监测下卫星数量很高，典型的高于50的状况。

因此，本发明的目的是改善这种状况。

发明内容

为此，本发明提出了一种用于产生涉及至少一个卫星导航系统的并发送给导航接收机的完整性消息的设备，所述卫星导航系统包括一组卫星监测站，所述设备包括：处理器装置，用于为每个所考虑的系统在所选时间确定卫星监测站是工作的(即标称的或者退化的)，在每个所述确定之后，用于产生完整性消息，所述完整性消息包括至少一个代表工作的(即标称的或者退化的)卫星监测站的主要数据。处理器装置也用于每次检测到至少一个站已经为不工作或者在两个连续的所选时间之间已经从标称的状态变化到退化的状态，并用于产生完整性警报消息，所述完整性警报消息包括至少一个代表每个已经变为退化的或者不工作的(卫星监测)站的主要数据。从而，如果系统的站实际上是工作的(即标称的或者退化的)并且一个或多个与完整性退化规则相对应，每个(导航)接收机就能够确定已经接收的由卫星导航系统发送到其的被调谐的涉及导航消息的完整性信息。

上面所定义的操作模式可以与标准的操作模式相联系作为根据带宽使用所获得的有利功能。

应当注意，本发明的完整性消息和完整性警报消息与通常所使用的包含完整性数据(或ISQI)并代表轨道位置误差和/或卫星同步校正的可靠性数值的消息不同。因此，本发明只涉及能够自身确定完整性数据(ISQI)的导航接收机，该完整性数据代表用于产生所接收的用户位置和/或时钟信息的用于卫星的位置和/或时钟偏移信息的可靠性数值。因此，本发明所涉及的导航接收机必须包括完整性数据(例如，ISQI)计算工具。

本发明的设备可以具有其他特点，特别是，可单独或结合地具有其他特点：

-例如，主要数据能够代表站的位置坐标，或者站的标识符(其各自的位置坐标对所述导航接收机是已知的)和合适的站的位置坐标校正；

-其处理装置，能够用于将代表在已经退化或者不工作的站中的退化的测量质量的辅助数据结合至完整性警报消息中；

-其处理器装置，能够用于将代表由工作的(即标称的或退化的)卫星监测站提供的测量误差等级的信息或者代表在任务部分来校正该信息的算法的辅助数据结合至完整性消息中；

-例如，辅助数据能够包括由所述工作的(即标称的或退化的)站所提供的用于信息的质量图表标识符和/或由任务部分来校正该信息所使用的算法的标识符；

-其处理器装置能够用于将代表用于每个卫星的监测和/或精度信息的辅助数据结合至完整性消息中，所述辅助数据从由工作的(即标称的或退化的)站提供的数据中来确定；

-其处理器装置能够用于将代表用于每个已经为退化或者不工作的卫星监测站的完整性退化规则的辅助数据结合至完整性警报消息中；例如，辅助数据包括一个或者更多必须用于已经变为退化的特定的站的完整性退化规则的标识符；

-其处理器装置能够用于周期性地产生完整性消息；在这种情况下，两个所选的时间之间的时间差等于完整性消息产生周期。

本发明特别适于，但不排除于，诸如GALILEO，GPS，EGNOS，WAAS和COMPASS，及其替换和等同的卫星导航系统的完整性服务。

附图说明

在阅读了下面的详细说明和附图后，本发明的其它特点和优点将变得显而易见，其中，单个附图是对卫星导航系统的一部分的高度示意性和功能性例示，该卫星导航系统包括计算机站，该计算机站配备有本发明的完整性消息产生设备的一个实施例。

附图构成了本发明的描述的一部分，并且如果需要的话，也对本发明进行了限定。

具体实施方式

本发明的目的是提出至少一个卫星导航系统的(地面或卫星)完整性监测部分的具有完整性监测能力的导航接收机，所以该导航接收机能够自身确定代表卫星轨道位置和/或同步误差校正的可靠性数值的完整性数据，其用于产生包含在由所述卫星所广播的导航消息之中的导航信息。

在下文中，以非限制性实例的方式来考虑单个卫星导航系统的情况。但是，本发明并不限于单个卫星导航系统。更准确的，其涉及了至少一个卫星导航系统的至少一个星座导航卫星的(地面或卫星)完整性监测，例如，两个或三个，甚至更多。

此外，考虑的的卫星导航系统是计划的GALILEO系统。但是，本发明并不限于该系统。事实上，其涉及了所有使用个人或共用的(地面或卫星)完整性监测(或一致性校验)的卫星导航系统，特别是现有的GPS(特别是GPSIII)，EGNOS和WAAS类型的系统，和计划的COMPASS系统，以及其等同和替换。

