Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2453868

(19)

RU

(11)

2453868

(13)

C1

(51) МПК G01S19/42 (2010.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина: учтена за 5 год с 21.03.2012 по 20.03.2013

(21), (22) Заявка: 2010142918/07, 20.03.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.03.2008

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 20.03.2008

(45) Опубликовано: 20.06.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: US 20060012523 A1, 19.01.2006. RU 2256935 C2, 20.07.2005. WO 2004036240 A2, 29.04.2004. EP 1729145 A1, 06.12.2006.

(85) Дата начала рассмотрения заявки PCT на национальной фазе: 20.10.2010

(86) Заявка PCT:

EP 2008/053420 20080320

(87) Публикация заявки PCT:

WO 2009/115130 20090924

Адрес для переписки:

129090, Москва, ул. Б.Спасская, 25, стр.3, ООО "Юридическая фирма Городисский и Партнеры", пат.пов. Ю.Д.Кузнецову, рег. 595

(72) Автор(ы):

РОДРИГЕС Филиппо (IT),

ПЛАИЯ Джан Паоло (IT)

(73) Патентообладатель(и):

ТЕЛЕСПАЦИО С.п.А. (IT)

(54) УЛУЧШЕНИЕ ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ПРИЕМНОГО УСТРОЙСТВА ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области спутниковых навигационных систем, а именно к способам и системам для увеличения точности оценки положения приемного устройства, и может быть использовано в глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS). Технический результат заключается в обеспечении возможности повысить точность оценки положения приемного устройства с использованием упрощенного способа вычисления для записей матрицы весовых коэффициентов. Для этого способ оценки положения спутникового приемного устройства (2) содержит вычисление матрицы весовых коэффициентов и вычисление оцененного положения спутникового приемного устройства на основе матрицы весовых коэффициентов, при этом вычисление матрицы весовых коэффициентов включает в себя вычисление величин, указывающих снижения качества, испытываемые спутниковыми сигналами, и помехи при многолучевом распространении, и вычисление матрицы весовых коэффициентов на основе вычисленных величин, причем указанные величины связаны с параметрами функций распределения, ассоциированных с различными классами снижения качества для каждого класса высоты спутников, испустивших сигналы. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

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).

Уровень техники

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.

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.

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.).

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.

Пренебрегая ошибками, вызванными распространением, помехами при многолучевом распространении и ошибками приемного устройства, базовое определение псевдодальности p J относительно j-го спутника является следующим:

(1)

(2)

где:

- X j , Y j , Z j - это координаты положения j-го спутника;

- X, Y, Z - это координаты положения приемного устройства;

- c - это скорость света;

- j и - это соответственно смещение генератора синхросигнала j-го спутника и смещение генератора синхросигнала приемного устройства; и

- R j - это геометрическое расстояние между j-м спутником и приемным устройством 2, и оно является функцией от времени, а также от псевдодальности p J (причем R j вычисляется во время передачи).

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 X j , Y j , Z j положения j-го спутника, вектор положения которого в дальнейшем указывается посредством [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 R 3 , вектора [X j , Y j , Z j ] положения спутника и смещения генератора синхросигнала спутника J . В частности, вектор [X j , Y j , Z j ] 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 J вычисляется с использованием параметров корректировки, включенных в навигационное сообщение.

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 [X 0 , Y 0 , Z 0 ] 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 [X 0 , Y 0 , Z 0 ] приблизительного положения приемного устройства и регулирующего вектора [ X, Y, Z]. Вследствие этого допущения, неизвестными величинами, которые должны вычисляться, являются компоненты X, Y и Z регулирующего вектора [ X, Y, Z], а также смещение генератора синхросигнала спутника .

Чтобы вычислять неизвестные величины X, Y, Z и , уравнение (1) раскладывается на ряд Тейлора, усеченный после линейных членов, и центрируется вокруг вектора [X 0 , Y 0 , Z 0 ] приблизительного положения приемного устройства, тем самым получая:

(3)

(4)

В уравнении (3) все неизвестные величины ( X, Y, Z и ) 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:

(5)

где:

- X - это вектор [ X Y Z ], содержащий координаты регулирующего вектора [ X, Y, Z], ассоциированные с приблизительным вектором положения приемного устройства [X 0 , Y 0 , Z 0 ], который представляет центр ряда Тейлора, а также смещение генератора синхросигнала приемного устройства ;

- - это матрица, имеющая четыре столбца и N строк, причем каждая строка ассоциирована с соответствующим спутником, сигнал которого принимается приемным устройством;

- y - это N-мерный вектор, содержащий N псевдодальностей, каждая из которых выводится из соответствующего геометрического расстояния p J между соответствующим спутником и приемным устройством, тем самым завися от приблизительного положения приемного устройства; и

- вектор шума e - это N-мерный вектор, содержащий ошибки компонентов вектора y .

