JP2019138911A - 車両用の衛星航法における大気擾乱を補正するための大気補正パラメータを検査する完全性情報を提供する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、車両（４７０）用の衛星航法において大気擾乱を補正するための大気補正パラメータ（１４５）を検査する完全性情報（４４５）を提供する方法に関する。【解決手段】この方法は、少なくとも１つの衛星受信機（１３０；１６０）から、当該少なくとも１つの衛星受信機（１３０；１６０）と少なくとも１つの衛星（１１０）との間の大気の状態に関する状態信号（１３５）を読み込むステップを含む。各状態信号（１３５）は、衛星（１１０）と衛星受信機（１３０；１６０）との間で伝送された少なくとも１つの衛星信号（１１５）を使用して決定されかつ衛星（１１０）と衛星受信機（１３０；１６０）との間の大気の状態に依存する状態データを表す。また、この方法は、状態データを使用して完全性情報（４４５）を決定するステップを含み、ここでは、状態データの時間的変化が評価される。【選択図】図４

Description

本発明は、独立請求項の上位概念による装置及び方法に関する。本発明の対象は、コンピュータプログラムでもある。

衛星航法における測位信号の補正のために、例えば地球の大気による偏差、特に電離圏における偏差が考慮され得る。この目的のために、例えば、特に地上側測定局のネットワークを用いることが可能である。そのようなネットワークの使用の下においては、補正データを提供することができる。

発明の開示
このような背景を前提として、ここで提示される取り組みによれば、主要請求項による方法、さらに当該方法を使用する装置、そして最後に、対応するコンピュータプログラムが提示される。従属請求項に記載された手段により、独立請求項に示された装置の好ましい発展形態及び改善形態が可能である。

一実施形態によれば、特に、複数の衛星と衛星受信機との間で伝送される信号から導出可能な大気状態データの勾配又は経過情報の使用の下において、大気補正データの、例えば、電離圏補正データのインテグリティ監視（以下においては、完全性監視とも称する）をすることができるようになり得る。従って、例えば、安価な衛星受信機を用いて得られる複数の測定値の使用下で、例えば、地理学的経度、地理学的緯度、高度、及び、時間に関する大気の４次元電子密度モデル、あるいは、例えば、地理学的経度、地理学的緯度、及び、時間に関する全電子数（ＴＥＣ＝Total Electron Content、電子密度又は全電子含有量）の３次元モデルなどを得ることができる。ここでは、特に、電子密度変化率又はいわゆるＲＯＴ（ＲＯＴ＝rate of TEC）、電子密度変化率指数又はいわゆるＲＯＴＩ（ＲＯＴＩ＝rate of change of TEC index）、及び、付加的又は代替的に、品質指標値又はＱＩ値及びそれらの動特性を使用することができる。

補正データは、この場合、地上側測定局と少なくとも１つの静止衛星からのネットワークを使用して提供することができる。伝送は、静止衛星を用いて、インターネット又は電気通信ネットワークを介して行うことができる。地上局は、誤差の計算のために使用することができる。誤差モデルの伝送は、静止衛星、インターネット又は他の通信手段を介して行うことができる。

それゆえ、好ましくは、一実施形態によれば、安全性が重要な用途、例えば、高度に自動化された運転における補正プロバイダによって供給される補正データの完全性監視又はユーザベースの完全性監視を可能にするために、電子密度変化率、電子密度変化率指数、及び、付加的又は代替的に、品質指標値及びそれらの動特性を使用することができる。この場合は特に、それに対する完全性情報が補正サービスから提供されないことが多い電離圏補正の監視をすることができるようになり得る。従って、例えば、特に安全性が重要な用途においても、完全性に対する相応に高い要求を高い信頼性のもとで満たすことができる。

ここでは、乗物（以下においては、車両とも称する）用の衛星航法において大気擾乱を補正するための大気補正パラメータを検査する完全性情報を提供する方法が提示され、この方法は、以下のステップ、即ち、
少なくとも１つの衛星受信機から当該少なくとも１つの衛星受信機と少なくとも１つの衛星との間の大気の状態に関する状態信号を読み込むステップであって、各状態信号は、衛星と衛星受信機との間で伝送された少なくとも１つの衛星信号を使用して決定されかつ衛星と衛星受信機との間の大気の状態に依存する状態データを表す、ステップと、
状態データを使用してインテグリティ情報（以下においては、完全性情報とも称する）を決定するステップであって、状態データの時間的変化が評価される、ステップと、
を含む。

この方法は、例えば、ソフトウェア又はハードウェアによって、あるいは、ソフトウェア及びハードウェアの混合形態において、例えば制御機器又は装置において、実施されてもよい。衛星航法は、衛星受信機が配置されている車両の位置特定も含み得る。大気擾乱は、特に地球の電離圏において発生し得る。衛星受信機は、静止基準衛星受信機又は車載型衛星受信機又は車両の衛星受信機であってもよい。この衛星受信機は、少なくとも１つの衛星信号を使用してユーザのために、及び、付加的又は代替的に、ユーザの装備のために衛星航法による位置特定を可能にするように構成されてもよい。この衛星受信機は、２周波衛星受信機又は多周波衛星受信機として実施されてもよい。

一実施形態によれば、決定するステップは、少なくとも１つの静止基準衛星受信機を用いて、車外決定装置を用いて、及び、付加的又は代替的に、車両の衛星受信機を用いて、実施することができる。車外決定装置は、補正サービスプロバイダのデータ処理設備の一部であってもよい。特に、車外決定装置は、いわゆるサーババックエンドなどとして実施されてもよい。また、車外決定装置は、クラウドコンピューティングを用いて実現されてもよい。そのような実施形態は、実状に応じて、伝送バンド幅及び計算コストを節約することができ、有意義に割り当てることができるという利点を提供する。

