DE102013206544A1

DE102013206544A1 - Fortschrittliche Positionierung mit globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS) unter Verwendung von präziser Satelliteninformation

Info

Publication number: DE102013206544A1
Application number: DE102013206544A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Donald Doucet; Herbert Landau
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-10-17
Also published as: CN103376454B; US9405012B2; CN103376454A; US20130271318A1

Abstract

Ein Verfahren wird bereitgestellt zum Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position eines Globale-Navigationssatellitensystem-(GNSS)-Empfängers oder einer Änderung in der Position desselben. Das Verfahren enthält die Schritte: Erhalten (s10) von mindestens einem GNSS-Signal, Empfangen an dem GNSS-Empfänger von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten; Erhalten (s20) von mindestens einem Netzwerkknoten, von präziser Satelliteninformation hinsichtlich: (i) der Umlaufbahn oder Position von mindestens einem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, und (ii) eines Uhren-Versatzes von mindestens einem der Vielzahl der GNSS-Satelliten; Identifizieren (s30) unter den erhaltenen GNSS-Signalen, eines Teilsatzes von mindestens einem GNSS-Signal, das möglicherweise beeinflusst ist durch eine Zyklusverrutschung, wobei der identifizierte Teilsatz hier im Folgenden bezeichnet wird als ein durch Zyklusverrutschung beeinflusster Teilsatz; und Schätzen (s40) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder eine Änderung in der Position des GNSS-Empfängers unter Verwendung von mindestens einigen der erhaltenen GNSS-Signalen, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind, und der präzisen Satelliteninformation.

