使用用于重新收敛的电离层桥接的GNSS信号处理

摘要

提供用于通过多频信号导出的GNSS数据和从参考站的网络导出的校正数据对漫游器天线进行定位的方法和装置。在每个历元，估计漫游器天线定位和多频模糊度。电离层滤波器对每个卫星的电离层偏差中的变化进行建模。至少当多频模糊度达到预定的精确度时，估计电离层载波相位模糊度的集合。对估计的电离层载波相位模糊度进行缓存。在检测到漫游器天线处的信号的中断并且确定在漫游器天线处重新获得到信号之后，预测每个卫星在中断间隔期间的电离层偏差。对于每个卫星，将缓存的电离层载波相位模糊度与预测的电离层偏差相组合，以获得中断后的电离层模糊度估计。使用中断后的电离层模糊度估计来帮助估计在信号重新获得之后的漫游器天线的定位。

说明书

相关申请的交叉引用

下列文件与本申请相关并通过该引用将其全文并入本文：于2009年9 月19日提交的美国临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P）；于2010年 9月19日提交的国际专利申请PCT/US2010/02565（TNL A-2565PCT）； 于2010年9月19日提交的国际专利申请PCT/US2010/02564（TNL A-2585PCT）；于2010年9月19日提交的国际专利申请PCT/US2010/02563 （TNL A-2599PCT）；于2010年9月19日提交的国际专利申请 PCT/US2010/02562（TNL A-2617PCT）；于2010年9月19日提交的国际 专利申请PCT/US2010/02581（TNL A-2647PCT）；于2010年2月14日提 交的美国临时专利申请61/337,980（TNL A-2633P）；于2011年2月14日 提交的国际专利申请PCT/US2011/24733（TNL A-2633PCT）；于2011年2 月14日提交的国际专利申请PCT/US2011/24743（TNL A-2939PCT）；于 2011年2月14日提交的国际专利申请PCT/US2011/24763（TNL A-2940PCT）；于2011年2月14日提交的美国临时专利申请61/442,680 （TNL A-2801P）；于2009年10月5日提交的国际专利申请 PCT/US2009/059552（TNL A-2288PCT）；于2008年10月6日提交的美 国临时专利申请61/195,276（TNL A-2288P）；于2009年8月5日提交的 国际专利申请PCT/US/2009/004471（TNL A-2526PCT）；于2009年8月5 日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004473（TNL A-2525PCT）；于2009 年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004474（TNL A-2524PCT）； 于2009年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004472（TNL A-2523PCT）；于2009年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004476 （TNL A-2339PCT）；于2008年8月19日提交的美国临时专利申请 61/189,382（TNL A-2339P）；于2008年8月26日提交的美国专利申请 12/224,451，美国专利申请公开US2009/0027625A1（TNL A-1789US）；于 2007年3月7日提交的国际专利申请PCT/US07/05874，国际公开 WO2008/008099A2（TNL A-1789PCT）；于2008年1月14日提交的美国 专利申请11/988,763，美国专利申请公开US2009/0224969A1（TNL A-1743US）；于2006年9月5日提交的国际专利申请PCT/US/2006/034433， 国际公开WO2007/032947A1（TNL A-1743PCT）；于2008年10月7日授 权的美国专利7,432,853；（TNL A-1403US）；（TNL A-1403PCT）；于2004 年10月22日提交的国际专利申请PCT/US2004/035263以及国际公开号 WO2005/045463A1（TNL A-1403PCT）；于2005年3月1日授权的美国 专利6,862,526（TNL A-1006US）；以及于2010年5月30日提交的美国临 时专利申请61/396,676（TNL A-2751P）。

附加了2011年2月14日提交的国际专利申请PCT/US2011/24733 （TNL A-2633PCT）的拷贝并且所述专利申请形成包括附录Ａ的本专利申 请的一部分，附录Ａ是2009年9月19日提交的美国临时专利申请第 61/277,184号的拷贝。

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统（GNSS）领域。更特别地，本发明涉 及用于处理GNSS数据以利用快速解收敛提供高精度定位的方法和设备。

背景技术

全球导航卫星系统（GNSS）包括全球定位系统（GPS）、Glonass系 统、提出的Galileo系统、提出的Compass系统等等。每个GPS卫星都使 用分别位于频率1575.41MHz和1227.60MHz的两个L频带中的无线电频 率（分别称为L1和L2）连续地传送。在L1上传送两类信号，一类用于 民用用户，另一类用于由美国国防部（DoD）授权的用户。在L2上传送 有一类信号，只用于DoD授权的用户。每个GPS信号都具有：位于L1 和L2频率的载波、伪随机号（PRN）码和卫星导航数据。每个卫星都传 送两种不同的PRN码：粗捕获（coarse acquisition）码和为DoD授权用 户加密的精捕获（P/Y）码。每个C/A码都是1023比特的唯一序列，其每 毫秒重复一次。新的GPS卫星能够在3个频率上广播。其它GNSS系统 同样也具有在多个载波频率上传送多个信号的卫星。

图1示意性示出用来确定移动接收机（漫游器（rover））的位置的典 型现有技术场景。漫游器105从视野中的一个或多个的卫星（例如，示出 的卫星110，115，120，125和130）接收GNSS信号。信号穿过地球的大 气层160，上部分被称为电离层，而大气层的下部分被称为对流层。漫游 器接收机和一个或多个GNSS参考接收机135和140同时追踪多频GNSS PRN码和载波相位信号。电离层导致色散效应，由此延迟码，且使载波相 位提前。对流层根据影响的幅度来对信号进行延迟，所述影响依赖于普遍 的大气温度、压力、相对湿度和水汽含量。

每个卫星在导航消息中广播其期待的轨道轨迹的预测。导航消息还包 括期待的卫星时钟行为的预测。卫星时钟、轨道和大气误差可被认为促使 卫星位置的明显移位110->170，115->175，120->180，125-185，130->190， 如图1所示。

例如在2009年9月19日提交的美国临时专利申请第61/277,184号 （TNL A-2585P）中描述的，现有技术的网络GNSS处理技术能够通过在 空间上全球和/或区域地分布的参考站的网络处首先追踪卫星信号来估计 卫星和大气误差。在图1的诸如145的网络处理器中估计卫星轨道/时钟和 大气误差。然后，对卫星校正数据进行编码并且通过天线150进行传送， 以用于稍后由一个或多个漫游器105来接收和使用。

在诸如2010年9月19日提交的国际专利申请PCT/US2010/02562介 绍的现有技术的漫游器处理技术中，在多个历元将漫游器GNSS数据与 GNSS网络校正数据相结合，以估计漫游器天线位置加上多余（nuisance） 参数，例如多频（载波相位）模糊度和对流层偏差（tropospheric biases） 的集合。

图2是具有GNSS漫游器105和通信天线202的典型集成接收机系统 200的框图。接收机系统200能够用作漫游器105或用作参考站。接收机 系统200包括GNSS接收机205、计算机系统210和一个或多个通信链路 215。计算机系统210包括一个或多个处理器220、一个或多个数据存储元 件225、用于控制（多个）处理器220的程序代码230、以及用户输入/输 出装置235，其中用户输入/输出装置235可以包括一个或多个输出装置240 （比如显示器或扬声器或打印机）以及一个或多个用于接收用户输入的装 置245（比如键盘或触摸板或鼠标或麦克风）。

图3示出了基于全球GNSS网络校正数据和精确的卫星轨道和时钟数 据的GNSS漫游器定位解的随时间的水平定位精确度收敛。x轴表示单位 为分钟的时间，且y轴表示单位是厘米的水平定位精确度。将x-y轴表示 为405。将水平定位精确度的轨迹表示为410。许多高精确应用需要例如 2.5cm（1英寸）的水平定位精确度；由虚线水平线415来指示所述阈值。 在本实例中，实现定位阈值所需要的收敛时间（420）大约是18分钟。在 漫游器接收机处的追踪中断出现大约时间为40分钟（表示为425）。追踪 中断导致收敛时间段430。

仅基于GPS卫星，通常具有10-30分钟的收敛时间以实现2.5cm的 水平定位精确度。许多GNSS应用需要cm级的精确度并且因此收敛时间 阻碍系统的使用。通常在漫游器处对一个或多个卫星不时地中断卫星追 踪，特别是当漫游器在移动的时候。如果所追踪的卫星的数量低于4个， 那么如图3所示的，再次收敛所述解。

在现有技术的处理技术Geng，J等2010年的“在精确点定位中快速 重新收敛到固定模糊度的解（Rapid re-convergences to ambiguity-fixed  solutions in precise point positioning）”，大地测量杂志，第84卷，第705-714 页中，介绍了一种用于改进在追踪中断后对精确点定位的重新收敛的技 术。具体地，首先借助于无电离的码测量来估计宽巷模糊度。接下来，对 每个周跳卫星进行电离偏差的基于线性时间窗的预测。使用预测的电离层 偏差来限制窄巷相位模糊度的搜索空间。在大多数测试中，来自上述内容 的所报告的结果示出了5秒的重新收敛时间。针对用于PPP解的滤波方案 提供了少量细节。

在现有技术的处理技术Banville，S和Langley，R.B.在2010年的“用 于实时PPP应用的瞬时周跳校正（Instantaneous Cycle-Slip Correction for  Real-Time PPP Application）”，导航，美国导航研究杂志，第57卷第4期， 冬季，第325-334页中，介绍了一种基于时间差分相位测量在精确点定位 （PPP）应用中修复周跳的方式。首先，进行对在卫星追踪中断之后的时 间差分宽巷载波相位模糊度进行修复的尝试。接下来，将已知的宽巷模糊 度与假设的电离偏差中的时间方面改变一起使用，以修复追踪中断期间每 个卫星的L1和L2。

精确点定位（PPP）技术涉及对影响卫星测量的各种误差源的仔细建 模。实时漫游器处理器通常受限于尺寸、重量和功率，并且因此必须对使 计算功率最小化的有效数据处理技术进行仔细地考虑。用于PPP应用的周 跳修复的现有技术方法不涉及使用用于基础状态参数估计的分布式滤波。

期望改进的GNSS处理方法和装置，尤其为了实现对解的更快和更有 效收敛、改进的精确度和/或更好的可用性。

发明内容

下面的发明提供了通过获取以下优点来降低收敛/重新收敛的方式：

相比于短追踪中断（对流层-桥接）的对流层偏差的可预测性；

相比于短追踪中断（电离层-桥接）的卫星电离层偏差的可预测性；

用户位置的预定知识（已知的定位输入）。

提供用于通过从多频信号获取的GNSS数据和从参考站的网络获取的 校正数据来定位漫游器天线的方法和装置。在每个历元估计漫游器天线位 置和多频率模糊度。电离层滤波器对每个卫星的电离层偏差的变化进行建 模。至少在多频模糊度实现了预定精确度时，估计电离层载波相位模糊度 的集合。对估计的电离层载波相位模糊度进行缓存。在漫游器天线处检测 到信号中断并且确定漫游器天线处重新的获得信号时，预测中断时间间隔 内每个卫星的电离层偏差。对于每个卫星，将所缓存的电离层载波相位模 糊度与预测的电离层偏差结合以获得中断后（post-interruption）的电离层 模糊度的估计。使用中断后的电离层模糊度估计来帮助在信号的重新获得 之后估计漫游器天线位置。

附图说明

此处，参照附图来描述根据本发明的实施例，其中：

图1示意性地示出在存在卫星误差源的情况下利用校正数据进行操作 的GNSS漫游器；

图2示意性地示出了典型的集成GNSS接收机系统；

图3示出了追踪中断期间水平定位精确度的收敛和重新收敛；

图4示意性地示出了漫游器接收机处使用全球校正；

图5是用于处理GNSS信号数据的因式分解矩阵多载波模糊度解 （FAMCAR）滤波方案的示意图；

图6是地理滤波器处理的流程图；

图7是GNSS数据的历元处理的流程图；

图8示出了具有追踪中断的情况下观测的电离层相位与滤波的电离层 相位随时间的比较；

图9是根据本发明一些实施方式的具有电离层桥接的FAMCAR滤波 方案的示意图；

图10是根据本发明一些实施方式的电离层桥接处理的流程图；

图11示出了根据本发明一些实施方式的缓存过程；

图12示意性地示出了使用具有校正数据的GNSS漫游器的勘测方案；

图13示出了根据本发明一些实施方式的已知定位辅助过程；以及

图14示意性地示出了根据本发明一些实施方式的在FAMCAR过程中 使用已知定位辅助。

具体实施方式

全球虚拟参考站（GVRS）定位原理

概述

图4示出了利用GNSS卫星校正的全球虚拟参考站（GVRS）漫游器 处理的实施方式（从2009年9月19日提交的美国临时专利申请第 61/277,184号（TNL A-2585P）的图38获得的）。漫游器接收机3805从多 个GNSS卫星接收GNSS数据，所述多个GNSS卫星示为3810，3815， 3820。接收机3805在多个历元上从GNSS信号的码观测结果和载波相位 观测结果导出GNSS数据3825。

在这种情况下，经由通信卫星3835广播的校正消息来接收用于GNSS 卫星的精确卫星数据3830，或通过其他方式例如，无线因特网。消息解码 器3832对校正消息进行解码。合成基站（SBS）模块3835接收精确的卫 星数据3830并且还接收可用作虚拟基站的信息，例如可选导航引擎3835 生成的具有时间标签3842的近似漫游器定位。可选地，从下面所述的其他 源来获得近似漫游器定位。

SBS模块3835使用精确的卫星数据3830并且具有时间标签3842的近 似漫游器定位来合成用于虚拟基站的基站数据3850。基站数据3850包括 例如，L1码、L2码、L1载波相位和L2载波相位的合成观测结果，或可 选地包括与L1周跳、L2周跳和虚拟基站位置相关的信息。

将合成的基站数据3850传递到RTK处理引擎3855，并且与本地所收 集的GNSS数据3825结合。按照与传统单基实时运动学数据类似的方式 来处理结合的GNSS数据，以产生对漫游器定位3860的估计。

FAMCAR

因式分解多载波模糊度（FAMCAR）算法使用分布式滤波策略，以用 于估计在高精确GNSS数据处理中使用的载波相位模糊度、定位和其他参 数。FAMCAR方法最初被设计用于如Vollath，U.的发明名称为用于三个 或多个载波的GNSS信号的模糊度估计（Ambiguity Estimation of GNSS Signals for Three or more Carriers）的美国专利7，432，853中介绍的有 效的单基线PTK处理。然而，FAMCAR方法可便利地适应单基线、虚拟 站处理和全球虚拟参考站（GVRS）处理，如下所述。

图5示意性地示出了用于基于FAMCAR的GVRS处理的分布式滤波 方案。表1呈现每个滤波器组件中处理的观测结果类型的概要。

表1施加于用于GVRS处理的FAMCAR组件滤波器的观测结果类型 的概要

按如下内容来形成多频相位组合：

Φ二α_L1Φ+β_L2Φ    (1)

并且按照如下内容来形成多频码组合：

_eR＝α_L1R+β_L2R    (2)

其中：

α，β   分别是L1和L2测量结果频带系数

_L1Φ，_L2Φ  分别是L1和L2载波相位测量结果

_cΦ         载波相位组合

_L1λ，_L2λ  分别是L1和L2载波波长

_L1R，_L1R    分别是L1和L2码测量

_cR          码组合

在图5中，典型地，将从组合的合成基站数据和本地收集的漫游器 GNSS数据形成的单差GNSS观测结果605按常规（例如，1Hz）历元馈 送到FAMCAR估计过程。在610，计算用于所需的多频带测量组合的每 一个的频带系数。将多频带测量组合输入到码载波滤波器库615、电离层 滤波器库620、辅助码载波滤波器库625以及几何滤波器615。码载波电离 层和辅助码载滤波器库的输出分别是：宽巷相位模糊度635、电离层相位 模糊度640、无电离层相位模糊度645。在650，几何滤波器产生定位和所 包含的无电离层模糊度。在655组合所有的定位和模糊度以产生最终定位 &浮点模糊度L1/L2估计660。

分量滤波器

码载波和辅助码载波滤波器

码载波滤波器和辅助码载波滤波器使用根据电离层偏差进行匹配的 码/载波组合。这意味着，在电离层偏差不损坏估计的载波相位模糊度结果 的情况下，所述组合可以是无限期平均的。通过精确的基础码测量结果， 极大地驱动载波相位模糊度估计的精确。特别对于辅助码子载波滤波器， 相位模糊度估计中的不确定性典型地是多个周期，即使在许多分钟的收敛 时间之后。

码载波滤波器库和辅助码载波滤波器库的输出包括：

-载波相位模糊度估计；

-使用的相位组合；

-载波相位模糊度估计的方差；

-相关联的统计。

电离层滤波器

对于GVRS处理，电离层滤波器不能够便利地估计服务器和漫游器之 间电离层偏差中的差别（重要的是，漫游器处的绝对电离层偏差）。因此， 通常通过去除权重（即，将他们的方差设置得更大=1e+4）来禁用电离层 滤波器结果。注意的是，这与单基线RTK处理是相反的，在单基线RTK 处理中，可以稍微地限制电离层偏差并且因此可加速最终结果的收敛。

电离层滤波器库的输出包括：

-载波相位模糊度估计；

-所使用的相位组合；

-载波相位模糊度估计的方差；

-相关联的统计。

几何滤波器

几何滤波器状态向量（x）典型地包括下列参数：

-漫游器定位（X_A，Y_A，Z_A），假设根据WGS84笛卡尔坐标，

-用于每个卫星系统的接收机时钟项（即，T_G=GPS时钟偏差； T_R=GLONASS时钟偏差等），

-用于每个卫星的单差无电离层（if）载波相位多路径偏差 (Δ_ifmⁱ，i＝1..s)

-漫游器对流层度量（τ_s）并且可选地东和北对流层梯度参数(τ_e，τ_n)，

-用于每个卫星的单差无电离层载波相位模糊度(Δ_ifNⁱ，i＝1..s)。

x＝[X_A Y_A Z_A T_G T_R Δ_if m¹ Δ_if m²...Δ_if m^s τ_s τ_e τ_n Δ_ifN¹ Δ_ifN²...Δ_ifN^s]^T    (3)

