CN109154668B - 精确的低延迟gnss卫星时钟估算 - Google Patents

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Abstract

针对每个卫星的已被收集的相位测量值确定宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差，以辅助窄巷模糊度解析(S804)。基于所收集的原始相位测量值和代码测量值以及所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差，确定轨道解中的每个卫星的卫星校正数据(S808)。基于卫星轨道校正数据、所收集的原始相位测量值和代码测量值以及时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差来确定慢卫星时钟校正(S812)。低延迟时钟模块或数据处理器基于所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据(S814)，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的已被收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。

Description

精确的低延迟GNSS卫星时钟估算
技术领域
本公开涉及用于提供具有精确、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)的卫星时钟的卫星校正信号的方法和系统。
背景技术
在某些现有技术中，服务提供商通过无线信号向卫星导航接收器的终端用户提供校正信号，无线信号例如为卫星L波段上的卫星无线信号。在GNSS集群中，每个卫星时钟可以具有卫星时钟偏差或时钟误差，可以参考GNSS系统时钟时间以及其他替代方案来测量卫星时钟偏差或时钟误差。校正数据包含在终端用户的移动接收器处的视野或接收范围内的用于每个卫星的相应时钟偏差或时钟解。具有相应卫星标识符的卫星时钟偏差被发送到卫星校正信号的终端用户或订户。在参考卫星接收器的相位测量值之间存在延迟，相位测量值用于确定校正数据和确定校正数据在终端用户的移动接收器处的接收。向终端用户的卫星导航接收器提供卫星时钟偏差的及时性、更新速率和延迟可影响卫星导航接收器的位置估算的准确度。例如，卫星的估算参考轨道位置可能受到时钟偏差或时钟解中的误差的影响，这反过来可能导致卫星接收器的位置解中的误差或准确度降低。因此，需要减少校正信号中提供的时钟偏差的延迟。
发明内容
在一个实施例中，一种方法或系统提供具有精确的、低延迟的卫星时钟估算值的卫星校正信号。电子数据处理中心被布置成从已知的相应位置处的多个参考接收器收集原始相位测量值。测量值预处理(MPP)模块或数据处理器确定针对每个卫星所收集的相位测量值的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差。轨道解模块或数据处理器根据所收集的原始相位和代码测量值以及所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差确定轨道解中的用于每个卫星的卫星校正数据，轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差可以借助于所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差而被估算。时钟解模块或数据处理器基于卫星轨道校正数据、所收集的原始相位和代码测量值、以及时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差确定慢卫星时钟校正(例如，具有适中延迟的卫星时钟校正)，时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差可以借助于所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差而被估算。低延迟时钟模块或数据处理器基于所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的被收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。数据处理中心将卫星轨道校正数据和低延迟时钟校正数据合并到具有用于GNSS的全球有效性的校正数据中，以便传输(例如，卫星或无线传输)到一个或多个移动接收器。
在一种配置中，所述延迟被定义为或基于如下的时间差值，该时间差值为与用于处理的测量值的收集(和参考站处的观察)相关联的较早历元和在移动漫游接收器中应用所处理的测量值的在后历元之间的时间差值。
附图说明
图1A是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的一个实施例的框图，其中卫星校正信号是通过通信卫星提供的。
图1B是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图，其中卫星校正信号是通过无线通信系统提供的。
图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以适中延迟收集测量值。
图2B是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以比图2A的测量值更低的延迟收集测量值。
图3是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图。
图4更详细地示出了图3的校正数据估算器的说明性示例。
图5是说明慢时钟过程(例如，适中延迟时钟过程)和快时钟过程(例如，低延迟时钟过程)的并行操作的图。
图6是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的一个示例性方法的流程图。
图7，共同地指图7A和图7B，是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的另一实施例的流程图。
图8A提供了用于提供慢时钟解的计算时间与GNSS时间对应的说明性图表。
图8B提供了用于提供低延迟时钟解的计算时间与GNSS时间对应的说明性图表。
具体实施方式
如本文中所使用的，模块或估算器可以指代软件、硬件或两者。如果模块被实现为软件，则它可以存储在数据存储装置24中以供数据处理器20处理。适于、配置或被布置成意味着模块、估算器或其它装置能够执行在说明书中描述的功能或支持特征。例如，适于、配置或被布置成可以包括用软件指令编程的模块，该软件指令存储在数据存储装置24中，以用于由数据处理器20处理以执行本文中阐述的特定功能。
除非另有明确规定，否则大约或约应表示任何值、数量或数值的正负25％的公差。
诸如全球导航卫星系统(GNSS)接收器之类的位置确定接收器或卫星接收器(12、30)能够接收载波相位测量值，所述载波相位测量值在接收的卫星信号的周期的数量或分数周期方面受到模糊度，例如整周模糊度的影响。历元或测量时间意味着导航卫星系统的特定时刻或时间间隔，在该特定时刻或时间间隔期间，移动接收器(例如，以某个相应的频率或速率)测量载波相位。接收器(12、30)确定或解析载波相位测量值的模糊度，以准确地估算接收器的精确位置或坐标。虽然GNSS接收器(12、30)的代码相位(代码)或伪距测量值与接收的卫星周期中的整周模糊度无关，但代码相位测量值不能提供某些应用所需的厘米级位置准确度。如本文件中所使用的，模糊度通常专用于特定方程的情况，该方程涉及来自一个或多个卫星的载波相位信号的一个或多个接收器的观测。因此，可能具有宽巷(WL)模糊度、窄巷(NL)模糊度、零差(ZD)模糊度、单差(SD)模糊度、双差(DD)模糊度、实时-运动(RTK)模糊度和折射校正(RC)模糊度，折射校正(RC)模糊度与来自一个或多个接收器或一个或多个卫星的相位测量值有关。此外，某些模糊度将专用于某些模块，因为不同的模块或这些模块内的预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器)适应滤波器的不同更新速率和滤波器的状态，以及不同模块的滤波器之间的数据的通信或状态。在本文中，对模糊度的任何引用都可以指单一的模糊度或多个模糊度。
如果卫星导航接收器可以接收至少两个频率，例如L1和L2频率，则可以组合L1和L2载波相位测量值的差值以形成宽巷(WL)测量值(例如，具有用于GPS的大约86.25厘米的波长)，并且可以组合L1和L2载波相位测量值的总和以形成窄巷(NL)测量值(例如，具有大约10.7厘米的波长)。宽巷测量值有助于快速有效地解析宽巷整周模糊度，而窄巷测量值有助于精确和准确地解析具有最小的相位噪声的窄巷模糊度。折射校正过的模糊度补偿了第一级的大气延迟。
通常相对于一个卫星、参考接收器30和漫游接收器(12)形成(例如，载波相位或代码相位(代码)的)单差测量值。或者，可以相对于一个接收器(参考接收器30或漫游站12)和一对卫星形成单差测量值。
相比之下，通常相对于两个卫星、参考接收器30和漫游接收器(12)，或者通过减去两个单差测量值以形成双差测量值。然而，可以利用在两个不同时间的、来自相同参考接收器的并且与一对卫星相关联的两个单差测量值形成某些双差测量值，如稍后将在图6中描述的那样。
参照图1A、图1B、图3和图4，一种方法或系统提供具有精确的、低延迟的卫星时钟估算值的卫星校正信号。电子数据处理中心18被布置成从位于已知的相应位置(例如，三维坐标)处的多个参考接收器30收集原始相位测量值。测量值预处理(MPP)模块(图3中的36)或数据处理中心18的数据处理器20确定用于每个卫星的收集的相位测量值的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差，以为有效或快速解析窄巷模糊度提供帮助或适当的约束条件。轨道解模块38或数据处理器20根据收集的原始相位测量值和代码测量值以及所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差，以轨道校正速率确定轨道解中的用于每个卫星的卫星校正数据16，所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差可以通过所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差的辅助而被估算。有利地，在实施例中，由测量值预处理模块36确定的宽巷模糊度和相应的宽巷偏差可以在校正数据估算器34的其他模块(38、44、42)中的一个或多个预测滤波器(39、43、412)之间共用和利用。时钟解模块44或数据处理器20基于卫星轨道校正数据50、收集的原始相位测量值和代码测量值、以及时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差，以慢速更新速率(或适中的更新速率)确定慢卫星时钟校正(例如，适中延迟卫星时钟校正)，时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差可以在所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差的帮助下被估算。低延迟时钟模块42或数据处理器20基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值以快速更新速率来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据16或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的所收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。在一个实施例中，快速更新速率是大于慢速更新速率或轨道速率(例如，轨道更新速率)的固定速率。然而，在可替换的实施例中，可以基于以下内容(动态地)改变快速更新速率：(1)来自特定卫星或参考站的原始载波相位测量值的可用性、可靠性或质量(例如，信号强度、准确度因子或其他质量度量)，或(2)主动选择卫星测量值或参考站的子组以用于基于原始载波相位测量值的可用性、可靠性或质量不时地估算校正数据。