例如，在单个附图中部分示出的卫星导航系统，包括至少一个卫星星座SAi(此处i＝1至3，但是实际上，其最大值可以高很多，在GALILEO系统的情况中典型地为36)，一组(陆地或空间)监测站SSj(此处，j＝1至4，但是实际上，其最大值可以高很多，在GALILEO系统的情况中典型的为40至100)，和计算机中心CC。

一般而言，卫星SAi位于围绕地球E的轨道上，特别用于发送用于实现伪距测量的信号，和用于在地球E的方向上广播由任务地面部分向其发送的导航消息，以使该消息所包含的信息能够被可能安装于通信终端CT(如图所示)中的导航接收机R使用，以及被监测站SSj所使用。

应当注意，(导航)接收机R本身可以构成通信设备。此外，(导航)接收机R能够安装于任何类型的通信终端(或设备)CT中，特别是在移动(或蜂窝)电话、便携或车载计算机、或个人数字助理(PDA)中。

还应当注意，本发明仅涉及包括用于计算诸如ISQI的完整性数据的工具的(导航)接收机R。

监测站SSj位于地球E(如图所示)或诸如卫星的航天器上所选择的位置。其特别用于一方面收集由星座的卫星SAi所广播的导航消息，另一方面周期性的实现其与所考虑的卫星SAi之间的伪距测量。每个伪距测量和相应的导航消息，以及其接收时间，都由每个监测站SSj向计算机中心CC传送。

计算机中心CC通常，但不是必须，被安装在地球E上。其包括一致性校验设备VD，特别用于控制所接收的伪距测量和包含在由卫星SAi所广播的导航消息中的信息的一致性，由监测站SSj向该计算机中心传送该导航消息。该计算机中心CC也能用于从(监测)站SSj所实现的伪距测量中预测卫星SAi的轨道和时钟偏移。该轨道和时钟偏移的预测用于产生以后的导航消息，该消息被发送至卫星SAi，以使后者将其广播。

本发明提出了将完整性消息生成设备GD增加到完整性监测部分(其包括站SSj和一致性校验设备VD)。如单个附图所示，该完整性消息生成设备GD能够作为计算机中心CC的一部分。但是，这不是必须的，重要的是其可以与一致性校验设备VD通信。

该完整性消息生成设备GD用于产生被发送至接收机R的、涉及卫星导航系统的卫星SAi星座的新类型的完整性消息。为此，其包含处理器模块PM，其首先用于在所选时间为每个所涉及的系统确定工作的(即标称的或退化的)(卫星监测)站SSj。

此处“工作的站”表示站SSj能够监测所考虑的卫星SAi，从而能够向计算机中心CC(标称的或退化的)发送伪距测量和相应导航消息。此处涉及的工作的站如果其发送标称的伪距测量则为标称站，如果其发送退化的伪距测量则为退化站(因此，其与标称的测量不同)。因此，此处“不工作的站”表示站SSj由于环境条件阻碍了信息收集、由于内部错误或由于其与计算机中心CC之间的路径而导致传输问题，而不能监测考虑的卫星SAi，和/或不能向计算机中心CC发送伪距测量和相应导航消息。

例如，该确定是周期性地在所选的一(1)秒周期实现。该所选周期定义了在两个连续的所选时间之间的时间差，该所选周期本身依赖于响应约束，该响应约束施加影响于监测系统以检测卫星级的故障。

所有在给定时间工作(即标称的或退化的)的站SSj构成了完整性监测“网络”的配置，该网络包括(此处为在地面，但不是必须的)所有工作的和不工作的站SSj。

在每个确定了包括所有工作(即标称的或退化的)的站SSj的集合之后，完整性消息发生设备GD的处理器模块PM产生完整性消息，该消息包括至少一个代表该集合的工作的(即标称的或退化的)站SSj的主要数据。

能够以任何形式来表示工作的(即标称的或退化的)的站SSj。例如，主要数据能够代表站SSj的标识符。这非常适用于站SSj被安装于地球E的固定位置的情况。事实上，站的位置坐标对于接收机R使用其计算工具T来确定完整性数据是必需的，该坐标几乎不随时间发生变化，因此，可以由接收机R提前得知。在这种情况下，如果接收机R接收了包含站标识符SSj的完整性消息，则其在表中查找与该标识符相对应的位置坐标。