几何滤波器输出包括：

-定位、载波相位模糊度估计和对流层偏差参数；

-所使用的相位组合；

-用于估计的参数的方差-协方差矩阵；

-相关联的统计。

几何滤波器处理步骤

图6示出了符合通用Kalman（卡尔曼）滤波方法的几何滤波器中使 用的处理步骤。在每个新的时间历元705，滤波器发生735的时间更新涉 及：

-用于每个卫星（710）上的周跳（追踪中断）的出现的测试；

-为任意周跳卫星（715）初始化（多个）模糊度状态值；

-将过程噪声添加到定位和接收机时钟状态（720）；

-将过程噪声添加到（多个）对流层偏差参数（725）；

--为每个卫星预测多路径偏差状态值（730）。

当GNSS码和相位测量结果可用（测试740）时，在745，将他们用 于更新滤波器。在750处，可获得当前滤波器结果。测试755检查更多历 元以进行处理。如果更多历元可用，则在705处处理新的历元。当没有更 多数据可用时，即当漫游器接收机关闭时，在760处终止过程。

滤波器组合器

滤波器组合器接受分量滤波器的输出并且形成所谓的浮点解。即，单 差L1和L2载波相位模糊度被估计为浮点点号。还从滤波器组合步骤导出 漫游器的定位。滤波器组合的结果旨在等于在相似的大型滤波器获得的那 些结果，相似的大型滤波器即对所有未知而不是分布式滤波方案的状态参 数进行建模的滤波器。

在每个历元，将定位和浮点（浮动点）载波相位模糊度转发到系统的 iFlex模糊度搜索/确认组件。

iFlex

在传统的载波相位数据处理中，对模糊度进行解析并且将其限制为单 个整数候选-通常被称为固定模糊度解。通过所解析的载波相位模糊度，极 大地改进了剩余定位（和其他）参数的精确度。iFlex方案具有模糊度的整 数性质且不需要实施单个整数模糊度结果的优点。通过对载波相位模糊度 进行iFlex处理来增强GVRS处理的整体收敛（对于iFlex技术的细节，请 参考2009年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004476（TNL A-2339PCT））。

FAMCAR处理概要

图7示出了FAMCAR处理步骤。在805，单差GNSS数据的新历元 变为可用。在步骤810，使用GNSS单差观测结果来更新码载波滤波器、 电离层滤波器、辅助码载波滤波器和几何滤波器。在815，集合来自每个 滤波器/滤波器库的结果，并且在820处按最小二乘法来组合来自每个滤波 器/滤波器库的结果，以形成定位和浮点模糊度解。在825处，统计地测试 定位和浮点模糊度解以验证解的质量。如果解通过（多个）统计测试，在 830处，生成iFlex定位和模糊度解。如果浮点解被认为是不好的，那么在 835采取动作以隔离和重置（多个）厌恶的滤波器（offending filter）。如 果更多的数据可用（840），则历元处理循环继续，否则处理停止（845）。

FAMCAR组合状态向量中的未知参数包括下列内容：

x＝[X_A Y_A Z_A Δ_L1,N¹ Δ_L2N¹ Δ_L1N² Δ_L2N²...Δ_L1N^s Δ_L2N^s]^T    (4)

其中Δ_L1NⁱΔ_L2Nⁱ是卫星i=1..s的单差L1和L2浮点输入载波相位模糊 度。

FAMCAR状态参数的不确定性包含在相应的状态协方差矩阵中。

对流层桥接

介绍

将对流层认为是离地面大约最多50公里高度的大气层的较低部分。对 流层包括干气和水蒸气，并且导致GNSS无线电波的非分散延迟。

对对流层偏差进行建模

尽管可通过温度、压力和相对湿度的表面测量来对对流层延迟的分量 进行很好地建模，湿分量的影响是更有问题的。可通过在几何滤波器的状 态向量的一个或多个对流层度量术语的估计来处理湿分量。

假设任意指定点处的对流层延迟通常是各向同性的，然而，经验已经 示出锋面（weather front）导致较强的空间偏差。可以按几何滤波器状态 向量来估计附加的东/北梯度分量以帮助处理对流层湿延迟的各向异性属 性。在Y.E.等在1997年提交给地球物理研究杂志的“估计利用单GPS接 收机的对流层路径延迟的水平梯度（Estimating Horizontal Gradients of  Tropospheric Path Delay with a Single GPS Receiver”，11月7日中的导航 栏服务器（Bar-Sever）中给出使用单GPS接收机的水平对流层梯度估计 的细节。

对流层偏差通常缓慢地变化。即使在强锋面的通道中，对流层偏差通 常仅改变<10mm/hour^1/2[同上]。一旦已经汇集了对流层状态，则因此随着 时间对流层偏差进行预测。

通过下述内容给出对流层参数的测量系数：

（用于卫星i的度量参数）

（用于卫星i的东梯度参数）

i)，

（用于卫星i的北梯度参数）

其中：

azimⁱ是关于（关于）漫游器位置的真实北的卫星i的方位角，

elevⁱ是关于漫游器的本地水平面的卫星i的海拔。

可适当地将对流层偏差建模为随机漫步、自回归或高斯-马尔科夫过 程。表2包含用于对流层偏差参数的可接受模型。

如图6的725所示，在几何滤波器时间更新步骤期间，更新对流层状 态。当错失了测量结果更新时（参见图6中的测试740），即当存在数据间 隔时，通过几何滤波器的时间更新来增加对流层参数中的不确定性。对流 层参数利用测量结果数据的应用来重新收敛。假设对对流层状态的适当的 测量和系统建模，卡尔曼滤波过程自动地处理几何滤波器中的对流层桥 接。即，在几分钟的追踪中断期间，能够准确地预测卫星对流层偏差中的 改变。

表2合适的对流层状态定义。（ScaleFactor=0.40）

电离层层桥接

介绍

关于短基线RTK处理，电离层偏差是公知的并且因此，以较高精确 度快速地确定电离层滤波器模糊度估计。作为较高精确度的电离层滤波器 模糊度估计的结果，快速地确定浮点模糊度解。对于GVRS处理，电离层 滤波器结果被严重地去除权重（基本上忽略），这是由于缺少电离层偏差 信息。然而，一旦已经聚集了浮点解，如下所述的，可以确定每个观察的 卫星的电离层偏差。

一旦已经确定了卫星电离层偏差，电离层桥接方法依赖于电离层的可 预测性以在追踪中断之后立即加速浮点解的重新收敛。

电离层相位模糊度的估计

回到（4），FAMCAR估计过程产生用于每个所观察的卫星的L1和 L2浮点（浮动点）载波相位模糊度：

Δ_L1N¹Δ_L2N¹Δ_L1N²Δ_L2N²...Δ_L1N^sΔ_L2N^s

从状态向量协方差矩阵的模糊度分区（Q_nn）可获得常规精确度的L1 和L2的模糊度：

$Q=\left(\begin{array}{cc}{Q}_{\mathrm{xx}}& Q_{\mathrm{xn}}\\ Q_{\mathrm{nx}}& Q_{\mathrm{nn}}\end{array}\right)$

其中

Q_xx  未知位置的协方差分区（3x3）；

Q_xn  未知位置/模糊度的协方差分区（3xa）；

Q_nx  未知模糊度/位置的协方差分区（ax3）；

Q_nn  未知模糊度的协方差分区（axa）；

a    模糊度状态的号；

可使用iFlex处理方案来生成状态参数的改进估计，状态参数包括载波 相位模糊度。将iFlex L1和L2模糊度设置按如下的符号进行表示：

iFlex方案还可以产生未知参数的协方差矩阵，由此常规精确度的iFlex 模糊度是已知的并且这样允许进行iFlex模糊度是否足够接近他们的真实 整数值的评估。

利用公知的iFlex载波相位模糊度，可以为电离层相位组合计算关于 卫星i的单差模糊度项：

可以根据每个单差（服务器-漫游器）卫星测量结果来估计电离层偏差：

Δ_ionoIⁱ(t)＝Δ_ionoΦⁱ(t)-Δ_ionoNⁱ(t)-Δ_ionobⁱ(t)    (8)

其中

Δ_ionoIⁱ(t)  时间t处，卫星i的单差电离层延迟；

Δ_ionoNⁱ(t)  卫星i的单差电离层模糊度；

Δ_ionoΦⁱ(t)  时间t处，卫星i的单差电离层相位；

Δ_ionobⁱ(t)  时间t处，卫星i的单差电离层相位偏差

（8）中的单差电离层相位偏差项(Δ_ionobⁱ(t))包括漫游器和服务器的非 整数偏差，并且在漫游器接收机天线上引入相位缠绕（phase wind-up）影 响。相位缠绕影响随漫游器天线的旋转进行改变，然而，所述影响对于漫 游器处观察到的所有卫星是相同的，并且因此取消双差。通过卫星相位时 钟项的处理，将服务器偏差实施为常量。只要保持载波相位追踪，单差电 离层模糊度项(Δ_ionoNⁱ(t))就是常量。

根据漫游器改变的电离层偏差，单差电离层延迟(Δ_ionoIⁱ(t))随时间进行 变化。在单差电离层延迟中还包括多路径偏差，组件典型地具有例如1-5cm 的幅度和10-60s的校正时间。

如果漫游器处的追踪中断，则在（8）中的单差电离层模糊度项改变。 通过使用预测的电离层延迟和观察的电离层载波相位，在追踪中断之后可 以重新建立单差电离层模糊度项：

Δ_ionoNⁱ(t₁)＝Δ_ionoNⁱ(t₀)+Δ_ionoΦⁱ(t₁)-{Δ_ionoΦⁱ(t₀)+Δ_ionoIⁱ(t₁)-Δ_ionoIⁱ(t₀)}    (9)

其中

Δ_ionoNⁱ(t₀)  -时间t0处，单差电离层模糊度

Δ_ionoNⁱ(t₁)  -时间t1处（电离层桥接的模糊度），单差电离层模 糊度

Δ_ionoΦⁱ(t₀)  -时间t0处观察的单差电离层相位；

Δ_ionoΦⁱ(t₁)  时间t1处观察的单差电离层相位；

Δ_ionoIⁱ(t₁)-Δ_ionoIⁱ(t₀)  时间0和1之间单差电离层延迟的改变。

使用每个卫星的单差电离层模糊度项(Δ_ionoNⁱ(t))来替换滤波器组合步 骤（参照图5的640）的过重去除权重的电离层滤波器模糊度估计。通过 电离层模糊度帮助来提升结果浮点解的精确度。

预测电离层延迟中的改变

单差电离层延迟随时间的改变[Δ_ionoIⁱ(t₁)-Δ_ionoIⁱ(t₀)]应当被精确地建 模。电离层被认为是从地面上方50-1000km附近的大气层的一部分。来自 太阳的辐射导致粒子的电离，其于是导致通过媒介的无线电波的频率相关 的偏差。电离层的复杂物理结构和变化的太阳辐射级别的影响使得准确的 电离层延迟建模较难。然而，为了预测电离层偏差的目的，可仅对每个卫 星的单差电离层延迟的变化进行建模，而不考虑变化的基础物理原因。

可使用简单的2状态卡尔曼滤波器来对单差电离层相位和电离层相位 速率进行建模（这些滤波器被指示为电离层预测器/滤波器），具有状态向 量:

$x=\left(\begin{array}{c}{\Delta }_{\mathrm{iono}}{\Phi }^i\left(t\right)\\ {\Delta }_{\mathrm{iono}}{\stackrel{·}{\Phi }}^i\left(t\right)\end{array}\right)---\left(10\right)$

将状态转换矩阵（M）定义为：

$M=\left(\begin{array}{cc}1& \mathrm{\Delta t}\\ 0& 1\end{array}\right)---\left(11\right)$

通过下列内容来给出系统驱动噪声协方差矩阵：

$Q_w=\xi \left(\begin{array}{cc}\Delta t^3/3& \Delta t^2/2\\ \Delta t^2/2& \mathrm{\Delta t}\end{array}\right)---\left(12\right)$

其中，驱动噪声(ξ)的频谱密度定义了所应用的滤波器的级别。合 适的值为ξ＝4.0e-5。

将用于滤波器的测量模型定义为：

${\Delta }_{\mathrm{iono}}{\Phi }^i\left(t\right)=\left(\begin{array}{cc}1& 0\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\Delta }_{\mathrm{iono}}{\Phi }^i\left(t\right)\\ {\Delta }_{\mathrm{iono}}{\stackrel{·}{\Phi }}^i\left(t\right)\end{array}\right)+v^i\left(t\right)---\left(13\right)$

其中

vⁱ(t)  在时间t处，卫星i的剩余测量。

卡尔曼滤波器提供一种降低与测量相关的高频噪声的方法并且实现 对追踪中断期间电离层相位延迟的改变的预测。图8示出了单个卫星的观 察的电离层相位。观测结果的改变主要是由于电离层延迟和载波相位多路 径的改变。过滤的估计追踪电离层相位观测结果的通常趋势。在追踪中断 的立即之后，预测的和实际的电离层相位测量结果之间的差提供对载波相 位模糊度的大致改变的估计。

使用桥接的电离层模糊度

一旦已经充分地聚集了漫游器FAMCAR的解以及电离层模糊度是公 知的，那么缓存每个单差卫星电离层相位模糊度。如果在追踪的卫星上发 生中断，那么使用在追踪中断[来自（9）的Δ_ionoNⁱ(t₁)的]之后生成的电离 层载波相位模糊度估计来替换通常去除权重的电离层滤波器信息（参见图 5的640）。

从具有电离层桥接的FAMCAR过程获得的定位和模糊度估计的精确 度比在没有桥接的情况下导出的那些精确度要更好。

图9示意性地示出了具有增加的电离层桥接功能的FAMCAR滤波过 程。图9是图5中示出的标准FAMCAR滤波示意图的扩展。在图9中， 电离层桥接处理器1005接受所准备的单差GNSS观测结果加上去除权重 的电离层相位模糊度640。当需要电离层桥接并且可能时，从640使用桥 接的电离层模糊度640来替代去除权重的电离层相位模糊度。桥接的电离 层模糊度帮助提升在655处由滤波器组合器产生的FAMCAR浮点解。

桥接超时

在中断之后，立即在每个历元将桥接的模糊度应用到FAMCAR过程， 以获得定位估计的快速重新收敛。然而，重要的是限制将桥接的模糊度应 用到FAMCAR解的时间量。例如，如果在一个或多个桥接的模糊度中存 在误差，则这种误差将无限地被转发传播并且导致最多几个分米的几厘米 的定位误差。

当几何滤波器自然地重新收敛到桥接的模糊度不再提供对结果的改 进的时候，电离层桥接可以停止。

电离层桥接过程的详细流程图

图10包含用于电离层桥接过程的详细流程图。注意的是，电离层桥接 过程（815）的第一步骤；以及最后的步骤820，涉及图8。

在1105，使用测试来确定是否已经聚集了几何滤波器，如果是，那么 不再需要电离层桥接。在1110处，进行测试以查看是否已经缓存了iFlex 模糊度。缓存iFlex模糊度，以能够运行电离层桥接过程。在1115，根据 公式9-13定义的方法，为每个缓存的卫星预测电离层偏差。如果缓存的电 离层模糊度过期（测试1120），那么在1125处进行另一测试以查看预测的 电离层模糊度是否是充分公知的。如果电离层模糊度是公知的，那么在 1130，存储电离层模糊度。

在1135，如果可能的话，用桥接的电离层模糊度来替换去除权重的电 离层滤波器模糊度。在1140，为每个追踪的卫星更新电离层偏差滤波器。 最后，在820，组合FAMCAR滤波器结果。

图11呈现了介绍iFlex模糊度缓存过程的流程图。流程图是图8中的 步骤830和840的扩展。

在1205处，进行测试以查看是否确定了iFlex模糊度的数量。如果卫 星的数量改变，则这通常指示不佳的追踪环境和折衷的iFlex模糊度估计。 如果iFlex模糊度是公知的，那么假设他们接近单整数候选（测试1210） 并且因此在1215，可以缓存iFlex模糊度。将周跳计时器和iFlex模糊度一 起存储，以稍后在电离层桥接过程中使用。

如果所追踪的卫星的数量是不一致的，或iFlex模糊度不是充分公知 的，则略过缓存，直到处理了另一数据的历元。

电离层桥接过程实现在追踪中断之后的5-30s内重新建立厘米级别的 水平定位精确度。只要电离层延迟平滑地变化，能够便利地桥接最多2分 钟的追踪中断。

已知的定位技术

背景技术

由于出售了最初的RTK产品，已经使用了已知的定位初始化技术。 在现有技术方法Allison，M.T.等1994年的“卫星范围内的相位模糊度的 确定（Determination of phase ambiguities in satellite ranges）”的10月25 日发布的美国专利第5,359,332号中，为了厘米级别定位的目的，在针对 GNSS信号的载波相位模糊度的估计中使用漫游器天线相对于参考天线的 距离和方向。还介绍了一种方式，在所述方式中方位角测量设备与固定距 离的漫游器天线安装相耦合。所介绍的方法和装置关注于单参考（基础） RTK定位并且不处理GVRS定位所需要的估计过程。

已知的定位输入

介绍

图12示意性地示出了使用具有用于点测量的校正数据的GNSS漫游 器的场景。用户1100具有漫游器接收机（漫游器）1105，其被安装在测量 标杆（range pole）1110中或在一些情况下是手持设备，或在没有测量标 杆的情况下为机器安装的单元。漫游器1105包括GNSS天线1115和通信 天线1120。漫游器1105在其GNSS天线1115处接收来自GNSS卫星1125， 1130，1135，1140，1145等的信号。漫游器1105还在其通信天线1120处 通过通信链路1155从校正源1150接收校正数据。例如，通信链路是无线 电链路或移动电话链路，或将校正数据传递到漫游器1105的任意其他合适 手段。校正数据可以是用于改进漫游器1105的定位精确度的任意合适类 型，例如：来自用作校正源1150的基站的差分基站数据，或来自用作校正 源1150（WAAS是一个实例）的参考站网络的虚拟参考站数据，或来自诸 如在2009年9月19日提交的美国临时专利申请第61/277,184号（TNL A-2585P）中介绍的GVRS服务的准确轨道和时钟数据。在图12的实例中， 确定GNSS天线1115的相位中心并且降低测量标杆1110的高度和方向至 测量点1160。当静止或运动时，可以在每个测量结果历元确定漫游器的位 置。在本实例中，在运动定位分段之前，通过静止占用来确定点1160的位 置，然后确定点1170的另一静止占用。通常将占用的点的位置保存为测量 过程的一部分。