また、決定するステップにおいては、完全性情報も、状態信号の供給源としての少なくとも１つの静止基準衛星受信機の位置情報を使用して決定することができる。この位置情報は、静止基準衛星受信機の地理的位置を表し得る。この位置情報は、地理的位置の座標データの形態で、あるいは、そこから間接的に地理的位置を特定することができる識別データの形態で存在し得る。そのような実施形態は、異なる地理的位置における大気の状態に関する正確で信頼性のある見通しを得ることができるという利点を提供する。

さらにこの方法は、状態信号又は完全性情報を車両の衛星受信機に伝送するステップを含み得る。そのような実施形態は、完全性情報の使用又は使用及び決定を車両側において行うことができるという利点を提供する。ここでは、用途ケースに応じて、衛星受信機又は車両装置のための計算コストの節約、及び、付加的又は代替的に、伝送バンド幅の低減が可能である。

この場合、伝送するステップは、閾値判定の結果に依存して実施され得る。ここでは、閾値判定において、状態信号又は完全性情報と、大気擾乱に関する閾値との比較が実施され得る。そのような実施形態は、フィルタリングに類似して、関連性のある又は重要な状態信号又は完全性情報のみが後続処理又は使用されるという利点を提供する。従って、計算コスト及び伝送バンド幅を低減することができる。

また、この場合、伝送するステップにおいて、選択された静止基準衛星受信機からの状態信号、又は、選択された静止基準衛星受信機からの状態信号に基づく完全性情報も伝送することができる。ここでは、選択された静止基準衛星受信機は、車両の衛星受信機の地理的位置に依存して選択されてもよい。そのような実施形態は、地域的関連性のある状態信号又は完全性情報のみが伝送されるので、計算コスト及び伝送バンド幅を節約することができるという利点を提供する。また、これにより、関心領域内の大気の状態を高い信頼性のもとでより正確に認識することができる。

一実施形態によれば、読み込むステップにおいて、自身の状態データが地球の大気のパラメータとしての全電子含有量、及び、付加的又は代替的に、少なくとも１つの衛星受信機の品質指標を表す状態信号を読み込むことができる。ここでは、全電子含有量は、平方メートル当たりの電子数で測定された電子密度と経路の積として定義されてもよい。この場合、品質指標は、少なくとも１つの衛星受信機を用いた信号伝送に関する標準偏差、及び、付加的又は代替的に、分散を有することができる。決定するステップにおいては、所定の時間間隔にわたる全電子含有量の勾配、所定の時間間隔にわたる全電子含有量の勾配の標準偏差、及び、付加的又は代替的に、所定の時間間隔にわたる品質指標の時間的変化を完全性情報として決定することができる。そのような実施形態は、そのような性状の動的状態データに基づいて、局所的領域における大気の状態に関する信頼性の高い正確な予測を得ることができるようになるという利点を提供する。

ここに提示された取り組みは、さらに、ここに提示された方法の変形例のステップを、対応する装置において実施し、制御又は実施に移すように構成されている装置を提供する。装置形態の本発明のこの変形実施例によっても、本発明が基礎とする課題を迅速かつ効果的に解決することができる。

この目的のために、この装置は、信号又はデータを処理するための少なくとも１つの計算ユニット、信号又はデータを記憶するための少なくとも１つのメモリユニット、センサからのセンサ信号を読み込むための又はデータ若しくは制御信号をアクチュエータに出力するための、センサ又はアクチュエータに対する少なくとも１つのインタフェース、及び／又は、通信プロトコルに埋め込まれたデータを読み込む又は出力するための少なくとも１つの通信インタフェースを有することができる。計算ユニットは、例えば信号プロセッサ、マイクロコントローラなどであってもよく、この場合、メモリユニットは、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、又は、磁気的メモリユニットであってもよい。通信インタフェースは、データを無線及び／又は有線で読み込み又は出力するように構成されてもよく、この場合、有線データの読み込み又は出力をすることができる通信インタフェースは、これらのデータを、例えば対応するデータ伝送路から電気的又は光学的に読み込むことができ、あるいは、対応するデータ伝送線路に出力することができる。

本願においては、装置とは、センサ信号を処理し、それに応じて制御信号及び／又はデータ信号を出力する電気的な機器を意味するものと理解されたい。この装置は、ハードウェアベース及び／又はソフトウェアベースで構成されてもよいインタフェースを有することができる。ハードウェアベースの構成の場合、インタフェースは、例えばいわゆるＡＳＩＣシステムの一部であってもよく、これは当該装置の様々な機能を含んでいる。しかしながら、ここでは、インタフェースが固有の集積回路であるか、又は、少なくとも部分的に別個の構成要素からなることも可能である。ソフトウェアベースの構成の場合、インタフェースは、例えば他のソフトウェアモジュールに隣接してマイクロコントローラ上に存在するソフトウェアモジュールであってもよい。

好ましい態様においては、装置は、衛星受信機の一部として、又は、少なくとも１つの衛星受信機に信号伝送可能に接続された装置の一部として、実施されてもよい。特に、この装置は車載型で実施されてもよいし、車両内に配置されてもよいし、付加的又は代替的に、車載型機器の一部として実施されてもよい。付加的又は代替的に、装置は、車外に配置されて実施されてもよい。この装置によれば、衛星ベースの航法のための少なくとも１つの衛星と衛星受信機との間の信号伝送の補正に関する検査が可能になる。この目的のために、装置は、例えば状態信号及び衛星信号にアクセスすることができる。制御は、送信機、送受信機及びアンテナのような信号伝送装置を介して行われる。

