CN110441794A - 用于检查车辆卫星导航的电离层校正参数的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检查对车辆(220)进行卫星导航的电离层校正参数(213)的方法。该方法包括步骤：读取从接口(220)到校正数据提供器(206)的提供器信号(207)。该提供器信号(207)表示用于在卫星导航中校正对地理位置的电离层影响的电离层校正参数。该方法还包括步骤：通过使用地理位置处的车辆(220)的卫星接收器(208)和至少一个卫星(202)之间的电离层的状态信息，确定校正数据(215)。在此，通过使用在至少一个卫星(202)和卫星接收器(208)之间传输的至少一个卫星信号(203)来确定状态信息。该方法还包括步骤：执行在电离层校正参数和校正数据之间的比较，以检查电离层校正参数。

Description

用于检查车辆卫星导航的电离层校正参数的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于检查对车辆进行卫星导航的电离层校正参数的设备和方法。本发明的主题还涉及一种计算机程序。
背景技术
为了校正卫星导航中的定位信号，例如可以考虑地球电离层的偏差。全球卫星导航系统(GNSS)的校正数据服务可以向用户或GNSS接收器提供高度精确的定位所需的校正值，可用于纠正GNSS系统内的系统误差。对此例如包括卫星时钟校正、卫星轨道数据校正和用于校正电离层影响的参数。然而，电离层干扰也可能局部地发生，并且有时可能从校正数据提供器的参考站网络隐藏，例如由于各个参考站的距离过大或者难以建模，使得用户不可以通过使用校正数据补偿或校正局部电离层干扰。
发明内容
在此背景下，利用本文提出的方案，本发明提出了一种用于检查对车辆进行卫星导航的电离层校正参数的方法、一种使用该方法的设备、以及一种相应的计算机程序。
根据实施例，针对卫星导航和定位，特别地，可以借助卫星将提供器侧接收的电离层校正数据与观测值进行比较，例如根据GNSS接收器观测计算的电离层误差。换句话说，特别地，可以将电离层校正参数或由其确定的校正数据服务的电离层校正与由用户的GNSS接收器计算的电离层误差进行比较。因此，例如可以将卫星接收器中或从服务提供商外部的卫星接收器接收的电离层校正数据与内部由GNSS接收器独立生成的观测变量进行比较。
有利地，根据借助于卫星的卫星导航和定位的实施例，特别地可以改善完整性和安全性，并且可以实现高度精确的定位。在这种情况下，例如可以识别不一致性，该不一致性可以存在于接收的电离层校正数据与观测或计算的电离层校正数据之间，并且可以在导航系统、定位系统等的进一步处理中被考虑。这尤其还可以增加使用GNSS接收器的整个系统的完整性。通过有利地检查观测和模型之间的一致性，可以可靠地检测偏差，从而可以精确地并且基于位置来识别地球电离层中的干扰。
例如，电离层校正参数的平面计算的质量和准确度还可以取决于给定数据点之间选择的插值方法，其中根据电离层校正参数中插值模型的选择可能存在残余误差。特别地，根据实施例，GNSS用户可以依靠不止一个校正数据提供器选择的模型方法，因为可以通过用户侧设备的实际GNSS测量来检查或评估校正服务的模型质量。因此，在导航和定位中也可以被考虑通过校正服务提供器未识别到电离层的局部干扰。
本发明提出了一种用于检查对车辆进行卫星导航的电离层校正参数的方法，该方法包括以下步骤：
读取从接口到校正数据提供器的提供器信号，其中该提供器信号表示用于在卫星导航中校正对地理位置的电离层影响的电离层校正参数；
通过使用地理位置处的车辆的卫星接收器与至少一个卫星之间的电离层的状态信息，确定校正数据，其中通过使用至少一个卫星和卫星接收器之间传输的至少一个卫星信号来确定状态信息；和
执行电离层校正参数和校正数据之间的比较，以检查电离层校正参数。
该方法可以例如以软件或硬件或以软件和硬件的混合形式实现，例如在控制单元或设备中实现。卫星导航还可以包括定位卫星接收器所在的车辆。该卫星接收器可以被构造为，通过使用至少一个卫星信号，针对用户以及(另外地或替代地)用户的设备通过卫星导航实现定位。卫星接收器可以被构造为双频卫星接收器或多频卫星接收器。状态信息可以表示地球电离层的特征，特别地在卫星接收器的地理位置和相应卫星之间的电离层的局部区域中。提供器信号可以通过无线电接口等读取。在这种情况下，提供器信号可以由校正数据提供器例如通过L波段、因特网、GSM(全球移动通信系统)等发送。