Description

[Gebiet der Technologie]
Die Erfindung betrifft globale Navigationssatellitensysteme-(GNSS)-Positionsschätzverfahren und Vorrichtungen. Die Anwendungsgebiete der Verfahren und Vorrichtungen enthalten, sind aber nicht begrenzt auf Navigation, Kartenerstellung, Landvermessung, Hoch- und Tiefbau, Landwirtschaft, Katastrophenverhinderung und Rettung, und wissenschaftliche Forschung.
[Hintergrund]
[1. Einführung]
Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) enthalten das globale Positionierungssystem (GPS) (Vereinigte Staaten Amerika), GLONASS (Russland), Galileo (Europa) und COMPASS (China) (Systeme in Verwendung oder in der Entwicklung). Ein GNSS verwendet typischerweise eine Vielzahl von Satelliten, die die Erde umkreisen. Die Vielzahl von Satelliten bilden eine Konstellation von Satelliten. Ein GNSS-Empfänger detektiert einen Pseudo-Zufalls-Rausch-(PRN)-Code, moduliert auf einem elektromagnetischen Signal, das übertragen wird durch einen Satelliten. Der Code wird auch ein ”Ranging Code” genannt. Eine Code-Detektion enthält ein Vergleichen der Bit-Sequenz, moduliert auf dem übertragenen Signal, mit einer Empfänger-erzeugten Reproduktion des zu detektierenden Codes. Basierend auf der Detektion der Ankunftszeit des Codes für jeden von einer Reihe von den Satelliten, schätzt der GNSS-Empfänger seine Position. Positionieren enthält, ist aber nicht begrenzt auf, eine geographische Lage, d. h. die Positionierung auf der Erdoberfläche.
Ein Überblick über GPS, GLONASS und Galileo wird beispielsweise bereitet in Kapitel 9, 10 und 11 von Hofmann-Wellenhof B., et al, GNSS, Global Navigations Satellite Systems, GPS, GLONASS, Galileo & More, Springer-Verlag, Wien, 2008 (hier im Folgenden bezeichnet als ”Referenz [1]”), was hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit enthalten ist.
Eine Positionierung unter Verwendung von GNSS-Signalcodes bereitet eine begrenzte Genauigkeit, insbesondere aufgrund der Auflösung des Codes, bestimmt durch seine Bit-Rate (oder Chip-Rate). Beispielsweise enthält GPS die Übertragung eines Grob/Erfassungs-(C/A)-Codes mit einer 1,023 MHz Chip-Rate bei einer Trägerfrequenz von 1575,45 MHz, der sogenannten L1-Frequenz. Dieser Code ist frei verfügbar für die Öffentlichkeit, im Vergleich zu dem Präzisen-(P)-Code mit einer 10,23 MHz Chip-Rate, der reserviert ist für militärische Anwendungen. Die Genauigkeit der Code-basierten Positionierung, die den GPS-C/A-Code verwendet, ist ungefähr 15 Meter, wenn sowohl die elektronische Gewissheit, die im Zusammenhang steht mit der Detektion des C/A-Codes (elektronische Detektion der Ankunftszeit des Pseudo-Zufall-Codes) in Betracht gezogen wird als auch andere Fehler enthaltend diese, die durch ionosphärische und troposphärische Effekte, Ephemeridenfehler, Satellitenuhrfehler und Multipfadausbreitung hervor gerufen werden.
Eine Alternative zum Positionieren auf Grundlage der Detektion eines PRN-Codes ist ein Positionieren basierend auf Trägerphasenmessungen. In diesem alternativen Ansatz oder zusätzlichen Ansatz (Ranging-Codes und Trägerphasen können zusammen zur Positionierung verwendet werden) wird die Trägerphase des GNSS-Signals, übertragen von dem GNSS-Satelliten, detektiert, nicht (oder nicht nur) der Code, der auf dem Signal moduliert ist, das von dem Satelliten übertragen wird.
Der Ansatz auf Grundlage von Trägerphasenmessungen hat das Potential, eine viel größere Positionspräzision bereitzustellen, d. h. bis auf eine Zentimeterniveau- oder sogar Millimeterniveau-Präzision, verglichen zum Code-basierten Ansatz. Der Grund kann intuitiv wie folgt verstanden werden. Der Code, wie zum Beispiel der GPS-C/A-Code auf dem L1-Band, hat eine Chip-Länge (300 Meter für den C/A-Code), die viel länger ist als ein Zyklus des Trägers, auf dem der Code moduliert ist (19 Zentimeter für das L1-Band). Die Positionsauflösung kann deshalb als größer für eine Trägerphasendetektion betrachtet werden als für eine Code-Detektion.
Jedoch sind in dem Prozess eines Schätzens der Position auf Grundlage von Trägerphasenmessungen die Trägerphasen mehrdeutig mit einer unbekannten Anzahl von Zyklen. Die Phase eines empfangenen Signals kann bestimmt werden, aber die ganzzahligen Zyklen können nicht direkt in einer eindeutigen Art und Weise bestimmt werden. Dies ist das sogenannte ”Ganzzahl-Mehrdeutigkeitsproblem”, ”Ganzzahl-Mehrdeutigkeitsauflösungsproblem” oder ”Phasen-Mehrdeutigkeitsauflösungsproblem”.
GNSS-Beobachtungsgleichungen für Code-Beobachtungen und für Trägerphasen-Beobachtungen sind beispielsweise in Referenz [1], Abschnitt 5 bereitgestellt. Eine Einführung des GNSS-Ganzzahl-Mehrdeutigkeitsauflösungsproblems wird in Referenz [1], Abschnitt 7.2 bereitgestellt.
[2. Zu lösendes Problem]
Es gibt einen Bedarf zum Verbessern der Implementierung von Positionierungssystemen auf Grundlage von GNSS-Trägerphasenmessungen zum Erhalten einer präzisen Schätzung der Empfängerposition auf eine schnelle, stabile und recheneffiziente Art und Weise.
[Zusammenfassung]
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obenerwähnten Bedürfnisse zu erfüllen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die Implementierung der Verfahren des Stands der Technik zu verbessern, während an die Ziele gedacht wird, eine stabile und präzisere Lösung schnell zu erhalten.
Die Erfindung enthält Verfahren und Vorrichtungen, wie sie in den Ansprüchen definiert sind.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt zum Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position eines globalen Navigationssatellitensystem-(GNSS)-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers. Das Verfahren enthält die Schritte: (a) Erhalten von mindestens einem GNSS-Signal, empfangen bei dem GNSS-Empfänger von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten; (b) Erhalten von mindestens einem Netzwerkknoten, von Information, hier bezeichnet als ”präzise Satelliteninformation”, hinsichtlich: (b.i) der Umlaufbahn bzw. Orbit oder Position von mindestens einem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, und (b.ii) einem Uhren-Offset bzw. -Versatz von mindestens einem der Vielzahl der GNSS-Satelliten; (c) Identifizieren unter den erhaltenen GNSS-Signalen, eines Teilsatzes von mindestens einem GNSS-Signal, möglicherweise beeinflusst durch ein Zyklusverrutschen, wobei der identifizierte Teilsatz hier im Folgenden bezeichnet wird als ”durch Zyklusverrutschen beeinflusster Teilsatz”; und (d) Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder eine Änderung in der Position des GNSS-Empfängers unter Verwendung von: (d.i) mindestens einigen der erhaltenen GNSS-Signalen, die nicht zu dem durch Zyklusverrutschen beeinflussten Teilsatz gehören, und (d.ii) der präzisen Satelliteninformation.
Weglassen der Signale, die möglicherweise durch eine Zyklusverrutschung beeinflusst sind, umfassend die Signale, die tatsächlich durch eine Zyklusverrutschung beeinflusst wurden, und diese, die möglicherweise durch eine Zyklusverrutschung beeinflusst wurden (wobei diese tatsächlich beeinflusst worden sein können durch eine anomale Satellitenuhr), für den Zweck eines Berechnens der Empfängerposition unter Verwendung der Referenzinformation hinsichtlich der Satellitenposition und Satellitenuhr-Offset (präzise Satelliteninformation), ermöglicht es Parameter, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers, effizient und präzise zu schätzen. Dies rührt daher, weil durch Weglassen der Signale, die möglicherweise beeinflusst sind durch eine Zyklusverrutschung, die Berechnung weder beeinflusst wird durch Beobachtungen, die korrupiert bzw. verfälscht wurden durch Zyklusverrutschungs-beeinflusste Signale, noch durch Beobachtungen, die korrupiert wurden durch eine vorübergehende Satellitenuhranomalie, wobei die Quelle von keiner dieser Verfälschungen, die die Beobachtungen beeinflussen, in Betracht gezogen werden für präzise Informationen.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
Ausführungsformen der Erfindung sollen nun beschrieben werden in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen Folgendes gezeigt wird:
1 und 2 zeigen Zeitfolgen von Einzeldifferenz-(Zeit)- und Doppeldifferenz-(Zeit/Satellit)-L1-C/A-Trägerphasenmessungen von GPS-Satellit 32 für eine Vier-Stunden-Periode, in der keine Zyklusverrutschungen aufgetreten sind, um darzustellen, dass Gleichung (5) gültig ist unter den meisten Umständen bzw. Fällen.
3 und 4 zeigen Änderungsrate in den L1-C/A- und L2-P-Trägermessungen von GPS-25, gesammelt bei einer Nachverfolgungsstation in Cambridge Bay, Northwest Territories, Kanada, während einem ionosphärischen Scintillationsereignis.
5 zeigt die Einzeldifferenz (Zeit) der L1-C/A- und L2-P-Trägerphasen-Delta-Zeitfolge für GPS-25.
6, 7 und 8 zeigen die L1-C/A-, L1-P- und L2-P-Trägerphasen-Delta-Messungen für GLONASS-07 vom 17. August 2010.
9, 10 und 11 zeigen die Differenzbildung der L1-C/A- und L1-P-(-9)-, L1-C/A- und L2-P-(10) und L1-P- und L2-P-(11)-Trägerphasen-Delta-Messungen.
12, 13 und 14 zeigen die Doppeldifferenz (Zeit/Raum-Vehikel) L1-C/A-, L1-P-, und L2-P-Trägerphasen-Zeitfolgen zwischen GLONASS-07 und GLONASS-22.
15, 16 und 17 zeigen die Doppeldifferenz (Zeit/Station) L1-C/A-, L1-P- und L2-P-Trägerphasen-Zeitfolgen zwischen GLONASS-07.
18 zeigt die Fehler in den Ost-, Nord- und vertikalen Komponenten der geschätzten Position für einen Trimble-NetR9-Empfänger (d. h. einen GNSS-Empfänger), geschätzt unter Verwendung von ionosphärenfreien Pseudoentfernungsmessungen und präziser Satelliteninformation im Kinematikmodus.
19 zeigt die Fehler in den Ost-, Nord- und vertikalen Komponenten der geschätzten Position für einen Trimble-NetR9-Empfänger, geschätzt unter Verwendung von ionosphärenfreien Trägerphasenmessungen und präziser Satelliteninformation im statischen Modus.
20 und 21 enthalten Beispieldarstellungen der Melbourne-Wubbena-Observationskombination von GPS-11 und GLONASS-01.
22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung, enthaltend einen Messqualitäts-Analyseschritt.
23 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung, enthaltend einen Schritt eines Verifizierens der eingegebenen Antennenreferenzposition (ARP) und einen Messqualitäts-Analyseschritt.
24 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung.
25 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Erhalten von präziser Satelliteninformation ferner ein Erhalten von Biasen zwischen den Phasen von GNSS-Signalen enthält.
26 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Identifizieren der durch Zyklusverrutschung beeinflussten GNSS-Signale unter Inbetrachtziehung der präzisen Satelliteninformation ausführt.
27 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Schätzen der Parameter, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder eine Änderung der Position derselben keine Verwendung von den Signalen macht, die beursprungt sind von einem Satelliten mit einem anormalen Uhrenversatz.
28 und 29 sind Flussdiagramme von Verfahren in zwei Ausführungsformen der Erfindung, wobei nach einem Schätzen der Parameter, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position desselben eine Zyklusverrutschreparatur ausgeführt wird.
30 stellt schematisch eine Vorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung dar.
[Detaillierte Beschreibung]
Die vorliegende Erfindung soll nun in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen beschrieben werden. Die spezifischen Ausführungsformen dienen dazu, dem Fachmann ein besseres Verständnis zu geben, sind aber nicht vorgesehen auf irgendeine Art und Weise, den Umfang der Erfindung zu beschränken, der definiert wird durch die angehängten Ansprüche. Insbesondere können die in der Beschreibung durchgängig unabhängig beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden zum Bilden weiterer Ausführungsformen, in dem Umfang, dass sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
Das Flussdiagramm von 24 stellt ein Verfahren in einer Ausführungsform der Erfindung dar. Das Verfahren dient zum Schätzen von Parametern, die abgleitet werden mindestens von globalen Navigationssatellitensystem-(GNSS)-Signalen, und die nützlich sind zum Bestimmen einer Position, wie zum Beispiel der Position eines stationären oder sich bewegenden GNSS-Empfängers, oder präziser gesagt, der Antenne, die mit dem GNSS-Empfänger verbunden ist. Das Verfahren kann letztendlich zum Bestimmen oder Schätzen der stationären oder sich bewegenden Antennenposition führen, hier im Folgenden bezeichnet als die Rover-Position für den Rover-Empfänger (Empfänger einer Mobileinheit).
Das Verfahren enthält die folgenden Schritte:
Zuerst wird in Schritt S10 mindestens ein GNSS-Signal, empfangen von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten bei dem GNSS-Empfänger (von dem die Position oder die Änderung der Position zu bestimmen ist), erhalten. Entweder der Empfänger erhält das mindestens eine GNSS-Signal, empfangen an den GNSS-Empfänger selbst (falls der Empfänger selbst zum Ausführen des Verfahrens bestimmt ist), oder ein Server erhält das mindestens eine GNSS-Signal, das empfangen wird an dem GNSS-Empfänger (falls der Server bestimmt ist zum Ausführen des Verfahrens, eher als der Empfänger). Der Empfänger, wie zum Beispiel ein Rover-Empfänger, kann mindestens ein GNSS-Signal von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten empfangen durch Beobachten bzw. Observieren der Ranging-Codes, was ausgeführt wird auf einer bestimmten Frequenz (Träger) von jedem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, oder durch Beobachten der Phase des Trägers, gesendet auf einer bestimmten Frequenz (Träger) von jedem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, oder durch Beobachten von sowohl den Ranging-Codes als auch den Trägerphasen.
Zweitens wird in Schritt S20 eine Information von mindestens einem Netzwerkknoten erhalten, wobei diese Information hier bezeichnet wird als ”präzise Satelliteninformation”. Die erhaltene präzise Satelliteninformation umfasst Informationen hinsichtlich (i) der Umlaufbahn bzw. Orbit oder Position von mindestens einem der Vielzahl der GNSS-Satelliten, und (ii) einem Uhrenversatz (Clock Offset) von mindestens der Vielzahl von GNSS-Satelliten. Die präzise Satelliteninformation kann erhalten werden von einem Netzwerk von Referenzempfängern, wie beispielsweise beschrieben in der Internationalen Anmeldung WO 2011/034624 A2 , WO 2011/034615 A2 , WO 2011/034616 A2 , WO 2011/034617 und WO 2011/034614 A2 .
Dann werden in Schritt S30 die GNSS-Signale (unter den empfangenen), die beeinflusst sind durch eine Zyklusverrutschung (Cycle Slip) oder möglicherweise beeinflusst sind durch eine Zyklusverrutschung, identifiziert. Ein Weg zum Detektieren von Zyklusverrutschungen ist durch das Schema von Unterschieden, wie erklärt beispielsweise in Referenz [1], Abschnitt 7.1.2, mit Bezug auf Tabelle 7.1 auf Seite 198 und der begleitenden Beschreibung. Die Beschreibung, die zur Gleichung (8) unten führt, wird auch eine Grundlage bereitstellen, um zu erklären, wie eine Zyklusverrutschung detektiert werden kann.
Als Nächstes werden die Parameter, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder eine Änderung in der Position desselben in Schritt S40 geschätzt. Dieser Prozess eines Schätzens dieser Parameter verwendet mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind (umfassend die Signale, die tatsächlich beeinflusst wurden durch eine Zyklusverrutschung, und diese, die möglicherweise beeinflusst wurden durch eine Zyklusverrutschung, obwohl sie beeinflusst werden konnten durch eine anomale Satellitenuhr), und verwendet auch diese präzise Satelliteninformation.
Mit anderen Worten, werden auf Grundlage des Ergebnisses der Verarbeitungsschritte S20 und S30 Parameter geschätzt S40, die nützlich sind zum Bestimmen oder Schätzen einer Position, wie zum Beispiel der Position eines Rovers oder spezifischer die Position der Antenne desselben. Beispielsweise können die geschätzten Parameter die wahrscheinlichste Anzahl von Zyklen für die Trägerwelle zwischen dem GNSS-Empfänger und GNSS-Satelliten kennzeichnen, das heißt, die geschätzten Parameter können die gelöste Ganzzahl-Mehrdeutigkeit sein. Mit anderen Worten, ist die Ausgabe des Verfahrens nicht notwendigerweise die Position selbst, aber Parameter, die verwendet werden, können, beispielsweise durch eine andere Einheit (wie zum Beispiel eine Verarbeitungsentität bzw. Verarbeitungselement auf einem Server, der für solch eine Aufgabe bestimmt ist), zum Schätzen oder Bestimmen der Rover-Position.
Wie oben bemerkt, kann das Verfahren ausgeführt werden durch den Rover-Empfänger selbst oder durch ein anderes Verarbeitungselement, das sich entfernt von dem Rover-Empfänger befindet. Der Rover-Empfänger kann statisch (sich nicht bewegend) oder dynamisch (sich bewegend) sein. Der Rover-Empfänger kann Daten senden, die die GNSS-Beobachtungen repräsentieren, an das Verarbeitungselement, welches dann dafür vorgesehen ist, die GNSS-Beobachtungen zu erhalten (Schritt S10), und die anderen Schritte des Verfahrens (Schritte S20, S30 und S40) auszuführen.
Die präzise Satelliteninformation kann berechnet oder vorbereitet werden durch ein Netzwerk von Referenzempfängern, für die Positionen präzise bekannt sind, und dann können die präzisen Satelliteninformationen übertragen werden unter Verwendung von beispielsweise NTRIP (Netzwerktransport von RTCM über Internet-Protokoll, wobei RTCM für Radio Technical Commission for Maritime (Services) steht), oder über eine Satellitenverbindung, beispielsweise einem L1-Band, das der gleichen Antenne erlaubt, verwendet zu werden, die die GNSS-Signale empfängt.
Der Ort eines Referenzempfängers, auch genannt Referenzstation, ist typischerweise sehr präzise bekannt, wie zum Beispiel innerhalb von zwei (2) Zentimetern. Jede Referenzstation enthält mindestens eine Antenne und empfängt und beobachtet GNSS-Signale von den GNSS-Satelliten oder mindestens einigen von diesen. Die Beobachtung von GNSS-Signalen durch einen Referenzempfänger, dessen Position präzise bekannt ist, oder durch eine Vielzahl von Referenzempfängern, ermöglicht die Bestimmung von Information hinsichtlich der präzisen Satellitenumlaufbahnen hinsichtlich der präzisen Satellitenuhrenfehler und hinsichtlich der Offsets bzw. Versatze (oder Biase) zwischen den GNSS-Signalen.
In einer Ausführungsform, wie in 25 dargestellt, enthält die präzise Satelliteninformation, erhalten in Schritt S20, ferner Biase zwischen der Phase von zwei oder mehr GNSS-Signalen, die von einem Satellit kommen, der mindestens einen der Vielzahl von GNSS-Satelliten. Bereitstellen dieser Information als Eingabe zu Schritt S40 eines Schätzens ermöglicht die Ganzzahl-Mehrdeutigkeiten festzulegen bzw. zu fixen. Ohne Kenntnis der Biase zwischen den Phasen des GNSS-Signals von dem Satellit, ist es im Allgemeinen möglich, nur eine Fließlösung bzw. Fließkommalösung zu erhalten. Mit anderen Worten ist die Biasinformation nur benötigt zum Festlegen von Mehrdeutigkeiten, und die Erfindung kann auch ohne dieses Festlegen funktionieren (d. h. die Mehrdeutigkeiten werden betrachtet als ”Floating”). Jedoch gibt es auch einen Vorteil von dem Festlegen von Mehrdeutigkeiten. Die Biase zwischen zwei oder mehr GNSS-Satelliten, die von einem Satellit kommen bzw. von einem beursprungt sind, sind inhärent in der Erzeugung der GNSS-Signale aufgrund von Verzögerungen in der Satelliten-Hardware (Verstärker, Kabel, Filter, etc.), und die Information wird benötigt zum Lösen von Ganzzahl-Mehrdeutigkeiten in einer oder mehreren Phasenmessungen von mindestens einer der Vielzahl von GNSS-Satelliten.