また、半導体メモリ、ハードディスクメモリ、又は光学メモリなどの機械可読担体又は記憶媒体上に記憶させることができ、さらに前記説明した実施形態のうちの１つによる方法のステップの実施、実行及び／又は制御のために使用されるプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品又はコンピュータプログラムも、特に当該プログラム製品又はプログラムがコンピューター又は装置上で実行される場合には利点となる。

ここに提示される態様の実施例は、図面に示されており、さらに以下の明細書においてより詳細に説明される。

一実施例による衛星航法システムの概略図。 大気擾乱の存在下における図１からの衛星航法システムの概略図。 大気擾乱の存在下における図１又は図２からの衛星航法システムの概略図。 一実施例による装置を備えた衛星航法システムの概略図。 一実施例による装置を備えた衛星航法システムの概略図。 一実施例による提供方法のフローチャート。

以下における本発明の好ましい実施例の説明においては、様々な図面に示されている類似して作用する要素に対しては、同一の又は類似の参照符号が使用され、この場合、これらの要素の説明の繰り返しは省略される。

図１は、一実施例による衛星航法システム１００の概略図を示す。この衛星航法システム１００は、ここに示されている実施例によれば、単なる一例として、衛星１１０又はＧＮＳＳ衛星１１０（ＧＮＳＳ＝Global Navigation Satellite System；全地球航法衛星システム）、静止伝送衛星１２０、補正データプロバイダの局ネットワーク内の複数のＧＮＳＳ受信局１３０又はＧＮＳＳ基準局１３０又は静止基準衛星受信機１３０、補正データプロバイダのデータ処理センタ１４０又はデータ処理装置１４０、静止伝送衛星１２０を介した補正伝送用の伝送局１５０又はアップリンク局１５０、及び、ユーザ側ＧＮＳＳ受信機１６０又はユーザ側衛星受信機１６０を有している。特に、静止基準衛星受信機１３０、データ処理装置１４０及びユーザ側衛星受信機１６０については、以下の図面を参照してさらに詳細に説明する。

静止基準衛星受信機１３０及びユーザ側衛星受信機１６０は、ＧＮＳＳ衛星１１０からの衛星信号１１５、特に２周波ＧＮＳＳ信号１１５を受信するように構成されている。さらに、静止衛星受信機１３０は、静止基準衛星受信機１３０の状態信号１３５又は測定データを、ネットワークの平衡化のために、即ち、例えば電子密度の推定や品質指標を含めたパラメータの推定のためにデータ処理装置１４０に伝送するように構成されている。データ処理装置１４０は、補正データ１４５又は大気補正パラメータ１４５を、伝送局１５０及び静止伝送衛星１２０を介してユーザ側衛星受信機１６０に伝送するように構成されている。

換言すれば、図１においては、ＧＮＳＳ衛星１１０からユーザ側衛星受信機１６０への補正データ１４５の伝送までの信号パスが示されている。例示的に図１においては、１つのＧＮＳＳ衛星１１０しか描写されていないが、ここでは、静止基準衛星受信機１３０及びユーザ側衛星受信機１６０によって複数の衛星１１０の衛星信号１１５が測定可能である。

補正データネットワーク内のＧＮＳＳ基準局１３０においては、特に、衛星と各ＧＮＳＳ基準局１３０の受信機との間の各信号パスに対して電子密度又はいわゆる全電子数（ＴＥＣ）が一般的な方法によって求められる。ＴＥＣ値は、グローバル鉛直全電子数（ＶＴＥＣ）を計算するために、補正サービス又は補正データプロバイダによって使用される電離圏モデルのための基礎として用いられる。即ち、各地理的経度、地理的緯度及び時間に対して、ＶＴＥＣ値は計算することができ、その場合、ＧＮＳＳ基準局１３０間で補間手法が使用される。ここでは、例えば、多項式、球面関数、クリギング補間、ボクセル又はＢスプラインの使用が一般的である。しかしながら、これらの方法の各々は、特に、測定拠点間のデータの平滑化に結び付く。即ち、測定拠点間で求められたＴＥＣの精度は、使用される補間方法に依存する。個々のＧＮＳＳ基準局１３０の領域内の局所の値は、最も正確であることを仮定することができる。

およそ５０ｋｍ乃至１０００ｋｍの間の高度に広がって、上方はプラズマ圏に移行する超高層大気領域は、電離圏として表される。電離圏は、電離過程により太陽放射に依存して生じる荷電粒子の増加する濃度によって特徴付けられる。電離の頻度及び強度に応じて、電離圏内の電磁信号は、屈折させられる。これにより、場合によっては、例えばＧＮＳＳなどの全地球衛星航法システムの観測において信号遅延が生じる可能性があり、この信号遅延は、測位や航法用途に関して修正する必要がある。２周波の測地受信機を使用する場合、一次の電離圏の影響を排除するために信号の組み合わせを使用することができるが、高精度な測位分解能のために可及的に僅かな収束時間を得るためには、電離圏状態が既知でなければならない。単一周波の受信機は、信号を補正し、１メートル未満の精度を達成するために大気モデルを使用している。一実施例によれば、以下の図面を参照して説明するように、特にそのような電離圏の影響が測位及び航法用途において高い信頼性のもとで正確に補正することができ、その際には、補正データ１４５の完全性に関する予測もすることができるようになる。