在第一变形中，主要数据能够代表站SSj的位置坐标，尤其是如果接收机R不知道后者。

在第二变形中，主要数据能够代表站标识符SSj和一个或多个对站SSj的位置坐标的校正。这也需要接收机R包含一个表，在该表中，存储了与其“通常”(即事先知道的)位置坐标有对应关系的站标识符。在这种情况下，如果接收机R接收了包含站标识符SSj和有关的位置坐标校正的完整性消息，则其在表中查找相应的位置坐标，并在其计算工具T使用它们之前，将后者作为接收的校正函数而校正。

例如，设备D包括存储装置MY，例如存储器或数据库，在该存储器中存储了每个对应表，以及哪个是适合于当前的完整性监测网络的配置。

应当注意，完整性消息发生设备GD的处理器模块PM能够将对接收机R的计算工具T确定完整性数据来说有用的其它数据结合到至少一些完整性消息中。

例如，其能够将代表由检测站提供的信息的质量等级的辅助数据结合至完整性消息中(或甚至每个这种消息)。例如，这可以是测量的精度的等级，其易受由站的环境和/或测量工具和/或在一致性校验设备VD中用于计算该数据的算法或任何其他能表征测量质量的方式所引起的误差的影响。可替换地，该辅助数据能够代表上文中所述的测量误差图表(或图形)标识符。在这种情况下，该图形或图表必须提前由接收机R已知。因此，如果接收机R接收了包含图形或图表标识符的完整性消息，则其在表中查找相应的一个(或多个)图形或图表。该接收机R从该由标识图表所表示的测量质量等级中推导出由每个站对每个卫星的ISQI的贡献。

在另一变形中，或附加地，处理器模块PM能够将代表用于每个卫星的监测信息(例如完整性“标识”)和/或精度信息(例如测量误差图表)的辅助数据结合到完整性消息中，该辅助数据由计算机中心CC从工作(即标称的或退化的)站SSj所提供的数据中确定，从而给出了完整性监测网络(工作的)的配置。

如果在完整性消息中指定的工作的(即标称的或退化的)站SSj定义了完整性监测网络的(工作)配置，则每个完整性消息都向接收机R广播，以使其每个能够通过他们的计算工具T来确定完整性信息，该信息涉及所接收的从卫星导航系统发送到其的被调谐的导航消息。

能够通过任何本领域技术人员已知的方式来广播完整性消息，特别是通过星座(例如在GALILEO类型的系统的情况下-中地球轨道(MEO)广播模式)卫星SAi或由一个或多个地球同步卫星(同步地球轨道(GEO)广播模式，例如在通过诸如EGNOS或WASS的区域卫星增强而向GPS或GLOSNASS类型系统添加完整层的情况下)、或者诸如在LBS(基于位置的服务)类型的应用中的陆地电信网络。

由计算工具T所计算的完整性消息依赖于用于调谐接收机R的卫星导航系统。至少一个完整性监测质量指示符(ISQI)专用于每个卫星是一个问题。例如，在EGNOS或WASS系统的情况下，ISQI是UDRE(用户差分距离误差)，而在GALILEO系统的情况中，ISQI是SISMA(空间信号监测精度)。该ISQI用于将由每个卫星所提供的导航信息的监测质量转换为关于估计的用户位置方法的可能误差等级。

此外，每次当处理器模块PM在两个连续的所选时间之间确定至少有一个站SSj已经变为退化或不工作时，其就产生包括至少一个代表已经为退化或者不工作的每个站SSj的主要数据的完整性警报消息。

主要数据与上文中所述的(本发明的)结合至完整性消息的主要数据的类型相同。因此，例如，代表另一个已经变为退化的或不工作的站SSj的位置坐标的数据或代表已经变为退化的或不工作的站SSj的标识符的数据是个问题。

应当注意，完整性消息产生设备GD的处理器模块PM能够将对接收机R的计算工具T来确定完整性数据有用的其它数据结合至至少一些完整性警报消息。

例如，为了更新由接收机用来计算从该站SSj可见的卫星的ISQI的数据，能够将代表在已经变为退化或者不工作的站中的信息的退化的等级的辅助数据结合至完整性警报消息(例如，测量精度的等级可能是个问题，其易受站的环境和/或测量工具和/或在一致性校验设备VD中用于计算该数据的算法或任何其他能表征测量质量的方式所引起的误差的影响)。例如，该辅助数据包括用于已经变为退化或者不工作的站SSj的测量误差图表(或图形)的标识符。因此，如果接收机R接收了包含图形或图表标识符的完整性消息，则其在表中查找相应的图形或图表。