数据处理中心18将卫星轨道校正数据50和具有低延迟的时钟校正数据16合并到校正数据16中，该校正数据16具有用于GNSS的全球有效性，以用于传输(例如，卫星或无线传输)到一个或多个移动接收器12，该一个或多个移动接收器12以精确定位模式，例如精确点定位(PPP)模式工作。例如，数据处理中心18将卫星宽巷偏差、卫星轨道校正数据、来自慢时钟解的卫星窄巷偏差和具有低延迟的时钟校正数据合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，该校正数据具有全球有效性，以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器。精确定位模式(例如，PPP模式)使用用于卫星的接收信号的精确的时钟和轨道解以及卫星偏差来提供精确的校正数据16，该精确的校正数据16是全球有效的或不依赖于本地有效的差分数据，例如，实时运动(RTK)校正数据16，该实时运动(RTK)校正数据16对于参考站和移动站之间的短基线是本地有效的、准确的(例如，对于需要大于可靠的分米级准确度的应用或越野车辆)。
在一个实施例中，轨道速率(例如，轨道更新速率)小于(例如，或者小于或等于)慢速更新速率；应用轨道零差滤波器404以便于通过轨道窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)基于收集的原始相位测量值以轨道更新速率估算轨道窄巷模糊度和相应窄巷卫星偏差。在另一个实施例中，快速更新速率大于慢速更新速率或轨道速率；可以应用时钟零差滤波器408以便于通过时钟窄巷估算器43(例如，窄巷滤波器)基于收集的原始相位测量值以慢速更新速率估算时钟窄巷模糊度和相应的窄巷卫星偏差。
根据图1A所示，该系统能够实时提供以卫星校正信号编码的校正数据16，校正数据16具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟解或精确的、低延迟时钟数据。最终卫星时钟解包括精确的低延迟时钟数据，该精确的低延迟时钟数据代表用于估算GNSS卫星时钟估算值的两个同时或并行过程的积分解：(1)慢时钟解，和(2)低延迟时钟解或中低延迟解。
可以基于与卫星信号的相位测量值在一个或多个参考接收器30处的的收集相关联的较早测量时间(例如，历元)与在移动接收器12或漫游站处接收处理的测量值的稍后测量时间(例如，历元)之间的时间差值来测量延迟。例如，图2A和图2B将上述延迟时间差值划分成不同的时间段以用于额外的分析，这将在后面描述。低延迟意味着比时钟解模块44的慢时钟解的适中延迟更低的延迟。(例如，低延迟时钟模块42的)较低延迟解可被称为(例如，来自快时钟过程的)快时钟解，然而(例如，时钟解模块44的)适中延迟解可以称为(例如，来自慢时钟过程的)慢时钟解。低延迟时钟模块42或数据处理器20基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。具有较低延迟的时钟校正数据16指的是总的平滑时钟校正数据，具有比慢时钟解更低的延迟，总的平滑时钟校正数据包含来自具有较低延迟的卫星时钟校正数据和慢卫星时钟校正数据的贡献。
低延迟时钟数据或低延迟时钟解可以指示以下任一者或两者：(1)与低延迟过程相关联的时钟数据，或(2)最终卫星时钟解，最终卫星时钟解由基于慢时钟解和中低延迟解的积分解而产生。低延迟时钟数据提高了卫星时钟的准确度并且实时地减少了最终解的延迟(或增加了及时性)，这被结合到校正数据16中以便分配给移动接收器12或漫游站。
在一个实施例中，慢时钟过程可以利用大多数或所有可能的测量值(例如，来自参考接收器30的参考数据网络32的载波相位测量值)来估算慢时钟解，但具有与以下相关联的慢时钟延迟、慢时钟延期或适中延迟(例如，大约6秒至大约10秒)：(1)由数据处理中心18和相关参考数据网络32估算绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和卫星窄巷模糊度(例如，经折射校正的窄巷模糊度)，或(2)由数据处理中心18和相关参考数据网络32收集来自参考接收器30的原始相位测量值，(3)以上估算和收集。在一个实施例中，慢时钟解用于进行模糊度解析并估算每个参考接收器的对流层偏差和梯度，以便于确定时钟窄巷模糊度和相应的窄巷偏差的折射校正。可以在低延迟时钟解中共用或使用来自慢时钟过程的已解析的模糊度和/或估算的对流层偏差。例如，可以基于先验模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算来估算对流层偏差。慢时钟过程支持收集和分析比低延迟过程更多的测量值，以便于时钟估算值的精确的或绝对的准确度以及更精细的慢时钟模型。在一个实施例中，慢时钟过程具有比低延迟时钟过程更大的数据处理能力或吞吐量要求，使得慢时钟解的计算可花费大约一秒到大约两秒，即使数据处理中心18支持并行数据处理环境。
同时，低延迟时钟过程使用比慢时钟过程更少的测量值(例如，来自参考数据网络32的载波相位测量值)，并且低延迟过程具有低延迟或低延迟时钟延期(例如，大约一秒到两秒)，以低延迟率收集卫星时钟变化、或收集和计算卫星时钟变化，该低延迟率大于慢时钟速率或适中延迟的速率。数据处理器20或数据处理中心18以低延迟率将低延迟时钟数据与慢时钟数据和轨道数据积分，以提供一组一致的、准确的和及时的校正数据16。
以低延迟率与轨道解和慢时钟解一起工作，数据处理中心18可以以及时的方式(例如，以相对于慢时钟过程减少的延迟或低延迟)传输一致的一组校正数据16，该组校正数据16包括卫星轨道、时钟(例如，绝对时钟估算值)、宽巷卫星偏差、窄巷卫星偏差和质量信息。特别地，数据处理中心18可以通过图1A中的卫星信号(例如，L波段信号)、通过无线通信系统135(在图1B中)、或通过无线通信系统57(在图3中)(例如，通过因特网56)将校正数据16实时地传送到具有校正无线装置14的一个或多个移动接收器。在一个实施例中，校正数据实时传送而没有(在参考接收器30处的测量时间或原始相位测量值与移动接收器12处的校正数据的可用性之间的)重大延迟，该重大延迟会倾向于在移动接收器12处将具有大约5厘米的水平(例如，航道至航道)准确度或更好准确度的位置估算值的准确度降低，该位置估算值具有大约百分之九十五的可靠性，并且具有小于一个的变化标准偏差。
在图1A中，在一个实施例中，该系统包括(例如，具有卫星发射器10)的卫星的集群，至少包括在一个或多个参考卫星接收器(例如，参考GNSS接收器)的视野或接收范围内的那些卫星。实际上，参考接收器30(例如，GNSS参考站)全球地分布在具有良好卫星几何形状和对一组卫星来说可见的位置处。
每个参考接收器30具有接收器的数字部分，该数字部分包括电子数据处理系统，该电子数据处理系统包括电子数据处理器、数据存储装置、数据端口和支持该数据处理器、数据存储装置和数据端口之间的通信的数据总线。此外，接收器包括测量模块，以用于测量来自导航卫星发射器10的一个或多个接收的卫星信号。在一个实施例中，测量模块(例如，载波相位测量模块)与基带相关联或在接收器30的数字部分内的数据存储装置中被中间频率处理或存储为软件指令。
每个参考接收器30具有测量模块，该测量模块测量可观测量，例如来自每个卫星的一个或多个接收的卫星信号的载波相位。参考接收器30的测量模块还可以测量在一个或多个载波信号上被编码的伪随机噪声代码的伪距或代码相位。此外，参考接收器30的解调器或解码器(例如，存储为数据存储装置中的软件指令)可以解码导航消息，例如星历数据，该导航信息在接收的卫星信号上结合伪随机噪声代码或以其它方式编码。参考接收器30实时地接收和发送测量值、星历数据、其他可观测量和从可观测量导出的任何信息，并将以上各项发送到数据处理中心18或具有类似处理能力的枢纽。
在图1A中，一组参考接收器和通信链路被称为参考数据网络32。在一个实施例中，每个参考接收器30(例如，经由通信链路、通信网络、无线信道、通信信道、通信线路。传输线或其他方式)发送所接收的卫星信号的一组载波相位测量值、以及相关的卫星标识符和星历数据到电子数据处理中心18(例如，参考数据处理枢纽)。
在一个实施例中，数据处理中心18包括电子数据处理器20、数据存储装置24、以及联接到数据总线22的一个或多个数据端口26。数据处理器20、数据存储装置24和一个或多个数据端口26可以经由数据总线22彼此通信。存储在数据存储装置24中的软件指令和数据可以由数据处理器20执行以实现在本公开文件中描述的任何块、组件或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)中的任何一个。数据处理器20可以包括微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器或用于处理数据、操纵、访问、检索和存储数据的另一装置。数据存储装置24可以包括电子构件、非易失性电子存储器、光学存贮装置、磁存储装置、或用于在有形存储介质(例如光盘、磁盘、电子存储器)上存储数字或模拟数据的另一装置。数据端口26可以包括缓冲存储器、收发器或两者，以用于与其他网络元件接口连接，其他网络元件例如为参考接收器30或地面卫星上行链路站28。
在一个实施例中，数据处理中心18、数据处理器20或校正数据估算器34从参考接收器30接收相位测量值和相应的卫星标识符、参考接收器标识符(或相应的坐标)并处理相位测量值以估算用于每个卫星，或更确切地说用于每个卫星信号，的时钟偏差或对应的时钟解，以用于结合到校正数据16中。例如，校正数据估算器34包括软件指令或模块，该软件指令或模块用于基于从参考数据网络32或参考接收器30接收的相位测量值确定校正数据16。如图1A所示，时钟解、时钟偏差或校正数据16被提供给地面上行链路站28或另一通信链路。例如，地面上行链路将时钟解、时钟偏差或校正数据16通信或传输到通信卫星35(例如，中继器)。
反过来，通信卫星35适于使校正数据16可用或将校正数据16发送到校正无线装置14。校正无线装置14联接到移动接收器12(例如，移动GNSS接收器或移动卫星接收器)或漫游站。移动接收器12还接收来自一个或多个卫星发射器10(例如，GNSS卫星)的卫星信号，并测量来自卫星发射器10的接收的卫星信号的载波相位。结合移动接收器12的相位测量值，移动接收器12可以使用校正数据16中的精确时钟解或时钟偏差来估算移动接收器12或其天线的精确位置、姿态或速度。例如，移动接收器12可以使用精确定位估算器，例如精确点定位(PPP)估算器，精确定位估算器使用精确时钟和轨道解以用于卫星发射器10的接收的信号。