基礎として、例えば、積分された電子密度又はいわゆる全電子数（ＴＥＣ）を、補正パラメータとして使用することができる。なぜなら、この補正パラメータは、例えば２周波のＧＮＳＳ観測から直接抽出することができるからである。高レベルの衛星軌道データ、衛星クロック、対流圏補正又は様々なバイアスなどの他のＧＮＳＳ補正データの他に、例えば電離圏補正データも、ＧＮＳＳユーザにセンチメートル精度の測位と僅かな収束時間とを可能にさせるためにいわゆるＧＮＳＳ補正サービスから供給される。ＧＮＳＳ補正サービスは、そのような補正データを、複数のＧＮＳＳ受信機又はＧＮＳＳ基準局１３０を有する地域局ネットワーク又は広域局ネットワークから計算する。軌道、クロック、対流圏及びバイアスパラメータは、それらの特性に基づいて高い信頼性のもとで決定することができるのに対して、電離圏補正の場合には、このことは、従来の方法では当て嵌まらないか又は限られた場合にしか当て嵌まらない。それゆえ、電離圏擾乱をＧＮＳＳユーザの場所で検出するためには局分布が不十分であることを考慮した物理的状況に基づけば、補正サービスからの誤差発生確率に関する約束は、従来提供されていない。その代わりに、完全性保証に対する責任、ひいては誤りのある電離圏補正の検出に対する責任は、ユーザ側に存在する。このことは、特に、小規模、中規模及び大規模ＴＩＤに区別されるいわゆる移動性電離圏擾乱（ＴＩＤ）、突発性電離圏擾乱（ＳＩＤ）、スプレッドＦ層、スポラジックＥ層、電離圏嵐及びシンチレーションのような時間的又は空間的に小規模な動的かつ不規則に現れる現象に関連する。しかしながら、一実施例によれば、以下の図面を参照して説明するように、そのような補正データ１４５の完全性に関する予測もすることができるようになり得る。

ここでは、いわゆるＲＯＴマップ又はＲＯＴＩマップ（ＲＯＴ＝電子密度変化率、rate of TEC；ＴＥＣ＝Total Electron Content、電子密度又は全電子含有量；ＲＯＴＩ＝電子密度変化率指数；rate of change of TEC index）を生成することが可能になり、即ち、基礎となる局分布が許容する限り、電離圏擾乱を再現する格子ベースのＲＯＴ値又はＲＯＴＩ値を生成することが可能になる。有線の伝送経路に基づけば、ＲＯＴＩの伝送及び監視が考えられるであろう。この場合は、車両用途用の伝送のために、このケースにおいては、静止伝送衛星１２０を介したブロードキャスト方法などの無線接続経路が大抵は使用され、補正データ１４５は、Ｌバンドを介して伝送される。ここでは、補正パラメータは、衛星１１０から可視の領域又はカバーされた領域についてのそれらの品質指標又はＱＩ値と共に伝送され得ることに留意されたい。この場合、低いバンド幅で効果的なデータ転送を達成するために、例えば、そこから対応するパラメータを全面的に再構成することができるモデル係数が伝送される。一実施例によれば、ここでは、特に、ＲＯＴ又はＲＯＴＩ及びＱＩ値並びにそれらの動特性の地域的監視を、ユーザ環境の中で伝送バンド幅及びコストを考慮に入れて、することができるように成り得ることが説明される。

図２は、大気擾乱２０２の存在下における図１からの衛星航法システム１００の概略図を示す。この大気擾乱２０２は、ユーザ側衛星受信機１６０の領域内及びＧＮＳＳ基準局１３０間に位置する。そのような、ＧＮＳＳ基準局１３０間で発生する電離圏擾乱２０２も一実施例により検出することができ、そのため、補間値に対して付加的に、潜在的擾乱２０２に関する情報も供給することができるようになる。従って、完全性の保証を、簡単に向上させることができる。ここでは、ユーザ側衛星受信機１６０によって受信された衛星信号１１５の、大気擾乱２０２に起因する改ざんは、補正することができ、この場合、補正データの完全性に関する情報も供給可能になる。大気擾乱２０２がＧＮＳＳ基準局１３０に記録されたままである場合にも、誤差影響は、補正データ１４５を使用して完全性情報を考慮に入れて補償することができる。

図３は、大気擾乱２０２の存在下における図１又は図２からの衛星航法システム１００の概略図を示す。ここでは、大気擾乱２０２は、ＧＮＳＳ基準局１３０のうちの１つの領域内に位置している。電離圏擾乱又は大気擾乱２０２が、補正データ１４５の計算に寄与するＧＮＳＳ基準局１３０の上方に位置していても、一実施例によれば、補正データ１４５の完全性に関する予測を的中させ得ることができるようになり得る。典型的には、特に品質指標（ＱＩ）は、個々の補正パラメータに対する標準偏差又は分散の形態で伝送されるが、補正サービス又は補正データプロバイダのネットワーク補償の背景にある数学モデルは、大気擾乱２０２も分散に反映すべきである。一実施例により、完全性予測又は信頼性予測は、的中させることができるので、完全性の保証に対する責任も、このケースではユーザによって負うことができる。図３の図においては、例示的に、補正データ１４５の計算に寄与する１つのＧＮＳＳ基準局１３０のみが、大気擾乱２０２の影響を受ける。ユーザ又はユーザ側衛星受信機１６０は、この種の擾乱２０２がＴＥＣに伴って供給される品質指標に反映されることをあてにする必要はもはやない。というのも、そこでは、周囲のＧＮＳＳ基準局１３０の計算から結果として生じる単なる品質指標以上のものがユーザ位置に供給され、それによって、補正データプロバイダのモデルからの独立性が高められることにつながるからである。さらに、補正データプロバイダは、擾乱２０２の識別後に、大気擾乱２０２の影響を受けたＧＮＳＳ基準局１３０を補償から外すことも、重み付けさせることもできる。