Durch ”inhärent in der Erzeugung der GNSS-Signale” ist gemeint, dass die Biase im Allgemeinen nicht vermieden werden können in diesem Kontext. Die Biase zwischen zwei oder mehr Signalen von den gleichen Satelliten sind eine Funktion der Prozesse und elektrischer Schaltkreise, die verwendet werden zum Erzeugen der Signale. Dies sind großteils Verzögerungen aufgrund von unterschiedlichen Ausbreitungspfaden durch die elektrischen Schaltungen bzw. Schaltkreise. Für GPS wird das L1-Signal gegeben durch eine Grundschwingung f₀·154 und für L2 ist es f₀·120. Falls es keinen Bias gab, wenn der Oszillator zuerst angeschaltet wurde bei t = 0, würde die übertragene Phase für beide Null sein. Dann würde die Phasenbeziehung aufrechterhalten werden abhängig von der Zeit, die abgelaufen ist, und diese Frequenzen, selbst wenn die Frequenzen unterschiedlich sind. Dann würde, nach einer Sekunde, die Phase für sowohl L1 als auch L2 wieder Null sein, falls kein Bias vorliegt. Der Bias ist aufgrund von Hardware-Verzögerungen in den Filtern, Kabeln, Verstärkern, etc. in dem Satellit vorhanden.
Der Vorteil, wenn die Biase verfügbar sind, ist die verbesserte Qualität (oder Genauigkeit) der Endempfänger-Positionsbestimmung.
In einer Ausführungsform umfasst ein Erhalten s10 von mindestens einem GNSS-Signal von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten ein Durchführen von Ranging-Code-Beobachtungen bzw. Observationen und Trägerphasen-Beobachtungen der GNSS-Signale.
In einer Ausführungsform umfasst ein Erhalten s20 von präziser Satelliteninformation ein Erhalten der präzisen Satelliteninformation pro GNSS-Satellit alle zwei Sekunden oder häufiger. Beispielsweise kann die präzise Satelliteninformation erhalten werden pro GNSS-Satellit jede Sekunde oder häufiger.
In einer Ausführungsform enthält ein Identifizieren s30 des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes ein Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von mindestens einem von geometriefreien Trägerphasen-Kombinationen (ein Beispiel einer geometriefreien Trägerphasen-Kombination ist in Gleichung (9) unten gegeben) und geometriefreien Code-Träger-Kombinationen (ein Beispiel einer geometriefreien Code-Träger-Kombination ist die Melbourne-Wubbena-Kombination, die in Gleichung (17) unten gegeben ist, siehe auch Referenz [7], die unten erwähnt ist). Insbesondere kann dies ausgeführt werden durch Berechnen von geometriefreien ionosphärischen Trägerphasen (die ionosphärische Restträgerphasenkombination ist ein Beispiel einer geometriefreien Trägerphasenkombination, die in Gleichung (9) unten gegeben ist) oder durch Berechnen von geometriefreien Melbourne-Wubbena-Code-Träger (siehe Gleichung (17) unten). Verwenden von mindestens einer von geometriefreien Trägerphasen-Kombinationen und geometriefreien Code-Träger-Kombinationen ermöglicht die Bestimmung von diesen Signalen, ermöglicht die Bestimmung von diesen Signalen, beeinflusst oder möglicherweise beeinflusst durch Zyklusverrutschungen.
In einer Ausführungsform, wie in 26 dargestellt, kann die Identifizierung in Schritt 30 der durch Zyklusverrutschung beeinflussten GNSS-Signale auch die präzise Satelliteninformation in Betracht ziehen. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, falls ein Satellit ein Driftproblem dadurch hat, dass seine Uhr driftet bzw. abweicht, verglichen zu ihrem erwarteten Verhalten auf Grundlage der Spezifizierung für die Satelliten-Atomuhr-Stabilität, zu welcher Zeit der Uhrendrift nicht bestimmt werden kann durch die Satellitenuhrenparameter, die übertragen werden durch den Satelliten.
In einer Ausführungsform umfasst der Schritt eines Schätzens s40 von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position desselben, ein Bestimmen einer Positionsänderung des Empfängers unter Verwendung von einer Zeitunterschieds-Trägerphase (Time-Differenced Carrier Phase) für mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind. Gleichungen (5) und (6) unten zusammen mit der begleitenden Beschreibung werden zeigen, dass, für einen statischen Empfänger, man Zeitunterschiedsmessungen für irgendeinen Kanal bilden kann, die gewöhnlich nur eine Funktion des Empfängeruhrendrifts und Kanalträger-Phase-Lock-Status (d. h. Zyklusverrutschungen) sind. Sobald Zyklusverrutschungen identifiziert sind, kann Gleichung (5) angewandt werden auf die Trägerphasenmessungen von jedem zyklusverrutschungsfreien Kanal für eine Schätzung von Empfängerantennen-Positionsänderungen. Da man gewöhnlicher Weise viele solche Messungen für eine gegebene Epoche hat, kann man einen Kleinste-Quadrate-Prozess anwenden zum Bestimmen der Besten-Fit-Positionsänderung und Uhrenänderung bzw. Taktänderung.
In einer Ausführungsform, wie durch das Flussdiagramm von 27 dargestellt, sind zusätzlich zum Ausnehmen der GNSS-Signale von dem Teilsatz von durch Zyklusverrutschung beeinflusste GNSS-Signale, wenn die Parameter in Schritt s40 berechnet werden, die Signale von den Satelliten, die bestimmt werden auf Grundlage der präzisen Satelliteninformation, einen anormalen Uhrenversatz zu haben, auch ausgenommen. Ein Satellit wird bezeichnet, einen anomalen Uhrenversatz zu haben, wenn sein Uhrenversatz oder Drift einen Schwellenwert überschreitet, der basierend ist auf der Spezifizierung für die Satelliten-Atomuhr-Stabilität. Von einem Satelliten kann auch gesagt werden, dass er einen anormalen Uhrenversatz aufweist, wenn ein Versuch zum Berechnen des Uhrenversatzes unter Verwendung der Übertragungsuhrparameter in einem Restuhrenfehler resultiert, wenn ein Vergleich durchgeführt wird zu der präzisen Satelliteninformation, die einen akzeptablen Schwellenwert überschreitet.
In einer Ausführungsform, wie durch Flussdiagramm von 28 dargestellt, wird, sobald die Parameter im Schritt S40 geschätzt wurden, ein Zyklusverrutschungsreparieren in Schritt s50 hinsichtlich der durch Zyklusverrutschung beeinflussten GNSS-Signale ausgeführt. Dann werden in Schritt s60 die Parameter, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers wieder geschätzt (zum Verbessern der Genauigkeit der Parameter) auf Grundlage von mindestens einem GNSS-Signal, für das ein Zyklusverrutschungsreparieren ausgeführt wurde, zusätzlich zu der Information, die schon verwendet wurde in Schritt s40, wie oben bemerkt.
In Schritt s50 kann das Zyklusverrutschungsreparieren wie folgt ausgeführt werden. Sobald Trägerphasen-Messaufzeichnungen verdächtigt werden, eine Zyklusverrutschung zu enthalten, muss man den am wahrscheinlichsten ganzzahligen Wert der Zyklusverrutschung bestimmen und die Wahrscheinlichkeit, dass es tatsächlich eine Zyklusverrutschung ist. Ein Ansatz ist es, einfach den Rest auf den nächsten ganzzahligen Wert zu runden und die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass der Rest einfach Rauschen ist. Jedoch kann, falls zusätzliche Reste für den gleichen Satellit verfügbar sind, der beste Satz an ganzzahligen Werten-Zyklusverrutschungen bestimmt werden für jeden Kanal unter Verwendung einer Suchtechnik, wie zum Beispiel die, die in Teunissen, P. J. J. (1994) "A new method for fast carrier phase ambiguity estimation", Porceedings of IEEE PLANS'94, Las Vegas, NV, April 11–15, Seiten 562–573 beschrieben ist. Sobald die Zyklusverrutschungen (cycle slips) mit ganzzahligem Wert bestimmt sind, werden diese verwendet zum Korrigieren der ursprünglichen Trägerphasenmessungen.
In einer Ausführungsform verwendet ein wieder Schätzen s60 von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers, oder einer Änderung in der Position desselben, sowie dem Uhrenversatz von dem GNSS-Empfänger eine ionosphärenfreie Code-Kombination (siehe Gleichung (11) unten und den begleitenden Text) und eine ionosphärenfreie Trägerphasen-Kombination (siehe Gleichung (13) unten und den begleitenden Text).
In einer Ausführungsform verwendet, wie dargestellt durch Flussdiagramm von 29, ein Schätzen s60 von wieder Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers, oder einer Änderung in der Position desselben, sowie dem Uhren-Offset des GNSS-Empfängers mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für welche Zyklusverrutschung ein Reparieren ausgeführt wurde, aber ausschließend die GNSS-Signale, die von einem Satellit kommen, bestimmt auf Grundlage von der präzisen Satelliteninformation, einen Uhrenversatz oder Drift aufzuweisen, die einen Schwellenwert überschreiten, auf Grundlage der Spezifizierung für die Satelliten-Atomuhr-Stabilität oder einen Uhrenversatz eines Drifts, überschreitend einen Schwellenwert auf Grundlage eines Restuhrenfehlers, wenn die präzise Satelliteninformation mit einem Uhren-Offset bzw. Uhrenversatz verglichen wird, der berechnet wird unter Verwendung der Übertragungssatelliten-Uhrenparameter. Ein wiederholtes Schätzen s60 von Parametern verwendet auch die erhaltene präzise Satelliteninformation, wie oben erklärt.
30 stellt schematisch eine Vorrichtung in einer Ausführungsform der Erfindung dar. Die Vorrichtung 100 ist konfiguriert zum Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position eines GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position desselben durch Ausführen des Verfahrens, das mit Bezug auf 24 beschrieben ist.
Um dieses durchzuführen, kann die Vorrichtung 100 eine Verarbeitungseinheit, einen Hauptspeicher, einen ROM (Nur-Lese-Speicher) oder RAM (Zufallszugriffsspeicher), ein Speichergerät, ein Eingabegerät, ein Ausgabegerät und eine Kommunikationsschnittstelle umfassen. Ein Bus kann einen Pfad enthalten, der eine Kommunikation unter den Komponenten der Vorrichtung 100 erlaubt.
Die Verarbeitungseinheit kann einen Prozessor, einen Mikroprozessor oder Verarbeitungslogik enthalten, was computerausführbare Instruktionen interpretiert und ausführt zum Ausführen des Verfahrens enthaltend die Schritte s10, s20, s30, s40. Der Hauptspeicher kann einen ROM oder RAM oder eine andere Art von dynamischen Speichergerät enthalten, das Information speichern kann und Instruktionen zum Ausführen durch die Verarbeitungseinheit. Der ROM kann ein ROM-Gerät oder eine andere Art von statischen Speichergerät enthalten, das statische Informationen und Instruktionen zur Verwendung durch die Verarbeitungseinheit speichern kann. Das Speichergerät kann ein magnetisches und/oder optisches Aufzeichnungsmedium und ein entsprechendes Laufwerk enthalten.
Das Eingabegerät kann einen Mechanismus enthalten, der einem Benutzer erlaubt, Information einzugeben in die Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Tastatur, ein Keypad, eine Maus, einen Stift, Spracherkennung und/oder biometrische Mechanismen, etc. Das Ausgabegerät kann einen Mechanismus enthalten, der Informationen an den Bediener ausgibt, enthaltend eine Anzeige, einen Drucker, einen Lautsprecher, etc. Die Kommunikationsschnittstelle kann irgendeinen Transceiver-artigen Mechanismus enthalten, der der Vorrichtung 100 ermöglicht, mit anderen Geräten und/oder System zu kommunizieren (wie zum Beispiel präzise Satelliten zu erhalten). Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle einen Mechanismus zum Kommunizieren mit einem anderen Gerät oder System über ein Netzwerk enthalten.
Vorrichtung 100 kann gewisse Betriebe bzw. Operationen oder Prozesse ausführen, die hierin beschrieben sind. Sie kann diese Betriebe bzw. Betriebsvorgänge ansprechend darauf ausführen, dass die Verarbeitungseinheit Software-Instruktionen ausführt, die enthalten sind in einem Computer-lesbaren Medium, wie zum Beispiel dem Hauptspeicher, dem ROM, und/oder dem Speichergerät. Ein computerlesbares Medium kann als physikalisches oder logisches Speichergerät definiert werden. Beispielsweise kann ein logisches Speichergerät einen Speicherraum innerhalb eines einzelnen physikalischen Speichergeräts enthalten oder verteilt über mehrere physikalische Speichergeräte. Jeder von dem Hauptspeicher, dem ROM und dem Speichergerät können ein computerlesbares Medium enthalten. Die magnetischen und/oder optischen Aufzeichnungsmedien (beispielsweise lesbare CDs, DVDs oder Blue-Ray Discs (BDs)) des Speichergeräts können auch computerlesbare Medien enthalten. Die Software-Instruktionen können gelesen werden in dem Hauptspeicher von einem anderen computerlesbaren Medium, wie zum Beispiel dem Speichergerät oder von einem anderen Gerät über die Kommunikationsschnittstelle.
Die Software-Instruktionen, die enthalten sind in dem Hauptspeicher, können die Verarbeitungseinheit veranlassen, Betriebe oder Prozesse, die hierin beschrieben sind, auszuführen. Alternativ kann eine verdrahtete Schaltung verwendet werden anstatt von oder in Kombination mit Software-Instruktionen zum Implementieren von Prozessen und/oder Betrieben, die hierin beschrieben sind. Deshalb sind Implementierungen, die hierin beschrieben sind, nicht begrenzt auf irgendeine spezifische Kombination von Hardware und Software.
Nun soll des Weiteren der Kontext erklärt werden, in dem die Erfindung entwickelt wurde für ein besseres Verständnis derselben.
Dienstanbieter von Differential-Global-Navigationssatellitensystemen-(GNSS)-Positionierungsdiensten, wie virtuelle Referenzstations-(VRS)-Netzwerke, Einzelbasis-Echtzeitkinematik-(RTK)-Korrekturen, Meeresreferenzstationen, Lokalbereichs-Augmentationssysteme (LAAS, Local Area Augmentation Systems) für präzises Anliegen, etc., benötigen typischerweise ein empfängerautonomes Integritätsüberwachen (RAIM, Receiver Autonomous Integrity Monitor) der GNSS-Messungen oder Korrekturen vor einer Übertragung über irgendein Kommunikationsmedium, wie zum Beispiel Funk, Satellit oder IP. Obwohl verschiedene Verfahren für RAIM existieren in der Literatur (siehe beispielsweise Lee, Y. C. (1992), Receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) capability for sole-means GPS navigation in the oceanic phase of flight, Position Location and Navigation Symposium, Seiten 464–472, Hewitson, S., Lee, H. K. und Wang, J. (2004) Localization Analysis for GPS/Galileo Receiver Autonomous Integrity Monitoring, Journal of Navigation, 57, Seiten 245–259; and Hewitson, S. und Wang, J. (2007), GNSS Receiver Autonomous Integrity Monitoring with a Dynamic Model, Journal of Navigation, 60, Seiten 247–263) eingebaut sind in verschiedenen GNSS-Produkten, wurden die meisten entwickelt für klassische GNSS-Navigationslösungen. Diese Lösungen verwenden hauptsächlich Pseudoentfernungsmessungen und Satellitenumlaufbahn und Uhreninformation, ausgestreut über die Navigationsübertragungsnachricht.
Fortschrittlichere Verfahren, wie die Analyse von Roh-GNSS-Daten, die in einer Ausführungsform beschrieben werden, werden schon in Trimble-Infrastruktur verwendet, und Überwachungslösungs-Software verwendet zusätzlich Trägerphasen-Messungen und Kombinationen von verschiedenen Frequenzen zum Detektieren von Fehlern in den GNSS-Messungen in jedem Referenzempfänger. Obwohl dies durchgeführt werden kann unter Verwendung von Übertragungssatellitenephemeriden Ausreißerdetektionsniveaus sind begrenzt durch die Fehler in den berechneten Satellitenpositionen und Uhrenversätzen. Dies kann verbessert werden unter Verwendung von beispielsweise IGS ultraschnellen Umlaufbahnen (siehe Springer, T. A. und Hugentobler, U. IGS ultra rapid products for (near-)real-time applications, Physics and Chemistry of the Earth, Teil A: Solid Earth and Geodesy, Band 26, Auflagen 6–8, Seiten 623–628), welche die Satellitenpositionsfehler signifikant verringern. Jedoch sind Satellitenuhrenversätze typischerweise nicht verfügbar mit einer genügend hohen Rate oder Qualität, um ein Modellbilden der kurzzeitigen Instabilitäten zu erlauben (auch genannt ”transiente” Instabilitäten), die gelegentlich beobachtet werden in GNSS-Satellitenuhren.
Die Einzelbasis-Echtzeit-kinematische(RTK)-Engine, die verwendet wird in Trimble-GNSS-Empfängern, führt auch eine Rohdatenanalyse der Messungen von der Referenz und Rover-Empfängern aus. Eine Code-Träger-Kombination und die ionosphärische Restträger-Kombination werden verwendet zum Detektieren und Markieren von Zyklusverrutschungen, die nicht markiert werden bzw. geflaggt werden, durch die Signalnachverfolgungs-Firmware, die eingebettet ist in den Empfängern. Danach verwendet die RTK-Engine Zeitdifferenz-L1-Trägerphasenmessungen von dem Referenzempfänger zum Detektieren von großen Satellitenpositionsfehlern und unstabilen Satellitenuhren. Beim verwenden von nur Übertragungssatellitenephemeriden oder IGS-ultraschnellen Umlaufbahnen, würde die RTK-Engine alle Messungen von einem Satellit abweisen, während Perioden einer kurzzeitigen Uhreninstabilität. Ohne Zugriff auf hohe Raten und Satellitenuhrenversätze mit hoher Qualität, ist dies das beste Vorgehen für die RTK-Engine, aber verringert die Anzahl von Satelliten, die verfügbar sind für eine Mehrdeutigkeitslösung und Positionierung.
Das gegenwärtige Trimble CenterPoint RTX system (TCP) (siehe internationale Anmeldungen WO 2011/034624 A2 , WO 2011/034615 A2 , WO 2011/034616 A2 , WO 2011-034617 A2 , und WO 2011/034614 A2 , die schon oben erwähnt wurden) besteht aus einem globalen Netzwerk von mehr als 100 GNSS-Referenzempfängern und mehreren redundanten Servern. Das TCP ist ein Beispiel eines Systems, das verwendet wird von einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die präzise GNSS-Satellitenumlaufbahnen und Uhren in Echtzeit berechnet. Andere globale Netzwerke oder regionale Teilnetzwerke von GNSS-Referenzstationen können auch verwendet werden, und die vorliegende Erfindung ist nicht begrenzt auf die Verwendung von irgendeinem bestimmten globalen Netzwerk oder regionalen Teilnetzwerk. Unter Verwendung des TCP sind die erwartete Genauigkeit der Positionen und Uhrenversätze ungefähr drei Zentimeter. Für alle nachverfolgten Satelliten werden präzise Positionen übertragen über eine L-Band-Satellitenverbindung über ein 20-Sekunden-Intervall, während präzise Uhrenversätze übertragen werden alle 2 Sekunden. Diese Intervalle können verringert werden, falls es eine ausreichende Übertragungsbandbreite gibt. Unter Verwendung des NTRIP-Standards können die präzisen Umlaufbahnen und Uhren übertragen werden mit 1 Hz unter Verwendung von TCP-IP (Internet-Protokoll). Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen das Modul bereit, das dafür vorgesehen ist, die Parameter zu schätzen, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des Empfängers mit Zugang zu den präzisen Satellitenpositionen und Uhrenversätzen bei 1 Hz, wobei das Endresultat ein robusteres Handhaben von Perioden von Satellitenuhreninstabilität, Verbesserungen in Code- und Trägerausreißerdetektion und verlässlichere Zyklusverrutschungsdetektion und Reparatur im Allgemeinen ist. Für eine Einzelbasis-RTK-Referenzstation ist der sofortige Vorteil die Verringerung in der Anzahl von abgewiesenen Messungen während Perioden einer Satellitenuhreninstabilität. Sowohl die RTK-Engine, die Positionen berechnet, als auch ein Verfahren, das beschrieben wird in einer Ausführungsform, die verwendet wird zum Analysieren der Roh-GNSS-Daten, könnten auch erweitert werden zum Verwenden der TCP-Umlaufbahnen und Uhren zum Bestimmen der Position einer Referenzstation mit erhöhter Genauigkeit.
Eine Analyse der Roh-GNSS-Daten, die vorher erwähnt wurde als ein fortschrittliches Verfahren, hier im Folgenden bezeichnet als das Rohdaten-Analyseverfahren, wird in einer Ausführungsform beschrieben, und ist entwickelt zum Detektieren von Ausreißern und Trägerphasen-Zyklusverrutschungen in den Messungen von einem einzelnen GNSS-Empfänger. Dieses Verfahren wird gegenwärtig verwendet in Trimble-Infrastruktur-Software-Produkten zum Analysieren der Messungen von GNSS-Referenzempfängern und einer Antenne, wo die Koordinaten des Antennenreferenzpunkts (ARP, Antenna Reference Point) typischerweise bekannt sind im Zentimeterniveau innerhalb des internationalen terrestrischen Referenzrahmens (ITRF, International Terrestrial Reference Frame). Pseudoentfernung und Trägerphasen-Messungen von jedem GNSS-Empfängerkanal werden gefiltert mit einem Hochpass und die Reste von den Filtern werden auf Ausreißer und Zyklusverrutschungen überprüft.
Für Pseudoentfernungs-P j / ikm- und Trägerphasen-Φ j / ikm-Beobachtungen von einem GNSS-Empfänger zu Satellit j auf einem Frequenzband k und Modulationstyp m wird angenommen, dass das folgende Beobachtungsmodell die Beobachtungen bei Epoche i auf gewisse physikalische Quantitäten bezieht:
wobei

