RU2453868C1 - Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system - Google Patents

Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system Download PDF

Info

Publication number
RU2453868C1
RU2453868C1 RU2010142918/07A RU2010142918A RU2453868C1 RU 2453868 C1 RU2453868 C1 RU 2453868C1 RU 2010142918/07 A RU2010142918/07 A RU 2010142918/07A RU 2010142918 A RU2010142918 A RU 2010142918A RU 2453868 C1 RU2453868 C1 RU 2453868C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
satellite
matrix
receiving device
quality
signals
Prior art date
Application number
RU2010142918/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010142918A (en
Inventor
Филиппо РОДРИГЕС (IT)
Филиппо РОДРИГЕС
Джан Паоло ПЛАИЯ (IT)
Джан Паоло ПЛАИЯ
Original Assignee
Телеспацио С.П.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Телеспацио С.П.А. filed Critical Телеспацио С.П.А.
Priority to RU2010142918/07A priority Critical patent/RU2453868C1/en
Publication of RU2010142918A publication Critical patent/RU2010142918A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453868C1 publication Critical patent/RU2453868C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of satellite navigation systems, and namely to methods and systems to increase accuracy of assessing the position of a receiving device, and may be used in a global navigation satellite system (GNSS). The method to assess the position of a satellite receiving device (2) includes calculation of a matrix of weight coefficients and calculation of the estimated position of the satellite receiving device on the basis of the matrix of weight coefficients, at the same time calculation of the matrix of weight coefficients includes calculation of values indicating reductions of quality suffered by satellite signals, and noise in multiradiate distribution, and calculation of the matrix of weight coefficients on the basis of calculated values, besides, the specified values are related to parameters of distribution functions associated with various classes of quality reduction for each class of height of satellites, which have released the signals.
EFFECT: invention provides for the possibility to increase accuracy of assessment of the position of a receiving device using a simplified method of calculation for records of a matrix of weight coefficients.
12 cl, 7 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится в общем к спутниковым навигационным системам, а более конкретно к улучшению оценки положения для приемного устройства на основе глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS).The present invention relates generally to satellite navigation systems, and more particularly, to improving position estimation for a receiver based on a global navigation satellite system (GNSS).

Уровень техникиState of the art

Фиг.1 схематично показывает глобальную навигационную спутниковую систему (GNSS) 1, содержащую множество спутников 4, испускающих сигналы, направленные во множество приемных устройств 2, и локальные элементы 3 (только один из которых показан на Фиг.1), осуществляющие связь друг с другом известным способом, поэтому не описанным подробно. Каждое приемное устройство 2, в общем, включается в соответствующий пользовательский терминал, выполненный с возможностью осуществлять высокоуровневые приложения на основе данных, предоставленных приемным устройством 2. С технической точки зрения, каждое приемное устройство 2 может рассматриваться как радиочастотный (RF) входной каскад соответствующего пользовательского терминала, а именно сетевая часть пользовательского терминала, в отличие от прикладной части, содержащей пользовательский интерфейс и вышеуказанные высокоуровневые приложения.FIG. 1 schematically shows a global navigation satellite system (GNSS) 1 comprising a plurality of satellites 4 emitting signals directed to a plurality of receivers 2 and local elements 3 (only one of which is shown in FIG. 1) communicating with each other in a known manner, therefore not described in detail. Each receiving device 2, in General, is included in the corresponding user terminal, configured to implement high-level applications based on the data provided by the receiving device 2. From a technical point of view, each receiving device 2 can be considered as a radio frequency (RF) input stage of the corresponding user terminal , namely, the network part of the user terminal, in contrast to the application part containing the user interface and the above high-level Appendicies.

Каждый спутник 4 передает сигналы, модулируемые посредством характеристики псевдослучайной последовательности (PN-последовательности) спутника 4. Кроме того, сигналы, испускаемые каждым спутником 4, содержат навигационное сообщение, в свою очередь содержащее, помимо данных, подходящих для того, чтобы повышать точность при вычислении положения приемного устройства, эфемериды спутника, а именно математические функции, описывающие орбиту спутника очень точным способом. Следовательно, на основе информации, переносимой сигналами, каждое приемное устройство 2 вычисляет свое расстояние от спутника 4. В частности, приемное устройство 2 вычисляет время распространения сигнала от спутника 4 в приемное устройство 2, а именно разность времен между временем испускания, которое является временем, в которое спутник 4 испускает сигнал, и временем приема, которое является временем, в которое приемное устройство 2 принимает тот же сигнал. Впоследствии приблизительная оценка расстояния "спутник-приемное устройство" получается посредством умножения времени распространения на скорость света; такая приблизительная оценка расстояния "спутник-приемное устройство" известна как псевдодальность. Псевдодальности, связанные с различными спутниками (в общем, по меньшей мере, четырьмя спутниками, как показано на Фиг.2), затем используются для того, чтобы вычислять оценку положения приемного устройства, как подробнее поясняется ниже.Each satellite 4 transmits signals modulated by the pseudo-random sequence (PN sequence) characteristics of satellite 4. In addition, the signals emitted by each satellite 4 contain a navigation message, which in turn contains, in addition to data suitable for increasing accuracy in the calculation the position of the receiver, the ephemeris of the satellite, namely the mathematical functions that describe the satellite’s orbit in a very accurate way. Therefore, based on the information carried by the signals, each receiving device 2 calculates its distance from satellite 4. In particular, the receiving device 2 calculates the propagation time of the signal from satellite 4 to the receiving device 2, namely, the time difference between the emission time, which is time, at which satellite 4 emits a signal, and a reception time, which is the time at which receiver 2 receives the same signal. Subsequently, a rough estimate of the satellite-receiver distance is obtained by multiplying the propagation time by the speed of light; such a rough estimate of the satellite-receiver distance is known as pseudorange. The pseudoranges associated with the various satellites (generally at least four satellites, as shown in FIG. 2) are then used to calculate an estimate of the position of the receiver, as will be explained in more detail below.

В некоторых случаях после определения псевдодальностей, вместо вычисления оценки своего положения, приемное устройство 2 отправляет псевдодальности в локальный элемент 3, который отвечает за вычисление оценки положения приемного устройства и отправку обратно оценки в приемное устройство 2. В конкретных GNSS, общеизвестных как вспомогательные глобальные навигационные спутниковые системы (A-GNSS), спутниковые эфемериды предоставляются в приемное устройство 2 и локальные элементы 3, так что приемное устройство 2 не должно извлекать их из навигационных сообщений. На основе псевдодальностей и принимаемых эфемерид приемное устройство 2 вычисляет оценку своего положения. В конкретных A-GNSS, общеизвестных как A-GNSS "с использованием абонентского устройства", приемное устройство 2 только вычисляет оценки псевдодальностей и отправляет их в локальный элемент 3, который отвечает за все оставшиеся операции (разрешение неоднозначностей в дробных измерениях псевдодальности, вычисление положения и т.д.).In some cases, after determining the pseudorange, instead of calculating an estimate of its position, the receiving device 2 sends pseudorange to the local element 3, which is responsible for calculating the estimated position of the receiving device and sending the estimate back to the receiving device 2. In specific GNSS, commonly known as auxiliary global navigation satellite systems (A-GNSS), satellite ephemeris are provided to the receiver 2 and local elements 3, so that the receiver 2 should not extract them from the navigation tional messages. Based on the pseudorange and received ephemeris, the receiving device 2 calculates an estimate of its position. In specific A-GNSSs, commonly known as A-GNSS “using a subscriber device,” receiving device 2 only calculates pseudorange estimates and sends them to local element 3, which is responsible for all remaining operations (ambiguity resolution in fractional pseudorange measurements, position calculation, and etc.).