図４は、一実施例による装置４４０を備えた衛星航法システム１００の概略図を示す。この衛星航法システム１００は、ここでは、前記説明した図面のうちの１つからの衛星航法システムに対応するか又は類似する。この場合、衛星航法システム１００から図４の描写においては、衛星１１０、例示的に単に２つの静止衛星受信機１３０、データ処理装置１４０、衛星受信機１６０又はユーザ側衛星受信機１６０、及び、装置４４０が示されている。

静止衛星受信機１３０は、衛星１１０からの衛星信号１１５を受信するように構成されている。データ処理装置１４０は、静止衛星受信機１３０から状態信号１３５を受信するように構成されている。ユーザ側衛星受信機１６０は、車両４７０内に配置されている。ユーザ側衛星受信機１６０は、データ処理装置１４０から、車両４７０のための衛星航法における大気擾乱を補正するための大気補正パラメータ１４５を受信するように構成されている。車両４７０の衛星受信機１６０もまた、衛星１１０からの衛星信号１１５を受信するように構成されている。これにより、ユーザ側では、現在の大気若しくは電離圏の活動の推定値を得るために、及び／又は、大気誤差若しくは電離圏誤差のための到来する補正データの妥当性検査のために、ＲＯＴ、ＲＯＴＩ又はＲＯＱ情報を決定することができる。この場合、ＲＯＱは、品質率を表し、さらに以下において図６に関連してより詳細に説明する。

装置４４０は、図４に示されている実施例によれば、データ処理装置１４０の一部として実施されている。この装置４４０は、車両４７０のための衛星航法における大気擾乱を補正するための大気補正パラメータ１３５を検査する完全性情報４４５を提供するように構成されている。この目的のために、この装置４４０は、読み込み装置４４１と決定装置４４２とを有する。

読み込み装置４４１は、静止衛星受信機１３０からの状態信号１３５を読み込むように構成されている。この状態信号１３５は、衛星受信機１３０と衛星１１０との間の大気の状態に関する信号である。各状態信号１３５は、衛星１１０と静止衛星受信機１３０との間で伝送された少なくとも１つの衛星信号１１５を使用して決定されかつ衛星１１０と静止衛星受信機１３０との間の大気の状態に依存する状態データを表す。

決定装置４４２は、読み込み装置４４１を用いて読み込まれた状態信号１３５の状態データを使用して完全性情報４４５を決定するように構成されている。ここでは、この決定装置４４２は、状態データの時間的変化を評価するように構成されている。

一実施例によれば、読み込み装置４４１は、状態信号１３５を読み込むように構成されており、これらの状態信号１３５の状態データは、地球の大気のパラメータとしての全電子含有量及び／又は少なくとも１つの衛星受信機１３０の品質指標を表す。全電子含有量は、ここでは、平方メートル当たりの電子数で測定された電子密度と経路の積として定義されている。品質指標は、少なくとも１つの衛星受信機を用いた信号伝送に関する標準偏差及び／又は分散を有する。この場合、決定装置４４２は、所定の時間間隔にわたる全電子含有量の勾配、所定の時間間隔にわたる全電子含有量の勾配の標準偏差、及び／又は、所定の時間間隔にわたる品質指標の時間的変化を、完全性情報４４５として決定するように構成されている。

図４に示されている実施例によれば、決定装置４４２は、車外決定装置４４２として実施されている。代替的に、決定装置４４２は、少なくとも１つの静止基準衛星受信機１３０の一部として実施されてもよい。

一実施例によれば、読み込み装置４４１は、状態信号１３５の供給源として静止基準衛星受信機１３０の位置情報を、特に状態信号１３５と共に読み込むように構成されている。ここでは、決定装置４４２は、位置情報を使用して完全性情報４４５を決定するように構成されている。

図４に示されている実施例によれば、装置４４０はまた、決定装置４４２を用いて決定された完全性情報４４５を車両４７０の衛星受信機１６０に伝送する伝送装置４４３も有している。任意に、この伝送装置４４３は、完全性情報４４５を閾値判定の結果に依存して伝送するように構成されている。閾値判定においては、状態信号１３５又は完全性情報４４５と、大気擾乱に関する閾値との比較が実施される。さらにこの伝送装置４４３は、選択された静止基準衛星受信機１３０からの状態信号１３５に起因する完全性情報４４５を伝送するように、任意に構成されている。選択された静止基準衛星受信機１３０は、特に、車両４７０の衛星受信機１６０の地理的位置に依存して選択されている。

車両４７０の衛星受信機１６０は、装置４４０を用いて提供された完全性情報４４５を使用して大気補正パラメータ１４５を検査し、完全性に関して検査された大気補正パラメータを生成するように構成されている。従って、ユーザ側衛星受信機１６０は、検査された大気補正パラメータ１４５を使用して、ユーザ側衛星受信機１６０又は車両４７０の自己位置を特定するように構成されてもよい。

図４に示されている実施例によれば、ユーザ側衛星受信機１６０はさらに、特定された自己位置を表す出力信号４６５を、出力のためにさらなる車両装置４８０に提供するように構成されている。