ρ j / i: die Empfänger-zu-Satellit-j-geometrische Entfernung bei Epoche i ist
c: die Lichtgeschwindigkeit ist
Δt_i: ein Empfängeruhrenfehler bei Epoche i ist
Δt j / i: ein Satelliten-j-Uhrenfehler bei Epoche i ist
T j / i: die Empfänger-zu-Satelliten-j-troposphärische Verzögerung bei Epoche i ist

λ_k: die Frequenz f_k Wellenlänge ist
N j / ikm: der Empfänger-zu-Satellit-j-Ganzzahl-Mehrdeutigkeitsausdruck für eine Wellenlänge λ_k bei Epoche i ist

Tabelle 1 listet einige der PRN-Signaltypen auf, die verwendet werden durch verschiedene GNSS (wo QZSS für ”Quasi Zenith Satellite System” steht). Tabelle 1 Signaltypen

GNSS	Signalname	Frequenz (MHz)
GPS (und QZSS)	L1-C/A, L1C, L1P	1575.420
	L2C, L2P	1227.600
	L5	1176.450
GLONASS	L1OF, L1SF (FDMA)	1602 + n × 0.5625
	L2OF, L2SF (FDMA)	1246 + n × 0.4375
	L1OC, L1OCM, L1SC (CDMA)	1575.420
	L2OC, L2SC (CDMA)	1242.000
	L3OC, L3SC (CDMA)	1207.140
	L5OCM (CDMA)	1176.450
GALILEO	E1	1575.420
	E5A	1176.450
	E5B	1207.140
	E6	1278.750
COMPASS	B1	1561.098
	B2	1207.140
	B3	1268.520

Durch zuerst Entfernen der geometrischen Entfernung (ρ j / i), des Empfängeruhrenfehlers (Δt_i), des Satellitenuhrenfehlers (Δt j / i) und der troposphärischen Verzögerung (T j / i) von Gleichungen (1) und (2), ist es möglich, ein relativ einfaches Zwei-Zustand-Filter zu verwenden, um die Pseudoentfernung und Trägerphasenmessungen von jedem Kanal zu filtern. (Dies wird vollständiger beschrieben werden in der Beschreibung, was zu Gleichung (8) führt. In dem Absatz, der Gleichung (8) folgt, wird bemerkt, dass die Messung, die in Gleichung (8) beschrieben wird, durch ein relativ einfaches Hochpassfilter gegeben werden kann, was daher Reste bereitstellt, die analysiert werden können zum Detektieren von Trägerphasenausreißern und zum Reparieren von Zyklusverrutschungen. Der gleiche Ansatz kann verwendet werden für Pseudoentfernungsmessungen und die Reste, die analysiert werden zum Detektieren von Pseudoentfernungsausreißern. Für das Hochpassfilter kann ein Kalman-Filter verwendet werden zum Schätzen eines Absolutzustands und einer Zeitableitung unter Annahme, dass das zugrundeliegende Modell ein Gausss-Markov-Prozess ist). Die geometrische Entfernung ρ j / i wird berechnet von der bekannten GNSS-Antennenposition und die Satellitenposition wird berechnet von irgendeiner verfügbaren Ephemeride. Der Satellitenuhrenfehler Δt j / i wird berechnet von der gleichen Ephemeride oder Ephemeriden und der troposphärischen Verzögerung T j / i wird berechnet beispielsweise aus einem Modell, wie das, das beschrieben wird in Niell, A. E., Global mapping functions for the atmosphere delay at radio wavelengths, Journal of Geophysical Research, 1996 (hier bezeichnet als ”Referenz [2]”).
Entfernen der geometrischen Entfernung ρ j / i, des Satellitenuhrenfehlers Δt j / i und der troposphärischen Verzögerung T j / i von Gleichungen (1) und (2) ergibt:
Der Empfängeruhrenfehler Δt_i kann wie folgt entfernt werden. Bei jeder Epoche i tritt der Empfängeruhrenfehler Δt_i üblicherweise auf bei Code- und Trägerphasen-Messungen von allen Satelliten und kann bestimmt werden auf verschiedene Arten, wie zum Beispiel Medianwert, Durchschnittswert, Kleinste-Quadrate, gewichtete Kleinste-Quadrate und Kalman-Filter.
Alternativ kann der Empfängeruhrenfehler Δt_i eliminiert werden durch Differenzieren von Gleichungen (3) und (4), aber diese Kombination wird dominiert von Pseudoentfernungsrauschen. Da einer der Hauptzwecke des Rohdaten-Analyseverfahrens ist, die Detektion und Reparatur von Trägerphasen-Zyklusverrutschungen auszuführen, ist es wichtig, dass der Empfängeruhrenfehler Δt_i bestimmt wird mit einer Genauigkeit auf der Höhe des Trägerphasenrauschens. Aufgrund der Trägerphasen-Mehrdeutigkeit ist es schwierig, Gleichung (4) direkt zu verwenden zum Bestimmen eines absoluten Empfängeruhrenfehlers Δt_i bei irgendeiner Epoche.
Jedoch ist es möglich, die Änderung akkurat zu bestimmen in dem Empfängeruhrenfehler zwischen nacheinander folgenden Epochen unter Verwendung von Zeitdifferenz-Trägerphasen-Messungen. Bilden von Zeitdifferenzen von Gleichung (2) ergibt:
wobei

∂Φ j / ikm: das Empfänger-zu-Satellit-j-Trägerphasen-Delta für einen Modulationstyp m auf Frequenz f_k von Epoche i – 1 zu Epoche i ist
∂ρ j / i: das Empfänger-zu-Satellit-j-geometrische Entfernungs-Delta von Epoche i – 1 zu Epoche i ist
∂Δt_i: das Empfängeruhrenfehler-Delta von Epoche i – 1 zu Epoche i ist
∂Δt j / i: das Satellitenuhrenfehler-Delta von Epoche i – 1 zu Epoche i ist
∂T j / i: das Empfänger-zu-Satellit-troposphärische Verzögerungs-Delta von Epoche i – 1 zu Epoche i ist

∂N j / ikm: das Empfänger-zu-Satellit-j-Ganzzahl-Mehrdeutigkeits-Delta (Zyklusverrutschung) für einen Modulationstyp m auf Frequenz f_k von Epoche i – 1 zu Epoche i ist

Im Allgemeinen wird das Rohdaten-Analyseverfahren ausgeführt mit Daten, die gesammelt werden durch einen Referenzempfänger bei einer Epochenaktualisierungsrate von 1 Hz oder höher. Wenn das Intervall zwischen hintereinander folgenden Epochen weniger ist als oder gleich ist zu einer Sekunde, werden viele der Ausdrücke in Gleichung (5) effektiv gelöscht bzw. entfernt. Prüfen von jedem Ausdruck in der Gleichung führt zu folgenden Schlussfolgerungen:

• In den meisten Fällen überschreitet der Fehler in dem Empfänger-zu-Satellit-geometrische Entfernungs-Delta-Ausdruck, ∂ρ j / i, berechnet von Übertragungsephemeriden, nicht ±3 mm/s (Peyton, D. R. (1990). An investigation into acceleration determination for airborne gravimetry using the global positioning system. University of New Brunswick. Frederiction: University of New Brunswick, hier bezeichnet als ”Referenz [3]”).
• Für GPS-Satelliten kann der Uhrenfehler berechnet werden unter Verwendung eines Polynoms zweiter Ordnung mit Koeffizienten, die bereitgestellt werden in der Übertragungsephemeridennachricht. Die Genauigkeit dieser Parameterisierung hängt größtenteils ab von sowohl der langfristigen als auch kurzfristigen Stabilität des Atomfrequenzstandards, der verwendet wird zum Steuern der Zeitgebung der Satellitenuhr bzw. Satellitentakts. GNSS-Satelliten verwenden typischerweise Atomuhren mit Langzeitstabilitäten im Bereich von 10^–11 zu 10^–14 Sekunden. Kurzzeitige Stabilität, wie bestimmt durch die Allan-Varianz der Uhr, wird gegeben in der Referenz: Hesselbarth, A., & Wanninger, L., Short-term stability of GNSS satellite clocks and its effects on precise point positioning, Dresden University of Technology, Geodetic Institute, Dresden, Germany: Dresden University of Technology, 2008 (hier bezeichnet als Referenz [4]”). Es wird deshalb erwartet, dass der Fehler in dem Satellitenuhrenfehler-Delta-Ausdruck ∂Δt j / i, berechnet von einer Übertragungsephemeride, nicht mehr als einige Millimeter sein wird.
• Der Restfehler in der troposphärischen Verzögerung, berechnet von einem empirischen Modell, ist gewöhnlich nicht mehr als 20% der Gesamtverzögerung am Zenit, abgebildet auf die Sicht bzw. Blicklinie. Ferner ist die Änderungsrate des Restfehlers am Zenit typischerweise nicht mehr als ungefähr 1 cm/Stunde. Selbst wenn dieser Fehler abgebildet wird auf die Sichtlinie, wird es noch immer unter einem Millimeter sein, und so kann der Empfänger-zu-Satellit-troposphärische Verzögerungs-Delta-Ausdruck ∂T j / i vernachlässigt werden.
• Während Perioden mit ruhiger Raumwetteraktivität kann eine ionosphärische Verzögerung als konstant über Perioden von mindestens einigen Minuten betrachtet werden, und so dass der Empfänger-zu-Satellit-Trägerphasen-ionosphärische Verzögeruns-Delta-Ausdruck,
normalerweise vernachlässigbar ist.
• Von Empfänger- und Satelliten-Trägerphasen-Biasen wird erwartet, dass sie konstant bleiben über ziemlich lange Zeitperioden, und so sollten die Bias-Delta-Ausdrücke
effektiv Null sein über Intervalle von mindestens einigen Minuten.
• Gemäß Wanninger, L. a., Carrier phase multipath calibration of GPS reference stations, Salt Lake City: Institute of Navigation, 2000 (hier bezeichnet als ”Referenz [5]”), betragen die dominanten Zeitperioden im Trägerphasen-Multipfad von 10 bis 45 Minuten abhängig von dem Abstand zwischen der GNSS-Antenne und dem Reflektor (d. h. zwischen der GNSS-Empfängerantenne und der Multipfadquelle, nämlich der reflektierenden Quelle, die das zusätzliche Signal, nachverfolgt durch den Empfänger, hervorruft). Deshalb sollte der Trägerphasen-Multipfad-Delta-Ausdruck,
– falls nicht Null – mindestens sehr verringert sein.