Можно демонстрировать, что каждая строка матрицы может выражаться следующим образом:

(6)

Согласно уравнению (6) каждая строка матрицы зависит от высоты El i и азимута Az i 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.

В известных GNSS система уравнений (5) используется для того, чтобы итеративно вычислять оценки вектора X . Фактически посредством случайного выбора приблизительного положения приемного устройства, а именно вектора приблизительного положения приемного устройства [X 0 , Y 0 , Z 0 ], можно вычислять соответствующую аппроксимацию вектора y , а также аппроксимацию матрицы . Далее, начиная с системы уравнений (5) и пренебрегая вектором e , система уравнений * = может разрешаться, и первая оценка вектора X =[ X Y Z ] тем самым вычисляться, причем это вычисление заключает в себе вычисление вектора [X 1 , Y 1 , Z 1 ] оцененного положения приемного устройства.

Фактически вектор [X 1 , Y 1 , Z 1 ] оцененного положения приемного устройства задается суммой вектора [X 0 , Y 0 , Z 0 ] приблизительного положения приемного устройства и регулирующего вектора [ X Y Z], сформированного посредством первых трех компонентов вычисленного вектора X .

Впоследствии, оцененный вектор [X 1 , Y 1 , Z 1 ] положения приемного устройства используется как новое приблизительное положение приемного устройства для последующей итерации в вычислении оценки вектора X . На основе нового приблизительного положения приемного устройства новый приблизительный вектор вектора y и новая аппроксимация матрицы вычисляются, чтобы вычислять новую оценку вектора X и, следовательно, новую оценку положения приемного устройства, посредством решения снова системы уравнений * = . Описанная последовательность операций затем итеративно выполняется до тех пор, пока разность между последовательными оценками вектора X становится не меньше заранее определенного порогового значения.

Более подробно, система уравнений * = разрешается с помощью метода наименьших квадратов, который использует обобщенную инверсию аппроксимации матрицы и приводит к уравнению:

(7)

где T - это транспонированная матрица от матрицы , а апекс -1 указывает обратную матрицу, на которую она ссылается.

Из вышеописанного можно принимать во внимание, что вектор [X, Y, Z] положения приемного устройства зависит от вычисленных псевдодальностей p J , 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.

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.

Цель и сущность изобретения

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.

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.

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.

Эти и другие цели достигаются в соответствии с настоящим изобретением, которое относится к способу, системе и программному продукту, как задано в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение далее описывается со ссылкой на неограничивающий пример и на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует вспомогательную глобальную навигационную спутниковую систему (A-GNSS);

Фиг.2 иллюстрирует приемное GNSS-устройство и четыре спутника спутникового созвездия GNSS;

Фиг.3 показывает гистограмму согласно настоящему изобретению;

Фиг.4 показывает функции плотности распределения вероятностей Райса, Рэлея и Лу;

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;

Фиг.6 показывает таблицу поиска согласно настоящему изобретению;

Фиг.7 показывает сравнение с точки зрения топоцентрических ошибок между настоящим изобретением и известными технологиями.

Подробное описание изобретения

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.

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.

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.

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.

Следующая система уравнений соответствует системе уравнений (7) с инициализацией предложенной матрицы W весовых коэффициентов:

(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.

После того как ухудшения вычислены, статистическая обработка данных выполняется так, как подробно описано ниже, чтобы определять величины, указывающие качество принимаемых сигналов.

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.

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.

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.

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:

где v - это амплитуда принимаемого LOS-сигнала, K - это отношение мощностей между LOS-сигналом и сигналом, сформированным посредством помех при многолучевом распространении, и I 0 - это функция Бесселя порядка 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:

где v, K и I 0 имеют тот же смысл, как в распределении Райса.

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:

где v, K и I 0 имеют тот же смысл, как в распределении Райса, тогда как m - это среднее значение ослаблений, а - это среднеквадратичное отклонение.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Формула изобретения

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.

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.

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.

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.

5. Способ по п.1, в котором различные функции распределения включают в себя функции распределения Райса, Рэлея и Лу.

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.

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.

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:

где

- это вектор, указывающий оцененное положение спутникового приемного устройства;

- это матрица весовых коэффициентов;

- 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 [cosEl i cos Az 1 cosEl i cos Az i sinEl i 1], где El i и Az i являются соответственно высотой и азимутом соответствующего спутника;

- это транспонированная матрица и

- 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.

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.

10. Система по п.9, в которой система для оценки положения спутникового приемного устройства содержится в спутниковом приемном устройстве.

11. Система по п.9, в которой система для оценки положения спутникового приемного устройства содержится в наземном локальном элементе.

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.

РИСУНКИ