図５は、一実施例による装置４４０を備えた衛星航法システム１００の概略図を示す。ここでは、この衛星航法システム１００は、装置４４０の決定装置４４２がユーザ側衛星受信機１６０又は車両４７０の衛星受信機１６０の一部として実施されている点を除いて、図４からの衛星航法システムに対応している。従って、装置４４０は、データ処理装置１４０とユーザ側衛星受信機１６０とに分割又は分散されて実施されている。この場合、伝送装置４４３は、状態信号１３５をユーザ側衛星受信機１６０又はより厳密には決定装置４４２に伝送するように構成されている。一実施例によれば、伝送装置４４３は、選択された静止基準衛星受信機１３０からの状態信号１３５を伝送するように構成されている。決定装置４４２は、完全性情報４４５を、ユーザ側衛星受信機１６０による使用のためにトリガするように構成されている。

図６は、一実施例により提供する方法６００のフローチャートを示している。この方法６００は、車両用の衛星航法における大気擾乱を補正するための大気補正パラメータを検査する完全性情報を提供するために実施可能である。この場合、提供するこの方法６００は、前述した図面のうちの１つからの装置を用いて実施することができる。

提供するこの方法６００では、読み込むステップ６１０において、少なくとも１つの衛星受信機と少なくとも１つの衛星との間の大気の状態に関する状態信号が、少なくとも１つの衛星受信機によって読み込まれる。各状態信号は、衛星と衛星受信機との間で伝送された少なくとも１つの衛星信号を用いて決定されかつ衛星と衛星受信機との間の大気の状態に依存する状態データを表す。それに続いて、決定するステップ６２０においては、状態データを使用して完全性情報が決定される。この場合、状態データの時間的変化が評価される。

一実施形態によれば、決定するステップ６１０は、少なくとも１つの静止基準衛星受信機を用いて、車外決定装置を用いて、及び／又は、車両の衛星受信機を用いて、実施される。

さらなる実施例によれば、提供する方法６００は、伝送するステップ６３０も含む。この伝送のステップ６３０においては、状態信号又は完全性情報が、車両の衛星受信機に伝送される。伝送するステップ６３０は、決定するステップ６２０の前後において実施可能である。

以下においては、上記説明した図面、特に図４乃至図６を参照して、実施例及び当該実施例の利点を、別の文言で要約して再度簡単に説明及び／又は提示する。

先ず、装置４４０を用いたＲＯＴ又はＲＯＴＩに基づく完全性監視について詳細に説明する。

静止基準衛星受信機１３０上方の鉛直方向のＴＥＣ補間誤差は僅かであること仮定することができる。なぜなら、すぐ近くの環境においては、典型的には、ＴＥＣを特定する情報を提供する複数の衛星１１０を同時に観測することができるからである。それゆえ、静止基準衛星受信機１３０の位置において、ＴＥＣの変化率（ＲＯＴ）を、以下の式

の商として特定することが提案される。ここで、ΔＶＴＥＣは、天頂又は鉛直方向のＴＥＣにおける時間的ＴＥＣ勾配であり、Δｔは、時間的サンプリングである。さらに、Φ_ＧＦは、ここでは、周波数ｆ_１及びｆ_２での２周波位相測定からの幾何学的要素を含まない線形結合を表す。静止基準衛星受信機１３０と衛星１１０との間の斜めＴＥＣ（ＳＴＥＣ）の使用は、ここでは無視される。なぜなら、（衛星移動による）空間的及び時間的ＴＥＣ変化は、そうでなければＲＯＴの計算において一緒に混在しかねず、ＲＯＴは、衛星固有に提供されてしまうからである。なお、ＶＴＥＣ又はＳＴＥＣの計算は、一般的な方法に基づいているため、詳細には説明しないことに留意されたい。

従って、基本的にＲＯＴは、所定の時間間隔での時間的ＴＥＣ勾配を表し、以下の式、

による、ＲＯＴＩの計算のための基礎として用いられる。ここで、ＲＯＴＩは、所定の時間間隔にわたる又は定義された拠点数ＮにわたるＲＯＴの標準偏差として定義されている。ＲＯＴ及びＲＯＴＩを用いて、電離圏擾乱又は大気擾乱２０２を検出するための２つの手段が存在する。従って、各ＧＮＳＳ受信機１３０又は静止基準衛星受信機１３０の測定周波数に依存して、従来の測地用途においては、通常は高価なシンチレーション受信機によってのみ検出可能であるシンチレーションも検出可能である。低コストのセンサを使用して高い測定周波数と高い精度とが要求される高度に自動化された運転のための開発過程において、例えば高速道路走行に関して、安価な衛星受信機１３０又は１６０も使用することができるであろうことが考えられる。電離層擾乱又は大気擾乱２０２の高分解能な時間的検出のために提案される間隔長さは、例えば、ＲＯＴを計算するためには１／３０秒の時間ステップであり、ＲＯＴＩを求めるためには５分の時間窓長さである。

図４に示されている実施例によれば、伝送装置４４３は、完全性情報４４５として個々の静止基準衛星受信機１３０のためにＲＯＴ値又はＲＯＴＩ値を局識別子と共にユーザ側衛星受信機１６０に伝送するように構成されている。バンド幅及びひいてはコストを節約するために、これに関して複数の変形例が考えられる。この場合、例えば、個々の選択された静止基準衛星受信機１３０のデータのみが伝送され、複数の静止基準衛星受信機１３０が、そのような領域の事前識別のもとで、地域依存性のＲＯＴ又はＲＯＴＩの計算のために使用される。それにより、定義された閾値を上回るＲＯＴＩ指標のみが伝送される対応付けを行うことができる。従って、ユーザ側衛星受信機１６０に対して、データ処理装置１４０におけるＲＯＴ又はＲＯＴＩの計算による計算コストの低減が生じる。