Unter Inbetrachtziehung des Obigen ergibt die folgende Gleichung für Zeitdifferenz-Trägerphasen-Beobachtungen:
Wie oben bemerkt, wird in Gleichung (6) ruhiges Raumwetter angenommen, und ausreichend lange Zeitkonstanten für die Ausdrücke, die eliminiert sind von Gleichung (5). Während Perioden mit hoher ionosphärischer Aktivität und insbesondere ionosphärischer Scintillationsaktivität, kann das ionosphärische Verzögerungs-Delta signifikant sein. Zusätzlich zeigen die Uhren, die verwendet werden von einigen GNSS-Satelliten manchmal kurzzeitige Instabilitäten mit einem erhöhten Drift von beispielsweise zwischen 10^–10 und 10^–9 Sekunden. Im Allgemeinen ist jedoch Gleichung (6) gültig in den meisten Fällen und irgendwelche Restfehler können enthalten sein in dem Rauschausdruck. Die Gültigkeit dieser Behauptung wird dargestellt in 1 und 2, die Zeitfolgen von Einzeldifferenz (Zeit) und Doppeldifferenz (Zeit/Satellit) L1-C/A-Trägerphasenmessungen von GPS-Satellit PRN32 (GPS-32) für eine vierstündige Periode enthalten, in der keine Zyklusverrutschungen auftraten. Subtrahieren der Zeiteinzeldifferenzen von GPS-32 von den Zeiteinzeldifferenzen von GPS-16 eliminiert den Empfängeruhrenfehler-Delta-Ausdruck c∂Δt_i in Gleichung (6). In der Abwesenheit von Zyklusverrutschungen sollte die Zeitfolge, gezeigt in 2, repräsentativ sein für den erwarteten Rauschausdruck in Gleichung (6) skaliert mit √2.
Gleichung (6) stellt einen Mechanismus bereit zum Schätzen des Empfängeruhrenfehler-Deltas zwischen zwei hintereinander folgenden Epochen mit einem RMS-Fehler von wenigen Millimetern. Eine Möglichkeit ist es, ein einfaches Durchschnittsbilden bzw. einen einfachen Durchschnitt der Trägerphasen-Delta-Messungen von allen Satelliten, Frequenzen und Modulationsarten zum Schätzen des durchschnittlichen Empfängeruhrenfehler-Deltas bei jeder Epoche zu verwenden. Jedoch muss man vorsichtig sein, um Zyklusverrutschungen vor einem Einschließen einer Messung in den Durchschnitt zu detektieren. Das Rohdaten-Analyseverfahren verwendet einen Zwei-Stufen-Prozess. In dem ersten Schritt wird das mittlere oder durchschnittliche Empfängeruhrenfehler-Delta berechnet unter Verwendung von Trägerphasen-Delta-Messungen von allen Kanälen, für die der Empfänger keine Zyklusverrutschung detektierte. Dies wird durchgeführt, weil der Mittelwertschätzer im Allgemeinen robuster ist in der Anwesenheit von Diskontinuitäten, wie zum Beispiel Zyklusverrutschungen. Im zweiten Schritt wird ein einfacher Durchschnitt der Trägerphasen-Delta-Messungen, die nicht Ausreißer relativ zu der mittleren Schätzung sind, verwendet zum Berechnen des endgültigen Empfängeruhrenfehler-Deltas relativ zu der vorherigen Epoche.
Zurückkehrend zu Gleichungen (3) und (4) wird bemerkt, dass, was benötigt wird, ein Mittel zum Schätzen des Empfängeruhrenfehlers bei jeder Epoche i ist. Jedoch ist für den Zweck einer Zyklusverrutschungsdetektion und -Schätzung der absolute Empfängeruhrenfehler nicht so wichtig wie das Empfängeruhrenfehler-Delta zwischen den Epochen der vorherigen und gegenwärtigen Trägerphasenmessungen. Es ist deshalb ausreichend, eine Schätzung des Empfängeruhrenfehlers zu konstruieren durch Integrieren der durchschnittlichen Empfängeruhrenfehler-Deltas von jeder Epoche wie folgt:
wobei

Δt Φ / i: der Empfängeruhrenfehler bei Epoche i basierend auf einer Trägerphase ist
Δt₀: der Empfängeruhrenfehler bei Epoche 0 ist
∂Δt Φ / i: das durchschnittliche Empfängeruhrenfehler-Delta ist, das abgeschätzt wird unter Verwendung von Trägerphasen-Deltas von Epoche i – 1 zu Epoche i

Der Empfängeruhrenfehler bei Epoche 0 kann berechnet werden von dem Durchschnitt von allen Pseudoentfernungsmessungen von der gleichen Epoche oder kann einfach als Null angenommen werden.
Substituieren von Gleichung (7) in Gleichung (4) und dann Eliminieren des Empfängeruhrenfehlers ergibt letztendlich:
Die Verwendung des Symbols θ j / ikm kennzeichnet, dass der linke Ausdruck in Gleichung (8) nicht der gleiche ist, wie der linke Ausdruck in Gleichung (4). Dies kommt daher, weil der Empfängeruhrenausdruck geschätzt wurde unter Verwendung von Gleichung (7) und dann eliminiert wurde. Mit anderen Worten:
Sobald die geometrische Entfernungs-, Empfänger- und Satellitenuhrenfehler und troposphärische Verzögerung eliminiert sind von Gleichung (4), können die Trägerphasenmessungen von jedem Empfängerkanal durch ein relativ einfaches Hochpassfilter gegeben werden, und die resultierenden Reste können analysiert werden zum Detektieren von Ausreißern und zum Reparieren von Trägerphasen-Zyklusverrutschungen. Für diesen Zweck verwendet das Rohdaten-Analyseverfahren ein Kalman-Filter zum Schätzen eines Absolutzustands und eine Zeitableitung, unter Annahme, dass das zugrundeliegende Modell ein Gauss-Markov-Prozess ist.
Wenn das Rohdaten-Analyseverfahren eine mögliche Zyklusverrutschung auf einem bestimmten Kanal identifiziert, versucht es dann, die ganzzahlige Natur der Trägerphasen-Zyklusverrutschung wiederzugewinnen. Jedoch kann dies schwer sein, wenn nur der Rest von einem einzigen Kanal betrachtet wird. Deshalb werden verschiedene Linearkombinationen von Kanalresten, die einen gemeinsamen Satelliten verwenden, gebildet zum Verbessern der Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Ganzzahl-Wiedererlangens. Beispielsweise kann der Ionosphärische-Verzögerungsausdruck
in Gleichung (8) eliminiert werden durch Bilden einer ionosphärenfreien Kombination unter Verwendung von Resten von zwei Kanälen, die GPS L1 und L2 vom gleichen Satelliten verfolgen.
Filtern von Gleichung (8) ergibt im Allgemeinen gute Resultate, aber einige der Annahmen, die in dem Modell inhärent sind, sind nicht immer wahr. Zwei Angelegenheiten können insbesondere in der fehlerhaften Detektion von Zyklusverrutschungen und/oder einem inkorrekten Zyklusverrutschungsreparieren resultieren. Wie in dem vorherigen Abschnitt erwähnt, kann eine ionosphärische Scintillation aufgrund von Elektronendichteirregularitäten ein tiefes Abschwächen von GNSS-Signalen hervorrufen, sowie schnelle Fluktuationen in dem Ionosphärischen-Verzögerungsausdruck in Gleichungen (4) und (8). 3 und 4 enthalten Darstellungen, die die Änderungsrate in den L1-C/A- und L2-P-Trägermessungen von GPS-25 zeigen, gesammelt bei einer Nachverfolgungsstation in Cambridge Bay, Northwest Territories, Canada, während einem ionosphärischen Scintillationsereignis am 19. Januar 2011.
Subtrahieren der L1-C/A- und L2-P-Trägerphasen-Delta-Zeitfolgen eliminiert jede Frequenz-unabhängigen Ausdrücke von Gleichung (5) wie folgt:
Eliminieren jeder Ausdrücke mit langen Zeitkonstanten:
Gleichung (9) zeigt, dass die Differenz zwischen den L1-C/A- und L2-P-Trägerphasen-Delta-Messungen – in Abwesenheit von Zyklusverrutschungen – nur eine Funktion der Änderungsrate der ionosphärischen Verzögerung sein wird. 5 enthält ein Diagramm dieser Zeitfolge für GPS-25. Dies zeigt klar, dass hohe Änderungsraten in den L1-C/A- und L2-P-Trägerphasenmessungen wahrscheinlich sind aufgrund von einer ionosphärischen Scintillation.
Zusätzlich zu ionosphärischen Scintillationen ist ein anderes Problem, das Gleichung (8) ungültig machen kann, das Problem von unerwarteten Instabilitäten im Atomfrequenzstandard, verwendet durch individuelle GNSS-Satelliten. Von Zeit zu Zeit scheinen die Uhren von sowohl GPS als auch GLONASS-Satelliten ein außerhalb der Spezifikation liegendes Verhalten zu zeigen. Ein extremes Beispiel für dies ist GLONASS-07, welches als problematisch markiert wurde am 24. Oktober 2010. 6, 7 und 8 enthalten Diagramme von L1-C/A-, L1-P-, und L2-P-Trägerphasen-Delta-Messungen für GLONASS-07 vom 17. August 2010. Ein Vergleich dieser drei Zeitfolgen mit der in 1 gezeigten Zeitfolge, zeigt eindeutig ein Problem mit GLONASS-07 (weil die drei Ausreißer in jeder von 6, 7, und 8 vorhanden sind). In diesem Fall kennzeichnet jedoch ein Subtrahieren von L1-C/A- und L1-P-(9)-, L1-C/A- und L2-P-(10)- oder L1-P- und L2-P-(11)-Trägerphasen-Delta-Messungen, dass das Problem nicht abhängt von ionosphärischen Störungen, aber in der Tat von einem der Frequenz-unabhängigen Ausdrücke kommen muss, die sich aufheben bzw. gelöscht werden, wenn Differenzen gebildet werden zwischen Kanälen, die gemeinsam für einen Satellit sind. Unter Rückbezug auf Gleichung (5) und der Diskussion, die dieser gefolgt ist, sind die wahrscheinlichsten Kandidaten die Empfänger- und Satelliten-Uhrenfehler-Deltas. Ein Bilden von Doppeldifferenz-(Zeit/Raum-Vehikel)-Zeitfolgen (Gleichung (5) ist eine Einzeldifferenz in Zeit für einen Satelliten; falls man eine Einzeldifferenz in der Zeit von einem zweiten Satellit subtrahiert, wird eine Doppeldifferenz in Zeit und Satellit erhalten) zwischen GLONASS-07 und GLONASS-22 (12, 13 und 14) eliminiert die Möglichkeit, dass dies ein Empfängeruhrenproblem ist, da Empfängeruhrenfehler sich aufheben in dieser Kombination, während Satellitenuhrenfehler dies nicht tun. Bilden von Doppeldifferenzen zwischen L1-C/A-, L1-P- und L2-P-Trägerphasen-Delta-Messungen von zwei Stationen hebt jedoch Satellitenuhrenfehler auf. Wie in 15, 16 und 17 gezeigt, wurden die schnellen Fluktuationen in den Trägerphasen-Delta-Messungen eliminiert, und diese Fluktuationen sind deshalb vorhanden aufgrund einer Instabilität der Satellitenuhr.
Zusätzlich zu einer ionosphärischen Scintillation und Satellitenuhreninstabilitäten können Fehler in der Empfänger-zu-Satellit-geometrischen Entfernung in einer schlechten Leistungsfähigkeit des einfachen Hochpassfilters führen, das verwendet wird für eine Ausreißerdetektion und ein Zyklusverrutschungsreparieren. Das zugrunde liegende Modell nimmt an, dass der Referenzempfänger ARP immer statisch ist, und die Koordinaten von ARP auf wenige Meter in ITRF genau sind. Im Allgemeinen kann das Modell Fehler von bis zu 10 Metern in der Empfängerantennenposition tolerieren, aber es kann nicht plötzliche Änderungen in der Position handhaben. Ähnlich kann das Modell konstante Fehler in Satellitenumlaufbahnen tolerieren, aber es kann nicht plötzliche Änderungen in der Position handhaben, die nicht zum zugrundeliegenden Kräftemodell passen. In dem beschriebenen Rohdaten-Analyseverfahren werden Satellitenpositionen entweder bestimmt von Übertragungsephemeriden oder von ultraschnellen präzisen Ephemeriden, die verfügbar ist/sind von dem Internationalen GNSS-Service (IGS). Gemäß IGS-Produkten 2009, 17. Juli 2009, erlangt am 26. Juni 2011 von Internationalen GNSS-Service: http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html, wenn eine GPS-Übertragungsephemeride verwendet wird zum Berechnen von Satellitenpositionen, ist der 1D RMS-Fehler in X, Y und Z ca. 100 cm, während bei einer ultraschnellen präzisen Ephemeride dies verringert wird auf ungefähr 5 Zentimeter. Für GLONASS-Satelliten wird erwartet, dass die Genauigkeit der Übertragungsephemeride um einen Faktor von drei (3) schlechter ist verglichen zu GPS (Wanninger, L., & Wallstab-Freitag, S., Combined processing of GPS, GLONASS and SBAS code phase and carrier phase measurements, Institude of Navigation, Fort Worth, Texas: Proceedings ION GNSS 2007, hier bezeichnet als ”Referenz [6]”).
Es sollen nun einige Ausführungsformen der Erfindung detaillierter beschrieben werden.
Das gegenwärtige TCP-System besteht aus einem globalen Netzwerk von mehr als 100 GNSS-Referenzempfängern und mehreren redundanten Servern, die präzise GNSS-Satellitenumlaufbahnen und Uhren in Echtzeit berechnen. Die erwartete Genauigkeit der Positionen und Uhren-Offsets bzw. Uhrenversätze sind ungefähr 4 Zentimeter. Für alle nachverfolgten Satelliten werden präzise Positionen übertragen von den Servern über ein 20 Sekunden Intervall, während präzise Uhrenversätze alle 2 Sekunden übertragen werden. Wie schon bemerkt, können kürzere Zeitintervalle verwendet werden. Unter Verwendung von NTRIP können die präzisen Umlaufbahnen und Uhren mit 1 Hz übertragen werden. Mit diesen Datenströmen würde es möglich sein, eine Punktpositionierung auszuführen unter Verwendung von Pseudoentfernungsmessungen oder präzisen Punktpositionierung (PPP, Precise Point Positioning) von Referenzstations-ARPs im Zusammenhang mit Rohdaten-Analyseverfahren, die vorher beschrieben wurden. Auf diese Art und Weise könnten Fehler in statischen Referenzstations-ARP-Koordinaten detektiert werden, oder das Rohdaten-Analyseverfahren könnte selbst erweitert werden, um nicht-statische GNSS-Empfänger handzuhaben. Selbst ohne den Zusatz der Punktpositionierung würde die Verfügbarkeit von TCP-Datenströmen mit 1 Hz ein robusteres Handhaben von Perioden einer Satellitenuhreninstabilität sicherstellen, sowie Verbesserungen in Code- und Trägerausreißerdetektion und verlässlicherer Zyklusverrutschungsdetektion und Reparatur im Allgemeinen.
Einzelkanal-Zyklusverrutschungsdetektion und Kombinierte-Kanal-Zyklusverrutschungsreparatur (Dieser Abschnitt kann gelesen werden insbesondere mit Blick auf Schritt s30 in Fig. 22–Fig. 30)
Einzelkanal-Zyklusverrutschungsdetektion und Kombinierte-Kanal-Zyklusverrutschungsreparatur wird verwendet von dem Rohdaten-Analyseverfahren. Wie oben diskutiert, sind die Hauptprobleme bei diesem Ansatz gelegentliche Instabilitäten in dem GNSS-Satellitenuhren und ionosphärischer Scintillation. Die Effekte von ionosphärischen Scintillationen sind lokalisiert und können nicht interpoliert oder extrapoliert werden von einem spärlichen globalen Netzwerk. Jedoch stellt der TCP-Datenstrom Satellitenuhren-Versatzschätzungen bereit mit Genauigkeiten, die typischerweise besser sind als 1 Zentimeter – weit unter dem erwarteten Rauschniveau der Satellitenuhr. Unter Verwendung der TCP-Daten verringern Satellitenuhren-Versatzschätzungen eher als die Uhrenfehler, vorhergesagt von dem Übertragungsmodell, die Wahrscheinlichkeit von einer fehlerhaften Detektion von Zyklusverrutschungen und/oder inkorrektem Zyklusverrutschungsreparieren stark, wenn Gleichung (4) oder irgendeine abgeleitete Kombination verwendet wird.
Das andere Problem in diesem Ansatz ist, dass er sich auf eine präzise Kenntnis der Positionen der Empfänger- und Satelliten-ARPs verlässt über das Zyklusverrutschungsdetektions-Reparierintervall oder genauer dem präzisen Delta-Bereich. In dem statischen Fall kann, falls der ARP des Empfängers mit ausreichender Genauigkeit (einige wenige Meter) bekannt ist, und präzise Satellitenpositionen verfügbar sind für beide Epochen (d. h. die Epochen am Beginn und Ende des Intervalls, über dem eine Zyklusverrutschung detektiert wurde), der Delta-Bereich betrachtet werden als präzise bekannt. In dem kinematischen Fall können Zyklusverrutschungen jedoch nicht verlässlich festgelegt bzw. repariert werden ohne Wissen über die Empfänger-ARP-Positionsänderungen. Falls der Empfänger oder Antenne ausgestattet ist mit einem anderen Sensor, der verwendet werden kann zum Schätzen von Positionsänderungen, beispielsweise einer Inertialmesseinheit (IMU, Inertial Measurement Unit), kann es dann möglich sein, den Delta-Bereich mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen. Alternativ könnte die ARP-Positionsänderung bestimmt werden unter Verwendung von Zeitdifferenz-Trägerphasen-Messungen nach einem vorläufigen Zyklusverrutschungs-Detektionschritt. Unter Annahme von ausreichenden nicht-verrutschenden Trägerphasenmessungen und der Verfügbarkeit über das Zeitintervall, würde die so berechnete Positionsänderung dann verwendet werden zum Festlegen und Reparieren von irgendwelchen detektierten Zyklusverrutschungen.
Positionsüberwachung und Codequalitätseinschätzung unter Verwendung von ionosphärenfreien Code mit präziser Laufbahn und Uhren (Dieser Abschnitt kann gelesen werden mit Blick auf insbesondere Schritt s60 in Fig. 22–Fig. 23 und Fig. 28–Fig. 29)
Eine mögliche Lösung zum Detektieren von Fehlern in den statischen Referenzstations-ARP-Koordinaten würde sein, eine autonome Lösung laufen zu lassen unter Verwendung von ionosphärenfreien Pseudoentfernungsmessungen und präziser Satelliteninformation. Eine autonome Lösung kann für eine Epoche berechnet werden unter Verwendung von Pseudoentfernungsmessungen von allen Satelliten, die verfügbar sind für diese Epoche. Dies kann auch eine Navigationslösung genannt werden. Die ionosphärenfreie Pseudoentfernungskombination kann gebildet werden unter Verwendung von beispielsweise Pseudoentfernungsmessungen von zwei Kanälen, die L1-C/A und L2-P vom gleichen GPS-Satelliten nachverfolgen.
wobei