Более подробно, положение приемного устройства, представленное посредством вектора положения, вычисляется посредством N псевдодальностей, связанных с N соответствующими спутниками, сигналы которых принимаются приемным устройством 2. Тем не менее, следует отметить, что псевдодальность - это расстояние между положением соответствующего спутника 4 во время передачи и положением приемного устройства 2 во время приема. Поскольку генератор синхросигнала спутника и генератор синхросигнала приемного устройства не синхронизированы идеально, невозможно вычислять точное расстояние между спутником 4 и приемным устройством 2.In more detail, the position of the receiving device represented by the position vector is calculated by N pseudo-ranges associated with N respective satellites whose signals are received by the receiving device 2. However, it should be noted that the pseudorange is the distance between the position of the corresponding satellite 4 during transmission and the position of the receiving device 2 during reception. Since the satellite clock and the clock are not perfectly synchronized, it is not possible to calculate the exact distance between satellite 4 and receiver 2.

Пренебрегая ошибками, вызванными распространением, помехами при многолучевом распространении и ошибками приемного устройства, базовое определение псевдодальности pJ относительно j-го спутника является следующим:Neglecting propagation errors, multipath interference, and receiver errors, the basic definition of pseudorange p J relative to the jth satellite is as follows:

Figure 00000001
(1)
Figure 00000001
(one)

Figure 00000002
(2)
Figure 00000002
(2)

где:Where:

- Xj, Yj, Zj - это координаты положения j-го спутника;- X j , Y j , Z j are the coordinates of the position of the j-th satellite;

- X, Y, Z - это координаты положения приемного устройства;- X, Y, Z are the coordinates of the position of the receiving device;

- c - это скорость света;- c is the speed of light;

- δj и δ - это соответственно смещение генератора синхросигнала j-го спутника и смещение генератора синхросигнала приемного устройства; и- δ j and δ are respectively the offset of the j-satellite satellite clock generator and the offset of the receiver clock generator; and

- Rj - это геометрическое расстояние между j-м спутником и приемным устройством 2, и оно является функцией от времени, а также от псевдодальности pJ (причем Rj вычисляется во время передачи).- R j is the geometric distance between the j-th satellite and the receiving device 2, and it is a function of time and also of the pseudorange p J (moreover, R j is calculated during transmission).

Координаты X, Y, Z положения приемного устройства формируют вышеуказанный вектор положения приемного устройства, в дальнейшем указываемый посредством [X, Y, Z]. То же применимо к координатам Xj, Yj, Zj положения j-го спутника, вектор положения которого в дальнейшем указывается посредством [Xj, Yj, Zj].Coordinates X, Y, Z of the position of the receiving device form the above position vector of the receiving device, hereinafter indicated by [X, Y, Z]. The same applies to the coordinates X j , Y j , Z j of the position of the j-th satellite, the position vector of which is further indicated by [X j , Y j , Z j ].

Начиная с уравнения (1), вектор [X, Y, Z] положения приемного устройства, который является неизвестной величиной, может вычисляться на основе вычисленных псевдодальностей R3, вектора [Xj, Yj, Zj] положения спутника и смещения генератора синхросигнала спутника δJ. В частности, вектор [Xj, Yj, Zj] положения спутника вычисляется на основе времени передачи, которое является разностью между временем приема и временем распространения и принимаемыми эфемеридами, в то время как смещение генератора синхросигнала спутника δJ вычисляется с использованием параметров корректировки, включенных в навигационное сообщение.Starting from equation (1), the position vector [X, Y, Z] of the receiver, which is an unknown quantity, can be calculated based on the calculated pseudorange R 3 , the vector [X j , Y j , Z j ] of the satellite position and the offset of the clock generator satellite δ J. In particular, the satellite position vector [X j , Y j , Z j ] is calculated based on the transmission time, which is the difference between the reception time and the propagation time and the received ephemeris, while the offset of the satellite clock generator δ J is calculated using the correction parameters included in the navigation message.

Взаимосвязь между вычисленными псевдодальностями, также известными как наблюдаемые величины, и положением приемного устройства не является линейной, как показано посредством уравнения (1), следовательно, известные способы используются для того, чтобы получать линеаризованное уравнение. Согласно упомянутым известным способам приблизительное положение приемного устройства предполагается, тем самым приблизительный вектор [X0, Y0, Z0] положения приемного устройства выбирается. Это допущение подразумевает, что положение приемного устройства может рассматриваться как сумма приблизительного положения приемного устройства и коэффициента регулирования. С векторной точки зрения, вектор [X, Y, Z] положения приемного устройства является суммой вектора [X0, Y0, Z0] приблизительного положения приемного устройства и регулирующего вектора [ΔX, ΔY, ΔZ]. Вследствие этого допущения, неизвестными величинами, которые должны вычисляться, являются компоненты ΔX, ΔY и ΔZ регулирующего вектора [ΔX, ΔY, ΔZ], а также смещение генератора синхросигнала спутника δ.The relationship between the calculated pseudo-ranges, also known as observable values, and the position of the receiver is not linear, as shown by equation (1), therefore, known methods are used to obtain a linearized equation. According to the aforementioned known methods, the approximate position of the receiver is assumed, thereby the approximate position vector [X 0 , Y 0 , Z 0 ] of the receiver is selected. This assumption implies that the position of the receiving device can be considered as the sum of the approximate position of the receiving device and the regulation coefficient. From a vector point of view, the position vector [X, Y, Z] of the receiver is the sum of the vector [X 0 , Y 0 , Z 0 ] of the approximate position of the receiver and the control vector [ΔX, ΔY, ΔZ]. Due to this assumption, the unknown quantities to be calculated are the components ΔX, ΔY and ΔZ of the control vector [ΔX, ΔY, ΔZ], as well as the offset of the satellite clock generator δ.

Чтобы вычислять неизвестные величины ΔX, ΔY, ΔZ и δ, уравнение (1) раскладывается на ряд Тейлора, усеченный после линейных членов, и центрируется вокруг вектора [X0, Y0, Z0] приблизительного положения приемного устройства, тем самым получая:In order to calculate the unknown values ΔX, ΔY, ΔZ and δ, equation (1) is expanded into a Taylor series truncated after the linear terms and centered around the approximate position vector [X 0 , Y 0 , Z 0 ] of the receiver, thereby obtaining:

Figure 00000003
(3)
Figure 00000003
(3)

Figure 00000004
(4)
Figure 00000004
(four)

В уравнении (3) все неизвестные величины (ΔX, ΔY, ΔZ и δ) находятся в правой части уравнения, тогда как левая часть является известной. Вследствие наличия четырех неизвестных величин, чтобы вычислять положение приемного устройства, необходимо иметь, по меньшей мере, четыре уравнения, т.е. необходимо принимать сигналы, по меньшей мере, от четырех спутников, чтобы вычислять соответствующие псевдодальности. В общем, число N спутников, сигналы которых принимаются приемным устройством, варьируется от четырех до двенадцати в зависимости от геометрии спутникового созвездия и положения приемного устройства, приводя к системе уравнений, имеющей больше уравнений, чем неизвестных величин, т.е. очевидно переопределенной. Фактически на наблюдаемые величины влияют ошибки и шум, следовательно, система является несогласованной. Эта очевидная несогласованность решается посредством введения вектора шума e, приводя к следующей системе линеаризованных уравнений псевдодальностей:In equation (3), all unknown quantities (ΔX, ΔY, ΔZ, and δ) are on the right side of the equation, while the left side is known. Due to the presence of four unknown quantities, in order to calculate the position of the receiver, it is necessary to have at least four equations, i.e. it is necessary to receive signals from at least four satellites in order to calculate the corresponding pseudorange. In general, the number N of satellites whose signals are received by the receiving device varies from four to twelve depending on the geometry of the satellite constellation and the position of the receiving device, leading to a system of equations that has more equations than unknown quantities, i.e. obviously overridden. In fact, the observed values are affected by errors and noise, therefore, the system is inconsistent. This obvious inconsistency is solved by introducing the noise vector e , leading to the following system of linearized pseudorange equations:

Figure 00000005
(5)
Figure 00000005
(5)

где:Where:

- X - это вектор [ΔX ΔY ΔZ δ], содержащий координаты регулирующего вектора [ΔX, ΔY, ΔZ], ассоциированные с приблизительным вектором положения приемного устройства [X0, Y0, Z0], который представляет центр ряда Тейлора, а также смещение генератора синхросигнала приемного устройства δ;- X is the vector [ΔX ΔY ΔZ δ] containing the coordinates of the control vector [ΔX, ΔY, ΔZ] associated with the approximate position vector of the receiver [X 0 , Y 0 , Z 0 ], which represents the center of the Taylor series, and clock offset of the receiver δ;

-

Figure 00000006
- это матрица, имеющая четыре столбца и N строк, причем каждая строка ассоциирована с соответствующим спутником, сигнал которого принимается приемным устройством;-
Figure 00000006
is a matrix having four columns and N rows, with each row associated with a corresponding satellite, the signal of which is received by the receiving device;

- y - это N-мерный вектор, содержащий N псевдодальностей, каждая из которых выводится из соответствующего геометрического расстояния pJ между соответствующим спутником и приемным устройством, тем самым завися от приблизительного положения приемного устройства; и- y is an N-dimensional vector containing N pseudo-ranges, each of which is derived from the corresponding geometric distance p J between the corresponding satellite and the receiving device, thereby depending on the approximate position of the receiving device; and

- вектор шума e - это N-мерный вектор, содержащий ошибки компонентов вектора y.- the noise vector e is an N-dimensional vector containing errors of the components of the vector y .

Можно демонстрировать, что каждая строка матрицы может выражаться следующим образом:It can be demonstrated that each row of the matrix can be expressed as follows:

Figure 00000007
(6)
Figure 00000007
(6)

Согласно уравнению (6) каждая строка матрицы

Figure 00000008
зависит от высоты Eli и азимута Azi соответствующего i-го спутника, а именно от положений приемного устройства и спутника, причем положение спутника является известной величиной либо из эфемерид, либо из данных, содержащихся в навигационных сообщениях.According to equation (6), each row of the matrix
Figure 00000008
depends on the height El i and the azimuth Az i of the corresponding i-th satellite, namely on the positions of the receiving device and the satellite, and the position of the satellite is a known value either from the ephemeris or from the data contained in the navigation messages.

В известных GNSS система уравнений (5) используется для того, чтобы итеративно вычислять оценки

Figure 00000009
вектора X. Фактически посредством случайного выбора приблизительного положения приемного устройства, а именно вектора приблизительного положения приемного устройства [X0, Y0, Z0], можно вычислять соответствующую аппроксимацию
Figure 00000010
вектора y, а также аппроксимацию
Figure 00000011
матрицы
Figure 00000008
. Далее, начиная с системы уравнений (5) и пренебрегая вектором e, система уравнений
Figure 00000012
*
Figure 00000013
=
Figure 00000014
может разрешаться, и первая оценка
Figure 00000015
вектора X=[ΔX ΔY ΔZ δ] тем самым вычисляться, причем это вычисление заключает в себе вычисление вектора [X1, Y1, Z1] оцененного положения приемного устройства.The well-known GNSS system of equations (5) is used to iteratively calculate the estimates
Figure 00000009
vector X. In fact, by randomly selecting the approximate position of the receiving device, namely, the vector of the approximate position of the receiving device [X 0 , Y 0 , Z 0 ], the corresponding approximation can be calculated
Figure 00000010
vector y , as well as the approximation
Figure 00000011
matrices
Figure 00000008
. Further, starting with the system of equations (5) and neglecting the vector e , the system of equations
Figure 00000012
*
Figure 00000013
=
Figure 00000014
may be resolved and the first assessment
Figure 00000015
vector X = [ΔX ΔY ΔZ δ] is thereby calculated, and this calculation includes the calculation of the vector [X 1 , Y 1 , Z 1 ] estimated position of the receiving device.

Фактически вектор [X1, Y1, Z1] оцененного положения приемного устройства задается суммой вектора [X0, Y0, Z0] приблизительного положения приемного устройства и регулирующего вектора [ΔX ΔY ΔZ], сформированного посредством первых трех компонентов вычисленного вектора X.In fact, the vector [X 1 , Y 1 , Z 1 ] of the estimated position of the receiver is defined by the sum of the vector [X 0 , Y 0 , Z 0 ] of the approximate position of the receiver and the control vector [ΔX ΔY ΔZ] formed by the first three components of the calculated vector X .

Впоследствии, оцененный вектор [X1, Y1, Z1] положения приемного устройства используется как новое приблизительное положение приемного устройства для последующей итерации в вычислении оценки

Figure 00000016
вектора X. На основе нового приблизительного положения приемного устройства новый приблизительный вектор
Figure 00000010
вектора y и новая аппроксимация
Figure 00000011
матрицы
Figure 00000008
вычисляются, чтобы вычислять новую оценку
Figure 00000017
вектора X и, следовательно, новую оценку положения приемного устройства, посредством решения снова системы уравнений
Figure 00000018
*
Figure 00000019
=
Figure 00000020
. Описанная последовательность операций затем итеративно выполняется до тех пор, пока разность между последовательными оценками
Figure 00000021
вектора X становится не меньше заранее определенного порогового значения.Subsequently, the estimated position vector [X 1 , Y 1 , Z 1 ] of the receiving device is used as the new approximate position of the receiving device for the subsequent iteration in calculating the estimate
Figure 00000016
vector X. Based on the new approximate position of the receiver, the new approximate vector
Figure 00000010
vectors y and a new approximation
Figure 00000011
matrices
Figure 00000008
computed to calculate a new grade
Figure 00000017
vector X and, therefore, a new estimate of the position of the receiving device, by solving again the system of equations
Figure 00000018
*
Figure 00000019
=
Figure 00000020
. The described sequence of operations is then iteratively performed until the difference between successive estimates
Figure 00000021
vector X becomes no less than a predetermined threshold value.

Более подробно, система уравнений

Figure 00000022
*
Figure 00000023
=
Figure 00000024
разрешается с помощью метода наименьших квадратов, который использует обобщенную инверсию аппроксимации
Figure 00000011
матрицы
Figure 00000008
и приводит к уравнению:In more detail, the system of equations
Figure 00000022
*
Figure 00000023
=
Figure 00000024
resolved using the least squares method, which uses a generalized approximation inversion
Figure 00000011
matrices
Figure 00000008
and leads to the equation:

Figure 00000025
(7)
Figure 00000025
(7)

где

Figure 00000026
T - это транспонированная матрица от матрицы
Figure 00000011
, а апекс -1 указывает обратную матрицу, на которую она ссылается.Where
Figure 00000026
T is the transposed matrix from the matrix
Figure 00000011
, and apex -1 indicates the inverse matrix to which it refers.

Из вышеописанного можно принимать во внимание, что вектор [X, Y, Z] положения приемного устройства зависит от вычисленных псевдодальностей pJ, содержащихся в векторе y и в соответствующих приблизительных векторах y. Поскольку на псевдодальности, связанные с различными спутниками, в различной степени влияют ошибки, каждая псевдодальность вычисляется с различной степенью точности, которая влияет на вычисление положения приемного устройства.From the above, it can be taken into account that the position vector [X, Y, Z] of the receiver depends on the calculated pseudorange p J contained in the vector y and in the corresponding approximate vectors y . Since the pseudoranges associated with different satellites are affected by errors to different degrees, each pseudorange is calculated with a different degree of accuracy, which affects the calculation of the position of the receiver.

Чтобы повышать точность вычисленного положения приемного устройства, недавно предложена инициализация матрицы весовых коэффициентов при вычислении положения приемного устройства. Например, US 2003/0036849 A1 раскрывает ограничение на основе модели отслеживания для GPS-положения, в котором диагональная матрица весовых коэффициентов наблюдения псевдодальности раскрывается с диагональными записями, которые являются записями обратных величин отклонений псевдодальностей.In order to improve the accuracy of the calculated position of the receiving device, it has recently been proposed to initialize the weight matrix when calculating the position of the receiving device. For example, US 2003/0036849 A1 discloses a restriction based on a tracking model for a GPS position in which a diagonal matrix of pseudorange observation weighting coefficients is expanded with diagonal entries that are records of reciprocal of pseudorange deviations.