図５に示されている実施例によれば、完全性情報４４５は、ユーザ側衛星受信機１６０において決定され、その際、補正サービスの静止基準衛星受信機１３０の位置におけるＲＯＴ又はＲＯＴＩは、伝送されたＴＥＣ値を使用して状態データとして決定される。それにより、伝送のためのバンド幅を節約することができるようになる。さらに、ユーザ側衛星受信機１６０における計算コストを最小化するために、近くにある静止基準衛星受信機１３０から選択を行い、それらに対してのみＲＯＴ又はＲＯＴＩを計算することができる。

従って、両ケースにおいて、ユーザ側衛星受信機１６０には、完全性情報４４５として、少なくともユーザ側衛星受信機１６０の地理的位置の環境を表す、補正ネットワークの局位置に対するＲＯＴ値又はＲＯＴＩ値が存在する。即ち、それゆえに両ケースにおいて、静止基準衛星受信機１３０の位置情報又は局座標を提供することができる。従って、特に、不一致が環境内の局所的な擾乱を示唆しているかどうかを確定するために、ユーザ側衛星受信機１６０の環境内の個々の静止基準衛星受信機１３０を評価することができる。増加したＲＯＴ値又はＲＯＴＩ値の発生からは、電離圏擾乱又は大気擾乱２０２の逆推論が可能であり、このことは、場合によっては誤りのある補正データ又は大気補正パラメータ１４５を導出し得る。

さらなる手段として、ユーザ側衛星受信機１６０として２周波ＧＮＳＳ受信機のケースにおいては、自身の自己位置に対して、補正データ又は大気補正パラメータ１４５を使用することなくＲＯＴ又はＲＯＴＩを求め、環境に由来する補正サービスの値と比較することが可能である。ここでは、ユーザ側衛星受信機１６０の地理的位置におけるＶＴＥＣは、複数の衛星１１０に対するＳＴＥＣ測定から導出され得る。ここでは、以下の任意の手段が提案される。即ち、水平線に近い測定からの誤差の影響を最小化するために、ＲＯＴ又はＲＯＴＩは、仰角の大きい又は天頂に近い衛星１１０に対する測定値から導出されるべきである。基本的にΔＴＥＣは、ここでもユーザ側衛星受信機１６０の環境内の衛星１１０に対して決定され、即ち、補間、例えば多項式補間がユーザ側で実施可能であり、これにより、ΔＶＴＥＣは、ユーザ側衛星受信機１６０の地理的位置において求めることが可能になる。補正サービス又は補正データプロバイダのＲＯＴ又はＲＯＴＩと、自己決定された完全性情報４４５との間の不一致は、補正サービスによって識別されない局所的電離圏擾乱又は大気擾乱２０２がユーザ側衛星受信機１６０の領域内に存在するか、又は、例えばシンチレーション又は大気擾乱２０２が静止基準衛星受信機１３０に当接し、それが場合によっては今後ユーザ側衛星受信機１６０に到達する可能性があること、例えば移動性電離圏擾乱（ＴＩＤ）を逆推論することができる。後者は、補正データ又は大気補正パラメータ１４５が既に改ざんされている可能性があることを示唆し得る。

ここでは、さらに装置４４０を用いたＴＥＣ品質指標に基づく完全性監視を詳細に説明する。

受信機固有の障害の検出のために使用することができるＲＯＴパラメータ又はＲＯＴＩパラメータとは対照的に、品質指標（ＱＩ）、典型的には標準偏差又は分散（これらは、補正ネットワーク内のネットワーク補償の結果から生じ、大気補正パラメータ１４５若しくはＴＥＣ補正と共に出力される）は、付加的又は代替的に、完全性監視のために使用される。一方では、この目的のために、直接ＱＩ値を使用することができ、他方では、静止基準衛星受信機１３０におけるＱＩ値の変化を（ＲＯＴの場合に類似して）監視することができる。この変化に基づくパラメータは、以下においては、ＲＯＱ（品質変化率）とも称する。ＱＩは、直接的には受信機固有のものではなく、ネットワーク補償と基礎となる数学モデルとに依存している。ＱＩとしては、ネットワーク補償の結果から生じ、共分散行列に含まれている標準偏差又は分散が頻繁に使用される。従って、ＱＩが標準偏差として伝送されるケースにおいては、ＲＯＴの場合に類似して例えば以下の関係式：
ＲＯＱ＝（Δσ_ＶＴＥＣ）／Δｔ， （式３）
が成り立つ。ここで、Δσ_ＶＴＥＣは、時間窓Δｔにわたる補正サービス又は補正データプロバイダのネットワークから決定された標準偏差の時間的変化を表す。ここでは、ＲＯＴ又はＲＯＴＩに対して記述した手法を品質指標又はＲＯＱに対して適用することが提案される。従って、対応して以下のようなケースが生じる。

図４に示されている実施例によれば、伝送装置４４３は、完全性情報４４５として個々の静止基準衛星受信機１３０のためのＱＩ又はＲＯＱを、局識別子と共にユーザ側衛星受信機１６０に伝送するように構成されている。ＲＯＴ又はＲＯＴＩのために前述したように、選択された局や地域依存性の品質指標の使用、及び、閾値を超える品質指標の伝送のための変形例又は手段も同様に使用可能である。