本文中，该方法和实时全球导航卫星系统(GNSS)接收器导航技术可以通过使用实时全球差分校正数据16来实现厘米级准确度定位。该校正数据16借助于以下各项中的一个或多个而是全球可获得的且有效的：(1)图1A中的卫星通信(例如，L波段地球静止通信卫星)，(2)图1B中的无线通信系统135(例如，蜂窝通信)，或者(3)无线通信系统57(例如，联接到因特网56的蜂窝无线系统或WiFi系统，以用于从服务器54接收校正数据16)。与本地参考站校正相比(例如，通过实时运动(RTK)基站或某些不严格遵守全球可用PPP模型的广域校正)，全球差分校正消除了对本地参考站和无线电通信的需要，否则本地参考站和无线电通信将用于在参考接收器30和漫游站之间建立(例如，小于20公里到30公里的)短基线，以获得精确的位置准确度。
图1B的系统类似于图1A的系统，除了图1A的地面上行链路站28、通信卫星35和校正无线装置14分别地被图1B的无线通信装置128、无线通信系统135和校正无线装置114代替。此外，校正无线装置14可以包括卫星接收器，而校正无线装置114可以包括蜂窝收发器、无线接收器或另一无线通信装置。在图1A和图1B中的类似的附图标记指示类似的元件。
在图1B中，数据处理中心18或校正数据估算器24直接或间接地通过一个或多个通信网络(例如，因特网)、通信链路、数据包网络或通信信道将校正数据16提供给无线通信装置128。反过来，无线通信装置128将数据发送到一个或多个无线通信系统135。如果使用多个无线通信系统135，则通信网络、通信链路、数据包网络、交换网络、移动电话交换局、微波链路、通信线路、光纤链路或通信信道可以互连无线系统136以支持校正数据16的从无线通信装置128到校正无线装置114的通信。因此，移动接收器12从校正无线装置114获得具有可接受的延迟水平的校正数据。
图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中在测量值收集时间期间以适中延迟收集测量值。图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有校正数据16的校正信号，校正信号可以包括一组用于对应卫星的时钟误差。沿着水平轴线60测量延迟时间。校正延迟是影响向终端用户或订户提供GNSS校正数据服务的整体系统性能的关键因素之一。例如，校正延迟可以被定义为在接收来自参考数据网络32的处理后的测量值的参考接收器30或一组参考接收器30处的测量历元(或者用于该组参考接收器的测量值预处理模块37中的预处理完成历元)和校正数据16在一个或多个移动接收器12中被施加或应用的参考历元之间的时间差值。在一个实施例中，校正数据16的校正延迟或校正信号的校正延迟是下述三个基本源的组合：1)用于参考接收器30测量值(例如，来自参考接收器30的GNSS数据，其可以在地理上位于全球)的到达数据处理中心18(或者服务器)的测量值收集时间段62(例如，从T0到T1)；(2)数据处理中心18的处理时间段或时钟估算处理时间段64(例如，从T1到T2或T1到T3)；和(3)在移动接收器12处传送给终端用户的校正传送时间段66(例如，T3至T4)。
在替代实施例中，附加的延迟源是处理时间段和校正传递时间段之间的时钟消息传送时间段65(例如，T2到T3)。
如图2A所示，第一延迟或测量值收集时间62在参考接收器30或一组参考接收器30的测量时间与电子数据处理中心18处的接收时间之间。第一延迟与如下因素相关联，如参考接收器30的位置和数据处理中心18之间的距离，以及电信号或电磁信号在参考接收器30(在可能遍及全世界的不同的位置)和数据处理中心18之间的传输相关联的传播延迟。在某些实施例中，第一延迟可以包括预处理时间，以用于位置估算、模糊度、对流层延迟、大气延迟、时钟偏差、接收器偏差或由一个或多个参考接收器30或者由测量值预处理(MPP)模块36或参考接收器30和MPP模块36两者提供的其他预处理估算值。例如，当载波相位测量值和来自参考数据网络32的代码相位测量值到达数据处理中心18时，载波相位测量值和来自参考数据网络32的代码相位测量值被收集并预处理。
数据处理中心18可以在一定范围内调节测量值收集时间段62以有利于准确度或速度。数据处理中心18在处理测量数据之前等待从参考网络32收集测量数据(和预处理数据)的时间越长，数据处理中心18可以收集的测量值越多，以支持轨道、时钟和卫星偏差的改进的准确度以及网络模糊度解析的可靠性。然而，因为当校正数据16最终在移动站12处被接收时它将是陈旧的或过时的，并因为在评估校正数据16是否在移动站12处是陈旧的或足够及时时，必须考虑除测量值收集时间之外的其他延迟或延期，所以如果测量值收集时间段62超过最大阈值或者太长，则较长的数据收集时间会降低校正数据16的准确度。
第二延迟或时钟处理时间段64在数据处理中心18处的接收时间和数据处理中心18处的处理时间之间，这可能受到如下因素的影响，即数据处理器20的吞吐量或能力、数据处理器20的时钟速度、数据处理器20的每个时间单元内执行的规范或操作。数据处理中心18或校正数据估算器34(例如，创新时钟轨道实时估算器(iCORE))的处理时间必须尽可能地最小化，以便允许数据处理器20以1赫兹(Hz)或更高的速率输出校正数据16，并使漫游站侧的最终校正延迟最小化。
第三延迟或时钟消息传送时间段65与数据处理中心18处的数据处理器20完成数据处理和数据到地面上行链路站28、通信卫星35或其他通信装置(例如，无线通信网络)的传输之间的时间相关联。例如，第四延迟或校正传递时间段66与来自通信卫星35或其他通信装置的校正数据16消息的传递相关联。尽管第一延迟(62)在图2A中被列为大约6秒；第二延迟(64)列为大约两秒；第三延迟(65)被列为大约零到三秒，第四延迟(66)被列为大约一秒到两秒；延迟的其他持续时间是可能的，并且可以落在权利要求的范围内。由于卫星信道带宽(例如，L波段带宽)的限制和地理同步卫星的传播延迟，需要一些时间(例如，大约4秒)以向来自数据处理中心18的移动接收器12或漫游站提供全套校正。根据位置准确度的某些模型，时钟校正的高于总的目标延迟(例如，从测量时间到漫游站处的接收时间)的每个额外的第二延迟或目标延迟范围可能使用于漫游站导航的路径到路径准确度降低达到5％。
图2B是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以比图2A的测量值更低的延迟收集测量值。除了图2B的第一延迟162和第二延迟164与图2A的第一延迟62和第二延迟64相比分别缩短，图2A类似于图2B。在图2A和图2B中的类似的附图标记指示类似的元件。
如图2B中所示，除了第一延迟器162具有大约两秒或更短的持续时间之外，第一延迟162或测量值收集时间类似于图2A的第一延迟62。第一延迟162可以通过以下因素中的一个或多个而相对于第一延迟62减小：(1)在较短的时间段内从一组参考接收器30收集测量数据，(2)通过数据处理中心18忽略来自卫星、卫星信号或参考接收器的测量数据，这些测量数据未通过质量检查或统计分析，例如用于宽巷模糊度的模糊度解析的标准偏差、一个或多个参考接收器30处的窄巷模糊度或折射校正后的模糊度，以及(3)通过更高的时钟速度、并行数据处理、校正数据估算器34内的改进的有效软件指令等来增强数据处理中心18的吞吐量或数据处理能力。
类似地，除了第二延迟164具有大约十毫秒或更短的持续时间之外，第二延迟164或时钟处理时间类似于图2A的第二延迟64。第二延迟164可以通过以下因素中的一个或多个而相对于第二延迟64减小：(1)在较短的时间段内从一组参考接收器30收集测量数据，(2)通过数据处理中心18忽略来自卫星、卫星信号或参考接收器的测量数据，这些测量数据未通过质量检查或统计分析，例如用于宽巷模糊度的模糊度解析的标准偏差、一个或多个参考接收器30处的窄巷模糊度或折射校正后的模糊度，以及(3)通过更高的时钟速度、并行数据处理、校正数据估算器34内的改进的有效软件指令等来增强数据处理中心18的吞吐量或数据处理能力。
图3是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图。除了数据存储装置24存储或支持校正数据估算器34且提供了校正数据16到移动接收器12的终端用户的流动的两个可选的路径，图3的系统类似于图1A或图1B的系统。在图1A、图1B和图3中的类似的附图标记指示类似的元件。
校正数据估算器34(例如，创新时钟轨道实时估算器(iCORE))包括可由数据处理器20执行的模块或软件指令，以用于基于载波相位测量值的输入和来自一个或多个参考接收器30的相关数据提供作为输出的校正数据16。该相关数据可包括诸如卫星标识符、卫星信号标识符(例如，频率或频带)的数据，或与接收的卫星信号相关联的星历数据、参考站标识符(例如，或参考站坐标)、与测量的载波相位相关的测量时间标记，以及其他辅助数据。此外，在其他实施例中，该相关数据可以包括用于具有已知或固定位置(例如，三维坐标)的任何参考接收器30或参考站的预处理数据、解析的宽巷模糊度、解析的窄巷模糊度或解析的折射校正后的模糊度。
校正数据估算器34生成校正数据16，该校正数据16能够在经由校正无线装置接收校正数据16的一个或多个移动接收器12或漫游站上进行模糊度解析。校正数据估算器34采用创新的模糊度解析算法来产生低延迟时钟数据和卫星偏差。例如，校正数据估算器34或数据处理中心18的架构非常适合于支持许多(例如，一百个或更多个)参考接收器30或参考站的处理测量数据(和相关联的预处理数据)，包括所有必要的在几分之一秒内的计算，例如测量值预处理、轨道和时钟确定、模糊度解析和最终校正数据16生成。
在一个实施例中，校正数据估算器34包括测量值预处理(MPP)模块36、轨道解模块、时钟解模块44、低延迟时钟模块42和校正分配模块，以提供全球差分校正数据16。在一个实施例中，测量值预处理(MPP)模块36从一个或多个参考卫星接收器的参考数据网络32接收参考网络数据46。参考网络数据46可以包括以下各项中的一个或多个：原始测量值、来自每个参考卫星接收器的原始载波相位测量值、来自每个参考卫星接收器的原始代码相位测量值、参考卫星接收器标识符、参考接收器30离其已知位置的位置偏移或位置偏移矢量、对应于参考接收器30的位置偏移的相位偏移、大气偏差数据、卫星偏差数据、接收器偏差数据、接收器时钟偏差数据、卫星时钟偏差数据或其他数据。原始测量值可以指来自一个或多个参考卫星接收器的原始载波相位测量值，或来自一个或多个参考卫星接收器的原始代码相位测量，或两者。
在一个实施例中，校正数据估算器34可以基于来自参考数据网络32的参考网络数据46或收集的测量数据实时生成校正数据16或校正信号，其中校正数据16被生成以提供厘米级准确度估算值，该厘米级准确度估算值包括：(1)卫星轨道估算值、(2)卫星时钟估算值、以及(3)卫星相位偏差及其质量信息。
在一个实施例中，测量值预处理模块36接受参考网络数据46作为输入数据并应用宽巷估算器37(例如，模糊度解析估算器(ARE))以输出宽巷模糊度和相应的宽巷偏差。例如，预处理模块36或宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器或卡尔曼滤波器)可以输出固定的宽巷模糊度和相关的宽巷偏差(48)。