存在可以获取用户位置的知识以降低解的收敛时间的优势的多种应 用。例如，在进餐时间或夜里，机器控制运营商不时地需要停止和关闭他 们的机器。因此在追踪中断之前，通常准确地知道机器的位置。类似地， 测量者通常通过由运动定位的时间段所分隔的静止占用来测量兴趣点的 位置。如果追踪中断并且在移动中，测量者可返回到之前测量的标记（例 如，图12中的点1160或点1170）并且重新启动操作。已知定位信息的使 用可以加速估计过程的重新收敛。

下面提供的已知定位输入方案适用于GVRS漫游器处理，但其还可以 用于单基础VRS和所有的RTK技术。

几何滤波器播种（seeding）

已知的漫游器定位信息可以用于通过紧密地限制的定位协方差项来 播种几何滤波器的（X，Y，Z）定位状态。在这种情况下，已知定位将有 助于加速几何滤波器中所有状态的收敛并且因此加速整体浮点滤波器和 iFlex解。

定位播种的缺点是，如果输入坐标不正确，这将损坏地理滤波器的未 来，除非重置滤波器。

经由辅助码载波滤波器帮助的已知定位

可使用辅助码载波滤波器结果来提供用于将定位信息输入到 FAMCAR过程的装置。这种方式的优点是定位帮助过程不改变基础滤波 器，而是仅被应用到辅助码载波滤波器的输出。定位帮助过程与用于电离 层桥接的过程是相似的（analogous）。在定位帮助的情况中，修改辅助码 载波滤波器结果，而对于电离层桥接，修改电离层滤波器结果。

辅助码载波滤波器库通常基于无电离层码测量结果来产生用于每个 追踪的卫星的无电离层模糊度估计。无电离层码是固有的噪声并且因此辅 助码载波滤波器的无电离层模糊度估计也是噪声，并且仅为浮点解贡献少 量信息。

当知道漫游器（A）的位置时，通过下列公式给出从漫游器到每个卫 星的几何距离:

${\rho }_A^i=\sqrt{{(x^i-X_A)}^2+{(y^i-Y_A)}^2+{(z^i-Z_A)}^2}---\left(14\right)$

其中：

(xⁱ，yⁱ，zⁱ)  由卫星星历表给出的卫星i的笛卡尔WGS84坐标，

(X_A，Y_A，Z_A)  漫游器的笛卡尔WGS84坐标（已知位置）。

参考接收机（R）位置也是已知的并且通过下式给出从参考接收机到 每个卫星的几何范围：

${\rho }_R^i=\sqrt{{(x^i-X_R)}^2+{(y^i-Y_R)}^2+{(z^i-Z_R)}^2}---\left(15\right)$

其中：

(X_R，Y_R，Z_R)  是参考接收机的笛卡尔WGS84坐标。注意的是，在 GVRS处理的情况中，参考接收机是合成的，然而定义参 考接收机的坐标。

通过下面的公式（具有按米给出的所有量）为每个卫星估计单差无电 离层载波相位模糊度：

其中：

卫星i的单差无电离层载波相位模糊度，

卫星i的单差无电离层载波相位观测结果，

卫星i的单差几何距离

基于对流层模型（例如，Hopfield（霍普菲尔德）， Goad-Goodman（戈德-古德曼）等）或基于来自几何滤波器的 估计的对流层偏差参数的，卫星i的单差对流层偏差

Aκ_RA  单差接收机时钟偏差（=参考接收机时钟偏差减去漫游器 接收机时钟偏差）。

根据下面的定位协方差矩阵来表达漫游器位置的不确定性：

$Q_p=\left(\begin{array}{ccc}{q}_{\mathrm{xx}}& q_{\mathrm{xy}}& q_{\mathrm{xz}}\\ q_{\mathrm{yx}}& q_{\mathrm{yy}}& q_{\mathrm{yz}}\\ q_{\mathrm{zx}}& q_{\mathrm{zy}}& q_{\mathrm{zz}}\end{array}\right)---\left(17\right)$

其中q_xx指x坐标的发差，q_xy指x和y坐标的协方差，等。

根据下式，通过将漫游器定位协方差矩阵投影到卫星的方向来获得漫 游器卫星几何距离的方差：

${\sigma }_{{\rho }_A^i}^2=\left(\begin{array}{ccc}{a}_x^i& a_y^i& a_z^i\end{array}\right)\left(\begin{array}{ccc}{q}_{\mathrm{xx}}& q_{\mathrm{xy}}& q_{\mathrm{xz}}\\ q_{\mathrm{yx}}& q_{\mathrm{yy}}& q_{\mathrm{yz}}\\ q_{\mathrm{zx}}& q_{\mathrm{zy}}& q_{\mathrm{zz}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a}_x^i\\ a_y^i\\ a_z^i\end{array}\right)---\left(18\right)$

其中:

与漫游器X_A坐标相关的漫游器卫星几何范围的偏 导数

与漫游器Y_A坐标相关的漫游器卫星几何范围的偏 导数

与漫游器Z_A坐标相关的漫游器卫星几何范围的偏 导数

通过将方差的传播法则应用到（16），计算所计算的单差无电离层载波 相位模糊度的方差：

${\sigma }_{{\Delta }_{\mathrm{if}}{N}_{\mathrm{RA}}^i}^2={\sigma }_{{\Delta }_{\mathrm{if}}{\Phi }_{\mathrm{RA}}^i}^2+{\sigma }_{{\mathrm{\Delta \rho }}_{\mathrm{RA}}^i}^2+{\sigma }_{{\mathrm{\Delta \tau }}_{\mathrm{RA}}^i}^2+{\sigma }_{{\mathrm{\Delta \kappa }}_{\mathrm{RA}}}^2---\left(19\right)$

其中：

卫星i的单差无电离层载波相位模糊度的方差；

卫星i的单差无电离层载波相位测量的方差；

卫星i的单差几何距离项的方差；

卫星i的单差对流层模型值的方差；

单差接收机时钟偏差项的方差。

通常，（19）中的主要误差涉及几何距离项以及载波相位测量 通常忽略其他误差源。

图13示出了更新辅助码载波滤波器结果时使用已知定位信息。这个流 程图是图7中步骤815和820的扩展。

只要几何滤波器已经充分收敛，终止定位帮助过程。在1305处，进行 几何滤波器收敛测试。如果可获得已知定位（1310），那么在1320，基于 已知的定位输入来计算无电离层载波相位模糊度。作为步骤1320的一部 分，将无电离层载波相位模糊度存储到几何缓存。

重要的是，监测多频带中的周跳以确保几何缓存中存储的无电离层载 波相位模糊度与当前相位是一致的（1325）。在步骤1330，利用几何缓存 的模糊度来更新辅助码载波滤波器模糊度结果。在1335，发出辅助码载波 滤波器的结果，并且在FAMCAR组合步骤820中使用辅助码载波滤波器 的结果。

图14示意性地介绍了具有定位帮助的FAMCAR滤波过程。从图5中 示出的标准FAMCAR滤波过程导出图14。已知的定位处理器1405从 605/610接受单差无电离层相位数据，加上由辅助码载波滤波器库625产 生的无电离层相位模糊度645。将已知的定位信息1402提供给已知的定位 处理器，其产生替代由辅助码载波滤波器库（1410）产生的那些无电离层 相位模糊度的无电离层相位模糊度。在FAMCAR组合步骤655中使用已 知的定位帮助的模糊度。最后，在步骤660，报告定位和浮点模糊度估计。

经由码载波滤波器的已知定位输入

较低精确度的辅助码载波滤波器模糊度结果通常意味着，他们不足以 充分贡献最终的FAMCAR组合浮点解。这使得辅助码载波滤波器解很好 地适用于已知的定位输入。此外，在辅助码载波滤波器中使用无电离层载 波相位组合意味着可以在没有电离层偏差的影响下，形成已知的定位范围 计算。电离层偏差是GVRS处理的重要误差源。

通过修改码载波滤波器结果，还可以按照与辅助码载波滤波器结果中 使用的方式相似的方式来处理已知的定位输入。这种方式的缺点是码载波 滤波器名义上使用宽巷载波相位组合，其包含电离层偏差。其次，码载波 滤波器结果对FAMCAR组合的浮点解充分地贡献，因此如果被已知的定 位输入所替代的话，这个信息将是折衷的。

不用已知的定位信息来替换辅助码载波滤波器结果，替代的方式是生 成专用于已知定位信息结果的辅助码载波滤波器结果的并行库。

已知定位帮助过程的终止

概述的已知定位帮助过程不损害任何FAMCAR分量滤波器，仅是在 FAMCAR滤波器组合步骤之前，对未组合的滤波器结果（输出）进行修 改。当出现下面内容时，已知的定位帮助过程自动终止：

-已知的位置被认为是错误的；

-几何滤波器已经充分地收敛，不再需要已知的定位帮助。

如果浮点/iFlex解不能完成均值和/或方差的统计测试，已知的定位信 息被认为是可疑的或错误的。

当已经聚集了几何滤波器的定位状态，即所有方差<例如0.002m2。在 这种情况下，定位帮助不再将重要信息添加到浮点解。

已知定位输入处理的性能

如图3所示，水平定位精确度的收敛和重新收敛可以花费15-20分钟 来实现厘米级别。利用已知的定位输入，通常将收敛时间降低到最多例如 1分钟的几秒钟。

下面是此处介绍的本发明的一些概念的概要：

[电离层桥接]

1.一种定位方法，包括：

a.获得从在漫游器天线处接收的多频信号导出的GNSS数据；

b.获得从参考站的网络导出的校正数据，

c.在多个历元中的每一个，使用GNSS数据和校正数据来估计定义漫 游器天线定位和多频模糊度的集合的值，

d.使用电离层滤波器对每个卫星的电离层偏差中的变化进行建模，

e.至少当多频模糊度达到预定的精确度时，估计电离层载波相位模糊 度的集合，

f.对估计的电离层载波相位模糊度进行缓存，

g.检测在漫游器天线处接收的信号的中断，

h.确定在漫游器天线处重新获得接收的信号，

i.在中断间隔期间，预测每个卫星的电离层偏差，

j.对于每个卫星，将缓存的电离层载波相位模糊度与预测的电离层偏 差相结合，以获得中断后的电离层模糊度估计，

k.使用中断后的电离层模糊度估计帮助估计在重新获得之后的至少漫 游器天线的定位。

2.根据权利要求1所述的方法，在信号的重新获得之后，在多个历元 的每一个历元，使用GNSS数据和校正的数据和中断后的电离层模糊度估 计来估计定义帮助的漫游器天线定位和帮助的多频模糊度的集合的值。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括，确定中断后的漫游器天 线定位和多频模糊度中的每个的精确度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，当中断后的漫游器天线定位和 多频模糊度中的每个的精确度达到预定阈值，终止使用中断后的电离层模 糊度估计来帮助估计。

5.根据权利要求1-4中的一项所述的方法，其中漫游器-卫星电离层偏 差实质上与参考站-卫星电离层偏差无关。

6.根据权利要求1-5中的一项所述的方法，其中，电离层滤波器为每 个卫星的电离层偏差建模，其是漫游器数据和校正数据之间的单差。

7.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其中电离层载波相位模糊 度的集合包括每个卫星的单差电离层模糊度。

8.根据权利要求1-7中的一项所述的方法，其中检测中断包括，确定 在预定间隔期间连续地观察到少于四个卫星。

9.根据权利要求1-8中的一项所述的方法，其中确定重新获得包括确 定在预定间隔期间连续观察到至少四个卫星。

10.根据权利要求1-9中的一项所述的方法，其中估计的漫游器天线定 位具有比在不使用生成的电离层模糊度估计的集合的情况下获得的精确 度更好的精确度。

11.根据权利要求1-10中的一项所述的方法，进一步包括，当从中断 后的电离层模糊度估计实质上不获得进一步益处时，终止使用中断后的电 离层模糊度估计来帮助进行估计。

12.根据权利要求1-11中的一项所述的方法，其中在滤波器中估计定 义漫游器天线定位的值，所述方法进一步包括监测估计的值的精确度，并 且当定义漫游器定位的值到达精确度阈值时，终止使用中断后的电离层模 糊度估计来帮助对漫游器天线定位进行估计。

13.根据权利要求10-11中的一项所述的方法，其中终止使用中断后的 电离层模糊度估计来帮助对漫游器天线定位进行估计包括：继续使用 GNSS数据和校正数据来估计定义漫游器天线定位的值。

14.根据权利要求1-13中的一项所述的方法，进一步包括预测对流层 偏差并且使用预测的对流层偏差帮助估计在重新获得之后的至少漫游器 天线的定位。

15.根据权利要求1-14中的一项所述的方法，其中将电离层载波相位 模糊度的集合确定为整数模糊度候选集合的加权平均。

16.根据权利要求1-15中的一项所述的方法，其中延缓对估计的电离 层相位模糊度的缓存，直到确定卫星追踪是稳定的并且在预定参数内。

17.根据权利要求1-16中的一项所述的方法，进一步包括估计每个卫 星的电离层偏差的时间方面的变化。

18.根据权利要求1-17中的一项所述的方法，进一步包括在检测到漫 游器天线处接收的信号的中断之后，估计电离层载波相位模糊度的改变。

19.根据权利要求1-18中的一项所述的方法，其中使用中断后的电离 层模糊度估计帮助估计在重新获得之后的至少漫游器天线的定位包括：将 中断后的电离层模糊度估计与来自因式分解滤波器的集合的其他参数的 估计相组合。

20.根据权利要求19所述的方法，其中用中断后的电离层模糊度估计 替代来自电离层滤波器的库的估计。

21.用于执行根据权利要求1-20中的一项的方法的装置。

22.一种包括促使装置执行根据权利要求1-20中的一项的方法的指令 的计算机程序。

23.一种计算机程序产品，包括实现用于促使装置执行根据权利要求 1-20中的一项所述的方法的指令的有形计算机可读介质。

[已知的定位]

1.一种定位方法，包括：

a.获得从漫游器天线处接收的多频信号导出的GNSS数据，

b.获得从参考站的网络导出的校正数据，

c.在多个历元中的每一个历元，使用GNSS数据和校正数据来估计定 义漫游器天线定位和多频模糊度的集合的值，

d.基于已知的漫游器天线定位，估计每个卫星的无电离层载波相位模 糊度，以及

e.使用估计的无电离层载波相位模糊度来协助确定帮助的漫游器天线 定位。

2.根据权利要求1的方法，其中使用估计的无电离层载波相位模糊度 来协助确定帮助的漫游器天线定位包括：将估计的无电离层载波相位模糊 度与估计的宽巷模糊度以及与估计的无电离层模糊度以及与定义的已知 漫游器天线定位的值相结合，以获得定义帮助的漫游器天线定位和帮助的 多频模糊度的值。

3.根据权利要求1-2中的一项所述的方法，进一步包括当实质上不从 使用估计的无电离层载波相位模糊度来协助帮助的漫游器天线定位获得 进一步的益处时，终止使用估计的无电离层载波相位模糊度来协助帮助的 漫游器天线定位。

4.根据权利要求1-3中的一项所述的方法，进一步包括监测未经帮助 的漫游器天线定位估计的精确度以确定何时实质上不会通过使用估计的 无电离层载波相位模糊度来协助确定帮助的漫游器天线定位获得进一步 益处。

5.根据权利要求2-4中的一项所述的方法，其中在码载波滤波器的集 合中估计宽巷模糊度。

6.根据权利要求2-5中的一项所述的方法，其中在几何滤波器中估计 无电离层模糊度。

7.根据权利要求1-6中的一项所述的方法，其中使用已知的漫游器天 线定位和观察的载波相位测量结果来计算，基于已知漫游器天线定位的每 个卫星的无电离层载波相位模糊度。

8.根据权利要求1-7中的一项所述的方法，其中使用与相应卫星相关 的主要对流层偏差来改进基于已知漫游器天线定位的用于至少一个卫星 的无电离层载波相位模糊度。

9.根据权利要求1-8中的一项所述的方法，其中使用估计的无电离层 载波相位模糊度来协助利用来自因式分解滤波器的集合的其他参数的估 计来确定帮助的漫游器天线定位估计的无电离层载波相位模糊度估计。

10.根据权利要求9所述的方法，其中用估计的无电离层载波相位模糊 度估计来替代来自辅助码载波滤波器的库的估计。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括，创建关于已知定位结 果的辅助码载波滤波器结果的单独库，使得常规的辅助码载波滤波器结果 保持不受影响。