P j / i0: die Empfänger-zu-Satellit-j-ionosphärenfreie Pseudoentfernung bei Epoche i ist
P j / iL1CA: die Empfänger-zu-Satellit-j-L1-C/A-Pseudoentfernung bei Epoche i ist
P j / iL2P: die Empfängeruhrenfehler-j-L2-P-Pseudoentfernung bei Epoche i ist
f 2 / L1: die Frequenz des GPS-L1-Signals (quadriert) ist
f 2 / L2: die Frequenz des GPS-L2-Signals (quadriert) ist
ρ jTCP / i: die Empfänger-zu-Satellit-j-Entfernung bei Epoche i ist, berechnet unter Verwendung von TCP-präziser Umlaufbahn
Δt jTCP / i: der Satelliten-j-Uhrenfehler bei Epoche i ist, berechnet unter Verwendung von TCP-Uhr

C j / i: die Empfänger-zu-Satellit-j-Korrekturen bei Epoche i ist

Der neue Ausdruck in Gleichung (10), C j / i, ist eine Summe von Korrekturen, die angewandt werden kann zum Verbessern der Genauigkeit einer Punktpositionierung mit Pseudoentfernungsmessungen. Diese enthalten Empfänger- und Satelliten-Antennen-Phasenzentrumsversätze und Variationen und Ortsverrückungen aufgrund von Erdkörpergezeiten (Solid Earth Tides) und Ozeangezeitenlast. Mindestens sollten Antennenversätze und Erdkörpergezeitenverrückungen in Betracht gezogen werden.
Die TCP-Satellitenuhrenfehler basieren auf ionosphärenfreien Kombinationen, was bedeutet, dass der Satellitenbiasausdruck b j / iP₀, in Gleichung (10) vernachlässigt werden kann. Zusätzlich können der Empfängeruhrenfehler, Δt_i, Empfängerbiasausdruck, b_iP₀, zusammengefasst in einen Ausdruck werden. Dies in Betracht gezogen, gibt das folgende mathematische Modell für eine ionosphärenfreie Pseudoentfernungsmessung:
wobei

Δt_ib: der Empfängeruhrenfehler und ionosphärenfreie Pseudoentfernungsbias bei Epoche i ist

Unter Annahme, dass es ausreichend ist, den Ausdruck der troposphärischen Verzögerung zu bestimmen unter Verwendung eines empirischen Modells, wie zum Beispiel das vorher erwähnte Niell-Modell (Referenz [2]), sind dann die einzigen Unbekannten in Gleichung (11) der Empfänger-ARP, ρ jTCP / i, der Empfängeruhren/Biasausdruck, Δt_ib, und der ionosphärenfreie Pseudoentfernungs-Multipfad, m j / iP₀, für jeden Satelliten. Unter Verwendung eines Kalman-Filters, das entworfen ist zum Schätzen des ARP- und Empfängeruhrenfehlers/Biases, sollte es möglich sein, die ARP-Koordinaten auf einem Meterniveau Genauigkeit zu schätzen unter Verwendung von ionosphärenfreien Code und präzisen Umlaufbahnen und Uhren. 18 zeigt den Ost-, Nord- und vertikale Fehler von autonomen Positionen, geschätzt durch solch einen Filter, gebunden durch die in Zusammenhang stehenden Standardabweichungen, skaliert mit einem Faktor von 3. Wenn ein Positionsvektor (3×1) geschätzt wird unter Verwendung eines Filters, wird eine in Zusammenhang stehende kovariante Matrix (3×3) immer erhalten. Man kann die Standardabweichung von einer Komponente des Positionsvektors erhalten durch Ziehen der Quadratwurzel des entsprechenden diagonalen Elementes der kovarianten Matrix. Der Ausdruck ”Sigma” ist synonym mit Standardabweichung.
Positionsüberwachung, Trägerphasen-Qualitätseinschätzung und Zyklusverrutschungsdetektion unter Verwendung einer ionosphärenfreien Trägerphase mit präziser Umlaufbahn- und Uhreninformation (dieser Abschnitt kann gelesen werden mit Blick auf insbesondere Schritt s60 in Fig. 22–Fig. 23 und Fig. 28–Fig. 29)
Eine ionosphärenfreie Trägerphase kann verwendet werden auf die gleiche Art und Weise wie die Pseudoentfernung zum Überwachen von Referenzstationspositionen, aber mit viel höherer Genauigkeit. Die ionosphärenfreie Trägerphase kann beispielsweise gebildet werden unter Verwendung von Trägerphasenmessungen von zwei Kanälen, die L1-C/A und L2-P von dem gleichen GPS-Satelliten nachverfolgen.
wobei

Φ j / i0: die Empfänger-zu-Satellit-j-ionosphärenfreie Trägerphase bei Epoche i ist
Φ j / iL1CA: die Empfänger-zu-Satellit-j-L1-C/A-Trägerphase bei Epoche i ist
Φ j / iL2P: die Empfänger-zu-Satellit-j-L2-P-Trägerphase bei Epoche i ist

N j / i0: die Empfänger-zu-Satellit-j-ionosphärenfreie Trägerphasenmehrdeutigkeit bei Epoche i ist

Wie bei dem ionosphärenfreien Pseudoentfernungsmathematischen Modell kann der Satellitenbiasausdruck, b j / iΦ₀, in Gleichung (12) vernachlässigt werden. Zusätzlich können der Empfängeruhrenfehler, Δt_i, und Empfängerbiasausdruck, b_iΦ₀, in einem Ausdruck zusammengefasst werden. Dies in Betracht gezogen, ergibt das folgende mathematische Modell für eine ionosphärenfreie Trägermessung:
wobei

Δt_ib: der Empfängeruhrenfehler und ionosphärenfreie Trägerphasenbias bei Epoche i ist

Für die bestmögliche Bestimmung der ARP-Höhe ist es gewöhnlich notwendig, Restfehler in dem Modell, das für eine troposphärische Verzögerung verwendet wird, zu schätzen. Ein Ansatz könnte sein, den Sichtlinien-troposphärischen Verzögerungsausdruck, T j / i, in Gleichung (13) mit einer Gesamtverzögerung am Zenit und einer höhenabhängigen Abbildungsfunktion zu ersetzen. Im Allgemeinen stellen jedoch die besseren troposphärischen Verzögerungsmodelle nasse und trockene Zenitverzögerungen und Abbildungsfunktionen für jeden. Da die meisten der Fehler in troposphärischen Verzögerungsmodellen von der Nasskomponente kommen, ist ein besserer Ansatz, den Restfehler in der Nasskomponente der Zenitverzögerung zu schätzen. Umschreiben von Gleichung (13), um diesem Ansatz zu genügen, führt zu:
wobei

M_d: die trockene Abbildungsfunktion ist (siehe Referenz [2])
e j / i: der Empfänger-zu-Satellit-j-Höhenwinkel bei Epoche i ist
Z_di: die trockene troposphärische Verzögerung beim Zenit bei Epoche i ist
M_w: die Nassabbildungsfunktion ist
Z_wi: die Nass-troposphärische Verzögerung beim Zenit bei Epoche i ist
ΔZ_wi: der Restfehler in der Nass-troposphärischen Verzögerung beim Zenit bei Epoche i ist