根据实施例，在执行步骤中可以生成比较结果，该比较结果表示基于模型的电离层校正参数与基于观测的校正数据之间的偏差，附加地或替代地，表示电离层校正参数和/或校正数据的波动。这样的实施例提供的优点是，由于电离层中不可预测的局部干扰，不准确的电离层校正参数可以通过检查进行调整。观测和模型之间的偏差也例如可以用于错误检测。另外，可以在导航解决方案的计算中考虑例如关于地理位置、速度、倾斜度等的偏差。
在执行步骤中，根据基于模型的电离层校正参数和基于观测的校正数据之间的偏差，附加地或替代地，根据电离层校正参数和/或校正数据的波动，能够识别局部电离层干扰。这样的实施例提供的优点是，由于观测和模型之间的偏差，可以可靠且准确地检测局部电离层干扰。
该方法还可以包括步骤：根据比较结果提供检查信号，以供卫星接收器、校正数据提供器、以及附加地或替代地用于对车辆进行卫星导航的装置使用。该检查信号可以包括在执行步骤中生成的比较结果。该检查信号适合于调整电离层校正参数和(附加地或替代地)关于偏差、干扰以及(附加地或替代地)电离层的当前状态的卫星信号。这样的实施例提供的优点是，通过考虑检查信号的背后的偏差，可以实现错误检测、电离层干扰检测、本地设备和设备以及更高级系统或整个系统(其中嵌入了卫星接收器)的完整性增加。
特别地，读取步骤、确定步骤以及(附加地或替代地)执行步骤可以通过卫星接收器来执行。可选地，也可以借助于卫星接收器来执行上述的提供步骤。这样的实施例提供的优点是，在实际使用地点，因此可以对从服务提供商接收的电离层校正参数进行有针对性的检查。
另外，在确定步骤中，通过使用至少一个卫星信号的信号变化来确定状态信息。在这种情况下，信号变化可以表示至少一个信号特性关于至少一个卫星信号的至少两个传输频率的比较结果。至少一个信号特性可以表示伪距离、载波相位以及(附加地或替代地)至少一个另外的信号特性。这样的实施例提供的优点是，可以可靠且准确地确定状态信息。
根据实施例，在确定步骤中可以使用状态信息，该状态信息表示作为地球电离层参数的总电子含量。在这种情况下，总电子含量可以被定义为电子密度和路径的乘积，以每平方米的电子数测量。这样的实施例提供的优点是，可以基于这样的状态信息来获得相应卫星接收器和相应卫星之间的局部区域中的电离层状态的可靠描述。
此处介绍的方案还提供了一种设备，该设备被设置为在相应的装置中执行、控制或实施上述方法的变型的步骤。通过本发明的设备形式的实施例同样可以快速有效地解决本发明的目的。
为此，该设备可以包括用于处理信号或数据的至少一个处理单元、用于存储的信号或数据的至少一个存储单元、用于从传感器读取传感器信号或用于将数据或控制信号输出到驱动器的至少一个到传感器或驱动器的接口、和/或用于读取或输出数据的至少一个通信接口，它们嵌入在通信协议中。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中存储器单元可以是闪存、EEPROM或磁存储器单元。通信接口可以被构造为无线地和/或通过电缆读取或输出数据，其中可输入或输出线路连接数据的通信接口例如可以从相应的数据传输线电或光地发送该数据或输出到相应的数据传输线。
在本文中，设备可以被理解为电子设备，该电子设备能够处理传感器信号并据此输出控制信号和/或数据信号。该设备可以具有接口，该接口可以被构造为硬件和/或软件。在硬件配置的实施例中，接口例如可以是所谓的系统ASIC的一部分，其包含设备的各种功能。然而，接口也可以是自身的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。在软件配置的实施例中，接口可以是除了其他软件模块之外例如还存在于微控制器上的软件模块。
在有利实施例中，该设备可以被构造为卫星接收器的一部分或以能够发送信号的方式与卫星接收器连接的设备。特别地，该设备可以车载安装，布置在车辆中并且附加地或替代地构造为车载设备的一部分。通过该设备检查至少一个卫星和的卫星接收器之间的信号传输的校正，用于基于卫星的导航。为此目的，该设备可以访问例如提供器信号和卫星信号。控制通过诸如发送设备、收发器和天线的信号传输设备进行。
优点还在于一种具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，该程序代码可以存储在机器可读载体或存储介质上，例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器，特别地当程序产品或程序在计算机或设备上执行时，用于执行、实现和/或控制根据上述实施例中任一项的方法的步骤。
附图说明
这里提出的方法的实施例在附图中示出，并且在以下描述中更详细地解释。其中：