12.用于执行根据权利要求1-11中的一项的方法的装置。

13.一种包括促使装置执行根据权利要求1-11中的一项的方法的指令 的计算机程序。

14.一种计算机程序产品，包括实现用于促使装置执行根据权利要求 1-11中的一项所述的方法的指令的有形计算机可读介质。

实施例的前述说明不旨在限制由权利要求限定的本发明的实例，而是 提供由权利要求限定的本发明的实例。

使用区域增强网络的GNSS信号处理

相关申请的交叉引用

下列文件与本申请相关并通过该引用将其全文并入本文：于2009年9 月19日提交的美国临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P）；于2009年 10月5日提交的国际专利申请PCT/US2009/059552（TNL A-2288PCT）； 于2008年10月6日提交的美国临时专利申请61/195,276（TNL A-2288P）； 于2009年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004471（TNL A-2526PCT）；于2009年8月5日提交的国际专利申请PCT/US/2009/004473 （TNL A-2525PCT）；于2009年8月5日提交的国际专利申请 PCT/US/2009/004474（TNL A-2524PCT）；于2009年8月5日提交的国际 专利申请PCT/US/2009/004472（TNL A-2523PCT）；于2009年8月5日 提交的国际专利申请PCT/US/2009/004476（TNL A-2339PCT）；于2008 年8月19日提交的美国临时专利申请61/189,382（TNL A-2339P）；于2008 年8月26日提交的美国专利申请12/224,451，美国专利申请公开 US2009/0027625A1（TNL A-1789US）；于2007年3月7日提交的国际专 利申请PCT/US07/05874，国际公开WO2008/008099A2（TNL A-1789PCT）；于2008年1月14日提交的美国专利申请11/988,763，美国 专利申请公开US2009/0224969A1（TNL A-1743US）；于2006年9月5日 提交的国际专利申请PCT/US/2006/034433，国际公开WO2007/032947A1 （TNL A-1743PCT）；于2008年10月7日授权的美国专利7,432,853；（TNL A-1403US）；（TNL A-1403PCT）；于2004年10月22日提交的国际专利 申请PCT/US2004/035263以及国际公开号WO2005/045463A1（TNL A-1403PCT）；于2005年3月1日授权的美国专利6,862,526（TNL A-1006US）；以及于2010年5月30日提交的美国临时专利申请61/396,676 （TNL A-2751P）。

技术领域

本发明涉及全球导航卫星系统（GNSS）领域。特别地，本发明涉及 用于为了加强的精确点定位使用区域增强处理GNSS数据的方法和设备。

背景技术

全球导航卫星系统（GNSS）包括全球定位系统（GPS）、Glonass系 统、提出的Galileo系统、提出的Compass系统等等。每个GPS卫星都使 用分别位于频率1575.41MHz和1227.60MHz的两个L频带中的无线电频 率（分别称为L1和L2）连续地传送。在L1上传送两类信号，一类用于 民用用户，另一类用于由美国国防部（DoD）授权的用户。在L2上传送 有一类信号，只用于DoD授权的用户。每个GPS信号都具有：位于L1 和L2频率的载波、伪随机号（PRN）码和卫星导航数据。每个卫星都传 送两种不同的PRN码：粗捕获（C/A，coarse acquisition）码和为DoD授 权用户加密的精捕获（P/Y）码。每个C/A码都是1023比特的唯一序列， 其每毫秒重复一次。其它GNSS系统同样也具有在多个载波频率上传送多 个信号的卫星。

图1示意性示出典型的用来确定移动接收机（漫游器（rover））的位 置的现有技术场景。漫游器100从视野中的任意数量的卫星（比如SV1、 SV2和SVM，它们分别示为110、120和130）接收GPS信号。信号穿过 地球的电离层140，并穿过地球的对流层150。每个信号都具有两个频率， L1和L2。接收机100从信号确定出分别到每个卫星的伪距PR1、PR2，…， PRM。伪距确定会因信号路径的变化而失真，信号路径的变化产生自信号 穿过电离层140和对流层150的通路以及如160处示意性示出的多径效应。

可以使用C/A码来确定伪距，其误差约为一米，不使用只供军用的 P/Y码的民用接收机确定漫游器位置的误差的量级为米。然而，对L1和 L2载波的相位的测量精确度为0.01-0.05个周期（对应于伪距误差为2毫 米-1厘米），这允许以毫米到厘米的范围内的误差来估计漫游器的相对位 置。对L1和L2载波的相位的精确测量要求针对所有观测次数，都对电离 层和对流层的效应有好的了解。

相对定位使得允许通过对漫游器的观测结果和位于漫游器附近（例如 50-100公里内）已知位置的参考站的观测结果进行区分，来缓解公共模式 误差。参考站观测结果可以在物理基站处被收集，或从参考站网络的观测 结果来估计。例如，参见美国专利5,477,458“Network for Carrier Phase  Differential GPS Corrections”以及美国专利5,899,957“Carrier Phase  Differential GPS Corrections Network”。

精确点定位（PPP）（也被称为绝对定位）使用单个GNSS接收机与精 确卫星轨道和时钟数据一起来减少卫星相关误差源。双频接收机可移除电 离层对定位解的（厘米到分米）一阶效应。为了达到厘米精确度而需要等 待比浮动位置解所需的时间更长的时间限制了对PPP的利用。并且，与相 对定位技术（其中通过对观测结果的区分来消除公共模式误差）不同的是， PPP处理使用未区分的载波相位观测结果，从而卫星和接收机相位偏差对 模糊度项有所损坏。已经针对PPP处理中的整数模糊度分辨率提出了方 法。例如，参见GNSS Solutions:Precise Point Positioning and Its  Challenges（Inside GNSS，2006年11/12月刊，第16-18页，作者：Y.Gao 等）。还可参见于2009年9月19日提交的美国专利临时申请61/277,184 （TNL A-2585P）。

期望改进的GNSS处理方法和设备，尤其为了实现对解的更快收敛、 改进的精确度和/或更好的可用性。

发明内容

提供了为了加强的精确定位对具有增强的GNSS数据进行处理的改进 的方法和设备。

本发明的一些实施例提供了用于处理从多频码和载波观测结果得到的 GNSS数据的方法和设备，其使得校正数据对于位于区域内的漫游器是可 使用的，所述校正数据包括：区域上的电离层延迟、区域上的对流层延迟、 按每个卫星的相位分级几何校正以及至少一个按每个卫星的码偏差。

一些实施例提供了用于确定位于区域内的漫游器的精确位置的方法和 设备，其中，GNSS接收机被运行以便获得多频码和载波观测结果和校正 数据，以便从所述校正数据创建漫游器校正，以及使用漫游器观测结果和 漫游器校正来确定精确的漫游器位置。

在一些实施例中，所述校正数据包括至少一个按每个卫星的码偏差、 按每个卫星的固定性质MW偏差和/或从中能导出按每个卫星的固定性质 MW偏差的值、以及针对多个区域网络站中的每一个的按每个卫星的电离 层延迟和/或非电离层校正。

在一些实施例中，所述校正数据包括至少一个按每个卫星的码偏差、 按每个卫星的固定性质MW偏差和/或从中能导出按每个卫星的固定性质 MW偏差的值、以及针对多个区域网络站中的每一个的按每个卫星的电离 层延迟和按每个卫星的电离层相位偏差和/或非电离层校正。

一些实施例提供了用于对包含校正数据的校正消息进行编码和解码的 方法和设备，其中网络消息包括涉及网络的基本所有站的网络元素，并且 集群消息包括涉及网络的子集的集群元素。

一些实施例提供了根据所述方法准备的并且适于由网络区域内的移动 GNSS接收机广播和使用的区域校正数据流。

一些实施例提供了包含用于实现所述方法的指令的计算机程序产品。

附图说明

参照附图可以从以下描述的实施例中更容易地理解本发明的这些及其 它方面和特征，其中：

图1示意性示例出用于确定漫游器位置的典型现有技术场景；

图2示意性示例出根据本发明的一些实施例的系统；

图3示意性示例出根据本发明的一些实施例的全球网络处理器；

图4示意性示例出根据本发明的一些实施例的区域网络处理器；

图5示意性示例出根据本发明的一些实施例的区域网络处理；

图6示意性示例出根据本发明的一些实施例的增强的精确点定位；

图7示意性示例出根据本发明的一些实施例为了增强的精确点定位生 成合成参考站数据；

图8示意性示例出根据本发明的一些实施例使用差分处理的增强的精 确点定位；

图9示意性示例出根据本发明的一些实施例使用差分处理的增强的精 确点定位；

图10示意性示例出根据本发明的一些实施例使用差分处理的增强的 精确点定位；

图11示意性示例出根据本发明的一些实施例对合成参考站观测结果 的构建；

图12示意性示例出电离层壳空间（ionospheric shell）和围绕地球的 对流层壳空间的一部分；

图13示例出从卫星到接收机的穿过对流层的倾斜射线路径；

图14示例出沿倾斜路径的总电子内容与垂直总电子内容之间的关系；

图15示例出电离层参数如何相对于参考点描述刺穿点处的电离层；

图16示意性示例出根据本发明的一些实施例的对流层缩放；

图17示意性示例出根据本发明的一些实施例确定的用于几何校正项 的位置的间隔；

图18示意性示例出根据本发明的一些实施例用于从三个任意位置处 的几何校正确定漫游器位置处的几何校正的线性模型；

图19示意性示例出物理基站位置PBS处的电离层延迟IPBS和合成 参考站位置SRS处的电离层延迟ISRS；

图20示意性示例出根据本发明的一些实施例的区域校正消息编码；

图21示意性示例出根据本发明的一些实施例的区域网络站的集群；

图22示出根据本发明的一些实施例位于具有集群的区域网络中的漫 游器的示例；

图23是根据本发明的一些实施例的计算机系统的示意图；以及

图24是根据本发明的一些实施例的GNSS接收机系统的示意图。

具体实施方式

第1部分：简介

根据一些实施例的方法和设备涉及使得具有对GNSS卫星信号的漫游 器观测结果的校正数据对于位于区域内的漫游器的精确导航或定位是可 用的，和/或使用所述具有对GNSS卫星信号的漫游器观测结果的校正数据 对位于区域内的漫游器进行精确导航或定位。所述校正数据包括：（1）至 少一个按每个卫星的码偏差，即，按每个卫星的固定性质MW偏差（或从 中可导出按每个卫星的固定性质MW偏差的值）；（2）从网络固定双差模 糊度导出的按每个卫星的相位分级几何校正；以及（3）用于多区域网络站 中的每一个的按每个卫星的电离层延迟，以及可选地按每个卫星的电离层 相位偏差，和/或非电离层校正。

通过分布在所述区域的网络的参考站至少部分地从GNSS卫星信号的 码和载波相位观测结果确定所述校正。从区域参考站网络的固定模糊度 （例如，双差）导出码偏差。

校正使得能够对参考站的码和相位观测结果进行重构。重构几何部分 （无电离层观测结果组合）的能力是基于按每个卫星的相位分级几何校正 项。该几何校正项对模糊度的整数性质进行封装，并对在区域参考站网络 中看到的轨道误差和卫星时钟误差进行补偿。

如果区域网络的m个站观测n个卫星，则在每个GNSS频率上传送m ×n个观测结果和m×n个载波观测结果所需要的传输带宽将是不现实的。 本发明的一些实施例充分地降低了该带宽需求。根据一些实施例，只为所 述n个卫星中的每一个传送一个或三个几何校正。根据一些实施例，只为 所述n个卫星中的每一个传送一个码偏差。可选地，只为所述m个站中的 每一个传送一个对流层值。区域网络校正的非电离层部分包括码偏差、相 位分级几何校正和可选的对流层值。

在一些实施例中，区域参考站网络校正的电离层部分是基于观测结果 空间的。它是从电离层载波相位双频组合减去从对区域网络观测结果的处 理确定的模糊度导出的。这样，可选地，m×n个电离层校正被传送以用 于处理漫游器观测结果。

在一些实施例中，使用从网络估计的绝对电离层模型，或全球/区域电 离层模型（比如WAAS、IONEX或GAIM）；按每个卫星以及按每个站的 电离层相位偏差是与按每个卫星每个站的电离层校正一起导出的。这样， 可选地，m×n个电离层校正加上n个电离层相位偏差被传送以用于处理 漫游器观测结果。可以使用几何部分（相位分级几何校正和对流层校正） 与电离层部分（电离层校正和可选的电离层相位偏差）一起，完整地重构 区域网络的参考站（例如在载波L1和L2上）的载波相位观测结果。如果 未提供可选的对流层校正，则可在漫游器处理中估计漫游器处的对流层延 迟，所付出的代价是较慢的收敛。

具有漫游器接收机的未处理的L1和L2载波-相位观测结果的对区域 网络站的重构观测结果的双差导致接近整数的模糊度值。

这一途径的一些优势如下：

○不需要主站。这将导致用来生成合成参考站数据的算法更加简 单，以及用来在校正消息被传送以用于处理漫游器观测结果时对校 正数据进行编码和解码的负担更小。

○多径减弱以及噪声降低。使用区域参考站网络中的所有站来生成 按每个卫星的相位分级几何校正项。重构的观测结果从而减轻所有 站的多径，而不是固有的减轻主站的整体多径和噪声。此外，在一 些实施例中，电离层部分由区域网络处理器在时间上进行平滑处理， 以降低噪声。

○当漫游器移动到由区域网络覆盖的区域中时，从只是全球网络校 正平滑的转变到使用区域校正进行增强的全球校正。区域校正将按 每个卫星的几何校正与电离层和/或非电离层校正一起添加。当漫游 器移动到由区域网络覆盖的区域中时，对漫游器观测结果的处理将 立即从所添加的区域校正受益。

○带宽减小。使用例如80个参考站的区域网络来追踪12个卫星， 即使没有进行最优化处理（下文中将描述），约2200～2500比特/秒 的传输带宽也应提供10秒的更新速率，这之所以成为可能，是由于 消息的信息内容发生了改变。

第2部分：重构码和载波-相位观测结果

2.1具有固定双差模糊度的载波-相位观测结果数据

GPS L₁和L₂载波相位观测结果可由下式表示：

其中，

L₁与L₂是公制单位的L₁与L₂载波相位观测结果，

与是周期中L₁与L₂载波相位观测结果，

ρ是接收机与卫星的天线相位中心之间的几何距离，

T是对流层延迟，

I₁是L₁电离层延迟，

t^s与t_r分别是卫星时钟误差和接收机时钟误差，

与分别是卫星L₁相位偏差和卫星L₂相位偏差，

与分别是接收机L₁相位偏差和卫星L₂相位偏差，

N₁与N₂分别是“真实”L₁与L₂整数模糊度，以及

v₁与v₂分别是L1与L2的相位噪声加多径效应。

无电离层载波-相位观测结果可表示为下式：

$L_{\mathrm{IF}}=\rho +T+c·(t_r-t^s)+b_c^r-b_c^s+N_c+{\upsilon }_c---\left(3\right)$

其中，

$N_c=\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{N}_1+\frac{{{\lambda }_1}^2{\lambda }_2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{N}_2=\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{N}_w+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}{N}_2---\left(4\right)$

是无电离层模糊度，

$b_c^r=\frac{{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{b}_1^r-\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{b}_2^r$以及$b_c^s=\frac{{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{b}_1^s-\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{b}_2^s---\left(5\right)$

分别是接收机以及卫星无电离层卫星相位偏差，且

N_w=N₁-N₂    （6）

是宽巷模糊度。

被映射到频率L1的电离层相位观测结果L_I1可写为：

$L_{I1}=\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1^2-{\lambda }_2^2}(L_1-L_2)=I_1+b_I^r-b_I^s+N_I+v_I---\left(7\right)$

其中，

$N_I=\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_1^2-{\lambda }_2^2}{N}_1-\frac{{\lambda }_1^2{\lambda }_2}{{\lambda }_1^2-{\lambda }_2^2}{N}_2=-\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}{N}_w+\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}{N}_2---\left(8\right)$

是电离层模糊度，以及

$b_I^r=\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}(b_2^r-b_1^r)$以及$b_I^s=\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}(b_2^s-b_1^s)---\left(9\right)$

分别是接收机和卫星电离层相位偏差。

通过构造两个卫星在每个参考站处的观测结果的单差以便抵消接收机 时钟误差和接收机相位偏差，公式得到简化。单差L1和L2载波-相位组 合是：

单差无电离层相位从而被表达为：

${▿L}_{\mathrm{IF}}=▿\rho +▿T-c▿t^s+▿b_c^s+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿N_w+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿N_2+▿{\upsilon }_c---\left(12\right)$

假定网络处理器估计的单差整数模糊度是和则所估计的单 差无电离层卫星相位偏差可按如下导出：

$▿{\bar{b}}_c^s=▿L_c-▿\tilde{\rho }-▿\bar{T}+c▿{\tilde{t}}^s-(\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿{\bar{N}}_w+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿{\bar{N}}_2)---\left(13\right)$

其中

是从星历表计算出的单差几何范围，

是从星历表计算出的单差卫星时钟误差，以及

是在网络处理器中估计的单差对流层延迟。

如果卫星轨道和时钟是完美的，并且从网络估计的对流层延迟也是完 美的，并且忽略相位噪声，则所导出的单差无电离层卫星相位偏差与 “真实”偏差之间的关系是：

$\left(\begin{array}{c}▿{\bar{b}}_c^s=▿b_c^s+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}(▿N_w-▿{\bar{N}}_w)+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}(▿N_2-▿{\bar{N}}_2)\\ =▿b_c^s+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2^2}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿d{N}_w+\frac{{\lambda }_1{\lambda }_2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿d{N}_2\end{array}\right)---\left(14\right)$

如果固定的模糊度不等于“真实”模糊度，则通过整数宽巷和L2周 期的线性组合对所导出的单差无电离层卫星相位偏差进行偏移。如果所有 参考站之间的双差模糊度都被正确地固定，则这一等式对所有站都有效。

通过对从所有站导出的无电离层偏差进行合并，来生成网络导出的按 每个卫星的无电离层相位偏差（例如通过取平均或最小二乘法）。现实中， 从星历表计算得到的轨道、时钟以及所估计的对流层延迟都不是完美的， 所以被映射到从接收机到卫星的视线上的所有公共误差都被该卫星偏差 项吸收。由于该项保留了相位观测结果的整数性质以及纯粹的几何校正， 所以该项也被称为相位分级几何校正。

单差电离层相位观测结果可被示为

${▿L}_{I1}={▿I}_1+▿b_I^s-\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿N_w+\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿N_2+▿v_I.---\left(15\right)$

忽略相位噪声并假定不能从电离层延迟中分离出卫星偏差，则使用网 络导出的单差模糊度，所导出的L1电离层延迟被表示为：

$\left(\begin{array}{c}▿{\bar{I}}_1=▿L_{I1}+(\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿{\bar{N}}_w-\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿{\bar{N}}_2)\\ ={▿I}_1+▿b_I^s-\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}(▿N_w-▿{\bar{N}}_w)+\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}(▿N_2-▿{\bar{N}}_2)\\ =▿I_1+▿b_I^s-\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿d{N}_w+\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿{\mathrm{dN}}_2\end{array}\right).---\left(16\right)$