Wie vorher dargelegt, werden die Zenitverzögerungen und Abbildungsfunktionen erhalten von dem troposphärischen Verzögerungsmodell der Wahl (beispielsweise Niell (1996), d. h. Referenz [2]). Die Unbekannten in Gleichung (14) sind die Empfänger-ARP (ρ jTCP / i) der Empfänger-Uhren/Bias-Ausdruck (Δt_ib), der Restfehler in der Nasszenitverzögerung (ΔZ_wi), die ionosphärenfreie Trägerphasen-Mehrdeutigkeit (N j / i0) und der ionosphärenfreie Trägerphasen-Multipfad (m j / iΦ₀). Unter Verwendung eines passend entworfenen Kalman-Filters können die ARP-Koordinaten leicht mit Zentimetergenauigkeit geschätzt werden. Jedoch ist es nicht möglich, wenn nur ionosphärenfreie Trägerphasenmessungen verarbeitet werden, ganzzahlige Werte für die zugrunde liegenden L1-C/A- und L2-P-Mehrdeutigkeiten zu bestimmen, was bedeutet, dass eine feste Mehrdeutigkeitslösung nicht möglich sein wird, und Konvergenzzeiten auf Zentimetergenauigkeit typischerweise langsam sein werden. Für eine Referenzstations-Positionsüberwachung ist eine Konvergenzzeit normalerweise nur ein Problem, falls es häufige vollständige Neustarts bzw. Resets des Filters gibt aufgrund von langen Kommunikationsausfällen oder Zyklusverrutschungen in den Messungen von allen Satelliten. 19 zeigt Ost-, Nord- und Hoch-Fehler und 3 Sigma-Fehlergrenzen für ARP-Koordinaten, geschätzt durch ein Kalman-Filter, das entworfen ist zum Schätzen all der Unbekannten in Gleichung (14). Zwei Stunden nach einem Starten sind die erwarteten drei Sigma-Ost-, Nord- und Hoch-Fehler 19, 38 bzw. 54 Millimeter. Vier Stunden nach einem Starten sind die erwarteten 3 Sigma-Fehler auf 14, 15 bzw. 28 Millimeter gefallen.
Narrowlane-Code-Multipfadüberwachung (Engspur-Code-Multipfadüberwachung) und Wide-Lane-Trägerphasen-Zyklusverrutschungs-Detektion (Weitspur-Trägerphasen-Zyklusverrutschungs-Detektion) (Dieser Abschnitt kann gelesen werden insbesondere mit Blick auf Schritt s30 in Fig. 22–Fig. 30)
Zusätzlich zu präzisen Satellitenumlaufbahnen und Uhren enthält der TCP-Datenstrom auch Pseudoentfernungsbiase für jeden Satelliten. Diese können verwendet werden im Zusammenhang mit dem gutbekannten Melbourne-Wubbena(Melbourne, W. (1985). The case for ranging in GPS based geodetic systems. Proceedings of 1st International Symposium on Precise Positioning with the Global Positioning System. Rockville, Maryland: U.S. Department of Commerce, hier bezeichnet als Referenz [7])-Pseudoentfernungs-Trägerphasenkombination zum Schätzen von Wide-Lane-Trägerphasen-Mehrdeutigkeiten, Detektieren von Narrow-Lane-Code-Ausreißern und Multipfad und zum Detektieren von Wide-Lane-Trägerphasen-Zyklusverrutschungen. Narrow-Lane-Code-Kombinationen können beispielsweise gebildet werden unter Verwendung von GPS-L1-C/A- und GPS-L2-P-Pseudoentfernungsmessungen wie folgt:
wobei

P j / i∈ = P j / iL1CA + P j / iL2P: die Empfänger-zu-Satellit-j-Narrow-Lane-Code-Beobachung bei Epoche i ist

Wide-Lane-Trägerphasen-Kombinationen können gebildet werden beispielsweise unter Verwendung von GPS-L1-C/A- und GPS-L2-P-Trägerphasenmessungen wie folgt:
wobei

Φ j / iΔ = λ_Δ(Φ j / iL1CA – Φ j / iL2P): die Empfänger-zu-Satellit-j-Wide-Lane-Trägerphasen-Beobachtung bei Epoche i ist
λ_Δ = (1/λ_L1 – 1/λ_L2): die Wide-Lane-Wellenlänge ist (~0,862 Meter für GPS)

N j / iΔ = N j / iL1CA – N j / iL2P: die Empfänger-zu-Satellit-j-Wide-Lane-Trägerphasen-Mehrdeutigkeit bei Epoche i ist

Die Melbourne-Wubbena-Kombination wird gebildet durch Subtrahieren der Narrow-Lane-Kombination von der Wide-Lane-Trägerphasen-Kombination. Ein besonders nützliches Merkmal dieser Kombination ist, dass die Wide-Lane-Trägerphasen-ionosphärische Verzögerung die gleiche ist wie die Narrow-Lane-Code-ionosphärische Verzögerung und sich deshalb auslöscht. Dies ist auch wahr für die geometrische Entfernung, Uhrenfehler bzw. Taktfehler und troposphärische Verzögerung, was zu Gleichung (17) führt.
wobei

θ j / iΔe = Φ j / iΔ – P j / i∈: die Empfänger-zu-Satellit-j-Wide-Lane-Trägerphase – Narrow-Lane-Code bei Epoche i ist

Der Pseudoentfernungsbias für jeden Satelliten, der enthalten ist in dem TCP-Datenstrom, ist tatsächlich der Unterschied bzw. Differenz zwischen der Wide-Lane-Trägerphase und Narrow-Lane-Code-Bias. Kombinieren der Wide-Lane-Trägerphase und Narrow-Lane-Code-Bias-Ausdrücke führt zu folgendem mathematischen Modell:
wobei
Die Unbekannten in Gleichung (18) sind die Wide-Lane-Trägerphasen-Mehrdeutigkeit, der kombinierte Empfänger-Bias und der kombinierte Multipfad. Ein Ansatz zum Schätzen der Unbekannten könnte es sein, ein passend entworfenes Kalman-Filter zu verwenden, das simultan den Empfänger-Bias und Mehrdeutigkeiten und Multipfad für alle nachverfolgten Satelliten schätzt. Der Nachteil dieses Ansatzes ist der eher große Zustandsvektor mit einer Größe, gegeben durch 1 + 2N, wobei N die Anzahl von nachverfolgten Satelliten ist. Alternativ könnte der Empfänger-Bias eliminiert werden durch Bilden von Einzeldifferenzen zwischen zwei Satelliten, was daher die ganzzahlige Natur der Wide-Lane-Mehrdeutigkeit wiederbringt. Unter Verwendung dieses Ansatzes könnten die Melbourne-Wubbena-Beobachtungen von jedem Satelliten separate verarbeitet werden unter Verwendung von passend entworfenen Zwei-Zustands-Kalman-Filtern zum Schätzen der Einzeldifferenz-Mehrdeutigkeit (Single Difference Ambiguity) und Multipfad.
Falls Fließ-Schätzungen der Wide-Lane-Mehrdeutigkeiten ausreichend sind, können Wide-Lane-Mehrdeutigkeit und Empfänger-Bias kombiniert werden in einer Unbekannten und Gleichung (18) umgeschrieben werden wie folgt:
wobei
Die Unbekannten in Gleichung (19) sind die kombinierten Wide-Lane-Mehrdeutigkeit/Empfänger-Bias und Multipfad. Passend entworfene Kalman-Filter können verwendet werden zum Schätzen dieser zwei Zustände für jeden Satelliten. Obwohl ganzzahlige Werte nicht gelöst werden können für die absoluten Wide-Lane-Mehrdeutigkeiten, sollten Änderungen in den Float- bzw. Fließ-Wide-Lane-Mehrdeutigkeiten (Zyklusverrutschung) über relativ lange Zeitintervalle nahe einer ganzen Zahl sein, da der Empfänger-Bias im Allgemeinen eine lange Zeitkonstante aufweist. 20 und 21 enthalten Beispielsdarstellungen der Melbourne-Wubbena-Beobachtungskombination von GPS-11 und GLONASS-01.
Mechanisierung
Durch Bilden von verschiedenen Geometrie-freien Messkombinationen ist es möglich, Zyklusverrutschungen in den Trägerphasenmessungen von einem statischen oder sich bewegenden GNSS-Empfänger zu detektieren. Die Melbourne-Wubbena-Kombination (Gleichung (17)) und Ionosphärenrestkombination (Gleichung (9)) sind besonders nützlich für diesen Zweck. Für einen sich bewegenden GNSS-Empfänger ist es schwierig, einen ganzzahligen Zyklusverrutschungswert und eine Positionsänderung zur gleichen Zeit zu bestimmen. Unter der Annahme, dass es ausreichende Zyklusverrutschungs-freie Satelliten gibt, ist es jedoch möglich, die Änderung in der Rover-Position zu bestimmen unter Verwendung von Zeitdifferenz-Trägerphase (Gleichung (5)) unter Verwendung von nur den Zyklusverrutschungs-freien Satelliten. Sobald die Änderung in der Rover-Position bestimmt wurde, können ganzzahlige Zyklusverrutschungswerte bestimmt werden die übrigbleibenden Satelliten unter Verwendung von Gleichung (8) und den vorher beschriebenen Verfahren. Als Nächstes kann, falls erforderlich, die Änderung in der Rover-Positionsänderung neu berechnet werden unter Verwendung aller verfügbarer Satelliten. Alternativ kann die absolute Roverposition berechnet werden unter Verwendung eines ionosphärenfreien Codes (Gleichung (11)) und Trägerphase (Gleichung (13)). Für jede Epoche ist eine Mechanisierung in einer Ausführungsform für den allgemeinen Fall einer statischen oder kinematischen Empfänger/Antenne wie folgt (22):

• hole Epochen-GNSS-Messungen von allen Kanälen (Schritt s10);
• hole präzise Satellitenposition und Uhrenversätze (Schritt s20);
• detektiere Zyklusverrutschungen unter Verwendung von Geometrie-freien Trägerphasen- und Code-Träger-Kombinationen (beispielsweise ionosphärische Restträgerphase (Gleichung (9)), Melbourne-Wubbena-Code-Träger (Gleichung (17)) (Schritt s30);
• berechne eine Empfänger-ARP-Positionsänderung von der vorherigen Epoche unter Verwendung von Zeitdifferenz-Trägerphase (Gleichung (5)) von Zyklusverrutschungs-freien Satelliten (Schritt s40);
• versuche einzelnes Kanalzyklusverrutschungsreparieren (Schritt s50);
• berechne Empfänger-ARP-Position und Uhrenversätze unter Verwendung von ionosphärenfreien Code (Gleichung (11)) und Trägerphasenmessungen (Gleichung (13)) (Schritt s60);
• Qualitätsanalyse von Code- und Trägerphasen-Messungen. Siehe beispielsweise Baarda, W. (1968) "A testing procedure for use in geodetic network", Publications on Geodesy (Vol. 2 Nr. 5), Leppakoski, H, Kuueniemi, H, and Takala, J, 2006, "RAIM and complementary Kalman filtering for GNSS Realiability Enhancement", Tempere University of Technology, Finland (Schritt s70);

Eine Mechanisierung bzw. Technisierung in einer Ausführungsform für einen statischen Empfänger/Antenne ist wie folgt (23):

• hole Epochen-GNSS-Messungen von allen Kanälen (Schritt s10);
• hole präzise Satellitenposition und Uhrenversätze (Schritt s20);
• Einzelkanal-Zyklusverrutschungsdetektion (Schritt s30);
• berechne Empfänger-ARP-Positionsänderung von der vorherigen Epoche unter Verwendung von einer Zeitdifferenz-Trägerphase von Zyklusverrutschungs-freien Satelliten (Schritt s40);
• verifiziere statische ARP (Schritt s45) (Dies kann auch durchgeführt werden als ein Ausreißerdetektionsprozess. Die Hypothese ist, dass der Empfänger sich nicht bewegt und die Berechnung der Änderungsposition würde durch diese Hypothese getestet werden);
• versuche ein Einzelkanal-Zyklusverrutschungsreparieren (Schritt s50);
• berechne Empfänger-ARP-Position und Uhrenversätze unter Verwendung von ionosphärenfreiem Code und Trägerphasenmessungen (Schritt s60);
• verifiziere eingegebene ARP-Position (Schritt s65);
• Qualitätsanalyse des Codes und Trägerphasenmessungen (Schritt s70);