测量值预处理模块36将宽巷模糊度和相应的宽巷偏差数据传送到轨道解模块38和时钟解模块44。轨道解模块38接收宽巷模糊度的输入和相应的宽巷偏差数据并应用轨道窄巷估算器39(例如，窄巷ARE(模糊度解析估算器))以提供预测的卫星轨道数据50(例如，O2C数据)输出。预测的卫星轨道数据50可用于校正慢时钟和低延迟解中的轨道误差，并产生轨道校正信号以便结合到校正数据16中以提供给终端用户。
轨道解模块38将预测的卫星轨道数据传送到时钟解模块44。时钟解模块44接收预测的卫星轨道数据50、以及宽巷模糊度和相关的宽巷偏差(48)的输入。时钟解模块44应用时钟窄巷估算器43(例如，窄巷(模糊度解析估算器)，窄巷滤波器或卡尔曼滤波器)并输出预测的轨道数据50、时钟卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(52)。例如，在一个实施例中，时钟解模块44输出以下各项中的一个或多个：预测轨道数据、时钟卫星偏差数据、卫星偏差质量数据、卫星慢时钟校正、卫星宽巷偏差校正和卫星窄巷偏差校正。
低延迟时钟模块42与时钟解模块44通信以接收预测的轨道数据50、时钟卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(52)，其中时钟卫星偏差数据可包括卫星宽巷偏差校正，和卫星窄巷偏差校正。此外，在一个实施例中，低延迟时钟模块42接收卫星慢时钟校正。低延迟时钟模块42输出包括以下各项中的一个或多个的低延迟校正数据16：用于相应卫星的低延迟的精确的卫星轨道校正数据50、用于相应卫星的低延迟的精确的时钟数据、宽巷卫星偏差、和窄巷卫星偏差。在一个实施例中，以比由时钟解模块44提供的类似的较高延迟数据更大的数据传输速率提供低延迟数据，其中低延迟数据定期更新，与更大的数据传输速率相对应，以提供准确的和当前的校正数据16。
在某些配置中，数据处理中心18可以经由通信链路与地理上(例如，在全球基础上)分布的一个或多个辅助数据处理枢纽(未示出)通信，其中每个辅助数据处理枢纽配置有类似于具有校正数据估算器34的数据处理中心18的硬件和软件，并且数据处理中心18可以控制一个或多个辅助数据处理枢纽。
例如，校正管理器40可以单独地或者与一个或多个辅助数据处理枢纽组合地选择由数据处理中心18提供的校正数据16(例如，最佳校正数据16或最可靠的校正数据16)以用于分配到终端用户。此外，校正管理器40可以选择测量数据的地理范围或卫星的身份(例如，可以忽略来自故障卫星的异常值或不可靠的测量值)以用于经由卫星或无线通信系统57分配到终端用户的校正数据16中。
校正管理器40能够监视校正数据16以进行误差校正，并将数据分配给数据校正数据16服务的终端用户或订户。校正管理器40可以经由卫星通信网络、无线网络(例如，WiFi，802.11或蜂窝网络)或两者来分配校正数据16。广播系统能够从多个校正生成服务器54(例如数据处理中心18和一个或多个辅助数据处理枢纽)向用户接收器传输最佳的全球差分校正。例如，可以选择该组全球差分校正，并通过陆地地球站(LES)上行到INMARSAT通信卫星，如图3所示。
校正管理器40能够将校正数据16传送或分配给卫星上行链路通信装置或经由卫星通信网络分配卫星数据。反过来，卫星上行链路通信装置利用收发器、发射器和接收器的组合，向通信卫星35提供信号，以通过电磁或卫星信号(例如，L波段信号)将校正数据16传送到配置有校正无线装置14的移动接收器12或漫游站。在某些实施例中，可以对具有校正数据16的电磁或卫星信号进行加密或编码，使得仅订户或被许可者可以访问、解码或解密校正数据16，或者某些准确度等级的校正数据16(例如，SF3校正数据16)。
校正管理器40能够将校正数据16传送或分配到可以访问诸如因特网56之类的电子通信网络的服务器54。例如，服务器54可以包括通过因特网服务供应商访问因特网56的计算机，以使校正数据16能够在一个或多个数据包55(例如，因特网协议数据包)中传送。该数据包可以由无线通信网络57(例如WiFi无线系统，本地无线网络，广域无线网络或经由校正无线装置14的蜂窝通信系统)处理，校正无线装置14可以包括智能电话、WiFi启用通信收发器，或用于接收校正数据16并将接收到的校正数据16提供给移动接收器12或漫游站的另一装置。如在具有校正数据16的卫星信号的情况下，由服务器54发送的校正数据16、数据包55或两者可以被加密或编码，使得仅订户或被许可者可以访问、解码或解密校正数据16，或者某些准确度水平的校正数据16。
终端用户的移动接收器12能够接收校正数据16，校正数据16包括全球差分校正。移动接收器12或漫游站能够基于接收的校正数据16解析模糊度并实现厘米级导航。
图4更详细地示出了图3的校正数据估算器34的说明性示例。在图3和图4中的类似的附图标记指示类似的元件、模块或特征。
校正数据估算器34包括测量值预处理模块36、轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42。测量值预处理(MPP)模块通过校正数据估算器34和它的其它模块准备“纯净的”测量值并提供宽巷固定模糊度和宽巷偏差乘积。轨道解模块38提供精确的卫星位置和速度估算，以帮助在特定参考接收器30和相应卫星之间进行适当的几何估算或距离估算。提供轨道解或精确轨道数据以供校正数据估算器34及它的其它模块使用。时钟解模块44以低速率、慢速时钟速率或慢速更新速率提供卫星慢时钟解估算值和窄巷偏差乘积。低延迟时钟模块42以低延迟更新速率(例如，大约1赫兹(Hz)或更高)、快速速率或快速更新速率提供快速卫星时钟估算值，快速更新速率大于慢时钟速率。此外，低延迟模块积分、管理和传送状态数据并过滤结果以在模糊度解析滤波器之间共享，以使MPP模块、轨道解模块38和慢时钟解模块44能够实时输出或生成一组一致的校正数据16或信号。
MPP模块、轨道解模块38和时钟解模块44中的每一个包括两个部分：(1)零差滤波器和(2)网络模糊度解析模块或滤波器。在一个实施例中，每个零差(ZD)滤波器(例如，卡尔曼滤波器)执行以下各项中的一个或多个：(a)处理ZD测量值，(b)限定或形成ZD滤波器的状态变量，(c)和(例如，基于限定的状态变量和状态)执行或处理ZD滤波器的更新和/或动态更新。在一个实施例中，网络模糊度解析估算(ARE)模块通过一个或多个预测滤波器执行或进行模糊度解析，该一个或多个预测滤波器例如为宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)、窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)、或另一种预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器)。网络模糊度解析估算模块能够解析宽巷模糊度和窄巷模糊度。因为不同模块的更新速率和数据状态可以是不同的，所以不同的ZD滤波器和ARE模块(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)、窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)或两者)用于不同模块，例如MPP模块、轨道解模块38和时钟解模块44。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42可以仅使用载波相位测量值来导出两个不同历元之间的时钟变化。为了提高计算效率，时间和卫星之间的双差分方法用于减小估算状态的大小，例如模糊状态和接收器时钟估算值。使用先前模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。低延迟时钟模块42估算卫星时钟变化，而不是参考接收器30时钟变化。数据处理中心18的计算非常有效。例如，如果数据处理中心18在提交本公开时在现有台式计算机上实现，则数据处理中心18可能针对任何历元花费几毫秒来完成处理许多位置或参考接收器30(例如，六十个或更多个参考接收器30)的用于任何历元的所有测量值。
测量值预处理模块
如图所示，测量值预处理模块36还包括测量值预处理零差滤波器400和网络宽巷模糊度解析估算器(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器))。测量值预处理零差滤波器400支持精确点定位(PPP)。可选的测量值预处理零差滤波器400可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的、与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值)相关联的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态。零差滤波器在图4中以虚线示出，示出了零差滤波器是可选的，并且在可替换的实施例中可以包括在宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)内。例如，可以基于包含来自参考接收器30的网络或组的卫星偏差信息的校正数据16来确定零差模糊状态。
在测量值预处理模块36从参考数据网络32的每个参考接收器30接收原始测量值之后，测量值预处理模块36以规则间隔或采样间隔处理、预处理和“纯净的”测量值，并且解析宽巷(WL)模糊度，该宽巷模糊度在每个参考接收器30的视野内与每个卫星的接收的载波相位测量值相关联。通过提供“纯净”的载波测量值、以及相应的固定宽巷模糊度、以及各自的卫星WL偏差，测量值预处理模块36为轨道/时钟解和低延迟时钟提供支持。
在一个实施例中，测量值预处理模块36使用Melbourne-线性组合作为零差(ZD)测量值来估算以下状态变量：
1)每个可见卫星和参考位置(参考接收器30)的ZD浮动WL模糊度，其组合了接收器宽巷偏差和WL整周模糊度。
2)每个卫星一个宽巷偏差。
3)每个跟踪位置一个GLONASS IFB WL系数。
使用ZD浮动WL模糊度作为宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)(例如，卡尔曼滤波器)的约束条件或搜索限制约束条件，测量值预处理模块36或者是宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)以双差(DD)和单差(SD)形式解析WL模糊度，其中接收器WL偏差被抵消。
在跟踪GLONASS卫星的参考接收器30的替换实施例中，测量值预处理模块36确定每个跟踪位置的GLONASS IFB WL系数，其中GLONASS IFB WL系数的灵敏度系数是卫星频率的数量。此状态变量仅适用于GLONASS情况，而不适用于GPS等其他GNSS系统。
为了使计算有效，如果没有检测到周跳，则测量值预处理模块36以诸如60秒的间隔对每个位置的ZD Melbourne-测量值进行平均。例如，参考接收器30包括周跳探测器，以用于检测来自给定卫星或可靠地跟踪参考接收器30的三维位置所需的最小组的卫星(例如，五个卫星)的每个接收信号的载波相位测量值中的载波周跳。对于每个采样间隔，测量值预处理模块36或ZD滤波器(例如，ZD卡尔曼滤波器)在逐个位置的基础上处理平滑的ZD Melbourne-/>测量值。以每个测量值更新间隔，ZD卡尔曼滤波器动态更新且测量值更新被处理以更新状态变量。