这不是“真实”电离层延迟，而是已经通过整数宽巷、L2周期和电离层相 位偏差进行了偏差处理。

可替换地，如果使用网络数据估计绝对电离层模型（例如，像2010 年5月30日提交的美国临时专利申请61/396,676，律师卷号TNL A-2751P 中描述的那样，通过引用将其内容并于此），或者全球电离层模型可用（例 如WAAS、GAIM或IONEX），通过使用等式（15），可以使用最小二乘 滤波器或Kalman滤波器来估计卫星电离层偏差。为了避免秩亏，一个卫 星偏差可被设定为零，或者可以使用零平均约束（所有卫星偏差之和等于 零）。

L1电离层延迟可被表示为

$▿{\bar{I}}_1=▿L_{I1}-▿{\bar{b}}_I^s+(\frac{{\lambda }_1^3}{{\lambda }_2^2-{\lambda }_1^2}▿{\bar{N}}_w-\frac{{\lambda }_1^2}{{\lambda }_1+{\lambda }_2}▿{\bar{N}}_2)---\left(16a\right)$

其中是所估计的单差电离层相位偏差。

等式（16）和等式（16a）之间的主要区别在于，在等式（16a）中， 单差电离层卫星相位偏差是使用电离层模型估计的，并从单差电离层 校正中排除，而在等式（16）中，单差电离层卫星相位偏差被固有的 包括在电离层延迟中。

原则上，使用等式（16），就网络模糊度可被固定（即，以MW组合 来固定宽巷模糊度，以及以无电离层相位组合来固定窄巷模糊度）的情况 而言，不必估计网络上的电离层模型。该途径的一个优势是，系统对电离 层的活动并不敏感。劣势是，所导出的电离层校正并不是无偏差的。对于 卫星对卫星的单差电离层校正而言，其包含单差卫星电离层相位偏差。对 于非差电离层校正而言，其包含卫星电离层相位偏差和接收机电离层相位 偏差。因此，使用等式（16）生成的电离层校正只在双差的情况下是一致 的。这意味着在合成参考站（SRS）位置处对电离层校正的计算必须以差 分的方式——SRS位置和附近的物理参考站（叫做物理基站或PBS）之间 的差分——来完成，并从而添加到来自物理参考站中的一个的电离层校 正。这隐含说明不能为模糊度在PBS处未固定的卫星生成SRS数据。如 果在SRS位置处观看到只有几个卫星或者卫星几何不好，则这有可能给漫 游器带来大的定位误差。

作为对照，使用等式（16a）生成的电离层校正与所使用的绝对电离层 模型相一致。通过估计卫星/接收机电离层相位偏差，所导出的电离层校正 与非差分模式一致，从而SRS位置处电离层校正的生成不依赖任何物理参 考站。在模糊度在一些参考站处对于卫星固定的情况中，可为SRS位置生 成电离层校正。当与按每个卫星的无电离层校正一同使用时，所生成的SRS 数据是完全合成的。

使用导出的单差无电离层卫星相位偏差和电离层延迟/电离层卫星相 位偏差，L1和L2相位观测结果可以被完全重构。所重构的单差L1载波 相位是：

并且所重构的单差L2载波相位是：

将等式（17）和等式（18）与等式（10）和等式（11）进行比较，可 以看出，所重构的单差L1和L2相位是原始相位加上整数模糊度的偏移。

以上公式是在卫星对卫星单差情况中导出的。如果将与接收机相关的 偏差添加到参考站处被观测的每个卫星，则这些公式可以适用于非差观测 结果。接收机偏差项被接收机时钟项吸收。

在一些实施例中，在区域网络中使用按每个站的天顶总延迟（ZTD， zenith total delay）或按每个站的对流层缩放（troposcaling）因子，以及 使用标准对流层模型（例如Neill，Hopfield等）和映射函数来估计对流层 延迟，所述映射函数针对从每个参考站到每个卫星的视线，映射对流层延 迟。在一些实施例中，在区域网络处理器处使用的先验对流层模型与在漫 游器观测结果的处理过程中使用的对流层模型相同。

所估计的对流层延迟到所估计的天顶总延迟和对流层缩放之间的关系 可写为：

T＝ZTD·MP＝(1+T_s)·ZrD_modelMP    (19)

其中，

T是给定的卫星在参考站处的对流层延迟，

ZTD是所估计的参考站处的流层天顶总延迟，

MP是在网络处理器中使用的先验对流层模型的映射函数，

T_s是对流层缩放因子，以及

ZTD_model是从先验对流层模型计算的天顶总延迟。

2.2重构L1和L2伪距观测结果

对于窄巷伪距组合P_N，应用窄巷码偏差（例如从全球网络得到）以使 用宽巷载波减去窄巷码滤波器来获得整数特性宽巷载波相位模糊度；这也 被称作Melbourne-Wübbena（MW）宽巷技术。

如果在区域网络处理器中估计MW码偏差，则从几何伪距测量的角度 来讲，所构造的窄巷码组合是无偏差的。如果MW码偏差是从另一源（例 如全球网络）得到的并且应用到区域网络处理器以确定宽巷模糊度，则所 构造的窄巷码也是无偏差的。虽然并不要求窄巷码是无偏差的，但在一些 实施例中它是无偏差的。

单差窄巷码和宽巷相位可分别被写为：

$▿P_N=▿\rho +▿T-c▿t^s+\frac{{\lambda }_2^2}{{({\lambda }_2-{\lambda }_1)}^2}▿I_1+▿B_N+▿{ϵ}_N,---\left(20\right)$

Melbourne-Wübbena组合由下式给出：

${\lambda }_W▿{\bar{N}}_W=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}(▿L_W-▿P_N)}{n}+(▿b_W-▿B_N)=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}(▿L_W-▿P_N)}{n}+▿B_{\mathrm{NW}}---\left(22\right)$

其中是例如通过全球网络处理器导出的MW码偏差。该MW码偏差 项是码偏差和载波-相位偏差的组合，并且当在网络处理中固定宽巷模 糊度时使用。

窄巷码观测结果和无电离层码观测结果可分别被重构为：

最终，L1码观测结果和L2码观测结果可分别被重构为：

其中以及

通过使用这两个因子，MW码偏差项在无电离层码组合中被抵消并且只存 在于窄巷码组合中。

综上，区域网络处理器生成校正项，该校正项包括按每个卫星的码偏 差，以及按每个卫星的电离层延迟和非电离层校正中的至少一个。它们可 以包括:

○从网络固定双差模糊度导出的按每个卫星的与卫星相关的偏差 项。该偏差项封装了模糊度的整数特性，并对区域参考站网络中看 到的轨道误差和卫星时钟误差进行补偿（等式13）。

○按每个站的对流层天顶总延迟或按每个站的对流层缩放（等式 19）。

○按每个站每个卫星的电离层校正（等式16）或，可替换地，按每 个站每个卫星的电离层校正加上按每个卫星的电离层相位偏差（等 式16a）。

○MW码偏差项。该项可从全球网络处理器或区域网络导出（等式 22）。关于对卫星相关的偏差项（也被称为“未校准相位延迟”（UPD）） 的解释，参见“Resolution of GPS carrier-phase ambiguities in  Precise Point Positioning(PPP)with daily observations”（Ge等， Journal of Geodesy，第82卷第7期，2008年7月，第401-412页）。

区域网络中的每个参考站的码观测结果和载波-相位观测结果可以使 用这些校正进行重构。

2.3为了处理漫游器观测结果构建合成参考站数据

除了对流层延迟是从对流层缩放（天顶总延迟）校正导出（或内插） 的，以及电离层延迟是从由区域网络提供的电离层校正导出（或内插）的 之外，对合成参考站（SRS）数据的构建与上述部分2.2中描述的在参考 站处对伪距和载波相位数据的重构相似。

例如，针对区域网络的区域内的SRS位置所构建的观测结果由下式给 出：

$T_{\mathrm{SRS}}=({\mathrm{TS}}_{\mathrm{SRS}}+1)·{\mathrm{ZTD}}_{\mathrm{mod}{\mathrm{el}}_{\mathrm{SRS}}}·\mathrm{MP},---\left(29\right)$

其中，

是所构建的公制单位的SRS L1载波-相位观测结果，

是所构建的公制单位的SRS L2载波-相位观测结果

是所构建的周期中的SRS L1载波-相位观测结果，

是所构建的周期中的SRS L2载波-相位观测结果，

是从星历表计算的从所选（SRS）位置到卫星的几何范围（来自全 球网络处理器的精确轨道350和时钟375，或IGU URO；或来自卫星导航 消息或具有足以在区域网络处理器中正确固定模糊度的精确度的任何其 它轨道和时钟源的广播轨道和时钟；所要求的精确度取决于区域网络的大 小），

是从星历表计算的卫星时钟误差，

是从网络处理导出的相位分级几何校正，

I_1SRS是针对所选（SRS）位置被映射到GPS L1频率的电离层校正，

I_SRS是针对所选（SRS）位置的对流层校正，以及

TS_SRS是来自区域网络对流层缩放估计的针对所选（SRS）位置的对流 层缩放。

在一些实施例中，合成参考站（SRS）观测结果是在SRS模块中生成 的。SRS模块可位于区域网络处理器中（在“服务器侧”，例如在服务器 计算机中）、漫游器中（在“漫游器侧”，例如在漫游器处理器中或在与漫 游器关联的客户端计算机中）、或任意其它适合的位置。

如果SRS观测结果是在区域网络处理器处被生成，则用来生成SRS 校正的星历表可以与在网络处理中使用的星历表完全相同，可直接被用 于生成SRS观测结果。

然而，如果SRS观测结果是在漫游器侧生成的，则经由从网络处理器 到漫游器侧处理器的通信链路的传输延时和数据损坏使得确保使用相同 星历表并不实际或根本不可能，除非使用复杂的校验算法。反而，在一些 实施例中，传送的是几何校正，该几何校正包含针对任意位置的几何范围， 该几何范围组合有卫星时钟误差（相减）和卫星偏差（相加）。该几何校 正项将服务器侧所使用的轨道和时钟携带到漫游器侧，从而不需要维持服 务器侧和漫游器侧之间的轨道和时钟的一致性。

此外，如果针对三个任意位置（例如区域网络的区域之内）传送了该 几何校正项，则可以使用线性模型来补偿其他位置的卫星轨道误差（例如， 所选的SRS位置，其可以是已知只有低精确度的漫游器位置）。由于被映 射到视线的轨道误差在本地区域内是非常线性的，所以线性模型对该目的 是非常适合的。

针对给定位置i计算的所校正的几何范围写为：

$G_i={\tilde{\rho }}_i-c{\tilde{t}}^s+{\bar{b}}_c^s---\left(30\right)$

其中，

是从服务器星历表计算出的几何范围，

是卫星时钟误差，以及

是从网络处理导出的无电离层载波相位卫星偏差。

可以使用卫星的广播导航消息（广播星历表），针对同一位置计算（例 如，在漫游器处）几何范围和卫星时钟误差从针对广播卫星时钟误 差调整的广播星历表计算的几何范围与针对同一位置来自区域网络的 几何校正C_i之间的几何范围差dρ_i是：

使用针对网络区域中的三个位置的几何范围校正值dr_i，在一些实施例 中，线性模型被用于计算网络区域内所选（SRS）位置的几何范围校正dρ_SRS。 从而，所选（SRS）位置的所校正的几何范围是：

其中，

是从广播星历表确定的从卫星到所选（SRS）位置的几何范围，

是从广播星历表确定的卫星时钟误差，以及

dρ_SRS是所选（SRS）位置的几何范围校正。

在该情况中，漫游器不需要精确的轨道和时钟；广播轨道和时钟信息 是充足的。三个任意位置之间的间隔应该足够大并具有良好的几何构型， 以便最小化建造线性模型的误差。

在一些实施例中，为将要生成的合成参考站数据的每个历元（epoch）， 按每个卫星的几何偏差被传送到SRS模块（例如在漫游器处）。等式（27） 和等式（28）可分别针对SRS位置被重写为：

针对所选（SRS）位置的对流层缩放和电离层校正被计算，例如使用 内插、具有对流层缩放的最小二乘调整、和来自参考站的电离层校正。虽 然参考站的坐标被用于对流层缩放和剩余插值，对于该目的来讲，10米到 100米的分辨率足够了。

一种在一些实施例中使用的方法是WLIM（加权线性插值法），其中， 中心位于SRS位置处的线性模型是使用带有来自至少三个参考站的校正 的最小二乘法调整进行计算的。

$\left(\begin{array}{c}{r}_1\\ r_2\\ .\\ .\\ .\\ r_n\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\Delta N}}_1& {\mathrm{\Delta E}}_1\\ 1& {\mathrm{\Delta N}}_2& {\mathrm{\Delta E}}_2\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ 1& {\mathrm{\Delta N}}_n& {\mathrm{\Delta E}}_n\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a\\ b\\ c\end{array}\right)\mathrm{orR}=\mathrm{AX}---\left(35\right)$

其中，

r_i(i＝1，2...n)是在n个参考站中的每一个处的对流层缩放值，或针对n 个参考站中的每一个的卫星（或参考站处的观测结果的卫星对卫星的差） 的电离层校正，

ΔN_i,ΔE_i分别是从所选（SRS）位置到参考的北和东坐标差，以及

a，b，c是对常量部分、北和东梯度的估计。

使用最小二乘调整给出了估计的X，其中

X＝(A^TPA)^-1A^TPR，(36)

其中，

P是与距离有关的加权矩阵，

还给出了单位权重的对应方差：其中

${\sigma }_0^2=\frac{V^T\mathrm{PV}}{n-3}---\left(37\right)$

以及针对X的协方差矩阵Q：

$Q={\sigma }_0^2·{\left(A^T\mathrm{PA}\right)}^{-1}.---\left(38\right)$

在一些实施例中，因为模型的中心位于SRS位置，所以通过将常数部 分从模型中去除来获得针对所选（SRS）位置的对流层缩放校正。对于电 离层校正，只有当使用等式（16a）计算按每个卫星/每个站的电离层延迟 时，才适用该方法。

在一些实施例中，针对所选（SRS）位置的对流层缩放校正和/或电离 层校正是通过取SRS位置与离SRS位置最近的参考站之间的差，并加上 该参考站的相应对流层缩放/电离层校正而获得的

$r_{\mathrm{SRS}}=\mathrm{BX}+r_1\mathrm{and}{\sigma }_{\mathrm{SRS}}^2={\mathrm{BQB}}^T---\left(39\right)$

其中，

B＝[0 ΔN ΔE]和ΔN，ΔE分别是SRS和离SRS位置最近的参考站之间的北坐 标差和东坐标差，以及

r₁是最近的参考站的相应的对流层缩放/电离层缩放校正。

第3部分：系统概况

图2示意性示出根据本发明的一些实施例的系统200。全球（世界范 围）追踪网络的参考站（比如参考站205、210，…，215）分布在地球的 各个地方，其目的是能够对大多数或所有GNSS卫星进行基本上连续的观 测。每个参考站的位置都是精确地已知的，例如精确性在低于2厘米之内。 每个参考站都装备有天线，并对在该站视野内的卫星（比如GNSS卫星220， 225，…，230）传送的GNSS信号进行追踪。GNSS信号具有调制在两个 或更多载波频率中的每一个上的码。全球网络的每个参考站都获取GNSS 数据305，所述GNSS数据针对在每个历元处在视野内的每个卫星表示至 少两个载波的载波-相位（载波）观测结果，以及调制在至少两个载波上的 各个码的伪距（码）观测结果。参考站还从卫星信号获得具有卫星的历书 和星历表的广播导航消息。历书包含GNSS的所有卫星的大概位置，而所 谓的广播星历表则提供对卫星的位置的更精确的预测（ca.1m）以及特定 时间间隔上的卫星的时钟误差的更精确的预测（ca.1.5m）。

在全球网络的参考站处收集的GNSS数据经由通信信道235被传送到 全球网络处理器240。全球网络处理器240将来自全球网络的参考站的 GNSS数据与其他信息一起使用，以生成包含精确卫星位置和时钟数据的 全球校正消息（如例如于2009年9月19日提交的美国临时专利申请 61/277,184（TNL A-2585P）中描述的那样）。全球校正消息被传送，以供 任意数量的GNSS漫游器接收机使用。举例来讲，如图2所示，全球校正 消息是经由一（多）个通信信道245和上行链路250以及通信卫星255进 行传送的，以用于广范围的广播；也可使用任何其他合适的传输介质，包 括但不限于，无线电广播或移动电话链路。漫游器260是GNSS漫游器接 收机的示例，其具有用于接收和追踪在其位置处的视野内的GNSS卫星的 信号的GNSS天线265，并可选的具有通信天线270。根据全球校正消息 的传输频带，该全球校正消息可由漫游器260经由GNSS天线265或通信 天线270接收。图1的系统如2009年9月19日提交的美国临时专利申请 61/277,184（TNL A-2585P）中描述的那样。

图2示出了根据本发明的实施例的系统其他元件。区域（本地）追踪 网络的参考站（比如参考站280、282，…，284）分布在地球的区域内， 其目的是当GNSS卫星在所述区域内可见时对所述GNSS卫星进行观测。 每个参考站的位置都是精确地已知的，例如精确性在低于2厘米之内。每 个参考站都具有天线，并对由在该站的视野内的卫星（比如GNSS卫星220， 225，…，230）传送的GNSS信号进行追踪。区域网络的每个参考站都获 取GNSS数据，所述GNSS数据针对在每个历元处视野内的每个卫星，表 示至少两个载波的载波-相位（载波）观测结果，以及调制在至少两个载波 上的各个码的伪距（码）观测结果。区域参考站还典型的从卫星信号获得 具有卫星的历书和星历表的广播导航消息。