Цель и сущность изобретенияThe purpose and essence of the invention

Заявитель обратил внимание на то, что с архитектурной точки зрения решение, предложенное в вышеуказанной заявке на патент, требует, чтобы инициализация дифференциальных станций корректировала псевдодальности и поддерживала оценку неопределенности фазы.The applicant drew attention to the fact that, from an architectural point of view, the solution proposed in the above patent application requires that the initialization of differential stations correct pseudorange and support the estimation of phase uncertainty.

Заявитель также обратил внимание на то, что с вычислительной точки зрения решение, предложенное в вышеуказанной заявке на патент, заключает в себе расчет с большим объёмом вычислений отдельных записей матрицы весовых коэффициентов на основе географической информации территории, на которой находится приемное устройство, причем эта географическая информация извлекается через высотные и фотографические обследования.The applicant also drew attention to the fact that, from a computational point of view, the solution proposed in the above patent application involves a calculation with a large amount of calculations of individual entries of the weight matrix based on the geographical information of the territory in which the receiving device is located, and this geographical information retrieved through high-altitude and photographic surveys.

Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать упрощенный способ вычисления для записей матрицы весовых коэффициентов, причем этом способ дает возможность улучшенной оценки положения приемного устройства.Therefore, it is an object of the present invention to provide a simplified calculation method for recording matrixes of weights, moreover, this method enables improved estimation of the position of the receiver.

Эти и другие цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением, которое относится к способу, системе и программному продукту, как задано в прилагаемой формуле изобретения.These and other objectives are achieved in accordance with the present invention, which relates to a method, system and software product, as defined in the attached claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Настоящее изобретение далее описывается со ссылкой на неограничивающий пример и на прилагаемые чертежи, на которых:The present invention is further described with reference to a non-limiting example and to the accompanying drawings, in which:

Фиг.1 иллюстрирует вспомогательную глобальную навигационную спутниковую систему (A-GNSS);Figure 1 illustrates an auxiliary global navigation satellite system (A-GNSS);

Фиг.2 иллюстрирует приемное GNSS-устройство и четыре спутника спутникового созвездия GNSS;Figure 2 illustrates a GNSS receiver and four satellites of the GNSS satellite constellation;

Фиг.3 показывает гистограмму согласно настоящему изобретению;Figure 3 shows a histogram according to the present invention;

Фиг.4 показывает функции плотности распределения вероятностей Райса, Рэлея и Лу;Figure 4 shows the probability density functions of Rice, Rayleigh, and Lou;

Фиг.5 качественно показывает распределение ухудшений в классе высоты согласно настоящему изобретению и соответствующие функции распределения по методу подбора, массив индексов и интервалы ухудшения согласно настоящему изобретению;Figure 5 qualitatively shows the distribution of impairments in the height class according to the present invention and the corresponding distribution functions by the selection method, an array of indices and intervals of impairment according to the present invention;

Фиг.6 показывает таблицу поиска согласно настоящему изобретению;6 shows a lookup table according to the present invention;

Фиг.7 показывает сравнение с точки зрения топоцентрических ошибок между настоящим изобретением и известными технологиями.7 shows a comparison in terms of topocentric errors between the present invention and known technologies.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Настоящее изобретение получается в результате следующего наблюдения. Приемные GNSS-устройства хорошо работают при наличии сигналов линии прямой видимости (LOS), которые являются сигналами, испускаемыми спутником и распространяющимися напрямую в приемное устройство без отражения и/или дифракции от внешних элементов, таких как здания. В реальной среде приемные GNSS-устройства редко основываются на LOS-сигналах; чаще они должны рассматривать копии (реплики) сигналов, испускаемых спутником, сформированных посредством взаимодействия сигналов с реальной средой. Каждая копия подвергается определенному числу отражений и/или ослаблений, тем самым достигая приемного устройства с собственной амплитудой. Кроме того, каждая реплика сигнала достигает приемного устройства после распространения по конкретному тракту, следовательно, с собственной задержкой относительно времени испускания сигнала, тем самым положительно или отрицательно интерферируя с другими копиями на стороне приемного устройства. Это явление известно как помехи при многолучевом распространении и вызывает ухудшение сигнала у принимаемых сигналов, помимо присущего ослабления при распространении, тем самым приводя к снижению производительности приемного устройства.The present invention is obtained as a result of the following observation. GNSS receivers work well when there are line of sight (LOS) signals that are signals emitted by the satellite and propagating directly to the receiver without reflection and / or diffraction from external elements such as buildings. In a real environment, GNSS receivers are rarely based on LOS signals; more often they should consider copies (replicas) of signals emitted by the satellite, formed through the interaction of signals with a real medium. Each copy is subjected to a certain number of reflections and / or attenuations, thereby reaching the receiver with its own amplitude. In addition, each replica of the signal reaches the receiving device after propagation along a particular path, therefore, with its own delay relative to the time of emission of the signal, thereby interfering positively or negatively with other copies on the side of the receiving device. This phenomenon is known as multipath interference and causes signal degradation in received signals, in addition to the inherent attenuation during propagation, thereby reducing the performance of the receiving device.

С практической точки зрения приемные устройства должны управлять эффективным способом репликами, имеющими различные задержки, чтобы извлекать информацию, ассоциированную с сигналами, испускаемыми спутниками. Кроме того, в общем, приемные устройства принимают сигналы от различных спутников, и явление многолучевого распространения влияет на всю связь, устанавливаемую между приемными устройствами и спутниками. Тем не менее, на сигналы, испускаемые различными спутниками, в различной степени влияют помехи при многолучевом распространении, и, как следствие, связь со спутниками имеет различные степени надежности.From a practical point of view, receivers must manage efficiently the replicas having various delays in order to extract the information associated with the signals emitted by the satellites. In addition, in general, receivers receive signals from various satellites, and the multipath phenomenon affects all communication established between receivers and satellites. However, the signals emitted by various satellites are affected to varying degrees by multipath interference, and as a result, communications with satellites have varying degrees of reliability.

Идея, лежащая в основе настоящего изобретения, состоит в том, чтобы вычислять ухудшения, испытываемые принимаемыми спутниковыми сигналами и обусловленные помехами при многолучевом распространении, и затем вычислять матрицу весовых коэффициентов на основе вычисленных ухудшений.The idea underlying the present invention is to calculate the degradation experienced by the received satellite signals and due to multipath interference, and then calculate the weight matrix based on the calculated degradation.

Способ вычисления для записей матрицы W весовых коэффициентов согласно настоящему изобретению далее подробно описывается, причем это вычисление может выполняться либо приемным устройством 2, либо локальным элементом 3, отвечающим за вычисление оцененного положения приемного устройства.The calculation method for recording the matrix W of the weights according to the present invention is described in detail below, moreover, this calculation can be performed either by the receiving device 2 or by a local element 3 responsible for calculating the estimated position of the receiving device.