在替代实施例中，GPS和GLONASS系统具有与测量值预处理模块36相关联的两个单独的宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)。因为参考接收器30的偏差不用于用户接收器导航，所以参考接收器30的偏差不是期望的全球差分乘积。因此，为了减小滤波器尺寸和计算复杂度，参考接收器30的WL偏差未被明确地估算并且替代地被组合到ZD浮动模糊状态中。
具体地，预处理模块36或网络宽巷模糊度滤波器使用等式(1)中的零差(ZD)Melbourne-线性组合作为输入测量值以估算每个可见卫星的一个宽巷浮动模糊状态。宽巷卫星偏差可以在校正数据16或者校正信号内实时播送到移动接收器12，并且将使用等式(2)补偿该项。
在一个实施例中，可以应用于PPP确定的宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)使用下面描述的以下等式。给定来自两个频率的代码和相位测量值，例如用于GPS的L1和L2，用于GLONASS的G1和G2，可以形成如下所示的Melbourne-线性组合/>
通过展开上述等式(1)，可以示出几何距离相关项被抵消，几何距离相关项包括距离、接收器和卫星时钟、电离层和对流层误差以及相位结束项。它可以用等式(2)表示为
其中：
λWL是宽巷波长，对于GPS约为86.4厘米，且c是光速，
i是卫星j的整周宽巷模糊度，
bWL是宽巷接收器偏差(每个接收器一个，集群用于所有可见卫星)，它是L1和L2接收器代码偏差和相位偏差的组合，如公式(5)所示：
其中代码测量值中的大多数GLONASS频率间偏差和/>通常被假定为GLONASS卫星频率数量的线性函数或三角函数；对于所有可见卫星而言，其与CDMA信号(如GPS)的情况不同；
其中IFBj是卫星j的频率间偏差，卫星j例如GLONASS卫星；
其中是宽巷卫星j偏差(每个卫星一个)；和
其中是卫星j的宽巷测量误差，并包括白噪声、多路径和剩余的未建模误差。
关于每个卫星的频率间偏差，对于GLONASS集群，线性模型可以近似为等式(6)：
IFBj≈k·nj (6)
其中k是接收器代码偏差的IFB系数。IFB从接收器至接收器而变化，从一个选址(天线和布线设置)到另一个选址也有所不同。以这种方式建模，通常k小于0.1。
宽巷卫星j偏差(每个卫星一个)是L1和L2卫星码偏差和卫星相位偏差的组合，如公式(7)所示；卫星偏差随时间缓慢变化；卫星和接收器宽巷偏差都会随着时间而变化：
其中是代码相位的卫星j的卫星偏差或在频率L1(fl)上被编码或合并的伪距信号，其中/>是代码相位的卫星j的卫星偏差或频率L2(f2)上的伪距，其中/>是频率L1上的载波相位的卫星j的卫星偏差，其中/>是频率L2上的载波代码的卫星j的卫星偏差。
轨道解模块
轨道解模块38涉及轨道确定。在校正数据估算器34中，包括慢时钟估算模块和低延迟时钟模块42的其他主要模块不估算卫星轨道。其他模块完全依赖于来自轨道解的相应有效轨道时间段(例如，几分钟)内的预测轨道。因为GNSS卫星轨道是平滑的，所以轨道解模块38以轨道校正速率或较低速率运行，该较低速率例如为每次迭代300秒或轨道解的每次更新300秒。在校正数据估算器34中，包括测量值预处理模块36、轨道模块、时钟模块和低延迟时钟模块42的模块可以并行运行。
轨道解使用来自全球参考站网络的折射校正代码和载波相位测量值。在轨道解模块38及其相关滤波器中要考虑三种类型的状态变量，例如轨道零差滤波器404和用于模糊度解析的网络NL滤波器：
1)依赖于卫星的状态变量，包括卫星位置、速度、卫星时钟、卫星窄巷偏差、偏航速率和经验太阳辐射力建模参数。
2)依赖于接收器的状态变量，包括参考位置、接收器时钟、残余对流层偏差和梯度、载波相位模糊度。
3)共用状态变量，包括诸如极地运动和UT1-UTC等地球定向参数。
为了提供全球差分定位服务，例如STARFIRETM校正数据16服务，必须估算精确的卫星时钟和轨道并将精确的卫星时钟和轨道实时传送给终端用户接收器。STARFIRE校正数据16服务是伊利诺伊州莫林的迪尔公司(Deere&Company)的商标。通常，因为在几分钟内预测的卫星轨道(例如，称为O2C数据)的误差相当小且稳定并且甚至可以被估算的时钟吸收，所以这些预测轨道在时钟估算中被认为是已知的。校正数据估算器34可以使用预测的轨道数据来校正慢时钟解和低延迟解中的轨道错误并且实时地生成校正数据16。
在一个实施例中，轨道解模块38可以包括轨道零差滤波器404和网络窄巷模糊度解析估算器(ARE)。利用预处理零差滤波器400的结果(例如，浮动模糊状态)的益处，轨道零差滤波器404可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态，无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值、或载波相位的L1/L2组合的窄巷差值)相关联。
利用与原始载波相位测量值或原始载波相位测量值的窄巷差值和由测量值预处理模块36提供的解析后的WL模糊度相关的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态的益处，网络窄巷模糊度估算器(与轨道解模块38相关联)可以估算用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的窄巷模糊度(例如，固定整数NL模糊度)或折射校正后的窄巷模糊度。解析的WL模糊度可以用作搜索过程中的约束或者用于辅助NL模糊度估算器(例如，NL滤波器)快速收敛于用于载波相位测量值的整周模糊度解。
时钟解模块
在一个实施例中，时钟解模块44可以包括时钟零差滤波器408和网络窄巷模糊度解析估算器(ARE)。利用预处理零差滤波器400的结果(例如，浮动模糊状态)的益处，时钟零差滤波器可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态，无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值、或载波相位的L1/L2组合的窄巷差值)相关联。虽然ZD模糊浮动状态和其他滤波器状态可以在共用的滤波器状态是及时的程度上共用，但是时钟ZD滤波器可以以与校正数据估算器34中的其他ZD滤波器不同的、用于状态的更新速率操作。
利用与原始载波相位测量值或原始载波相位测量值的窄巷差值和由提供约束的测量值预处理模块36提供的WL模糊度相关的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态的益处，网络窄巷模糊度估算器(与时钟解模块44相关联)可以估算用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的窄巷模糊度(例如，折射校正的、固定整数NL模糊度)。
慢时钟解模块
来自参考数据网络32的所有或大多数测量值(例如，载波相位测量值)在它们到达数据处理中心18时被收集、预处理并且被批量处理。数据处理中心18或校正数据估算器等待的时间越长，收集的可用于处理的测量值越多，但是延期越长并且时钟解在到达终端用户的移动接收器12s时可能变得陈旧的可能性越大。在某些实施例中，慢时钟解模块44或校正数据估算器34通常估算数千个状态以确定时钟解。例如，数据处理中心18可能花费几秒来完成慢时钟解的计算过程。为了减少校正延迟并利用更多测量值，校正数据估算器34使用两个时钟解，包括慢时钟解和低延迟时钟解。在慢时钟解模块44中，只要它们在固定延迟，例如6-15秒，之前到达，就对所有测量值进行批处理。
除了几个主要差值之外，慢时钟解模块44测量值和时钟零差(ZD)滤波器(例如，ZD卡尔曼滤波器)使用与轨道解模块38类似的测量值。首先，慢时钟解模块44以不同的速率(例如每30秒或60秒)运行或提供对慢时钟解的更新。相比之下，因为时钟校正比轨道校正更快地变化，所以轨道解模块38每300秒运行或提供对轨道数据或轨道解的更新。其次，在慢时钟解模块44中，除了卫星轨道相关状态之外，所有或大多数状态变量保持与轨道解模块38中的对应状态变量相同或相似。不估算与卫星轨道相关的状态，而是使用来自轨道解模块38的轨道解的轨道估算结果。
在一个实施例中，慢时钟解模块44可输出一组完整的全球差异校正或校正数据16，其包括以下校正中的一个或多个：卫星轨道校正、卫星时钟校正、卫星WL偏差、卫星NL偏差和质量信息。慢时钟解模块44可以将校正数据16和估算的对流层参数传送到低延迟时钟模块42。如本文所使用的，未被认定为卫星或接收器偏差的“偏差”将涉及诸如卫星WL和NL偏差之类的卫星偏差。参考接收器30的偏差对于全球差分校正乘积不是感兴趣的并且因此在参考接收器30中未被求解，而移动接收器12的偏差可以在移动接收器12中被处理。
慢时钟解模块44使用无差值折射校正代码和载波相位观测来估算卫星和接收器时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差。在一个实施例中，轨道数据的轨道更新速率非常低(例如，5分钟的更新速率)，慢时钟的速度更新速率(例如，30秒)甚至更长。因为必须与接收器和卫星时钟参数一起估算大量模糊度，所以尤其在模糊度解析和卫星偏差估算的情况下，数据处理中心18的计算是耗时的。数据处理中心18或校正数据估算器34可以等待更长的时间以确保在它们到达StarFire数据处理中心18s时收集和处理来自参考数据网络32(例如，全球网络)的足够的测量值。数据处理中心18等待的时间越长，数据处理中心18收集的测量值越多，这也导致时钟校正的更长延迟，以及时地实时到达终端用户的移动接收器12。数据处理中心18和校正数据估算器34实时地足够及时地保持数据校正以供漫游接收器使用，使得卫星时钟与卫星偏差一起保持漫游接收器的模糊度解析的整周性质。模糊度固定可以减少收敛时间并提高移动接收器12或漫游站的导航的准确度。
如图4所示，在一种配置中，低延迟时钟模块42还包括时钟增量滤波器412。尽管在图4的框图中将模块示为单独的方框，但是可以理解，图3和图4中所示的校正数据估算器34可以由一个或多个预测滤波器实现，例如卡尔曼滤波器，并且这些方框表示可以用于促进或执行本公开中描述的方法和系统的说明性软件的一种可能的解释。
图5是说明慢时钟过程500(例如，适中延迟时钟过程)和快时钟过程502(例如，低延迟时钟过程)的并行操作的图。图5中的两个平行轴线示出了向右将增加时间到相同的时间刻度。时钟解模块44支持或执行慢时钟过程500(例如，以慢时钟更新间隔或适中的更新间隔)，而低延迟时钟模块42支持或执行快时钟过程502或低延迟时钟过程(例如，以快时钟更新间隔或低延迟更新间隔)。在一个实施例中，时钟解模块44以规则的时间间隔(例如，在T0、T30和T60处)，诸如以慢时钟更新间隔(例如，如图所示，大约30个时间单位，例如大约30秒)，向低延迟时钟模块42提供慢时钟数据(504、506)、卫星宽巷偏差校正数据、卫星窄巷偏差校正数据，慢时钟数据(504、506)例如为卫星慢时钟校正数据。在一个实施例中，轨道解模块38可以以轨道校正速率单独提供卫星轨道校正数据50，而在另一个实施例中，时钟解模块44提供卫星轨道校正数据50以及卫星慢时钟校正数据16。例如，时钟解模块44以规则的时间间隔，例如在时间T0、T30和T60处，提供慢时钟数据，如图4所示。