在区域网络的参考站处收集的GNSS数据经由通信信道288被传送到 区域网络处理器290。区域网络处理器290将来自区域网络的参考站的 GNSS数据与其他信息一起使用，以生成包含如下文所描述的校正数据的 区域校正消息。区域校正消息被传送，以供区域网络的区域内的任意数量 的GNSS漫游器接收机使用。举例来讲，如图2所示，区域校正消息是经 由一（多）个通信信道292和诸如上行链路250的上行链路和通信卫星255 进行传送的；也可使用任何其他合适的传输介质，包括但不限于，无线电 广播或移动电话链路。也可使用不同于用于全球网络消息的那些上行链路 和/或通信卫星的上行链路和/或通信卫星来传送区域校正消息。

第3部分：全球网络校正

图3是示出了全球网络处理器240的处理流程300的主要组件的示意 图。2009年9月19日提交的美国临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P） 中提供了详细的描述。来自参考站的全球网络的数据在没有校正的情况下 作为GNSS数据305被提供给四个处理器：码时钟处理器320、 Melbourne-Wübbena（MW）偏差处理器325、轨道处理器330和相位时 钟处理器335，或者在由可选的数据校正器310校正之后作为校正后的 GNSS数据315被提供给上述四个处理器。

数据校正器310可选地对来自每个参考站的未经处理的GNSS数据 305进行分析，以检查所接收的观测结果的质量，并在可能的情况下针对 周跳（cycle slip）对数据进行校正，周跳是载波-相位观测结果中的跳跃， 发生在例如每次接收机失锁时。可用于商业的参考站典型地检测周跳并相 应地标记数据。周跳检测和校正技术在例如作者为G.Seeber的 SATELLITE GEODESY（2003年第2版，第277-281页）中进行了概述。 数据校正器310可选地适用于其它校正。虽然并不是所有的处理器都需要 所有的校正，但是如果将这些校正应用到数据并不会有害。例如，在下文 中，一些处理器使用码和载波观测结果的线性组合，其中在构成组合的过 程中，一些未经校正的误差被抵消。

在每个参考站处逐个历元地获得观测结果，并且将观测结果与时间标 签一起发送到全球网络处理器240。对于一些站来讲，观测结果会延迟到 达。该延迟范围在毫秒到分钟之间。因此，可选的同步器318在预定义的 时间跨度内对所校正的参考站数据的数据进行收集，并将每个历元的观测 结果作为集合传递给处理器。这允许以合理的延迟到达的数据能够被包括 在数据的历元中。

由于MW偏差处理器325使用Melbourne-Wübbena线性组合（该组 合抵消了除相位和码观测结果中的模糊度和偏差之外的所有内容），所以 MW偏差处理器325将未经校正的GNSS数据305或经过校正的GNSS数 据315作为输入。从而，对于宽巷处理器325来讲，只有接收机和卫星天 线校正是重要的。基于这一线性组合，计算每个卫星一个的MW偏差以及 每个接收机-卫星对一个的宽巷模糊度。偏差是平滑的（没有噪声）并只展 现出一些日常低速率变化。宽巷模糊度是常量，并且只要在相应的卫星- 接收机链路上的观测结果中没有出现周跳，就可使用该宽巷模糊度。从而， 偏差估计在时间上并不是非常重要的，并且可以以例如15分钟的更新速率 来运行。这是有益的，因为计算时间以站和卫星数量的3次方地增长。例 如，具有80个站的全球网络的计算时间是大约15秒。固定的宽巷模糊度 340和/或宽巷偏差345的值被可选地用于轨道处理器330和/或相位时钟处 理器335，和/或被提供给调度器355。MW偏差处理器325在于2009年9 月19日提交的美国临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P）的部分7中 详细的进行了描述，参见附件A。

轨道处理器330的一些实施例是基于预测-校正策略的。使用精确力模 型并以卫星的参数（初始位置、初始速率和动态力模型参数）的未知值的 初始猜测开始，通过对卫星的非线性动态系统进行积分来预测每个卫星的 轨道。同时，计算包含当前位置对未知参数的偏导数的敏感度矩阵。还同 时针对整个预测计算初始卫星状态的敏感度。也就是说，以对未知参数的 预测开始，将轨道积分到当前时间或未来时间，来解微分方程系统。该预 测可被线性化到未知参数的方向。从而，如果未知参数发生了改变，则所 述偏导数（敏感度）可用作对当前卫星状态中的改变的大小的测量，反之 亦然。

在一些实施例中，在Kalman滤波器中使用这些偏导数，以便通过将 GNSS观测结果投影到卫星的未知参数而改善初始猜测。该精确的初始状 态估计再一次被用来对卫星的动态系统进行积分并确定精确轨道。初始卫 星状态到当前历元的时间更新是不时地执行的。在一些实施例中，无电离 层模糊度也是Kalman滤波器的状态。固定的宽巷模糊度值340被用于固 定轨道处理器330的无电离层模糊度，以加强所估计的轨道的准确度。卫 星轨道是非常平滑的，并可针对分钟和小时进行预测。精确轨道预测350 被可选的转发到标准时钟处理器320以及相位时钟处理器335以及调度器 355。

超快轨道360（比如由国际GNSS服务（IGS）提供的IGU轨道）可 被用作进行精确轨道预测355的替换方式。IGU轨道每天更新四次，并且 是可用的（具有三小时的延迟）。

通过使用GNSS数据305或经过校正的GNSS数据315并且使用精确 轨道预测355或超快轨道365，标准时钟处理器320计算码分级卫星时钟 360（也称为标准卫星时钟）。码分级意味着时钟对于用于无电离层码观测 结果来讲是足够的，但对于载波-相位观测结果来讲是不足的，这是因为码 分级时钟不保留模糊度的整数特性。由标准时钟处理器320计算的码分级 时钟360表示卫星之间的时钟误差的差。标准时钟处理器320将广播星历 表的时钟误差用作伪观测结果，并将所估计的时钟导向GPS时间，从而它 们可被用于计算例如卫星信号的传输的确切时间。时钟误差改变迅速，但 对于用于码测量的情况（其有非常大的噪声）来讲，精确到某厘米就足够 了。从而，30秒到60秒的“低速率”更新速率是足够的。这是有益的， 因为计算时间以站和卫星数量的3次方地增长。作为估计处理的副产品， 标准时钟处理器325还确定对流层天顶延迟365。对流层天顶延迟和码分 级时钟被发送到相位时钟处理器335。在于2009年9月19日提交的美国 临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P）的部分6中详细描述了标准时 钟处理器320。

相位时钟处理器335可选地将来自宽巷处理器325的固定宽巷模糊度 340和/或MW偏差345与对流层天顶延迟365和精确轨道350或IGU轨 道360一起使用，以估计每对卫星的单差时钟误差和窄巷模糊度。单差时 钟误差和窄巷模糊度被组合以获得针对每个卫星（除了参考卫星）的单差 相位分级时钟误差370，这些单差相位分级时钟误差是相对参考卫星的单 差。低速率码分级时钟360、对流层天顶延迟365和精确轨道350或IGU 轨道360被用于估计高速率码分级时钟375。这里，计算量与站的数量呈 线性关系，并呈卫星数量的3次方。快速改变的相位分级时钟370和码分 级时钟375是可用的，例如以0.1秒～0.2秒的延迟。高速率相位分级时钟 370和高速率码分级时钟375与MW偏差340一起被发送到调度器355。 相位时钟处理器340在于2009年9月19日提交的美国临时专利申请 61/277,184（TNL A-2585P）的部分9中进行了详细描述。

调度器355接收轨道（精确轨道350或IGU轨道360）、MW偏差340、 高速率相位分级时钟370和高速率码分级时钟375。调度器355将这些打 包在一起并将所打包的轨道和时钟和偏差380转发到消息编码器385，该 消息编码器385准备压缩格式的校正消息390，以用于向漫游器进行传送。 举例来讲，向漫游器的传送在卫星链路上消耗约10秒～20秒，但也可使用 移动电话或直接互联网连接或其他合适的通信链路来完成。向区域网络处 理器290的传输也经由合适的通信链路。调度器355和消息编码器在于 2009年9月19日提交的美国临时专利申请61/277,184（TNL A-2585P）的 部分10中进行了详细描述。

第3部分：区域网络校正

图4示意性示出了根据本发明的一些实施例的区域网络处理器400， 比如区域网络处理器290。数据同步器405从区域网络的每个参考站接收 参考数据，比如来自各个参考站280、284，…，286的参考数据410、415，…， 420。同步器405还从全球网络处理器300或任意其它可用源接收精确卫星 轨道和时钟425。同步器405还可选地接收MW偏差430，比如来自全球 网络处理器300的MW偏差340；如果MW偏差不是从外部源提供给区 域网络处理器400的，则可选地在区域网络处理器400中对它们进行估计。

在每个区域网络参考站处逐个历元地获取观测结果，并将观测结果与 时间标签一起传送到一（多）个迭代滤波器440。对于一些站来讲，观测 结果可能延迟到达。该延迟范围在毫秒到分钟之间。因此，可选的同步器 435收集预定义的时间跨度内的区域网络参考站数据，并将每个历元的观 测结果作为集合传递给一（多）个迭代滤波器440。这允许以合理的延迟 到达的数据能够被包括在对数据的历元的处理中。一（多）个迭代滤波器 440的实施可以使用最小二乘法、使用单个Kalman滤波器、或为了实现 更好的计算效率使用如下列中描述的技术的分解滤波器（factorized  filter）：美国专利7,432,853（TNL A-1403）、美国专利申请公开 US2009/0224969A1（TNL A-1743）和/或美国专利申请公开 US2009/0027264A1（TNL A-1789）。如果实施为可选的分解滤波器，则所 同步的数据集435被提供给例如码/载波滤波器442（其产生对码/载波组合 的估计和关联的统计信息444）的一个或多个库（bank）、电离层滤波器 446（其产生对电离层组合的估计和关联的统计信息448）、几何滤波器450 （其产生对几何组合的估计和关联的统计信息452），并且所述估计在合并 器455中被合并。如果参考站数据是从具有三个或更多载波的GNSS信号 获得的，则可以可选地使用精髓滤波器（quintessence filter，未示出），如 美国专利7,432,853（TNL A-1403）中所述。

来自一（多）个迭代滤波器440的估计和关联的统计信息的阵列458 （其中包括浮点解模糊度值）被提供给“固定”元件460。“固定”元件460 的一些实施例使用本领域中已知的任意合适的技术，比如简单的舍入、自 举、基于Lambda方法的整数最小二乘法、或最佳整数等变（best integer  equivariant）。参见例如P.Teunissen等在M.G.Sideris(ed.)中的GNSS  Carrier Phase Ambiguity Resolution:Challenges and Open Problems; Observing our Changing Earth,International Association of Geodesy  Symposia133,Springer Verlag Berlin-Heidelberg2009以及Verhagen, Sandra的The GNSS integer ambiguities:estimation and validation, Geodesy58上的公开,Delft,2005年，第194页,ISBN-13:978906132290 0.ISBN-10:9061322901。还可参见美国专利7,432,853中对模糊度固定的 讨论。这里使用的术语“固定”意在不仅包括使用诸如舍入、自举和Lambda 搜索的技术将模糊度固定到整数值，而且还包括如果没有将它们固定到整 数值则形成整数候选的加权平均，以保留模糊度的整数特性。加权平均方 法在未公开的国际专利申请PCT/US/2009/004471、PCT/US/2009/004472、 PCT/US/2009/004473、PCT/US/2009/004474和PCT/US/2009/004476（2009 年8月5日提交（TNL A-2339PCT））以及于2008年8月19日提交的美 国临时专利申请61/189,382（TNL A-2339P）中详细描述。

区域校正数据生成元件465准备区域校正数据470，包括例如至少一 个按每个卫星的码偏差、以及在多个区域网络站处的按每个卫星的电离层 延迟、按每个卫星的可选电离层相位偏差、以及非电离层校正中的至少一 个。非电离层校正包括例如按每个区域网络站的对流层延迟和/或按每个卫 星的几何校正。

图5示意性示出根据本发明的一些实施例的用于从校正数据500生成 区域校正数据470的区域网络处理465。在510处获得至少一个按每个卫 星的码偏差505。按每个卫星的码偏差可以在全球网络处理器、区域网络 处理器或另一处理器中确定。在520处获得区域上的电离层延迟515，该 区域可以是区域网络的区域的全部或部分，并可选地获得按每个卫星的电 离层相位偏差。电离层延迟515可以从电离层模型确定或通过估计按每个 卫星每个站的电离层延迟来确定。在530处获得区域上的对流层延迟525， 该区域可以是区域网络的区域的全部或部分。例如，可以通过在区域网络 处理器中估计按每个区域网络站的天顶总延迟（ZTD），来确定对流层延 迟525。在540处获得按每个卫星535的相位分级几何校正。在固定模糊 度之后，在全球网络处理器或区域网络处理器中估计按每个卫星的相位分 级几何校正。下文中解释区域校正470的进一步的细节。

第3部分：使用区域网络校正进行精确导航/定位

图6图示出根据本发明的一些实施例的增强的精确导航/定位场景 600。全球网络处理器240将全球校正数据390传递到区域网络处理器290。 全球校正数据包括例如相位分级时钟370、码分级时钟365、MW偏差345 和卫星轨道位置和速度信息350。区域网络处理器290还从区域网络站接 收数据并生成区域校正数据470。区域校正数据包括例如MW偏差（来自 全球校正消息390的MW偏差345或在区域网络处理器290中估计的MW 偏差或从任意其它可用源获得的MW偏差）、在区域网络处理器290中估 计的按每个卫星的相位分级几何校正535、按每个卫星每个站的电离层延 迟515、以及可选的按每个卫星的电离层相位偏差、以及按每个站的对流 层延迟525。

来自服务器侧处理605的区域校正数据470被作为例如编码区域校正 数据480进行传递，以用于在漫游器侧处理610中使用。来自GNSS卫星 615、620、625的GNSS信号由漫游器接收机630观测，该漫游器接收机 630提供GNSS观测结果数据635。可选的导航引擎640估计漫游器接收 机630的天线的大概位置，其典型的不使用校正。这一大概位置或从另一 源获知的漫游器接收机630的近似位置在准备区域校正（例如715）的过 程中被用作近似漫游器位置645，近似于近似位置645。时间标签650与近 似漫游器位置645相关联。GNSS观测结果数据635、近似漫游器位置645 和时间标签650、以及区域校正数据470（带有可选地直接来自全球校正数 据390的MW偏差）被提供给漫游器数据校正器655。漫游器数据校正器 655将带有MW偏差的区域校正数据470应用到GNSS观测结果数据635 以获得针对近似漫游器位置645（其在时间上对应于GNSS数据635）的 经过校正的漫游器数据660。非差分处理器665（比如精确点定位（PPP） 引擎）从经过校正的漫游器数据660估计精确漫游器位置670。

虽然漫游器数据校正器655和非差分处理器665在图6中被示为位于 漫游器侧处理610内，但是它们中的一个或全部也可位于其它地方，比如 在服务器侧处理605处。在漫游器接收机具有有限的处理功率并且与具有 可用处理能力的远程计算机具有两路通信的情况中和/或在位于离漫游器 接收机遥远的位置处需要知道漫游器接收机的精确位置的追踪应用（例如 追踪携带漫游器接收机630的移动的物体或人的位置）中，这样一种配置 可以是有益的。

图7图示出根据本发明的一些实施例的增强的精确导航/定位。在705 处从漫游器接收机获得包括码和载波观测结果的GNSS数据710（例如 GNSS数据635）。在710处获得区域校正数据470，其中包括一个或多个 按每个卫星的码偏差、以及电离层校正和/或非电离层校正和MW偏差。 在725处准备区域校正720。在730处使用GNSS数据710和区域校正720 来确定精确漫游器位置735。

图8示意性图示出根据本发明的一些实施例的带有差分处理的增强的 精确导航/定位。全球网络处理器240将全球校正数据390传递到区域网络 处理器290。全球校正数据包括例如相位分级时钟370、码分级时钟365、 MW偏差345和卫星轨道位置和速度信息350。区域网络处理器290还接 收来自区域网络站的数据并生成区域校正数据470。区域校正数据包括例 如MW偏差（来自全球校正消息390的MW偏差345或在区域网络处理 器290中估计的MW偏差或从任意其它可用源获得的MW偏差）、在区域 网络处理器290中估计的按每个卫星的相位分级几何校正535、按每个卫 星每个站的电离层延迟515、以及可选的按每个卫星的电离层相位偏差、 以及按每个站的对流层延迟525。

来自服务器侧处理805的区域校正数据470被作为例如编码区域校正 数据480进行传递，以用于在漫游器侧处理810中使用。来自GNSS卫星 815、820、825的GNSS信号由漫游器接收机830观测，该漫游器接收机 830提供GNSS观测结果数据835。可选的导航引擎840估计漫游器接收 机830的天线的大概位置，其典型的不使用校正。这一大概位置或从另一 源获知的漫游器接收机830的近似位置被用作合成参考站（SRS）位置845。 时间标签850与SRS位置845相关联。合成参考站模块855使用当前SRS 位置845和当前区域校正数据470来建造一组合成参考站观测结果860， 以用于在差分处理器865中对GNSS数据835的每个历元进行处理。差分 处理器865是例如商业上可用的GNSS接收机的常规实时动态（RTK）定 位引擎。差分处理器在例如GNSS数据835的每个历元使用SRS观测结果 860和GNSS数据835来确定精确漫游器位置870。

在一些实施例中，来自全球网络处理器240的MW偏差345被传递经 过区域网络处理器290并作为区域校正数据470的一部分提供给SRS模块 855。在一些实施例中，来自全球网络处理器240的MW偏差345作为全 球校正数据390的一部分从全球网络处理器240直接传递到SRS模块855， 举例来讲，如果漫游器具有在接收区域校正数据480之外接收全球校正数 据390的能力的话。在一些实施例中，MW偏差由区域网络处理器290进 行估计，并作为区域校正数据470的一部分提供给SRS模块855。