図５に示されている実施例によれば、補正サービスの静止基準衛星受信機１３０の位置における品質指標は、ユーザ側衛星受信機１６０によって問い合わせられ、ＲＯＱの構成の完全性情報４４５は、ユーザ側衛星受信機１６０において決定される。なぜなら、品質指標は、ＴＥＣのように、全面的に補正サービスによって伝送されるからである。

ＲＯＱは、補正データ又は大気補正パラメータ１４５を求める際の不確実性を表しているので、このケースにおいては、電離圏擾乱又は大気擾乱２０２に基づく大気補正パラメータ１４５を求める際の欠陥は、個々の静止基準衛星受信機１３０において明らかにすることができる。この予測は、静止基準衛星受信機１３０に対するＲＯＴＩを次のような意味で補足する。即ち、ＴＥＣ勾配は、それ自体は、実際には補間における平滑化によって、あるいは、障害の起きた静止基準衛星受信機１３０の重み付けによって補償内で小さくなり、過度に疑わしいＲＯＴＩ値には結び付かないので、ＲＯＱ値において明らかにすることができるという意味である。なぜなら、電離圏擾乱又は大気擾乱２０２は、パラメータ推定のより大きな不確実性に、即ち、より大きな標準偏差に反映されるからである。

さらに、ユーザ側衛星受信機１６０の地理的位置に対するＲＯＱを計算することも同様に可能であり、そのため、ここでも不確実性の妥当性検査のための手段が与えられる。ただし、ここでは、ＲＯＱは、ＲＯＴとは異なり、ユーザ側衛星受信機１６０の位置において大気補正パラメータ１４５からしか決定することができない点に留意すべきである。なぜなら、ここでは、ＴＥＣのパラメータ推定は、中断されるか又はこの種の補償のための測定の冗長性が失われ、それに伴い、通常は固有に計算された品質指標が存在しないからである。

一実施例が、第１の特徴と第２の特徴との間で「及び／又は」結合を含む場合、このことは、当該実施例が、一実施形態に従って第１の特徴も第２の特徴も含み、かつ、さらなる実施形態に従って第１の特徴のみ又は第２の特徴のみを含むように、解釈されるべきである。

Claims (10)

1. 車両（４７０）用の衛星航法において大気擾乱（２０２）を補正するための大気補正パラメータ（１４５）を検査する完全性情報（４４５）を提供する方法（６００）であって、
   前記方法（６００）は、以下のステップ、即ち、
   少なくとも１つの衛星受信機（１３０；１６０）から、当該少なくとも１つの衛星受信機（１３０；１６０）と少なくとも１つの衛星（１１０）との間の大気の状態に関する状態信号（１３５）を読み込むステップ（６１０）であって、前記各状態信号（１３５）は、前記衛星（１１０）と前記衛星受信機（１３０；１６０）との間で伝送された少なくとも１つの衛星信号（１１５）を使用して決定されかつ前記衛星（１１０）と前記衛星受信機（１３０；１６０）との間の大気の状態に依存する状態データを表す、ステップ（６１０）と、
   前記状態データを使用して前記完全性情報（４４５）を決定するステップ（６２０）であって、前記状態データの時間的変化が評価される、ステップ（６２０）と、
   を含む方法（６００）。
2. 前記決定するステップ（６２０）は、少なくとも１つの静止基準衛星受信機（１３０）を用いて、車外決定装置（４４２）を用いて、及び／又は、前記車両（４７０）の衛星受信機（１６０）を用いて、実施される、請求項１に記載の方法（６００）。
3. 前記決定するステップ（６２０）において、前記完全性情報（４４５）は、前記状態信号（１３５）の供給源としての前記少なくとも１つの静止基準衛星受信機（１３０）の位置情報を使用して決定される、請求項１又は２に記載の方法（６００）。
4. 前記状態信号（１３５）又は前記完全性情報（４４５）を前記車両（４７０）の衛星受信機（１６０）に伝送するステップ（６３０）を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法（６００）。
5. 前記伝送するステップ（６３０）は、閾値判定の結果に依存して実施され、前記閾値判定において、前記状態信号（１３５）又は前記完全性情報（４４５）と、前記大気擾乱（２０２）に関する閾値との比較が実施される、請求項４に記載の方法（６００）。
6. 前記伝送するステップ（６３０）において、選択された静止基準衛星受信機（１３０）からの前記状態信号（１３５）又は前記選択された静止基準衛星受信機（１３０）からの前記状態信号（１３５）に基づく完全性情報（４４５）が伝送され、前記選択された静止基準衛星受信機（１３０）は、前記車両（４７０）の前記衛星受信機（１６０）の地理的位置に依存して選択されている、請求項４又は５に記載の方法（６００）。
7. 前記読み込むステップ（６１０）において、自身の状態データが地球の大気のパラメータとしての全電子含有量を表し及び／又は少なくとも１つの衛星受信機の品質指標を表す前記状態信号（１３５）が読み込まれ、前記全電子含有量は、平方メートル当たりの電子数で測定された、電子密度と経路の積として定義されており、前記品質指標は、前記少なくとも１つの衛星受信機（１３０；１６０）を用いた信号伝送に関する標準偏差及び／又は分散を有し、前記決定するステップ（６２０）において、所定の時間間隔にわたる前記全電子含有量の勾配、所定の時間間隔にわたる前記全電子含有量の前記勾配の標準偏差、及び／又は、所定の時間間隔にわたる前記品質指標の時間的変化が、前記完全性情報（４４５）として決定される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法（６００）。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法（６００）のステップを、対応するユニットにおいて実施及び／又は制御するように構成された装置（４４０）。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法（６００）を実施及び／又は制御するために構成されたコンピュータプログラム。
10. 請求項９に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体。

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