同时，低延迟时钟模块42利用或使用慢时钟数据(504、506)作为基础数据或输入数据，从而以低延迟更新间隔或快时钟更新间隔计算对于慢时钟校正数据16的时钟增量调节(508、510)。低延迟时钟模块42以低延迟更新间隔输出校正数据16或时钟增量调节(508、510)，该低延迟更新间隔以比慢时钟更新间隔更大的速率或更短的更新时间间隔更新。例如，低延迟时钟模块42以低延迟速率(或快时钟速率)产生低延迟校正数据16，低延迟校正数据16可以是慢时钟更新速率的整数倍。此外，低延迟时钟模块42或估算器可将有效时间段分配给校正数据16(例如，低延迟时钟数据)或与慢时钟更新间隔相当(例如，近似等于)的时钟增量调节。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42或时钟增量滤波器412使用(例如，仅使用)载波相位测量值来计算时钟变化(时钟增量增量)，如图5中所示。缓慢变化的参数，例如对流层和卫星窄巷偏差，固定到、同步于慢时钟解模块44的估算值，或由慢时钟解模块44的估算值提供。慢时钟模块以慢时钟更新速率，例如每30秒一次，周期性地从慢时钟模块向低延迟模块提供更新(例如，从慢时钟过程到低延迟时钟过程)。低延迟时钟模块42使用T0和当前历元Ti之间的增量载波相位来估算时钟增量数据。当慢时钟模块提供诸如T30历元的新参考历元时，低延迟时钟模块42将参考历元从T0改变到T30。
图6是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的一个实施例。图6的方法开始于方框600。
在方框600中，数据处理器20、校正数据估算器34或轨道解模块38基于从一个或多个参考接收器30接收的参考网络数据46(例如，用于时间或历元Ti的批数据或原始测量数据)和来自轨道解模块38或存储在数据存储装置24(例如，寄存器、电子存储器或非易失性随机存取存储器)中的先前预测的轨道数据(例如，用于时间T)，来确定用于相应测量时间(例如，历元Ti)的预测轨道数据或对预测轨道数据的更新。测量时间或历元(例如，Ti)可以是之前的历元或第一历元(例如，T0)之后的下一个历元。此外，轨道解模块38可基于宽巷模糊度和对应的宽巷模糊度偏差数据提供预测的轨道数据(例如，用于测量时间或历元Ti的预测轨道数据)或对预测轨道数据的更新，其中，宽巷模糊度和相应的宽巷模糊度偏差数据由测量值预处理模块36提供。
在执行方框600的一个示例中，校正数据估算器34或轨道解模块38基于轨道解在低延迟时钟模块42中固定的时间，以轨道更新速率(例如每300秒一次)在几分钟内估算预测的轨道数据(例如，O2C数据)。
在方框602中，数据处理器20、校正数据估算器34或时钟解模块44基于预测的轨道数据(例如，在测量时间或历元Ti或历元T0处)并且基于从一个或多个参考接收器30接收的参考网络数据46(例如，用于时间或历元T0的批数据或原始测量数据)，来确定时钟输入数据或在测量时间或历元T0处的时钟输入的更新、慢时钟解数据、宽巷偏差和窄巷偏差数据。如这里所使用的，测量时间或历元Ti在测量时间或历元T0之后。
例如，在方框602中，数据处理器20、校正数据估算器34或时钟解模块44确定时钟输入数据，或以慢时钟速率或以慢时钟间隔更新的时钟输入的更新。因此，从测量时间T0到测量时间Ti的转变不一定触发时钟输入数据的更新，除非Ti与慢时钟过程的下一个更新间隔一致。例如，对于方框604，来自测量值预处理模块36的预处理测量值被批处理并在几秒(例如1-2秒)的等待窗口之后发送至低延迟时钟模块42。同时，经过预处理的测量值在较长时间段后(例如6-15秒)发送到轨道/时钟解模块。
在方框602之后，该方法在方框604中继续。在方框604中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟模块为参考网络的每个位置选择参考卫星，或者为参考网络的每个参考接收器30选择一对参考卫星。例如，在一个实施例中，校正数据估算器34或低延迟模块选择没有周跳的、具有最高高程的卫星作为每个参考位置的参考卫星。对于对流层偏差补偿，应考虑参考接收器30和移动接收器12之间的任何高度差。使用先前模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。
在方框606中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟模块确定在该对卫星和测量时间或历元T1和T0处的载波相位测量值或窄巷载波相位测量值之间的双差。例如，在测量时间或历元Ti和T0处以及该对卫星处确定每个参考接收器30处的载波相位测量值的双差。解析双差(DD)窄巷模糊度以确定精确的折射校正的载波相位测量值，其中对于精确的折射校正的载波相位测量值，某些偏差被抵消。例如，在双差分技术中，以下偏差中的一个或多个可以被抵消：接收器代码相位偏差(例如，接收器代码相位偏差和卫星代码相位偏差)、载波相位偏差(例如，接收器相位偏差和卫星相位偏差)和时钟偏差(例如，接收器时钟偏差和卫星时钟偏差)，这些偏差在卫星和接收器之间是共用的，并且可以通过卫星和接收器之间的双差分操作来抵消。一些电离层传播延迟偏差在双差方程中抵消。在不同时间，在相同参考接收器30之间的双差分的双差分之后，可以忽略包括电离层和对流层延期的剩余大气误差。然而，由长基线分开的不同参考接收器30之间的电离层误差可以由校正数据估算器34估算和使用。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42减少校正延迟，以利用来自慢时钟解的绝对时钟来改善时钟准确度。为了提高计算效率，使用时间和卫星之间的双差分测量值，使得消除诸如模糊度和接收器时钟之类的一些不必要的状态。低延迟模块或时钟增量滤波器412仅估算卫星时钟的状态变化，以便为移动接收器12提供校正数据16的处理效率和增强的快速可用性/减少的延迟。
在一个示例中，时钟解模块44基于解析的双差分折射校正的窄巷模糊度确定预测的轨道数据、卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(例如，方差-协方差数据)。
在方框608中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟时钟模块42基于解析后的、被双差分和折射校正的窄巷模糊度接收预测的轨道数据、卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(例如，方差-协方差数据)，并提供时钟增量滤波器412的更新。在方框602中以慢速更新速率进行时钟解模块44的下一次更新之前，低延迟时钟模块42仅估算卫星时钟增量，以便可以用比轨道解模块38的轨道更新速率和时钟解模块44的慢速更新速率大的低延迟速率更新计算。
在图6的方法的一个示例中，在每个位置或参考接收器30的方框604、606和608的每次迭代之后，该方法继续执行方框604，直到已经为参考数据网络32中的所有位置或参考接收器30进行方框604、606和608的所有计算。此外，方框604、606和608的每次迭代与以低延迟间隔或低延迟数据速率提供低延迟校正数据16一致。
在方框610中，数据处理器20、校正管理器40或低延迟时钟将RAIM(接收器自主完整性监视)算法应用于时钟增量滤波器412。RAIM算法包括使用超定的解或冗余计算以检查卫星测量值的一致性的软件，卫星测量值例如为网络中的每个参考接收器30的一个或多个卫星的载波相位测量值和代码相位测量。RAIM算法在接收范围内需要至少五个卫星来检测集群中的任何卫星的时钟校正中的重大载波相位误差测量值或重大误差。校正管理器40或数据处理器20可以删除、暂停或标记(作为可疑或不可靠)被确定为错误或不可靠的用于一个或多个卫星的低延迟时钟校正数据16，使得移动接收器12或漫游站可以忽略已被标记为可疑或不可靠的低延迟时钟校正数据16，或向已被标记为可疑或不可靠的低延迟时钟校正数据16提供较低权重。
在执行方框610的一个示例中，所接收的卫星信号、低延迟时钟模块42或时钟增量滤波器412使用来自广播星历的先验卫星时钟速率来估算卫星时钟增量以作为错误检查机制，例如支持RAIM算法。在低延迟时钟模块42内，可以使用附加预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器或最小二乘估算器)来估算RAIM算法的时钟增量。此外，可以将从广播星历导出的估算的卫星时钟增量和与预测滤波器或最小二乘估算器相关联的估算的卫星时钟增量进行比较。估算的状态变量或未知量的数量等于有效卫星的数量。RAIM算法用于确保使用周跳检测和移除任何测量值。
在方框612中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟时钟模块42累加时钟增量数据并计算对应于测量时间或历元Ti的时钟数据，以便并入校正数据16或低延迟校正数据16。例如，低延迟校正数据16包括基于一个卫星接一个卫星的、精确的轨道校正数据50、精确的低延迟时钟数据、精确的低延迟时钟质量数据、以及宽巷卫星偏差数据和窄巷卫星偏差数据，这些数据可以应用于在移动接收器12的视野或可靠接收范围中的特定卫星。在一种配置中，针对每个相应的测量时间或历元且针对其所适用的每个卫星，校正数据16可以在GNSS系统中是全球有效的。
图7公开了用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的另一实施例的流程图。图7的方法开始于步骤S800。
在步骤S800中，多个参考接收器30或多个参考接收器30的测量模块位于已知的相应位置处(例如，地理上分布的位置，例如全世界范围内的位置，以接收来自一个或多个GNSS系统的卫星信号)，且参考接收器30测量用于相应位置的原始相位测量值、代码相位测量值或两者。测量模块在称为历元的测量时间进行原始相位测量。例如，参考接收器30可以在指示全球导航卫星系统(GNSS)系统时间的一个或多个测量时间或历元处收集原始相位测量值和代码相位测量值(例如，伪距测量值)。代码相位测量值是在一个或多个接收的卫星信号或接收的卫星信号的载波上编码的代码(例如，伪随机噪声代码)的测量值。参考接收器30将收集的原始相位测量值发送或传送到数据处理中心18，以便估算校正数据16，例如精确点定位(PPP)的校正数据16。
在步骤S802中，数据处理中心18从多个参考接收器30收集原始相位测量值、代码相位测量值或两者以及相应的参考接收器30标识符或位置标识符。数据处理中心18可以使用原始相位测量值和代码相位测量值以用于估算校正数据16。除了原始相位测量值、代码相位测量值之外，参考接收器30可以提供包括以下任何一项的预处理数据或其他参考网络数据46：宽巷模糊度、窄巷模糊度、模糊度、来自由接收的卫星信号所导出的其已知位置的参考站的估算的位置误差、对流层偏差、卫星时钟偏差、卫星发射器10的偏差、星历数据和导航数据。