虽然SRS模块855和差分处理器865在图8中被示为位于漫游器侧处 理810内，但是它们中的一个或全部也可位于其它地方，比如在服务器侧 处理805处。在漫游器接收机具有有限的处理功率并且与具有可用处理能 力的远程计算机具有两路通信的情况中和/或在位于离漫游器接收机遥远 的位置处需要知道漫游器接收机的位置的追踪应用中，这样一种配置可以 是有益的。

图9示意性图示出根据本发明的一些实施例的带有差分处理的增强的 精确导航/定位。在这一示例中，服务器侧处理包括SRS模块。全球网络 处理器240将全球校正数据390传递到区域网络处理器290。全球校正数 据包括例如相位分级时钟370、码分级时钟365、MW偏差345和卫星轨 道位置和速度信息350。区域网络处理器290还接收来自区域网络站的数 据并生成区域校正数据470。区域校正数据包括例如MW偏差（来自全球 校正消息390的MW偏差345或在区域网络处理器290中估计的MW偏 差或从任意其它可用源获得的MW偏差）、在区域网络处理器290中估计 的按每个卫星的相位分级几何校正535、按每个卫星每个站的电离层延迟 515、以及按每个站的对流层延迟525。

来自GNSS卫星915、920、925的GNSS信号由漫游器接收机930观 测，该漫游器接收机930提供GNSS观测结果数据935。可选的导航引擎 940估计漫游器接收机930的天线的大概位置，其典型的不使用校正。这 一大概位置或从另一源获知的漫游器接收机930的近似位置被用作合成参 考站（SRS）位置945。时间标签950与SRS位置945相关联。服务器侧 处理905包括SRS模块955，该SRS模块955使用当前SRS位置945和 当前区域校正数据470来建造一组合成参考站观测结果960，以用于在差 分处理器965中对GNSS数据935的每个历元进行处理。差分处理器965 是例如商业上可用的GNSS接收机的常规实时动态（RTK）定位引擎。差 分处理器在例如GNSS数据935的每个历元使用SRS观测结果960和 GNSS数据935来确定精确漫游器位置970。

用作SRS位置845或945的漫游器接收机的近似位置的源包括但不限 于：（a）通过使用漫游器数据835导航引擎840或940确定的漫游器接收 机的自发位置；（b）先前精确漫游器位置，比如由差分处理器865或965 为之前的历元确定的精确漫游器位置；（c）由与漫游器位于同一位置的惯 性导航系统（INS）确定的漫游器位置；（d）位于漫游器附近的移动电话 （蜂窝）塔的位置，其中该漫游器与同该塔进行通信的移动电话位于同一 位置；（e）用户输入，比如由用户通过例如键盘或其他输入装置的辅助人 工输入的位置；以及（f）任意其它期望的源。

不管采用哪一种源，一些实施例时刻对SRS位置845或945进行更新。 举例来讲，SRS位置845或945是按如下频率进行更新的：（a）从不；（b） 针对漫游器数据的每个历元；（c）针对漫游器数据的每n个历元；（d）在 预定的时间间隔之后；（e）当SRS位置845或945与来自导航引擎840或 940的近似漫游器天线位置之间的距离超过预定阈值时；（f）当近似漫游 器天线位置与精确漫游器位置之间的距离超过预定阈值时；（g）针对近似 漫游器天线位置的每次更新；或（h）针对精确漫游器天线位置870或970 的每次更新。在一些实施例中，SRS位置945并不与自发位置方案相同， 但在它附近。

图10示意性图示出根据本发明的一些实施例的带有差分处理的增强 的精确导航/定位。在1005处获得SRS位置和时间标签信息1010。在1015 处，SRS位置被验证为当前，例如通过将其时间标签与将被处理的漫游器 观测结果的当前历元的时间标签进行比较。在1025处，从当前SRS位置 和区域校正数据470确定针对当前SRS位置的漫游器校正1030。在1035 处，从漫游器校正1030构建当前SRS观测结果1040。在1045处，通过 对当前SRS观测结果1040和GNSS数据635进行差分处理来确定精确漫 游器位置730。

图11示意性图示出根据本发明的一些实施例对合成参考站观测结果 的建造。在1105处，从传输信道（比如通信卫星255）接收的区域校正消 息1110被解码。所述解码对区域校正数据元素进行解包，其中所述区域校 正数据元素包括按每个卫星的几何校正（码偏差）1115、按每个站的对流 层缩放值（天顶总延迟）1120和按每个卫星每个站的电离层校正、以及可 选的按每个卫星的电离层相位偏差1125。SRS位置1130按如上描述获得。 从广播GNSS卫星导航消息获得卫星轨道和时钟1110，或可选的在1140 处通过解码全球校正消息390获取精确卫星轨道和时钟信息。经由区域校 正消息解码器1105从区域校正消息1110获得MW偏差1142，或经由全球 校正消息解码器1140从全球校正消息390获得MW偏差1144。

通过使用SRS位置信息1130和卫星轨道和时钟信息1135来计算范围 以及使用按每个卫星的几何校正1115来校正所计算的范围，模块1145为 SRS位置处的视野内的卫星建造无电离层相位观测结果1150（等式32）。 模块1155从按每个站的对流层缩放1120确定SRS位置的对流层延迟1160 （等式36,39）。模块1165从按每个卫星每个站的电离层校正（数据可选地 是按每个卫星的电离层相位偏差1125）确定电离层延迟1170（等式36,39）。 在1175处，通过将无电离层相位观测结果1150与用于SRS位置的对流层 校正1160和用于SRS位置的电离层校正1175合并，为两个（或更多）载 波频率构建SRS载波-相位观测结果1180（等式33,34）。在1185处，通过 将SRS载波-相位观测结果1180与MW偏差1142或MW偏差1144合并 来构建SRS码观测结果1190（等式25,26）。SRS载波观测结果1180和SRS 码观测结果1190包括在每个历元的SRS观测结果1095。

第4部分：针对大气效应的校正

图12图示出电离层壳层1200和围绕地球1210的对流层壳层的一部分 1205，以及由基于地面的参考站1220、1225、1230…1235组成的网络，其 中每个参考站从GNSS卫星1260、1265…1270接收信号。为了方便说明， 只示出了对流层壳层在参考站1220周围的一部分1205。对流层的深度是 例如从0到约11千米。对流层延迟会对每个参考站接收的信号产生影响， 这种影响取决于参考站附近的大气温度、压强和湿度，以及与该参考站相 关的卫星的海拔高度。在地面水平，误差大约是每米1毫米，从而到参考 站的信号路径的最后一米在对流程模型中带来约1毫米的误差。

对关于信号的对流层延迟建模来讲，有多种技术是已知的。参见，例 如，B.HOFMANN-WELLENHOF等,GLOBAL POSITIONING  SYSTEM:THEORY AND PRACTICE（1993年第2版,第6.3.3节，第 98-106页）。可以采用至少三种途径来实施将大气参数混合成一个对流层 缩放参数的对流层缩放（tropo-scaling）。第一种途径是将表示相对于参考 站的在垂直方向的对流层延迟的天顶总延迟（ZTD）建模（model）为表 示范围误差δ_r的值，例如2.58米。第二种途径是将对1加缩放因子（1+S） 进行建模，使得垂直方向的对流层延迟T'＝(1+S)T,其中T是常数，例如 1+S=1.0238。一种更为方便的途径是对S直接建模，例如S=2.38%。对于 本发明的目的而言，将所有以相同方式（非扩散的）影响不同信号频率的 所有因素作为“对流层效应”来对待是足够的。

图13示出了从卫星到接收机的穿过对流层的倾斜射线路径。除了当卫 星位于参考站的正上方时，信号射线都如图13所示以从卫星到接收机的倾 斜的路径穿过大气，比如从卫星1260到参考站1220的直线路径1310。从 给定卫星到每个参考站的信号射线的倾斜路径以角度α穿过对流层，对于 该站视野中的每个卫星来讲，该角度α是不同的。从而，对流层映射函数 对于每个卫星到参考站的组合也是不同的。可通过将几何相关的天顶延迟 Tα与几何无关的T_90°通过映射函数m(α)关联起来对不同倾斜角度的影 响进行补偿，其中Tα＝m(α)T_90°。

除了当卫星位于参考站的正上方时，信号射线都如图14所示以从卫星 到接收机的倾斜的路径穿过电离层，比如从卫星1260到参考站1220的直 线路径1405。该倾斜路径由所谓的映射函数f_mapping(ζ)＝1/cos(ζ)明确的表示， 其中ζ是信号射线相对于通过刺穿点的垂直于电离层球面的线的角度（例 如线1410）。由于从给定卫星到每个参考站的信号射线的倾斜路径以不同 的角度穿过电离层，所以该角度对每个参考站是不同的。从而，映射函数 对于每个卫星到参考站的组合也是不同的。可通过将几何相关的总电子内 容（TEC）与几何无关的VTEC（垂直TEC）通过TEC/f_mapping(ζ)＝TEC_cos(ζ)＝VTEC 关联起来对不同倾斜角度的影响进行补偿。例如，如关于参考站1220和卫 星1260的图14所示，沿倾斜路径1405确定的TEC对应于沿在刺穿点1420 处垂直于电离层球面1415的线1410的VTEC。

使用以上引入的相关坐标以及映射函数的概念，贯穿网络区域的电离 层前进（advance）可被写为（其中大写字母i和j应理解为指数，而不是 索引）：

也就是说，跨网络区域的电离层前进是以其泰勒级数展开的形式表示的 （或任何其他正交函数集，比如球贝塞尔函数）。对于大多数的目的，以 及如这里所示的一样，可将所述展开截止到第一阶，并且可以引入术语 a_1，0＝a_λ和表达是在参考点处的电离层前进，而a_λ和是电 离层中对相关坐标的梯度。因此，在刺穿点处的电离层被表示为：

从而，对于视野内的每个卫星m，参数刻画贯穿网络区域的电离 层。这些参数与载波-相位整数模糊度和多径状态一起被评估。一般来讲， 如果等式（39）被展开到第k阶，为电离层引入的状态数是(k+1)(k+2)/2。 等式（39）的其他项通过网络的几何和卫星m的位置给出。

图15示出了电离层参数如何相对于参考点描述刺穿点处的 电离层。电离层在参考点处具有的TEC为在角方向λ上具有斜率在角方向上具有斜率在图15的示例中，在刺穿点1505处的TEC1500 是下列各项之和：等于的贡献1510、基于斜率和刺穿点1505在方向λ 上距离参考点1525的角距离的贡献1520、基于斜率和刺穿点1505在方 向上距离参考点1525的角距离的贡献1530。

虽然对电离层的线性处理能实现很好的可用性，使用考虑了电离层厚 度的更实际的模型将增加可靠性。正如已知的一样（例如，参见D.BILITZA, International Reference Ionosphere2000,RADIO SCIENCE2(36)2001， 261），电离层的电子密度具有特定形式f(h)，其是海拔高度h的函数，并 且在距离地面300-400米之间的高度处具有显著的峰值。为了计算射线从 卫星m到站n所经历的电子内容，应该计算积分：

$I_n^m\propto \underset{(x^m,y^m,z^m)}{\overset{(x_n,y_n,z_n)}{\int \mathrm{ds}}}f\left(h\right),---\left(41\right)$

其中，s是沿站与卫星之间的直接视线方向的测量。注意简单壳层模型是 如何已经被考虑的，f(h)＝Δ(h-h₀)(狄拉克Delta分布)，该表达式按如下 反推出之前的映射函数

为f(h)使用合适的参数，可以在每个历元处数字地计算针对所有站-卫 星对的积分。为了实际的目的，采用盒子形式的近似已足够充分，并对壳 层模型带来改进。还进一步假定了电离层中的梯度与海拔无关。这一假定 可通过进一步添加针对不同海拔的梯度状态来很容易的解除。电离层的有 限厚度是模型的重要特性这一点可通过对低海拔的卫星的视线的进入和 离开点进行图示来进行理解，例如，如美国专利申请公开US2009/0224969 A1中的图8所示。如果电离层壳层的厚度是200千米，则进入点和离开点 可相距1000千米左右。使用典型的梯度a_λ，a_φ10^-3米/千米，从进入点到离 开点，对电离层前进的计算的贡献会有很大的不同。

图16示意性图示出对流层缩放。

图19示意性图示出在物理基站位置PBS处的电离层延迟IPBS和在 合成参考站位置SRS处的电离层延迟ISRS。

第5部分：消息编码&解码

经过回忆可知，使得区域校正数据470对于对漫游器观测结果的处理 是可用的这一做法的一个目的是使得能够重构区域网络观测结果和/或基 于区域网络观测结果构建合成参考站观测结果。一些实施例通过对区域校 正数据进行编码（例如图4中的475）缓解了所要求的带宽和/或加速了漫 游器处理。

图20示意性图示出根据一些实施例的校正消息编码方案。区域校正数 据470被分成网络元素2005和集群元素2010，其中网络元素2005适用于 由例如80个参考站组成的整个区域网络，而集群元素2010适用于区域网 络的由例如多达16个参考站组成的子集（“集群”）。经过编码的区域校正 数据480随后被分段成网络消息2015（其中包含网络元素）和一系列集群 消息2020、2025、2030…2035（其中包含各个站集群1、2、3…n的集群 元素）。

网络元素2005包括例如时间标签、按每个卫星的几何校正、校正所参 考的所述网络中的任意点的位置、MW偏差、以及在历元中要关注的集群 消息的数量、以及可选的按每个卫星的电离层相位偏差。集群元素2010 包括例如按每个站的对流层缩放值、按每个站每个卫星的电离层校正、以 及站位置。如果校正参考的是接收校正数据的漫游器已知的标准海拔，则 站高度是不需要的。站位置不必是物理站位置，相反的，其可以是虚拟站 位置，其中针对该虚拟站位置，从在区域网络中的物理参考站处的观测结 果估计校正。

图21示意性图示出区域网络站的集群：在2105处的集群1、在2110 处的集群2、在2115处的集群3、在2120处的集群4。但在该简化示例中， 每个集群具有4个站，但是站的数量是设计选择的内容。集群1具有站1-1、 1-2、1-3和1-4；集群2具有站2-1、2-2、2-3和2-4；集群3具有站3-1、 3-2、3-3和3-4；以及集群4具有站4-1、4-2、4-3和4-4。集群1、2、3 和4的集群元素分别被用于构建集群消息2125、2130、2135和2140。

在一些实施例中，区域校正消息历元具有一个网络消息2105以及跟随 在之后的一系列的集群消息2020-2035，其中的数量和排序可能因历元不 同而有所变化。在一些实施例中，每个校正消息历元具有网络消息，以及 集群消息的子集，其中子集中的集群在一系列历元中循环。在一些实施例 中，集群在校正消息历元中的排序是基于物理上位于集群中的漫游器的期 望的或估计的或已知的数量。例如：

漫游器并不需要所有的集群消息来为其近似位置构建合成参考站校 正。图22示出了位于具有集群2210、2220、2230和2240的区域网络中的 漫游器2205的示例，其中每个集群分别具有网络站（或虚拟网络站）2215、 2225、2235、2245。漫游器2205被网络站2215、2225和2235所围绕，并 且这些网络站很好的分布在它的周围，位于合适的半径之内，以便从它们 的观测结果（或虚拟观测结果）准备用于漫游器的位置的校正。对于位于 当前位置的漫游器2205来讲，并不需要网络站2245的观测结果。如果漫 游器移动到例如集群2210中，在这里它不再需要来自集群2220或2230 的集群元素，漫游器可以只使用来自集群2210的集群元素。

在一些实施例中，漫游器2205使用网络消息的位置信息来构建集群列 表，将其近似当前位置与列表进行比较以确定哪些集群消息需要用于构建 适合于其当前位置的合成参考站校正，并从对应的集群消息获取集群元 素。当处理漫游器观测结果以确定精确漫游器位置时，这一方式可以节省 存储器、处理器时间和其它资源。

如上述关于等式（30）、等式（31）和等式（32）的讨论，可以为网络 中的三个任意的位置传送几何校正项。可替换地，可以只为网络中的单个 任意位置传送几何校正项连同网络中的两个其它任意位置中的每一个的 变化量（与该项的差别）。从这些几何校正项（或几何校正项加增量），漫 游器构建线性模型，以估计适用于其近似位置的几何校正。

图17示出了三个任意位置1705、1710、1715，其中在网络处理器中 针对这些位置确定几何校正项。三个任意位置之间的间隔应该足够大（例 如5个纬度和5个经度），并具有良好的几何布局，以在为网络内的漫游器 位置1720建造线性模型时最小化误差。图18示意性图示出用于从相应任 意位置1705、1710、1715处的针对给定卫星的几何校正1805、1810、1815 确定出在漫游器位置1720处的几何校正1820的线性模型。通过减少构建 漫游器处所需的校正所需的几何校正值的数量，该方式有助于最小化带 宽。

一些实施例中，由多个区域网络处理器独立执行区域网络处理，以提 供冗余。独立操作区域网络处理器（以及可能的使用网络站观测结果的不 同集合）意味着偏差和缩放对于不同的区域网络处理器可以不同。在一些 实施例中，网络消息包括处理器标识符，从而如果漫游器的网络消息源改 变，漫游器将知道进行合适的反应，例如通过重置其滤波器，以避免使用 不相容的偏差和缩放。一些实施例包括周跳指示符，以向漫游器用信号通 知在区域网络处理中已在一个卫星上发生周跳，从而漫游器可重置其滤波 器中的模糊度值。为了进一步节省传输带宽，一些实施例使用可选的电离 层校正通用模型，集群消息从该模型给出增量（差别）值；漫游器使用来 自网络消息的可选模型和来自一（多）个集群消息的差别值来构建针对漫 游器的近似位置（例如针对SRS位置）的电离层校正。

一些实施例具有结构如下的网络校正消息：

一些实施例具有结构如下的集群消息（对于n个卫星以及每个集群m 个站）：

第6部分：接收机和处理设备

图23是根据本发明的一些实施例的计算机系统的示意图。计算机系统 2320包括一个或多个处理器2330、一个或多个数据存储元件2335、带有 用于控制一（多）处理器2330的指令的程序代码2340、以及用户输入/输 出装置2345，其中用户输入/输出装置2345可以包括一个或多个输出装置 2350（比如显示器或扬声器或打印机）以及一个或多个用于接收用户输入 的装置2355（比如键盘或触摸板或鼠标或麦克风）。