可替换的，或除了上述之外，辅助数据能够代表由计算工具T来考虑已经变为退化的或不工作的站SSj所使用的完整性退化规则。该规则的定义能够在完整性警报消息中发送。但是，按照所要求的比特数量，这可以证明是花费巨大的。因此，该辅助数据优选地包括所使用的完整性退化规则的标识符。但是，这需要接收机R具有可获得的表，在该表中存储了与其定义具有对应关系的规则标识符。在这种情况下，如果接收机R接收了包含规则标识符的完整性警报消息，则其在表中查找相应的一个或多个规则，并随后向其计算工具T传送每个规则定义，以便后者能够使用它。

例如，该完整性退化规则能够是“使用该站”或“不使用该站”或“以系数X从该站来降低测量质量”的类型。

应当注意，如果站SSj已经为退化或不工作，则接收机R能够适于确定被施加的用于其自身的规则。在这种情况下，只需要接收代表已经为退化的不工作的站SSj的主要数据，以便应用相应的规则。

如果站SSj实际上是工作的(即标称的或者退化的)，这些完整性退化规则对于每个接收机R的计算工具T来确定完整性信息是必须的，该完整性信息涉及从卫星导航系统接收的导航消息。如果不是由其得出，则在计算工具T中所应用的算法必须与一致性校验设备VD所使用的完整性校验方法一致。

本发明的完整性消息产生设备GD，特别是其处理器模块PM和其存储装置MY，或任意一个，能够以电子电路、软件(或电子数据处理)模块或电路和软件结合的方式来产生。

本发明提供了许多优点，包括：

●其向导航接收机，例如周期性地，仅发送完整性监测网络的工作的(即标称的或退化的)配置，以及不是每个站的ISQI；此外，在发生失败的情况下，其仅向导航接收机发送已经变为退化的或不工作的站的信号。

●其提供了对大量导航卫星的监测，典型地多于90。

●其同时考虑了多个监测等级，例如，单频率监测和双频率监测。

●其同时广播涉及卫星(ISQI)和涉及完整性监测部分(在上文中描述的主要数据和辅助数据)的警报，以优化产生的带宽占用。

本发明并不限于上文中仅以实例描述的完整性消息产生设备的实施例，而是包括了所有本领域技术人员在所附权利要求的范围内所能想象到的变形。

Claims (12)

1.用于产生涉及至少一个卫星导航系统并被发送到导航接收机的完整性消息的设备，所述卫星导航系统包括一组卫星监测站，所述设备包括：

处理器装置，适于为每个系统在所选时间确定卫星监测站是工作的即标称的或者退化的，并在每个所述确定之后，产生完整性消息，所述完整性消息包括至少一个代表所述工作的卫星监测站的主要数据，在两个连续的所选时间之间检测到至少一个卫星监测站已经变为退化的或者不工作的情况下，产生完整性警报消息，所述完整性警报消息包括至少一个代表每个已经变为退化的或者不工作的卫星监测站的主要数据，从而如果所述的系统的卫星监测站实际上是工作的并且与完整性退化规则相对应，每个接收机能够确定由卫星导航系统发送到其的被调谐的涉及导航消息的完整性信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述主要数据代表卫星监测站的位置坐标。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述主要数据代表卫星监测站的标识符，其中所述卫星监测站的位置坐标被所述导航接收机已知。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述主要数据也代表卫星监测站位置坐标校正。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器装置适于将代表在已经退化或者不工作的卫星监测站中的退化的测量质量的辅助数据结合至完整性警报消息中。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器装置适于将代表所述工作的即标称的或退化的卫星监测站的测量误差等级的辅助数据结合至完整性消息中。

7.根据权利要求5所述的设备，其中所述辅助数据包括用于由所述工作的监测站所提供的信息的质量图表标识符和/或用在任务部分来校正由所述工作的监测站提供的信息的算法的标识符。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器装置适于将代表用于每个卫星的监测和/或精度信息的辅助数据结合至完整性消息中，所述辅助数据从由所述的工作的即标称的或退化的卫星监测站提供的数据中来确定。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器装置适于将代表用于每个已经为退化或者不工作的卫星监测站的完整性退化规则的辅助数据结合至完整性警报消息中。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述辅助数据包括用于已经为退化的或者不工作的卫星监测站的完整性退化规则的标识符，所述完整性退化规则对导航接收机来讲是已知的。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理器装置适于周期性地产生完整性消息，于是在两个所选时间之间的时间差等于完整性消息产生周期。

12.前述任意一个权利要求的完整性消息产生设备用于卫星导航系统的完整性服务，该系统从至少包括伽利略GALILEO、全球定位系统GPS、欧洲地球同步卫星导航增强系统EGNOS、广域增强系统WAAS和北斗星COMPASS的组中选择。

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