Следующая система уравнений соответствует системе уравнений (7) с инициализацией предложенной матрицы W весовых коэффициентов:The following system of equations corresponds to the system of equations (7) with initialization of the proposed matrix W of weight coefficients:

Figure 00000027
(8)
Figure 00000027
(8)

Ухудшения принимаемых спутниковых сигналов, обусловленные их распространением в реальной среде с влиянием многолучевого распространения, таком как городская улица или, если обобщить, так называемые городские каньоны, а не в идеальной практически свободной от многолучевого распространения среде, такой как среда, в которой приемное устройство принимает только LOS-сигналы, определяются с помощью известных способов. Например, ухудшение сигнала у принимаемого спутникового сигнала может вычисляться с помощью вычитания либо остаточного затухания (выражаемого в дБ), испытываемого спутниковым сигналом в практически свободной от многолучевого распространения среде, из остаточного затухания (выражаемого в дБ), испытываемого спутниковым сигналом в среде с влиянием многолучевого распространения, либо мощности (выражаемой в дБ) принимаемого спутникового сигнала, измеренной приемным устройством в среде с влиянием многолучевого распространения, из мощности (выражаемой в дБ) принимаемого спутникового сигнала, измеренной приемным устройством в практически свободной от многолучевого распространения среде. Дополнительно, поскольку мощность сигнала, в общем, измеряется с точки зрения отношения "мощность-несущей-к-шуму" (CNR), которое является отношением C/N между средней мощностью модулированной несущей при приеме C и средней мощностью шума при приеме N после фильтров приемного устройства, ухудшение может легко вычисляться как разность между CNR сигнала (выражаемым в дБ), измеренным в реальной среде, и CNR сигнала (выражаемым в дБ), измеренным в идеальной среде.Deterioration of the received satellite signals due to their propagation in a real environment with the influence of multipath propagation, such as a city street or, to summarize, the so-called city canyons, and not in an ideal practically multipath-free environment, such as the environment in which the receiving device receives only LOS signals are determined using known methods. For example, the signal degradation of a received satellite signal can be calculated by subtracting or the residual attenuation (expressed in dB) experienced by the satellite signal in a practically non-multipath environment from the residual attenuation (expressed in dB) experienced by the satellite signal in a multipath effect propagation, or power (expressed in dB) of the received satellite signal, measured by the receiving device in an environment with the influence of multipath propagation, from the power and (expressed in dB) of the received satellite signal, measured by the receiving device in an environment practically free of multipath propagation. Additionally, since the signal power is generally measured in terms of a power-carrier-to-noise (CNR) ratio, which is the C / N ratio between the average modulated carrier power when receiving C and the average noise power when receiving N after filters receiver, the degradation can easily be calculated as the difference between the CNR of the signal (expressed in dB) measured in a real environment and the CNR of the signal (expressed in dB) measured in an ideal environment.

После того как ухудшения вычислены, статистическая обработка данных выполняется так, как подробно описано ниже, чтобы определять величины, указывающие качество принимаемых сигналов.After the deterioration is calculated, statistical data processing is performed as described in detail below to determine values indicating the quality of the received signals.

В частности, для каждого спутника доступны следующие данные, в дальнейшем называемые спутниковыми данными: псевдодальность спутника, ухудшение сигналов, испускаемых спутником, и азимут и высота спутника. Гистограмма типа, показанного на Фиг.3, следовательно, вычисляется на основе спутниковых данных. Более подробно, сигналы, принимаемые приемным устройством, сначала классифицируются на число M различных классов высоты на основе высоты спутника, который испускает сигналы.In particular, the following data are available for each satellite, hereinafter referred to as satellite data: pseudorange of the satellite, deterioration of the signals emitted by the satellite, and the azimuth and altitude of the satellite. A histogram of the type shown in FIG. 3 is therefore calculated based on satellite data. In more detail, the signals received by the receiver are first classified into the number M of different altitude classes based on the height of the satellite that emits the signals.

Для каждого класса высоты сигналы, принадлежащие рассматриваемому классу высоты, затем дополнительно классифицируются на число A различных классов ухудшения, которые являются общими для всех классов высоты, на основе соответствующих вычисленных ухудшений. Ширины классов высоты и ухудшения могут выбираться произвольно. В гистограмме, показанной на Фиг.3, классы ухудшения указываются на оси абсциссы, при этом количество элементов каждого класса ухудшения, а именно число сигналов с ухудшениями сигнала, попадающих в каждый класс ухудшения, указывается на оси ординаты как процент относительно всех принимаемых сигналов. В примере, показанном на Фиг.3, классы высоты составляют пять (M=5) по числу и, соответственно, ассоциированы со следующими диапазонами степени высоты: 0-10, 10-20, 20-40, 60-90.For each height class, signals belonging to the height class in question are then further classified into the number A of different classes of degradation, which are common to all height classes, based on the corresponding calculated degradations. Widths of height and impairment classes can be arbitrarily selected. In the histogram shown in FIG. 3, the degradation classes are indicated on the abscissa axis, and the number of elements of each degradation class, namely, the number of signals with degradation signals falling into each degradation class, is indicated on the ordinate as a percentage of all received signals. In the example shown in FIG. 3, the height classes are five (M = 5) in number and, accordingly, are associated with the following ranges of the degree of height: 0-10, 10-20, 20-40, 60-90.

Для каждого класса высоты распределение вдоль оси абсциссы соответствующих чисел сигналов с ухудшениями сигналов, попадающих в соответствующие классы ухудшения, глобально подбирается с помощью множества различных функций распределения, в рассматриваемом примере с помощью трех, известных в литературе, широко известных функций распределения Райса, Рэлея и Лу, показанных на Фиг.4, и каждая из которых задается, помимо прочего, с помощью соответствующих параметров, таких как среднее значение и дисперсия. Специалисты в данной области техники могут сразу понять, что другие распределения могут использоваться, но в последующем описании приводится ссылка на распределения Райса, Рэлея и Лу.For each altitude class, the distribution along the abscissa axis of the corresponding numbers of signals with impairments of signals falling into the corresponding impairment classes is globally selected using many different distribution functions, in this example using the three well-known distribution functions of Rice, Rayleigh, and Lou shown in FIG. 4, and each of which is set, inter alia, by appropriate parameters, such as mean value and variance. Those of skill in the art can immediately understand that other distributions can be used, but the following description refers to the distributions of Rice, Rayleigh, and Lou.

Выбор этих трех функций распределения обусловлен следующим. Когда сигнал, испускаемый спутником, подвергается помехам при многолучевом распространении, ослабления принимаемых сигналов могут моделироваться с помощью распределения Райса:The choice of these three distribution functions is due to the following. When a signal emitted by a satellite is interfered with by multipath propagation, attenuation of received signals can be modeled using the Rice distribution:

Figure 00000028
Figure 00000028

где v - это амплитуда принимаемого LOS-сигнала, K - это отношение мощностей между LOS-сигналом и сигналом, сформированным посредством помех при многолучевом распространении, и I0 - это функция Бесселя порядка 0.where v is the amplitude of the received LOS signal, K is the power ratio between the LOS signal and the signal generated by multipath interference, and I 0 is the Bessel function of order 0.

Вместо этого, когда сигнал, испускаемый спутником, не может достигать приемного устройства непосредственно и, следовательно, приемное устройство принимает только сигналы, сформированные посредством помех при многолучевом распространении, ослабления принимаемых сигналов следуют распределению Рэлея, которое является конкретным случаем распределения Райса:Instead, when the signal emitted by the satellite cannot reach the receiver directly and, therefore, the receiver only receives signals generated by multipath interference, attenuation of the received signals follows the Rayleigh distribution, which is a specific case of the Rice distribution:

Figure 00000029
Figure 00000029

где v, K и I0 имеют тот же смысл, как в распределении Райса.where v, K and I 0 have the same meaning as in the Rice distribution.

В завершение, когда сигнал, испускаемый спутником, принимается непосредственно приемным устройством с подверганием ослаблениям вследствие таких материалов, как листья, сигнал называют "затененным", ослабление принимаемого сигнала может моделироваться с помощью распределения Лу:In conclusion, when the signal emitted by the satellite is received directly by the receiving device, subject to attenuation due to materials such as leaves, the signal is called “shaded”, the attenuation of the received signal can be modeled using the distribution of Lu:

Figure 00000030
Figure 00000030

где v, K и I0 имеют тот же смысл, как в распределении Райса, тогда как m - это среднее значение ослаблений, а σ - это среднеквадратичное отклонение.where v, K, and I 0 have the same meaning as in the Rice distribution, while m is the mean value of the attenuation, and σ is the standard deviation.