图1示出了卫星导航系统的示意图；
图2示出了根据实施例的具有用于检查的设备的卫星导航系统的示意图；和
图3示出了根据实施例的用于检查的方法的流程图。
具体实施方式
在以下对本发明的有利实施例的描述中，相同或相似的附图标记用于各图中所示的类似的作用元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
图1示出了卫星导航系统100的示意图。卫星导航系统100例如被构造为所谓的全球卫星导航系统(GNSS)。在此，卫星导航系统100具有校正服务。
卫星导航系统100具有卫星102，特别地，该卫星102布置在地球静止轨道中。特别地，卫星导航系统100分别包括多个卫星102或者说包括冗余卫星102。在此，第一颗卫星102可以定位在例如北美洲上方，其中第二颗卫星102能够定位在例如欧洲上方。
此外，卫星导航系统100具有多个卫星接收器104，其中在图1的图示中，由于空间的原因，仅作为示例示出了一个卫星接收器104。该卫星接收器104还可以称为GNSS接收器104。通信模块106以能够发送信号的方式与卫星接收器104连接。
卫星导航系统100还包括多个发送站108，用于向卫星102发射信号。该发送站108也可以称为上行链路站108、上行链站108或用于上行链路的站。发送站108以能够发送信号的方式与至少一个数据中心110或服务器110连接。在图1中，仅作为示例示出了两个数据中心110。该数据中心110以能够发送信号的方式彼此连接，特别地执行一致性检查。
另外，卫星导航系统100包括多个全球参考站112和可选的多个附加本地参考站114。参考站112、114被构造为获得校正值115。该参考站112、114以能够传输信号的方式与至少一个数据中心110连接。
至少一个数据中心110通过后端服务器116和移动数据连接118或移动互联网连接118，以能够传输信号的方式与通信模块106连接，并且因此与卫星接收器104连接。
校正数据120通过发送站108从至少一个数据中心110发送到卫星102。此外，完整性信息122通过后端服务器116和移动数据链路118从至少一个数据中心110发送到通信模块106、以及卫星接收器104、以及从卫星102发送到卫星接收器104。
图2示出了根据实施例的具有用于检查的设备210的卫星导航系统200的示意图。例如，该卫星导航系统100被构造为所谓的全球卫星导航系统(GNSS)。在此，该卫星导航系统200可以对应或类似图1的卫星导航系统，其中仅省略了图1的卫星导航系统的一些元件，并且另外标记了所示的元件。
在图2的图示中，卫星导航系统200仅示例性示出了一个卫星202、示例性的仅一个地面站或发送站204、一个校正数据提供器206、示例性的仅一个卫星接收器208和用于检查的设备210或检查设备210。该检查设备210被分配给卫星接收器208。根据这里所示的实施例，检查设备210被构造为卫星接收器208的一部分。
例如，卫星202位于地球的地球静止轨道中。特别地，卫星导航系统100可以分别包括多个卫星202或者冗余卫星202。发送站204以能够传输信号的方式与卫星202连接。例如，卫星导航系统100可以包括多个发送站204。
校正数据提供器206表示卫星导航的服务提供者的多个设备。根据图2所示的实施例，校正数据提供器206以能够传输信号的方式与发送站204连接。校正数据提供器206被构造为输出提供器信号207，该提供器信号207具有或表示用于在卫星导航中校正电离层对地理位置的影响的电离层校正参数213。
具有检查设备210的卫星接收器208是车辆220的一部分或至少临时地布置在车辆220中。在车辆220中，还示出了接口222和用于卫星导航的设备224。卫星接收器208以能够传输信号的方式与卫星202连接。此外，卫星接收器208和/或检查设备210以能够传输信号的方式与接口222连接。与图2不同，接口222也可以是卫星接收器208或检查设备210的一部分。
检查设备210被构造为检查用于对车辆220进行卫星导航的电离层校正参数213。为此目的，检查设备210具有读取装置212、确定装置214和执行装置216。
读取装置212被构造为读取从接口222到校正数据提供器206的提供器信号207。在这种情况下，该提供器信号207例如通过无线电从校正数据提供器206发送到车辆220，特别是发送到接口222。该读取装置212还被构造为将电离层校正参数213发送到执行装置216。