在步骤S804中，测量值预处理模块36或校正数据估算器34确定用于每个卫星的收集的相位测量值的宽巷模糊度和卫星宽巷偏差。例如，测量值预处理模块36或校正数据估算器34确定用于每个卫星的收集的相位测量值的固定整数宽巷模糊度和卫星宽巷偏差以辅助(例如，为快速或有效收敛提供约束条件)估算校正数据估算器34的一个或多个模块内的窄巷模糊度。
在执行步骤S804的一个示例中，测量值预处理模块36包括预测滤波器(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)或卡尔曼滤波器)，以单独地基于收集的原始相位测量值和代码相位测量值，或基于与作为约束的辅助数据结合的收集的原始相位测量值和代码相位测量值，用于估算用于每个参考接收器30的所接收的卫星信号的宽巷模糊度或其位置。此外，所确定的宽巷模糊度促进用于确定轨道解和慢时钟解的一个或多个窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)(例如，卡尔曼滤波器)的有效且快速的收敛，其在图7的方法的其他步骤中描述。
在步骤S806中，基于所收集的原始相位测量值和代码测量值，针对轨道解中的每个卫星的收集的相位测量值，轨道解模块38、窄巷模糊度解析估算器或校正数据估算器34确定(或应用先前确定的)轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差，该轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致。在一个示例中，在时间周期内在没有周跳和重大对流层延期改变的情况下，固定的窄巷模糊度可能不需要更新，但是针对轨道解以轨道校正速率(例如，大约每300秒一次)更新该组载波相位测量值和代码相位测量值，轨道校正速率可以与慢时钟解的该组载波相位测量值和代码相位测量值的慢速更新速率(例如，大约每30秒至60秒一次)不同。在存在载波相位的周跳或任何载波信号失锁或任何卫星的被接收的信号的低信号质量的情况下，轨道窄巷模糊度可以用轨道校正速率凭借输入状态或时钟窄巷模糊度而被更新，轨道校正速率可以不同于慢时钟解的慢速更新速率。
在步骤S808中，轨道解模块38或校正数据估算器34基于收集的原始相位测量值和代码测量值来(例如，以轨道校正速率)确定卫星轨道校正，该卫星轨道校正与所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差一致。
在步骤S810中，基于所收集的原始相位测量值和代码测量值，针对慢时钟解中的每个卫星的收集的相位测量值，时钟解模块44、窄巷模糊度解析估算器或校正数据估算器34确定(或应用先前确定的)时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差，该时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致。在一个示例中，在时间周期内在没有周跳和重大对流层延期改变的情况下，固定的窄巷模糊度可能不需要更新，但是针对慢时钟解以慢速更新速率(例如，大约每30秒至60秒一次)更新该组载波相位测量值和代码相位测量值。在存在载波相位的周跳或任何载波信号的失锁或任何卫星的被接收的信号的低信号质量的情况下，时钟窄巷模糊度可以用慢速更新速率凭借输入状态而被更新，慢速更新速率可以不同于轨道解的轨道校正速率。
在步骤S812中，基于收集的原始相位测量值和代码测量值(例如，先前收集的原始数据和以慢速更新速率更新的代码测量值)和来自原始相位和代码测量值的导出数据，时钟解模块44或校正数据估算器34确定每个参考接收器30的慢卫星时钟校正(例如，和对流层延迟偏差和梯度)，其中该导出数据包括以下各项中的一个或多个：所确定的卫星轨道校正数据50、所确定的宽巷整周模糊度和相应的卫星宽巷偏差、所确定的时钟窄巷整周模糊度和各自的卫星窄巷偏差数据。
在步骤S814中，低延迟时钟模块42或校正数据估算器34基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值(例如，以大于慢速更新速率的快速更新速率或低延迟更新速率更新)来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据16或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。在一些实施例中，低延迟时钟模块42或时钟解模块44可以将时钟增量调节量应用于慢时钟解。
可以根据各种技术来执行步骤S814，这些技术可以被单独地或累积地应用。
在第一技术下，时钟解模块44、低延迟时钟模块42或校正数据估算器34针对较低延迟校正数据(例如，选择没有周跳的、具有最高高程的卫星作为每个位置的参考卫星)使用双差技术(例如，在时间Ti和To之间以及在本地参考站的每个参考位置的参考卫星之间)以第一速率(例如，相对较高的速率(例如，大约1Hz或更大))估算相对时钟误差。
在第二技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解，且较高延迟校正数据16(例如，适中延迟校正数据16)包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34在积分周期(例如，大约30秒)内对快时钟解和慢时钟解进行积分，以提供绝对的卫星时钟估算值(例如，GPS参考系统时间)。
在第三技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34为慢时钟解提供较长的延迟，该较长的延迟包括用于更多GNSS原始数据的更长的GNSS原始数据收集时间(例如，大约6秒到大约10秒)和用于复杂的慢时钟解的几秒或数秒的数据处理时间。
在第四技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34为具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)提供低延迟，该低延迟包括较短的GNSS原始数据收集时间(例如，大约1秒到大约2秒)和(例如，几毫秒的)数据处理时间，以用于非常高效地估算具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)。
在第五技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用来自快时钟解中的慢时钟解的对流层估算。(例如，基于先验模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算来估算对流层偏差)。
在第六技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34在慢时钟解和低延迟卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)中使用来自轨道解的轨道校正数据50(例如，共用轨道校正数据50)。
在第七技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用来自具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)的时钟增量来更新慢时钟解。例如，校正数据估算器34以更新间隔或慢速更新速率更新慢时钟解，慢速更新速率例如为大约30秒至大约60秒(例如，以预测慢时钟解中的卫星时钟动态或来自快时钟解的累加的时钟增量或改变。)与对慢时钟解进行任何时钟增量调节的同时，慢时钟解、快时钟解或两者都由轨道解或轨道校正数据50以例如大约每300秒一次的轨道校正速率更新，以预测与轨道解相关的卫星时钟动态。
在第八技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用较低延迟校正，该较低延迟校正包括主要基于原始载波相位测量值(例如，仅GNSS载波相位数据)的卫星时钟校正的改变。
在第九技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34估算适中延迟数据以包括绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和窄巷模糊度解。
在第十技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且适中延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34估算校正数据16，校正数据16包括卫星轨道校正数据50、具有较低延迟的卫星时钟校正数据16、卫星宽巷偏差数据、卫星窄巷偏差数据的校正数据16、具有较低延迟的时钟和窄巷偏差的卫星质量指标。校正数据16可以表示在具有较低延迟的卫星校正信号内可用的积分和绝对的卫星时钟数据。
在步骤S816中，校正管理器40或校正数据估算器34将卫星轨道校正数据50和低延迟时钟校正数据16合并到校正数据16中，该校正数据16在全球卫星差分校正信号上被编码，具有全球有效性以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器12。例如，校正数据估算器34或数据处理器将卫星宽巷偏差、卫星轨道校正数据、来自慢时钟解的卫星窄巷偏差和低延迟时钟校正数据合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，该校正数据具有全球有效性，以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器。
在步骤S818中，校正管理器40、无线通信系统57或校正数据估算器34通过校正数据16消息(例如，通过卫星L波段信号或与因特网56馈送/校正数据16通信的蜂窝网络)将具有较低延迟的卫星校正数据16(例如，用于每个卫星的卫星轨道、时钟、卫星宽巷和窄巷偏差和质量信号)发送到一个或多个移动接收器12。
如本文中所用，延迟基于如下的时间差值，该时间差值为与用于处理的测量值的收集(和参考站处的观察)相关联的较早历元和在移动漫游接收器中应用所处理的测量值时在后历元之间的时间差值。
图8A提供了用于提供慢时钟解的典型的时间间隔或延期与GNSS时间对应的说明性图表。如图8A所示，竖直轴线700提供慢时钟延迟时间或慢时钟更新间隔的指示。
同时，水平轴线702提供GNSS时间，例如相应卫星的GPS时间。在一个实施例中，为一个或多个参考站(例如，大约60个参考接收器30)和在视野或可靠范围内的至少五个卫星的群提供说明性图表。在图8A的说明性示例中，慢时钟解花费大约2秒到3秒来完成一个历元的测量处理。在完成每个历元的测量处理之后，卫星时钟改变(例如，时钟增量数据)与来自慢时钟解的绝对时钟积分，以得到用于任何历元的精确的绝对时钟。最后，这些具有质量信息的轨道、时钟校正和卫星宽巷(WL)、窄巷(NL)偏差乘积通过卫星信道(例如，L波段信道)或无线通信网络(例如，通过互联网56)实时传送至用户。
图8B提供了提供低延迟时钟解与GNSS时间相对的时间滞后或延期的说明性图表。如图8B中所示，竖直轴线704提供低延迟时钟延迟时间或快时钟更新间隔或低延迟更新间隔的指标。同时，水平轴线706提供GNSS时间，例如相应卫星的GPS时间。在一个实施例中，为一个或多个参考站和在视野或可靠范围内的至少五个卫星的群提供说明性图表。如果数据处理中心18包括台式计算机或服务器54，则数据处理中心18可能花费几毫秒来完成处理图8B中的低延迟解的所有测量值，低延迟解比图8A的慢时钟解快300多倍。低延迟的计算非常有效。