Следует отметить, что распределение Лу содержит два компонента: один соответствует ослабленному LOS-сигналу согласно логарифмически нормальному распределению и один соответствует помехам при многолучевом распространении согласно распределению Рэлея.It should be noted that the Lu distribution contains two components: one corresponds to the attenuated LOS signal according to the log-normal distribution and one corresponds to multipath interference according to the Rayleigh distribution.

Затем для каждого класса ухудшения в каждом классе высоты одна из трех соответствующих функций распределения по методу подбора, которая в наибольшей степени подходит, а именно находится ближе к числу сигналов, ассоциируется с ухудшениями сигналов, попадающими в соответствующий класс ухудшения. Как показано на Фиг.5, эта обработка приводит к формированию массива индексов для каждого класса высоты, в котором каждый индекс ассоциирован с соответствующим классом ухудшения и служит признаком функции распределения по методу наилучшего подбора для такого класса ухудшения.Then, for each degradation class in each height class, one of the three corresponding distribution functions by the selection method, which is most suitable, namely, is closer to the number of signals, is associated with signal degradations falling into the corresponding degradation class. As shown in FIG. 5, this processing leads to the formation of an array of indices for each height class, in which each index is associated with a corresponding degradation class and serves as a sign of the best fit distribution function for such a degradation class.

Затем в каждом массиве индексов последующие группы индексов идентифицируются, при этом каждая группа содержит только одинаковые индексы, а последовательные группы индексов содержат различные индексы. Каждая группа одинаковых индексов, таким образом, идентифицирует соответствующую группу последовательных классов ухудшения, которые подбираются с помощью одной и той же функции распределения по методу наилучшего подбора, при этом каждая группа классов ухудшения упоминается в дальнейшем как интервал ухудшения.Then, in each array of indices, subsequent groups of indices are identified, while each group contains only the same indices, and successive groups of indices contain different indices. Each group of identical indices thus identifies a corresponding group of successive degradation classes that are selected using the same best-fit distribution function, with each group of degradation classes referred to hereinafter as the degradation interval.

В конце этого процесса для каждого класса высоты и каждого интервала ухудшения идентифицируется соответствующая функция распределения по методу наилучшего подбора, которая имеет, помимо прочего, собственную дисперсию.At the end of this process, for each height class and each degradation interval, the corresponding best-fit distribution function is identified, which has, among other things, its own variance.

Затем таблица поиска составляется на основе идентифицированных групп индексов, при этом таблица поиска имеет число строк, равное числу M классов высот, и число столбцов, равное числу L интервалов ухудшения. В частности, каждая строка ассоциирована с соответствующим классом высоты, каждый столбец ассоциирован с соответствующим интервалом ухудшения, и каждая запись поиска связана с параметром функции распределения по методу наилучшего подбора, ассоциированной с соответствующим классом высоты и интервалом ухудшения. Удобно, что каждая запись поиска связана, предпочтительно практически равна (за исключением незначительных регулирований) обратной величине дисперсии соответствующей функции распределения по методу наилучшего подбора. Фиг.6 показывает таблицу поиска, соответствующую примеру, показанному на Фиг.3, а именно с пятью строками и восемью столбцами. Можно принимать во внимание, что в таблице поиска интервалы ухудшения (столбцы) являются общими для всех классов высоты (строк). Тем не менее, в общем, различные классы высоты могут быть ассоциированы с различными интервалами ухудшения, тем самым приводя к таблице поиска, в которой столбцы не являются общими для всех строк, а каждая строка ассоциирована с собственными столбцами, которые могут быть совпадающими или отличными от столбцов, ассоциированных с другими строками, либо по числу, либо по интервалам ухудшения, ассоциированным с ними, либо и по тому, и по другому.Then, the search table is compiled based on the identified index groups, the search table having the number of rows equal to the number M of height classes and the number of columns equal to the number L of degradation intervals. In particular, each row is associated with a corresponding height class, each column is associated with a corresponding degradation interval, and each search entry is associated with a best fit distribution function parameter associated with a corresponding height class and degradation interval. Conveniently, each search entry is related, preferably practically equal (with the exception of minor adjustments) to the reciprocal of the variance of the corresponding distribution function by the best selection method. 6 shows a search table corresponding to the example shown in FIG. 3, namely with five rows and eight columns. You can take into account that in the lookup table degradation intervals (columns) are common to all height classes (rows). However, in general, different height classes may be associated with different degradation intervals, thereby leading to a lookup table in which columns are not common to all rows, and each row is associated with its own columns, which may be the same or different from columns associated with other rows, either by number, or by deterioration intervals associated with them, or both.

В завершение, вышеуказанная матрица W весовых коэффициентов вычисляется на основе сформированной таблицы поиска, причем матрица W весовых коэффициентов - это квадратная матрица с числом строк и столбцов, равным числу N спутников, "видимых" приемным устройством. Предпочтительно матрица W весовых коэффициентов является диагональной, при этом каждая диагональная запись задается равной записи таблицы поиска, соответствующей высоте спутника, ассоциированного с диагональной записью, и ухудшению сигнала принимаемого сигнала или группы сигналов, испускаемых таким спутником. Другие недиагональные записи могут быть или равными нулю, вследствие чего матрица W весовых коэффициентов является чисто диагональной, или пренебрежимо малыми по сравнению с диагональными записями, вследствие чего матрица W весовых коэффициентов является псевдо- или квазидиагональной.In conclusion, the aforementioned weighting matrix W is calculated based on the generated lookup table, wherein the weighting matrix W is a square matrix with the number of rows and columns equal to the number N of satellites “visible” to the receiving device. Preferably, the weighting matrix W is diagonal, with each diagonal entry being set equal to a search table entry corresponding to the height of the satellite associated with the diagonal entry, and the signal degradation of the received signal or a group of signals emitted by such a satellite. Other off-diagonal entries can be either equal to zero, as a result of which the weight matrix W is purely diagonal, or negligible compared to diagonal entries, as a result of which the weight matrix W is pseudo- or quasi-diagonal.

С практической точки зрения матрица W весовых коэффициентов назначает каждым из вышеуказанных спутниковых данных и, в частности, каждой псевдодальности соответствующий весовой коэффициент, связанный с высотой спутника и ухудшением сигнала соответствующих принимаемых сигналов, чтобы присваивать большие весовые коэффициенты тем спутниковым данным, содержащимся в принимаемых сигналах, на которые в меньшей степени влияет явление многолучевого распространения и, следовательно, которые ухудшены в меньшей степени и имеют более низкую статистическую дисперсию, и присваивать меньшие весовые коэффициенты другим.From a practical point of view, the weighting matrix W assigns to each of the above satellite data and, in particular, each pseudorange, a corresponding weighting coefficient related to the satellite height and signal degradation of the respective received signals in order to assign large weighting factors to the satellite data contained in the received signals, which are affected to a lesser extent by the phenomenon of multipath propagation and, therefore, which are less degraded and have a lower ation dispersion, and assign lower weights to others.

Обширные компьютерные моделирования доказали, что применение настоящего изобретения дает возможность заметного повышения точности оценки положения приемного устройства по сравнению с предлагаемыми на рынке спутниковыми приемными устройствами, которые либо вообще не реализуют взвешивание, либо реализуют другие подходы с взвешиванием, как обобщено с точки зрения топоцентрических ошибок координат положения в таблице, показанной на Фиг.7.Extensive computer simulations have proven that the application of the present invention makes it possible to significantly increase the accuracy of estimating the position of the receiving device as compared to satellite receivers on the market that either do not perform weighting at all or implement other approaches with weighting, as generalized from the point of view of topocentric coordinate errors position in the table shown in Fig.7.

В заключение, очевидно, что множество модификаций и разновидностей могут осуществляться в настоящем изобретении, все из которых попадают в рамки объема изобретения, заданного в прилагаемой формуле изобретения.In conclusion, it is obvious that many modifications and variations can be made in the present invention, all of which fall within the scope of the invention defined in the attached claims.