确定装置214被构造，从卫星202接收或读取卫星信号203。此外，确定装置214被构造为通过使用地理位置处的卫星202和卫星接收器208之间的电离层的状态信息来确定校正数据215。该状态信息可以通过使用卫星202和卫星接收器208之间传输的至少一个卫星信号203确定。此外，确定装置240被构造为将校正数据215转发到执行装置216。特别地，通过使用至少一个卫星信号203的信号变化来确定状态信息。在这种情况下，信号变化表示至少一个信号特性关于至少一个卫星信号203的至少两个传输频率的比较结果。例如使用状态信息，该信息表示作为地球电离层参数的总电子含量，其中总电子含量被定义为电子密度和路径的乘积，以每平方米的电子数测量。
执行装置216被构造为将电离层校正参数213和校正数据215进行比较，从而检查电离层校正参数213。根据图2所示的实施例，执行装置216被构造为产生比较结果。该比较结果217表示根据实施例的基于模型的电离层校正参数213与基于观测的校正数据215之间的偏差。附加地或替代地，比较结果217表示电离层校正参数213和/或校正数据250的波动。可选地，执行装置216还被构造为根据基于模型的电离层校正参数213和基于观测的校正数据215之间的偏差，和/或根据电离层校正参数213和/或校正数据215的波动，识别局部电离层干扰。
根据图2所示的实施例，检查设备210还具有提供装置218。该提供装置218被构造为根据比较结果217提供检查信号219，以供卫星接收器208、校正数据提供器206和/或对车辆220进行卫星导航的装置224使用。为此目的，检查设备210(特别是提供装置218)以能够传输信号的方式与卫星接收器208的至少一个设备、通过接口222与校正数据提供器206和/或与用于卫星导航的装置294连接。
图3示出了根据实施例的用于检查的方法300的流程图。方法300是可执行的，从而用于检查对车辆进行卫星导航的电离层校正参数。在这种情况下，用于检查的方法300可以结合或使用图2的设备或类似设备和/或图2的卫星接收器或类似的卫星接收器来执行。
在用于检查的方法300的读取步骤310中，读取从接口到校正数据提供器的提供器信号。提供器信号表示用于在卫星导航中校正电离层对地理位置的影响的电离层校正参数。在用于检查的方法300的确定步骤320中，通过使用地理位置处的车辆的卫星接收器与至少一个卫星之间的电离层的状态信息来确定校正数据。通过使用在至少一个卫星和卫星接收器之间传输的至少一个卫星信号来确定状态信息。随后，在用于检查的方法300的执行步骤330中，将电离层校正参数和校正数据进行比较，以检查电离层校正参数。
根据实施例，读取步骤310、确定步骤320和/或执行步骤330都借助于卫星接收器来实现。
根据实施例，用于检查的方法300还包括根据比较结果提供检查信号的步骤340，以供卫星接收器、校正数据提供器和/或车辆卫星导航装置使用。可选地，提供步骤340可以借助于卫星接收器来执行。
参考上面描述的附图，特别是图2和图3，以下再次以其他表述简要地解释和/或呈现实施例和实施例的优点。
校正数据提供器206例如使用GNSS参考站，从而根据安装多频接收器的GNSS观测的总量及其已知位置来计算电离层校正参数213，然后提供给该服务的用户。GNSS空间部分的系统误差(例如卫星时钟误差和轨道误差)对所有用户都是相同的，因此易于建模。然而，电离层干扰在局部可能非常不同。参考站处的GNSS接收器接收不同频率的GNSS信号，因此可以确定总电子含量(TEC)。上述值被用于描述电离层的状态。通常，电离层校正参数213被描述为具有所谓的VTEC(垂直TEC)的无穷小的单层模型。然后用户的接收器可以近似对于自身的GNSS观测有效的STEC(倾斜TEC或倾斜TEC)，这对于卫星接收器208和卫星202之间的距离实际上是有效的。
由于参考站不能任意密集，并且仅仅单个参考站的STEC值进入电离层校正数据或电离层校正参数213的建模中，所以局部干扰或高梯度会以更低的精度建模，或者对参考站可能是不可观测的。然后电离层校正参数213和用户相关的电离层误差将不再匹配。然而，可以通过最精确的加权(例如在导航估算中)来实现测量的处理，这可以导致改进的位置精度，并因此也影响卫星导航系统200的完整性的计算。
根据实施例实现STEC值或状态信息以及校正数据215的连续计算，并且与从电离层校正参数213获得的STEC值进行比较。对此，例如可以使用多频接收器，例如通过使用无几何的线性组合。如果观测到比较结果217的值的显着偏差或者在一个参数中发生(即电离层校正参数213或校正数据215)强烈地波动，这可以指示局部的电离层干扰，该电离层干扰因此可以被检测到。在卫星导航系统200内，上述信息可被使用，从而对单个测量相应不同地进行加权，并将其包含在整个系统的完整性观测中，并在必要情况下指示不可用。