Jedes der oben beschriebenen Verfahren und ihre Ausführungsformen können implementiert werden mittels eines Computerprogramms. Das Computerprogramm kann in eine Vorrichtung, einen Rover, einen Empfänger oder eine Netzwerkstation, wie oben beschrieben, geladen werden. Deshalb betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm, das, wenn auf einer Vorrichtung, einen Rover, einen Empfänger oder eine Netzwerkstation, wie oben beschrieben, ausgeführt, eines der oben beschriebenen Verfahren und ihre Ausführungsformen ausführt.
Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Medium oder ein Computerprogrammprodukt enthaltend das oben erwähnte Computerprogramm. Das computerlesbare Medium oder Computerprogrammprodukt kann beispielsweise ein magnetisches Band sein, eine optische Speicherdisk, eine magnetische Disk bzw. Platte, eine magneto-optische Disk, eine CD-ROM, eine CD, eine DVD, eine BD, eine Flash-Speicher-Einheit oder ähnliches, wobei das Computerprogramm permanent oder temporär gespeichert wird. Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Medium (oder ein Computerprogrammprodukt) mit computerausführbaren Instruktionen zum Ausführen von einem der Verfahren der Erfindung.
Die Erfindung betrifft auch eine Firmware-Aktualisierung, ausgebildet, um installiert zu werden auf Empfängern, schon im Feld, d. h. ein Computerprogramm, das als Computerprogrammprodukt dahin geliefert wird, wo Empfänger angewendet werden. Dies trifft für jedes der oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen zu.
GNSS-Empfänger können eine Antenne enthalten, die konfiguriert ist zum Empfangen der Signale mit den Frequenzen, die übertragen werden durch die Satelliten, RF-(Punktfrequenz)-Module (für Signalauswahl, Verstärkung und Detektion), Verarbeitungseinheiten, ein oder mehrere akkurate Uhren (wie zum Beispiel Kristalloszillatoren), eine oder mehrere Computerverarbeitungseinheiten (CPU), und ein oder mehrere Speichereinheiten RAM, ROM, Flash-Speicher oder ähnliche), und eine Anzeige zum Anzeigen von Positionsinformation anderer Benutzer.
Wo die Ausdrücke ”Empfänger”, ”Filter”, ”Verarbeitungselemente” oder ähnliche verwendet werden hierin als Einheiten einer Vorrichtung, wird keine Begrenzung gemacht hinsichtlich wie verteilt die zusammensetzenden Teile einer Einheit sein können. Das bedeutet, dass die zusammensetzenden Teile einer Einheit verteilt sein können in unterschiedlichen Software- oder Hardware-Komponenten oder Geräten, um die vorgesehene Funktion zu erbringen. Des Weiteren können die Einheiten zusammengefasst werden zum Ausführen ihrer Funktionen mittels einer kombinierten einzelnen Einheit. Beispielsweise kann der Empfänger, das Filter und das Verarbeitungselement kombiniert werden zum Bilden einer einzelnen Einheit, um die kombinierte Funktionalität der Einheiten auszuführen.
Die oben erwähnten Einheiten können implementiert werden unter Verwendung von Hardware, Software, einer Kombination von Hardware und Software, vorprogrammierten ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), etc. Eine Einheit kann eine Computerverarbeitungseinheit (CPU), eine Speichereinheit, Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Einheiten, Netzwerkverbindungseinheit, etc., enthalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung auf Grundlage von detaillierten Beispielen beschrieben wurde, dienen die detaillierten Beispiele nur dem Fachmann, ein besseres Verständnis bereitzustellen, und sind nicht vorgesehen, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Der Umfang der Erfindung wird viel eher definiert durch die angehängten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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WO 2011/034615 A2 [0036, 0066]
WO 2011/034616 A2 [0036, 0066]
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WO 2011-034617 A2 [0066]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Ein Verfahren zum Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position eines Globalen-Navigationssatellitensystem-(GNSS)-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Erhalten (s10) mindestens eines GNSS-Signals, empfangen am GNSS-Empfänger von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten; Erhalten (s20), von mindestens einem Netzwerkknoten, von Information, hier bezeichnet als ”präzise Satelliteninformation”, hinsichtlich: (i) der Umlaufbahn oder Position von mindestens einem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, und (ii) einem Uhrenversatz von mindestens einem der Vielzahl der GNSS-Satelliten; Identifizieren (s30), unter den erhaltenen GNSS-Signalen, eines Teilsatzes von mindestens einem GNSS-Signal, das möglicherweise beeinflusst ist durch eine Zyklusverrutschung, wobei der identifizierte Teilsatz hier im Folgenden bezeichnet wird als ein durch eine Zyklusverrutschung beeinflusster Teilsatz; und Schätzen (s40) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers unter Verwendung von: mindestens einigen der erhaltenen GNSS-Signalen, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind, und der präzisen Satelliteninformation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt eines Erhaltens (s20) von präziser Satelliteninformation ferner ein Erhalten von Information enthält hinsichtlich (iii) Biasen zwischen der Phase von zwei oder mehr GNSS-Signalen, die von einem Satelliten kommen, für mindestens einen der Vielzahl von GNSS-Satelliten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt eines Erhaltens (s10) von mindestens einem GNSS-Signal von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten enthält Durchführen von Ranging-Code-Beobachtungen und Trägerphasenbeobachtungen der GNSS-Signale.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt eines Erhaltens (s20) von mindestens einem Netzwerkknoten von präziser Satelliteninformation enthält: Erhalten der Information pro GNSS-Satellit mit einer Frequenz von 1 Hz oder öfter.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt eines Erhaltens (s20) von mindestens einem Netzwerkknoten von präziser Satelliteninformation enthält: Erhalten der Information pro GNSS-Satellit mit einer Frequenz von 2 Hz oder öfter.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt eines Identifizierens (s30) des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes enthält Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von mindestens einem von Geometrie-freien Trägerphasen-Kombinationen und Geometrie-freien Code-Träger-Kombinationen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von Geometrie-freien Trägerphasen- und Code-Träger-Kombinationen enthält Berechnen von Geometrie-freien ionosphärischen Restträgerphasen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von Geometrie-freien Trägerphasen- und Code-Träger-Kombinationen enthält Berechnen von Geometrie-freien Melbourne-Wubbena-Code-Trägern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Schritt eines Identifizierens (s30) des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes die erhaltene präzise Satelliteninformation verwendet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt eines Schätzens (s40) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers enthält Bestimmen einer Positionsänderung des Empfängers unter Verwendung von Zeitunterschieds-Trägerphasen für mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt eines Schätzens (s40) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, verwendet mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind, und die nicht von einem Satellit mit einem Uhrenversatz oder Drift, der einen Schwellenwert auf Grundlage der Spezifikation für die Atomuhrstabilität des Satelliten überschreitet, kommen; und die erhaltene präzise Satelliteninformation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schritt eines Schätzens (s40) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung der Position des GNSS-Empfängers verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind und die nicht von einem Satellit kommen, der einen anomalen Uhrenversatz in dem Sinn hat, dass ein Versuch zum Berechnen des Uhrenversatzes unter Verwendung der Übertragungsuhrenparameter in einem Restuhrenfehler resultiert, wenn dies verglichen wird mit einem Uhrenversatz, berechnet unter Verwendung der präzisen Satelliteninformation, wobei der Restuhrenfehler einen Schwellenwert überschreitet; und die erhaltene präzise Satelliteninformation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner die Schritte enthält: Ausführen (s50) einer Zyklusverrutschungsreparatur an den GNSS-Signalen des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes; und Wiederschätzen (s60) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung der Position des GNSS-Empfängers, sowie dem Uhrenversatz des GNSS-Empfängers durch Verwenden von: mindestens einiger der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für das/die ein Zyklusverrutschungsreparieren ausgeführt wurde; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Wiederschätzens (s60) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder eine Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers, Folgendes verwendet: eine ionosphärenfreie Code-Kombination und ionosphärenfreie Trägerphasen-Kombination.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Schritt des Wiederschätzens (s60) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers Folgendes verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für das eine Zyklusverrutschungsreparatur ausgeführt wurde, aber nicht enthaltend GNSS-Signale, die von einem Satellit mit einem Uhrenversatz oder Drift, der einen Schwellenwert überschreitet auf Grundlage der Spezifikation für Atomuhrstabilität des Satelliten, kommen; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Schritt des Wiederschätzens (s60) von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers Folgendes verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal, des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für den ein Zyklusverrutschungsreparieren ausgeführt wurde, aber nicht enthaltend GNSS-Signale, die von einem Satellit kommen, der einen abnormalen Uhrenversatz in dem Sinn hat, dass ein Versuch zum Berechnen des Uhrenversatzes unter Verwendung der Übertragungsuhrenparameter in einem Restuhrenfehler resultiert, wenn dies verglichen wird zu einem Uhrenversatz, berechnet unter Verwendung der präzisen Satelliteninformation, wo der Restuhrenfehler einen Schwellenwert überschreitet; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Vorrichtung zum Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position eines Globalen-Navigationssatellitensystem-(GNSS)-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist für: Erhalten von mindestens einem GNSS-Signal, empfangen bei dem GNSS-Empfänger von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten; Erhalten von mindestens einem Netzwerkknoten, von Information, hier bezeichnet als ”präzise Satelliteninformation”, hinsichtlich: (i) der Umlaufbahn oder Position von mindestens einem der Vielzahl von GNSS-Satelliten, und (ii) einem Uhrenversatz von mindestens einem der Vielzahl von GNSS-Satelliten; Identifizieren unter den erhaltenen GNSS-Signalen, eines Teilsatzes von mindestens einem GNSS-Signal, das möglicherweise beeinflusst ist durch eine Zyklusverrutschung, wobei der identifizierte Teilsatz hier im Folgenden bezeichnet wird als durch Zyklusverrutschung beeinflusster Teilsatz; und Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers unter Verwendung von: mindestens einigen der erhaltenen GNSS-Signalen, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind, und der präzisen Satelliteninformation.
Vorrichtung nach Anspruch 17, ferner konfiguriert, sodass ein Erhalten von präziser Satelliteninformation ferner Erhalten von Information enthält hinsichtlich (iii) Biasen zwischen der Phase von zwei oder mehr GNSS-Signalen, die von einem Satellit kommen, für mindestens einen der Vielzahl von GNSS-Satelliten.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, ferner konfiguriert, sodass ein Erhalten durch den GNSS-Empfänger von mindestens einem GNSS-Signal von jedem einer Vielzahl von GNSS-Satelliten enthält Durchführen von Ranging-Code-Beobachtungen und Trägerphasen-Beobachtungen der GNSS-Signale.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner konfiguriert, sodass ein Erhalten von mindestens einem Netzwerkknoten von präziser Satelliteninformation enthält: Erhalten der Information pro GNSS-Satellit mit einer Frequenz von 1 Hz oder öfter.
Vorrichtung nach Anspruch 20, ferner konfiguriert, sodass ein Erhalten von mindestens einem Netzwerkknoten von präziser Satelliteninformation enthält: Erhalten der Information pro GNSS-Satellit mit einer Frequenz von 2 Hz oder öfter.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, ferner konfiguriert, sodass ein Identifizieren des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes enthält Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von mindestens einem von Geometrie-freien Trägerphasen-Kombinationen und Geometrie-freien Code-Träger-Kombinationen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, ferner konfiguriert, sodass ein Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von Geometrie-freien Trägerphasen- und Code-Träger-Kombinationen enthält Berechnen von Geometrie-freien ionosphärischen Restträgerphasen.
Vorrichtung nach Anspruch 22, ferner konfiguriert, sodass ein Detektieren von Zyklusverrutschungen unter Verwendung von Geometrie-freien Trägerphasen- und Code-Träger-Kombinationen enthält Berechnen von Geometrie-freien Melbourne-Wubbena-Code-Trägern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, ferner konfiguriert, sodass ein Identifizieren des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes verwendet die erhaltene präzise Satelliteninformation.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, ferner konfiguriert, sodass ein Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers enthält Bestimmen einer Positionsänderung des Empfängers unter Verwendung von Zeitunterschieds-Trägerphasen für mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, ferner konfiguriert, sodass ein Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, Folgendes verwendet mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind, und die nicht von einem Satellit mit einem Uhrenversatz oder Drift, der einen Schwellenwert auf Grundlage der Spezifikation für die Atomuhrstabilität des Satelliten überschreitet, kommen; und die erhaltene präzise Satelliteninformation.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, ferner konfiguriert, sodass ein Schätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, die nicht in dem durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatz sind und die nicht von einem Satellit kommen, der einen anomalen Uhrenversatz in dem Sinn hat, dass ein Versuch zum Berechnen des Uhrenversatzes unter Verwendung der Übertragungsuhrenparameter in einem Restuhrenfehler resultiert, wenn dies verglichen wird mit einem Uhrenversatz, berechnet unter Verwendung der präzisen Satelliteninformation, wobei der Restuhrenfehler einen Schwellenwert überschreitet; und die erhaltene präzise Satelliteninformation.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, ferner konfiguriert zum: Ausführen einer Zyklusverrutschungsreparatur an den GNSS-Signalen des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes; und Wiederschätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung der Position des GNSS-Empfängers, sowie dem Uhrenversatz des GNSS-Empfängers durch Verwenden von: mindestens einiger der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für das ein Zyklusverrutschungsreparieren ausgeführt wurde; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Vorrichtung nach Anspruch 18, ferner konfiguriert, sodass ein Wiederschätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers, verwendet: eine ionosphärenfreie Code-Kombination und ionosphärenfreie Trägerphasen-Kombination.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, ferner konfiguriert, sodass ein Wiederschätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhren-Offsets bzw. Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers Folgendes verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für das eine Zyklusverrutschungsreparatur ausgeführt wurde, aber nicht enthaltend GNSS-Signale, die von einem Satellit mit einem Uhrenversatz oder Drift, der einen Schwellenwert überschreitet auf Grundlage der Spezifikation für Atomuhrstabilität des Satelliten, kommen; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, ferner konfiguriert, sodass ein Wiederschätzen von Parametern, die nützlich sind zum Bestimmen der Position des GNSS-Empfängers oder einer Änderung in der Position des GNSS-Empfängers, sowie des Uhrenversatzes des GNSS-Empfängers Folgendes verwendet: mindestens einige der erhaltenen GNSS-Signale, enthaltend mindestens ein GNSS-Signal, des durch Zyklusverrutschung beeinflussten Teilsatzes, für den ein Zyklusverrutschungsreparieren ausgeführt wurde, aber nicht enthaltend GNSS-Signale, die von einem Satellit kommen, der einen abnormalen Uhrenversatz in dem Sinn hat, dass ein Versuch zum Berechnen des Uhrenversatzes unter Verwendung der Übertragungsuhrenparameter in einem Restuhrenfehler resultiert, wenn dies verglichen wird zu einem Uhrenversatz, berechnet unter Verwendung der präzisen Satelliteninformation, wo der Restuhrenfehler einen Schwellenwert überschreitet; und der erhaltenen präzisen Satelliteninformation.
Ein Rover, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 31.
Eine Netzwerkstation, umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 31.
Ein Computerprogramm, umfassend computerlesbare Instruktionen, die konfiguriert sind, wenn auf einem Computer ausgeführt, den Computer dazu zu bringen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen.
Ein Computerprogrammprodukt, enthaltend ein Computerprogramm nach Anspruch 35.