В частности, гистограмма может вычисляться на основе ухудшений сигналов, принимаемых в соответствующем промежутке времени несколькими приемными устройствами, расположенными в окружениях с влиянием многолучевого распространения, причем промежуток времени равен, в качестве примера, орбитальному периоду спутникового созвездия, тем самым повышая точность вычисления дисперсии и, как следствие, оценки положения приемного устройства.In particular, the histogram can be calculated based on the deterioration of the signals received in the corresponding time interval by several receiving devices located in environments with the influence of multipath propagation, the time interval being equal, as an example, to the orbital period of the satellite constellation, thereby increasing the accuracy of calculating the dispersion and, as a result, evaluating the position of the receiving device.

Кроме того, таблица поиска может вычисляться статически или динамически, а именно обновляться периодически, посредством периодического обследования и сохраняться в базе данных. Это второе решение может преимущественно использоваться во вспомогательной GNSS, включающей в себя вспомогательные серверы в локальных элементах, в которых такая база данных может быть размещена.In addition, the search table can be calculated statically or dynamically, namely, updated periodically, through periodic surveys and stored in the database. This second solution can advantageously be used in auxiliary GNSS, which includes auxiliary servers in local elements where such a database can be located.

Дополнительно, весовые коэффициенты отправляются в приемное устройство согласно положению приемного устройства, предпочтительно при выдаче запроса на поддержку приемным устройством. В этом случае запрос на поддержку содержит приблизительную оценку положения приемного устройства, чтобы давать возможность вспомогательному серверу сканировать базу данных и извлекать надлежащие весовые коэффициенты, которые отправляются обратно в приемное устройство. Наоборот, извлеченные весовые коэффициенты могут непосредственно использоваться сервером поддержки для того, чтобы вычислять положение приемного устройства.Additionally, weights are sent to the receiver according to the position of the receiver, preferably when a receiver requests support. In this case, the support request contains a rough estimate of the position of the receiving device to enable the auxiliary server to scan the database and retrieve the appropriate weights that are sent back to the receiving device. Conversely, the extracted weights can be directly used by the support server in order to calculate the position of the receiver.

Claims (12)

1. Способ оценки положения спутникового приемного устройства, содержащий этапы, на которых:
- вычисляют величины, указывающие снижение качества, испытываемое спутниковыми сигналами и вследствие помех при многолучевом распространении; и
- вычисляют матрицу весовых коэффициентов на основе вычисленных величин; и
- вычисляют оцененное положение спутникового приемного устройства на основе матрицы весовых коэффициентов;
отличающийся тем, что вычисление матрицы весовых коэффициентов включает в себя этапы, на которых:
- классифицируют принимаемые сигналы на классы высоты на основе высоты спутников, которые испустили сигналы;
- для каждого класса высоты классифицируют сигналы, принадлежащие классу высоты, на классы снижения качества на основе соответствующих снижений качества, каждый класс снижения качества имеет соответствующее количество элементов, определяемое числом сигналов со снижением качества, попадающих в класс снижения качества;
- для каждого класса высоты идентифицируют различные функции распределения, которые глобально соответствуют распределениям соответствующих количеств сигналов со снижением качества, попадающих в соответствующие классы снижения качества;
- для каждого класса высоты ассоциируют каждый класс снижения качества с одной из соответствующих функций распределения, которая удовлетворяет заданному критерию относительно количества сигналов со сниженным качеством, попадающих в соответствующий класс снижения качества; и
- вычисляют матрицу весовых коэффициентов на основе величин, связанных с параметрами функций распределения, ассоциированных с классами снижения качества.
1. A method for evaluating the position of a satellite receiver, comprising the steps of:
- calculating values indicating a decrease in quality experienced by satellite signals and due to interference in multipath propagation; and
- calculate the matrix of weights based on the calculated values; and
- calculate the estimated position of the satellite receiving device based on the matrix of weights;
characterized in that the calculation of the matrix of weights includes the steps in which:
- classify the received signals into altitude classes based on the height of the satellites that emitted the signals;
- for each height class, signals belonging to the height class are classified into quality degradation classes based on corresponding quality reductions, each quality degradation class has a corresponding number of elements determined by the number of quality reduction signals falling into the quality degradation class;
- for each height class, different distribution functions are identified that globally correspond to the distributions of the corresponding quantities of quality-decreasing signals falling into the corresponding quality-decreasing classes;
- for each height class, each quality reduction class is associated with one of the corresponding distribution functions, which satisfies a given criterion regarding the number of reduced quality signals falling into the corresponding quality reduction class; and
- calculate the matrix of weighting coefficients based on the values associated with the parameters of the distribution functions associated with the quality reduction classes.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя этап, на котором:
- для каждого класса высоты идентифицируют группы последовательных классов снижения качества, ассоциированных с одной и той же функцией распределения.
2. The method according to claim 1, further comprising a step in which:
- for each height class, groups of successive quality reduction classes associated with the same distribution function are identified.
3. Способ по п.1 или 2, в котором матрица весовых коэффициентов включает в себя диагональные записи, каждая из которых ассоциирована с соответствующим спутником, и в котором вычисление матрицы весовых коэффициентов на основе величин, связанных с параметрами функций распределения, ассоциированных с классами снижения качества, включает в себя этап, на котором:
- вычисляют каждую диагональную запись матрицы весовых коэффициентов на основе величины, связанной с параметром функции распределения, ассоциированной с классом снижения качества, содержащим снижение качества у сигналов от соответствующего спутника, и с классом высоты, содержащим высоту соответствующего спутника.
3. The method according to claim 1 or 2, in which the matrix of weighting coefficients includes diagonal entries, each of which is associated with a corresponding satellite, and in which the calculation of the matrix of weighting coefficients based on the values associated with the parameters of the distribution functions associated with the reduction classes quality, includes a stage in which:
- calculate each diagonal entry of the matrix of weighting coefficients based on the value associated with the distribution function parameter associated with the quality reduction class containing the quality reduction of signals from the corresponding satellite, and with the height class containing the height of the corresponding satellite.
4. Способ по п.1 или 2, в котором параметр функции распределения является дисперсией функции распределения, а величина, связанная с параметром, является обратной величиной дисперсии.4. The method according to claim 1 or 2, in which the parameter of the distribution function is the dispersion of the distribution function, and the value associated with the parameter is the inverse of the variance. 5. Способ по п.1, в котором различные функции распределения включают в себя функции распределения Райса, Рэлея и Лу.5. The method according to claim 1, in which various distribution functions include the distribution functions of Rice, Rayleigh and Lu. 6. Способ по п.1 или 2, в котором матрица весовых коэффициентов включает в себя записи весовых коэффициентов, каждая из которых ассоциирована с соответствующим спутником, и в котором вычисление величины, указывающей снижение качества, испытываемое спутниковыми сигналами от соответствующего спутника и вследствие помех при многолучевом распространении, включает в себя этапы, на которых:
- измеряют величину, указывающую ослабление, испытываемое спутниковым сигналом в практически свободной от многолучевого распространения среде;
- измеряют величину, указывающую ослабление спутникового сигнала в среде с влиянием многолучевого распространения; и
- вычисляют величину, указывающую снижение качества, на основе измеренных величин.
6. The method according to claim 1 or 2, in which the matrix of weighting coefficients includes recording weighting coefficients, each of which is associated with a corresponding satellite, and in which the calculation of a value indicating a decrease in quality experienced by satellite signals from the corresponding satellite and due to interference with multipath propagation, includes stages in which:
- measure a value indicating the attenuation experienced by the satellite signal in an environment practically free of multipath propagation;
- measure a value indicating the attenuation of the satellite signal in the environment with the influence of multipath propagation; and
- calculate a value indicating a decrease in quality, based on the measured values.
7. Способ по п.1 или 2, в котором величины, указывающие снижения качества вследствие помех при многолучевом распространении, вычисляются на основе спутниковых сигналов, испускаемых в данном промежутке времени.7. The method according to claim 1 or 2, in which values indicating a decrease in quality due to interference during multipath propagation are calculated based on satellite signals emitted in a given period of time. 8. Способ по п.1 или 2, в котором вычисление оцененного положения спутникового приемного устройства на основе матрицы весовых коэффициентов включает в себя этап, на котором:
- итеративно вычисляют следующую систему уравнений:
Figure 00000031