图8B的说明性示例示出了来自实时接收器的用于校正数据16的典型校正时期大约是4秒，其包括网络数据到达数据处理中心18(例如，计算机或服务器54)的时间，数据处理中心18的网络处理时间；以及将校正数据16或校正数据16消息从数据处理中心18传送到终端用户的移动接收器12的校正传输时间。无论是否存在任何相反的语言，但是图8A和图8B中所示的校正数据16的结果或延期仅出于说明性目的而示出，并且即使在采用本公开中阐述的方法、系统或信息时，现实世界的延期可能与基于许多可能因素所示的那些延期不同。
出于说明的目的，已经参考特定实施例说明了前述描述。然而，上面的说明性讨论并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。实施例被选择和描述以最好地解释本发明的原理和其实际应用，从而能使在本领域的技术人员最好地利用本发明和具有适于特定预期用途的各种修改的多个实施例。

Claims (24)

1.一种用于提供全球卫星差分校正信号的方法，该方法包括：
从位于已知的对应位置处的多个参考接收器收集原始载波相位测量值和伪距代码测量值，所述多个参考接收器接收来自全球导航卫星系统的卫星信号；
通过测量值预处理模块确定针对每个卫星收集的原始载波相位测量值和代码测量值的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差；
基于所收集的原始载波相位测量值和代码测量值确定轨道解中的针对每个卫星收集的相位测量值的轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差，该轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致；
基于所收集的原始载波相位和代码测量以及所确定的轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差确定用于轨道解的卫星轨道校正数据；
基于所收集的原始相位和代码测量值确定慢时钟解中的针对每个卫星收集的相位测量值的时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差，该时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致；
通过时钟解模块基于卫星轨道校正数据、所收集的原始载波相位测量值和代码测量值以及所确定的时钟窄巷模糊度和时钟卫星窄巷偏差，确定慢卫星时钟校正；
基于所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的被收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值；和
将卫星宽巷偏差、卫星轨道校正数据、来自慢时钟解的卫星窄巷偏差、和具有低延迟的时钟校正数据合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，所述校正数据具有全球有效性，以用于全球导航卫星系统传输到一个或多个移动接收器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过校正数据消息将包括具有较低延迟的卫星时钟校正数据的校正数据发送到一个或多个移动接收器。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
经由卫星通信信道或无线通信信道，通过校正数据消息发送所述具有较低延迟的卫星校正数据，所述具有较低延迟的卫星校正数据包括用于每个卫星的卫星轨道、时钟、卫星宽巷偏差、卫星窄巷偏差和质量信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
能够基于在与卫星信号的相位测量值在一个或多个参考接收器处的收集相关联的较早历元和在移动漫游接收器处接收经处理的测量值的稍后历元之间的时间差值，来测量所述延迟。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过慢时钟模块确定每个参考接收器的对流层延迟偏差和梯度，以便于确定针对时钟窄巷模糊度和相应窄巷偏差的折射校正。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
确定具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量包括使用用于参考接收器的相位测量值的测量时间或测量历元之间的双差技术以快速更新速率估算时钟增量调节量或相对时钟误差。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
选择没有周跳的最高高程卫星作为用于每个位置处的参考接收器的参考卫星。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，
所述快速更新速率包括1赫兹或更大的速率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述合并还包括在积分周期内对快时钟解和所述慢时钟解进行积分，以提供绝对卫星时钟估算值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，
为所述慢时钟解提供适中延迟，所述适中延迟包括用于更多全球导航卫星系统原始数据的6秒到10秒的较长的全球导航卫星系统原始数据收集时间以及用于复杂的慢时钟解的几秒的数据处理时间。
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述具有较低延迟的卫星时钟校正数据具有比所述慢时钟解的适中延迟低的较低延迟，所述较低延迟包括1秒到2秒的较短的全球导航卫星系统原始数据收集时间。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述具有较低延迟的卫星时钟校正数据中使用来自慢时钟解的对流层估算值。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述慢时钟解和所述具有较低延迟的卫星时钟校正数据中使用来自轨道解的轨道校正数据。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用来自与慢时钟解的更新间隔相关联的具有较低延迟的卫星时钟解的时钟增量来预测慢时钟解的卫星时钟动态，使用来自与轨道解的更新间隔相关联的快时钟解的累加的时钟增量或改变来预测轨道解中的卫星时钟动态。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，
较低延迟校正包括仅使用全球导航卫星系统载波相位数据进行卫星时钟校正的改变。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，
适中延迟数据估算值包括绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和窄巷模糊解。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，
校正数据包括卫星轨道校正数据、所述具有较低延迟的卫星时钟校正数据、卫星宽巷偏差数据、卫星窄巷偏差数据、以及具有较低延迟的时钟和窄巷偏差的卫星质量指标。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，
慢时钟解的更新间隔为30秒到60秒。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，
轨道解的更新间隔为300秒。
20.一种用于提供全球卫星差分校正信号的方法，该方法包括：
从位于已知的对应位置处的多个参考接收器收集原始相位测量值和伪距测量值，所述多个参考接收器接收来自全球导航卫星系统的卫星信号；
通过测量值预处理模块，确定针对每个卫星收集的原始载波相位测量值和伪距测量值的固定的整周宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差；
通过轨道解模块，基于所收集的原始载波相位测量值和伪距测量值，确定轨道解中的针对每个卫星收集的相位测量值的轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差，该轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致；
基于所收集的原始载波相位测量值和伪距测量值以及所确定的轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差，以用于轨道解的轨道校正速率确定卫星轨道校正数据；
基于所收集的原始相位测量值和伪距测量值确定慢时钟解中的针对每个卫星收集的相位测量值的时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差，所述时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致；
通过时钟解模块，基于卫星轨道校正数据、所收集的原始相位测量值和伪距测量值以及所确定的时钟窄巷模糊度和时钟卫星窄巷偏差，以慢速更新速率确定慢卫星时钟校正；
基于所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来以快速更新速率确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的被收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值；和
将卫星轨道校正数据、具有低延迟的时钟校正数据、卫星宽巷偏差和卫星窄巷偏差合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，所述校正数据具有全球有效性，以用于全球导航卫星系统传输到以精确点定位模式操作的一个或多个移动接收器。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，
轨道速率小于所述慢速更新速率。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括：
应用轨道零差滤波器以便于基于所收集的原始相位测量值以轨道更新速率估算轨道窄巷模糊度和相应的窄巷卫星偏差。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，
所述快速更新速率大于所述慢速更新速率或轨道速率。
24.根据权利要求20所述的方法，还包括：
应用时钟零差滤波器以便于基于所收集的原始相位测量值以慢速更新速率估算轨道窄巷模糊度和相应的窄巷卫星偏差。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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