对于全球应用，根据电离层活动或GNSS用户的覆盖范围将地球表面细分为不同的地理区域是可以想象的。通过引入检查设备210和/或方法300，因此，例如可以执行实际观测和各国的模型大小(如欧洲、北美、中国等)或地理纬度或时间(赤道、中纬度、极地、白天、夜晚)之间的一致性检查。由此获得的信息以两种方式评估电离层校正参数213，并且还可以在完整性观测和加权中被考虑。区域一致性检查还可用于验证不同的校正数据提供器206，并且显示模型的优点和缺点。这种比较可以为提供器提供选择标准。
如果实施例在第一特征和第二特征之间包含连接词“和/或”，则应理解为，该实施例根据一种实施方式具有第一特征和第二特征，以及根据另一种实施方式仅具有第一特征或仅具有第二特征。

Claims (10)

1.一种用于检查对车辆(220)进行卫星导航的电离层校正参数(213)的方法(300)，所述方法(300)包括以下步骤：
读取(310)从接口(220)到校正数据提供器(206)的提供器信号(207)，其中所述提供器信号(207)表示用于在卫星导航中校正对地理位置的电离层影响的电离层校正参数(213)；
通过使用所述地理位置处的所述车辆(220)的卫星接收器(208)与至少一个卫星(202)之间的电离层的状态信息，确定(320)校正数据(215)，其中通过使用在所述至少一个卫星(202)与所述卫星接收器(208)之间传输的至少一个卫星信号(203)来确定所述状态信息；和
执行(330)所述电离层校正参数(213)和所述校正数据(215)之间的比较，以检查所述电离层校正参数(213)。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中在所述执行(330)的步骤中生成比较结果(217)，所述比较结果(217)表示基于模型的电离层校正参数(213)和基于观测的校正数据(215)之间的偏差，和/或表示所述电离层校正参数(213)和/或所述校正数据(215)的波动。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中在所述执行(330)的步骤中，根据基于模型的电离层校正参数(213)和基于观测的校正数据(215)之间的偏差，和/或根据所述电离层校正参数(213)和/或所述校正数据(215)的波动，识别局部电离层干扰。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，包括以下步骤：根据比较结果(217)提供(340)检查信号(219)，以供所述卫星接收器(208)、所述校正数据提供器(206)和/或用于对所述车辆(220)进行卫星导航的装置(224)使用。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中所述读取(310)的步骤、所述确定(320)的步骤和/或所述执行(330)的步骤通过所述卫星接收器(208)执行。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中在所述确定(320)的步骤中，通过使用所述至少一个卫星信号(203)的信号变化来确定所述状态信息，其中所述信号变化表示至少一个信号特性关于所述至少一个卫星信号(203)的至少两个传输频率的比较结果。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其中在所述确定(320)的步骤中使用状态信息，所述状态信息表示作为地球电离层参数的总电子含量，其中所述总电子含量被定义为电子密度和路径的乘积，以每平方米的电子数测量。
8.一种设备(210)，被设置为在相应的单元中执行和/或控制根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)的步骤。
9.一种计算机程序，被设置为执行和/或控制根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)。
10.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有根据权利要求9所述的计算机程序。
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