где
Figure 00000032
- это вектор, указывающий оцененное положение спутникового приемного устройства;
Figure 00000033
- это матрица весовых коэффициентов;
Figure 00000034
- это матрица с числом строк, равным числу N спутников, сигналы, испускаемые ими, принимаются спутниковым приемным устройством, причем каждая строка ассоциирована с соответствующим спутником и имеет форму [cosEli cos Az1 cosEli cos Azi sinEli 1], где Eli и Azi являются соответственно высотой и азимутом соответствующего спутника;
Figure 00000035
- это транспонированная матрица
Figure 00000036
и
Figure 00000037
- это вектор с N записями, каждая из которых ассоциирована с соответствующим спутником, причем сигналы, испускаемые им, принимаются спутниковым приемным устройством, причем каждая запись равна разности между соответствующей вычисленной псевдодальностью спутника и вычисленным геометрическим расстоянием между спутниковым приемным устройством и соответствующим спутником.
8. The method according to claim 1 or 2, in which the calculation of the estimated position of the satellite receiving device on the basis of the matrix of weights includes a stage in which:
- iteratively calculate the following system of equations:
Figure 00000031

Where
Figure 00000032
is a vector indicating the estimated position of the satellite receiver;
Figure 00000033
is a matrix of weights;
Figure 00000034
is a matrix with the number of rows equal to the number N of satellites, the signals emitted by them are received by the satellite receiver, and each row is associated with the corresponding satellite and has the form [cosEl i cos Az 1 cosEl i cos Az i sinEl i 1], where El i and Az i are respectively the altitude and azimuth of the corresponding satellite;
Figure 00000035
is a transposed matrix
Figure 00000036
and
Figure 00000037
is a vector with N records, each of which is associated with a corresponding satellite, and the signals emitted by it are received by the satellite receiver, and each record is equal to the difference between the corresponding calculated pseudorange of the satellite and the calculated geometric distance between the satellite receiver and the corresponding satellite.
9. Спутниковая навигационная система, включающая в себя спутниковую совокупность, наземный локальный элемент, выполненный с возможностью осуществлять связь со спутниками, и спутниковое приемное устройство, выполненное с возможностью осуществлять связь со спутниками и наземным локальным элементом; содержащая систему для оценки положения спутникового приемного устройства, выполненную с возможностью реализовывать способ по любому предшествующему пункту.9. A satellite navigation system including a satellite constellation, a local terrestrial element, configured to communicate with satellites, and a satellite receiver, configured to communicate with satellites and a local terrestrial element; comprising a system for evaluating the position of a satellite receiving device, configured to implement the method according to any preceding paragraph. 10. Система по п.9, в которой система для оценки положения спутникового приемного устройства содержится в спутниковом приемном устройстве.10. The system of claim 9, wherein the system for evaluating the position of the satellite receiver is contained in the satellite receiver. 11. Система по п.9, в которой система для оценки положения спутникового приемного устройства содержится в наземном локальном элементе.11. The system according to claim 9, in which the system for evaluating the position of the satellite receiving device is contained in a ground-based local element. 12. Запоминающее устройство системы оценки положения спутникового приемного устройства, содержащегося в спутниковой навигационной системе, хранящее исполняемые процессором команды, чтобы заставить процессор системы оценки положения спутникового приемного устройства выполнять способ по любому из пп.1-8. 12. A storage device for a positioning system for a satellite receiving device contained in a satellite navigation system storing processor-executable instructions to cause a processor in the positioning system for a satellite receiving device to execute the method according to any one of claims 1 to 8.
RU2010142918/07A 2008-03-20 2008-03-20 Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system RU2453868C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142918/07A RU2453868C1 (en) 2008-03-20 2008-03-20 Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142918/07A RU2453868C1 (en) 2008-03-20 2008-03-20 Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010142918A RU2010142918A (en) 2012-04-27
RU2453868C1 true RU2453868C1 (en) 2012-06-20

Family

ID=46297105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010142918/07A RU2453868C1 (en) 2008-03-20 2008-03-20 Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453868C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113189623B (en) * 2021-04-21 2022-08-12 中国电子科技集团公司第五十四研究所 Satellite navigation system signal quality grade evaluation method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036240A2 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for improving radio location accuracy
RU2256935C2 (en) * 1996-09-30 2005-07-20 Квэлкомм Инкорпорейтед System, method and user's terminal in system of unambiguous determination of location with the use of two satellites on lo- altitude near-earth orbit
US20060012523A1 (en) * 2004-06-07 2006-01-19 Andreas Schmid Reliability and the accuracy of position-finding methods by estimation of the rice factor of a radio link
EP1729145A1 (en) * 2005-06-02 2006-12-06 Gmv, S.A. Method and system for providing GNSS navigation position solution with guaranteed integrity in non-controlled environments

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2256935C2 (en) * 1996-09-30 2005-07-20 Квэлкомм Инкорпорейтед System, method and user's terminal in system of unambiguous determination of location with the use of two satellites on lo- altitude near-earth orbit
WO2004036240A2 (en) * 2002-10-17 2004-04-29 Qualcomm, Incorporated Method and apparatus for improving radio location accuracy
US20060012523A1 (en) * 2004-06-07 2006-01-19 Andreas Schmid Reliability and the accuracy of position-finding methods by estimation of the rice factor of a radio link
EP1729145A1 (en) * 2005-06-02 2006-12-06 Gmv, S.A. Method and system for providing GNSS navigation position solution with guaranteed integrity in non-controlled environments

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010142918A (en) 2012-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8508406B2 (en) Position estimation enhancement for a global navigation satellite system receiver
RU2479855C2 (en) Distance dependant error mitigation in real-time kinematic positioning
US10078140B2 (en) Navigation satellite system positioning involving the generation of advanced correction information
RU2591953C2 (en) Navigation system and method of resolving integer ambiguities using limitation ambiguity double difference
CN108333604B (en) Method and device for positioning by using satellite and satellite time service method and device
US20200209406A1 (en) Error Correction in GPS Signal
WO2021022251A1 (en) System and method for gaussian process enhanced gnss corrections generation
US9291716B2 (en) Method and apparatus for determining physical characteristics of a receiving device in a navigation system
EP2488827B1 (en) System and method for compensating for faulty measurements
EP3792665A1 (en) Protection level generation methods and systems for applications using navigation satellite system (nss) observations
Zhang Three methods to retrieve slant total electron content measurements from ground-based GPS receivers and performance assessment
JP2007500845A (en) Method for generating a clock correction value for a global or global differential GPS system
KR20010098736A (en) Obtaining pilot phase offset time delay parameter for a wireless terminal of an integrated wireless-global positioning system
US20170269228A1 (en) Satellite Navigation Receiver With Improved Ambiguity Resolution
US20170269229A1 (en) Satellite Navigation Receiver With Improved Ambiguity Resolution
Moradi et al. The carrier-multipath observable: a new carrier-phase multipath mitigation technique
US6324474B1 (en) Method for establishing coverage area and accuracy of a wide-area differential global positioning system
RU2453868C1 (en) Improved assessment of position for receiving device of global navigation satellite system
Chu et al. A new approach to modernized GPS phase-only ambiguity resolution over long baselines
Guermah et al. A comparative performance analysis of position estimation algorithms for GNSS localization in urban areas
Rho et al. The usefulness of WADGPS satellite orbit and clock corrections for dual-frequency precise point positioning
Sirola et al. Solving multi-GNSS signal biases from undifferenced observations
Diez et al. UERE budget results for the Galileo test user receiver
CN117214921A (en) Method for determining quality factor, computer storage medium and terminal
CN117434565A (en) Fusion positioning method and device based on multiple receiving antennas