图24是具有GNSS天线2405和通信天线2410的典型集成GNSS接 收机系统2400的框图。Trimble R8GNSS系统是这种系统的一个示例。接 收机系统2400可以用作漫游器或基站或参考站。接收机系统2400包括 GNSS接收机2415、计算机系统2420和一个或多个通信链路2425。计算 机系统2420包括一个或多个处理器2430、一个或多个数据存储元件2435、 带有用于控制一（多）个处理器2430的指令的程序代码2440、以及用户 输入/输出装置2445，其中用户输入/输出装置2445可以包括一个或多个输 出装置2450（比如显示器或扬声器或打印机）以及一个或多个用于接收用 户输入的装置2455（比如键盘或触摸板或鼠标或麦克风）。

第7部分：总评

发明的概念可在多种处理和设备中实现。现在将对一些示例性的实施 例进行描述。应该理解到，这些都旨在是说明性的而不是为了限制本发明 的范围。

本领域普通技术人员将会意识到，对本发明的实施例的详细描述仅仅 是说明性的，不是为了进行任何形式的限制。本领域技术人员在从这一公 开受益后，将能够容易地理解本发明的其它实施例。例如，虽然在示例中 使用了最小误差组合，但本领域技术人员将认识到许多种组合都是可能 的，并且不同于最小误差组合的其他组合能够产生可接受的（即便不是最 好的）结果；因而除了明确要求之外，权利要求并不是意在限于最小误差 组合。对参考附图示出的本发明的实施详细进行了描述。相同的参考标识 在整个附图和其后的详细描述指示相同或相近的部件。

为清楚起见，没有示出和描述这里描述的实施方式的所有常规特征。 应该理解的是，对任何这种实际实施例的开发中，为实现开发者的特定目 标，例如满足应用和商业相关的约束条件，必须进行诸多特定于实施例的 决策，并且这些特定目标将随实施例、随开发者变化。另外，应理解的是， 这样的开发工作可能是复杂和耗时的，但仍然属于获益于本公开的本领域 普通技术人员的常规性工程工作。

根据本发明的实施例，组件、进程步骤和/或数据结构可使用各种类型 的操作系统（OS）、计算机平台、固件、计算机程序、计算机语言和/或通 用目的机器来实现。方法可作为运行于处理电路的被编程的进程来运行。 处理电路可采用处理器和操作系统的多种组合或独立装置的形式。过程可 实现为由这种硬件、硬件自身或由其中的任意组合来执行的指令。软件可 存储在可由机器读取的程序存储装置上。计算元件，例如滤波器和滤波器 库，可使用面向对象的编程语言容易地实现，使得每个所需要的滤波器都 根据需要来实例化。

本领域技术人员将会意识到，在不脱离这里所公开的发明性构思的精 神和范围的情况下，也可使用通用性较小的装置，例如硬布线装置、包括 现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑装置（CPLD）的现场可编 程逻辑装置（FPLD）、专用集成电路（ASIC），等等。

根据本发明的实施例，方法可在数据处理计算机上实现，例如个人计 算机、工作站计算机、主机计算机或高性能服务器，其运行例如可从华盛 顿州雷德蒙德的微软公司获得的XP和 2000操作系统或可从加利福尼亚州圣克拉拉的Sun微系统公司 获得的的操作系统，或可从多个供应商获得的多种版本的Unix 操作系统，例如Linux。方法还可在多处理器系统上实现，或者在包含多 种外设的计算环境中实现，外设例如输入装置、输出装置、显示器、点选 装置、存储器、存储装置、用于向以及从一（多）处理器传送数据的媒介 接口等等。这样的计算机系统或计算环境可本地联网或通过互联网来联 网。

第8部分：发明概念的概述

除了前述之外，根据本发明的实施例可以包括例如以下中的一个或多 个：

8.A区域增强网络

（方法）

1.一种用于处理从位于区域内的多个站处对多个历元上的多个卫星 的GNSS信号的观测结果导出的GNSS数据的方法，其中，所述GNSS信 号具有至少两个载波频率，并且所述观测结果包括码观测结果和载波-相位 观测结果，该方法包括：

a.获得至少一个按每个卫星的码偏差；

b.获得所述区域上的电离层延迟；

c.获得所述区域上的对流层延迟；

d.获得按每个卫星的相位分级几何校正；以及

e.使得校正数据可由位于所述区域内的漫游器使用，所述校正数据包 括：所述区域上的所述电离层延迟、所述区域上的所述对流层延迟、所述 按每个卫星的相位分级几何校正、以及所述至少一个按每个卫星的码偏 差。

2.根据1的方法，其中，获得至少一个按每个卫星的码偏差包括，从 全球网络处理器获得按每个卫星的所估计的码偏差。

3.根据1的方法，其中，获得至少一个按每个卫星的码偏差包括，操 作处理器以从区域网络的参考站的GNSS观测结果估计按每个卫星的码偏 差。

4.根据3的方法，其中，操作处理器以估计码偏差包括，操作处理器 以固定模糊度集合并估计与整数载波-相位模糊度一致的至少一个按每个 卫星的码偏差。

5.根据4的方法，其中，所述码偏差包括与整数载波模糊度一致的 MW偏差。

6.根据4-5之一的方法，其中，所述模糊度集合包括以下至少一个： （i）宽巷模糊度和（ii）L1和L2模糊度，（iii）L2E和L2C模糊度，以 及（iv）可从中确定宽巷模糊度的载波-相位模糊度的组合。

7.根据1-6之一的方法，其中，获得所述区域上的电离层延迟包括， 操作处理器以从模型确定所述区域上的所述电离层延迟。

8.根据1-6之一的方法，其中，获得所述区域上的电离层延迟包括， 操作处理器以从所述观测结果估计按每个站每个卫星的电离层延迟。

9.根据1-6之一的方法，其中，获得所述区域上的电离层延迟包括， 操作处理器以从所述观测结果估计按每个站每个卫星的电离层延迟和按 每个卫星的电离层相位偏差。

10.根据1-9之一的方法，其中，获得所述区域上的对流层延迟包括， 操作处理器以从所述观测结果估计按每个站的对流层延迟。

11.根据10的方法，其中，所述按每个站的对流层延迟包括按每个站 的天顶总延迟。

12.根据1-11之一的方法，其中，获得按每个卫星的相位分级几何校 正包括，操作处理器以针对所述站观测的卫星估计模糊度的集合。

13.根据1-12之一的方法，其中，获得按每个卫星的相位分级几何校 正包括，操作处理器以估计几何校正，该几何校正保留载波-相位模糊度的 整数特性。

14.根据1-13之一的方法，其中，所述相位分级几何校正包括按每个 卫星的整数周期偏差。

15.根据1-14之一的方法，其中，所述校正数据包括以下至少一个： （i）按每个站每个卫星的电离层延迟，（ii）按每个站每个卫星的电离层延 迟和按每个卫星的电离层相位偏差，以及（iii）按每个站的对流层延迟。

16.根据1-15之一的方法，其中，按每个卫星的相位分级几何校正包 括针对所述区域内的三个位置中的每一个的几何校正项，其中，可从所述 区域确定该区域内的任意位置的几何校正。

（计算机程序产品）

17.一种计算机程序产品，包括：计算机可用介质，该介质具有物理 实现在其中的计算机可读指令，所述计算机可读指令当由处理器执行时使 得所述处理器能够执行1-16之一的方法。

18.一种计算机程序，包括指令集合，当加载并由处理器执行时，该 指令集合使得所述处理器能够执行1-16之一的方法。

（设备）

19.一种处理从位于区域内的多个站处对多个历元上的多个卫星的 GNSS信号的观测结果导出的GNSS数据的设备，其中，所述GNSS信号 具有至少两个载波频率，并且所述观测结果包括码观测结果和载波-相位观 测结果，该设备包括：

a.至少一个处理器，被配置为获得至少一个按每个卫星的码偏差、所 述区域上的电离层延迟、所述区域上的对流层延迟、以及按每个卫星的相 位分级几何校正；以及

b.通信信道，用于使得校正数据可由位于所述区域内的漫游器使用， 所述校正数据包括：所述区域上的所述电离层延迟、所述区域上的所述对 流层延迟、所述按每个卫星的相位分级几何校正、以及所述至少一个按每 个卫星的码偏差。

20.根据19的设备，其中，所述至少一个处理器从全球网络处理器获 得所述至少一个按每个卫星的码偏差。

21.根据19的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为从区域网络 的参考站的GNSS观测结果估计按每个卫星的码偏差。

22.根据21的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为固定模糊度 集合并估计与整数载波-相位模糊度一致的至少一个按每个卫星的码偏差。

23.根据22的设备，其中，所述码偏差包括与整数载波模糊度一致的 MW偏差。

24.根据22-23之一的设备，其中，所述模糊度集合包括以下至少一 个：（i）宽巷模糊度和（ii）L1和L2模糊度，（iii）L2E和L2C模糊度， 以及（iv）可从中确定宽巷模糊度的载波-相位模糊度的组合。

25.根据19-24之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为从 模型确定所述区域上的所述电离层延迟。

26.根据19-25之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为从 所述观测结果估计按每个站每个卫星的电离层延迟。

27.根据19-25之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为从 所述观测结果估计按每个站每个卫星的电离层延迟和按每个卫星的电离 层相位偏差。

28.根据19-27之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为从 所述观测结果估计按每个站的对流层延迟。

29.根据28的设备，其中，所述按每个站的对流层延迟包括按每个站 的天顶总延迟。

30.根据19-29之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为针 对所述站观测的卫星估计模糊度的集合。

31.根据19-30之一的设备，其中，所述至少一个处理器被操作为估 计几何校正，该几何校正保留载波-相位模糊度的整数特性。

32.根据19-31之一的设备，其中，所述相位分级几何校正包括按每 个卫星的整数周期偏差。

33.根据19-32之一的设备，其中，所述校正数据包括以下至少一个： （i）按每个站每个卫星的电离层延迟，（ii）按每个站的对流层延迟。

34.根据19-33之一的设备，其中，按每个卫星的相位分级几何校正 包括针对所述区域内的三个位置中的每一个的几何校正项，其中，可从所 述区域确定该区域内的任意位置的几何校正。

8.B带有区域增强的漫游器定位

（方法）

1.一种用于确定位于区域内的漫游器的精确位置的方法，包括：

a.操作接收机以获得包括至少两个载波频率上的GNSS信号的码观 测结果和载波-相位观测结果的漫游器观测结果；

b.接收校正数据，所述校正数据包括：

至少一个按每个卫星的码偏差；

下列至少一个：（i）按每个卫星的固定特性MW偏差，以及（ii） 从中可导出按每个卫星的固定特性MW偏差的值；以及

下列至少一个：（iii）针对多个区域网络站中的每一个的按每个 卫星的电离层延迟，以及（iv）非电离层校正；

c.从所述校正数据创建漫游器校正；

d.操作处理器以使用所述漫游器观测结果和所述漫游器校正来确定 精确的漫游器位置。

2.根据1的方法，其中，所述按每个卫星的码偏差包括由全球网络处 理器估计的按每个卫星的码偏差。

3.根据1-2之一的方法，其中，所述按每个卫星的电离层延迟包括从 多个区域网络站的观测结果估计的电离层延迟。

4.根据1-2之一的方法，其中，所述按每个卫星的电离层延迟是从所 述区域上的电离层延迟模型估计的。

5.根据1的方法，其中，所述校正数据进一步包括按每个卫星的电离 层相位偏差。

6.根据1-5之一的方法，其中，所述非电离层校正包括针对多个区域 网络站中的每一个的对流层延迟。

7.根据1-6之一的方法，其中，所述非电离层校正包括按每个卫星的 几何校正。

8.根据1-7之一的方法，其中，所述非电离层校正包括针对在所述接 收机处的视野中的每个卫星的表示卫星位置误差和卫星时钟误差的几何 校正。

9.根据8的方法，其中，从所述数据集创建漫游器校正包括，用在所 述漫游器处观测的相应卫星来识别每个几何校正。

10.根据8-9之一的方法，其中，使用所述漫游器观测结果和所述漫 游器校正来确定精确的漫游器位置包括：使用（i）广播星历表和（ii）精 确星历表中的至少一个来确定按每个卫星的几何范围，以及针对每个卫星 应用对所述几何范围的所述几何校正以获得按每个卫星的经过校正的几 何范围。

11.根据1-10之一的方法，其中，所述非电离层校正包括，针对在所 述漫游器处的视野中的每个卫星的针对所述区域中的三个位置中的每一 个的几何校正，并且其中，从所述校正数据创建漫游器校正包括，针对在 所述漫游器处的视野中的每个卫星，从所述三个位置的所述几何校正确定 近似漫游器位置的几何校正。

12.根据1-11之一的方法，其中，所述校正数据包括在多个区域网络 站处按每个卫星的电离层延迟，并且其中，从所述数据集创建漫游器校正 包括插入关于所述大概位置的电离层延迟。

13.根据1-11之一的方法，其中，所述校正数据包括在多个区域网络 站处按每个卫星的电离层延迟以及按每个卫星的电离层相位偏差，并且其 中，从所述数据集创建漫游器校正包括，针对每个卫星，为所述大概位置 插入绝对电离层延迟并与所述电离层相位偏差进行合并。

14.根据1-13之一的方法，其中，所述数据集包括在多个区域网络站 处按每个卫星的对流层延迟，并且其中，从所述数据集创建漫游器校正包 括插入关于所述大概位置的对流层延迟。

15.根据1-14之一的方法，其中，使用所述漫游器观测结果和所述漫 游器校正来确定精确的漫游器位置包括：将所述漫游器校正与所述漫游器 观测结果进行合并，以获得经过校正的漫游器观测结果，以及从所述经过 校正的漫游器观测结果确定所述精确的漫游器位置。

16.根据1-14之一的方法，其中，使用所述漫游器观测结果和所述漫 游器校正来确定精确的漫游器位置包括：

a.使用所述漫游器校正来为在所选位置处的视野中的多个卫星中的 每一个估计模拟参考站可观测量；

b.使用所述模拟参考站可观测量对所述漫游器观测结果进行差分处 理，以获得所述精确的漫游器位置。

17.根据16的方法，其中，使用所述漫游器校正来为在所选位置处的 视野中的多个卫星中的每一个估计模拟参考站可观测量包括，使用所述漫 游器校正来为在所选位置处可观测的多个卫星中的每一个估计至少一个 模拟参考站载波-相位观测结果。

18.根据16-17之一的方法，其中，使用所述漫游器校正来为在所选 位置处的视野中的多个卫星中的每一个估计模拟参考站可观测量包括，使 用所述漫游器校正来为在所述所选位置处可观测的多个卫星中的每一个 估计至少一个模拟参考站码观测结果。

19.根据16-18之一的方法，其中，所述所选位置是（i）所述漫游器 的所述大概位置和（ii）在所述漫游器的所述大概位置的100米之内的位 置。

20.根据16-19之一的方法，其中，使用所述漫游器校正来为在所选 位置处的视野中的多个卫星中的每一个估计模拟参考站可观测量是在距 所述漫游器远程位置处的处理器中执行的。

21.根据16-19之一的方法，其中，使用所述漫游器校正来为在所选 位置处的视野中的多个卫星中的每一个估计模拟参考站可观测量是在所 述漫游器处的处理器中执行的。

（计算机程序产品）

22.一种计算机程序产品，包括：计算机可用介质，该介质具有物理 实现在其中的计算机可读指令，所述计算机可读指令当由处理器执行时使 得所述处理器能够执行1-21之一的方法。

23.一种计算机程序，包括指令集合，当加载并由处理器执行时，该 指令集合使得所述处理器能够执行1-21之一的方法。

（设备）

24.一种用于确定位于区域内的漫游器的精确位置的设备，包括：

a.接收机，可操作用以获得包括至少两个载波频率上的GNSS信号的 码观测结果和载波-相位观测结果的漫游器观测结果；

b.校正数据接收机，可操作用于接收校正数据，所述校正数据包括：

至少一个按每个卫星的码偏差；

下列至少一个：（i）按每个卫星的固定特性MW偏差，以及（ii） 从中可导出按每个卫星的固定特性MW偏差的值；以及

下列至少一个：（iii）针对多个区域网络站中的每一个的按每个 卫星的电离层延迟，以及（iv）非电离层校正；

c.至少一个处理器，可操作用于从所述校正数据创建漫游器校正，以 及可操作用于使用所述漫游器观测结果和所述漫游器校正来确定精确的 漫游器位置。

25.根据24的设备，其中，所述按每个卫星的码偏差包括由全球网络 处理器估计的按每个卫星的码偏差。

26.根据24-25之一的设备，其中，所述按每个卫星的电离层延迟包 括从多个区域网络站的观测结果估计的电离层延迟。

27.根据24-25之一的设备，其中，所述按每个卫星的电离层延迟是 从所述区域上的电离层延迟模型估计的。

28.根据24的设备，其中，所述校正数据进一步包括按每个卫星的电 离层相位偏差。

29.根据24-28之一的设备，其中，所述非电离层校正包括针对多个 区域网络站中的每一个的对流层延迟。

30.根据24-29之一的设备，其中，所述非电离层校正包括按每个卫 星的几何校正。

31.根据24-30之一的设备，其中，所述非电离层校正包括针对在所 述接收机处的视野中的每个卫星的表示卫星位置误差和卫星时钟误差的 几何校正。

32.根据31的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于用在所述 漫游器处观测的相应卫星来识别每个几何校正。

33.根据31-32之一的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于： 使用（i）广播星历表和（ii）精确星历表中的至少一个来确定按每个卫星 的几何范围，以及针对每个卫星应用对所述几何范围的所述几何校正以获 得按每个卫星的经过校正的几何范围。

34.根据24-33之一的设备，其中，所述非电离层校正包括，针对在 所述漫游器处的视野中的每个卫星的针对所述区域中的三个位置中的每 一个的几何校正，并且其中，所述至少一个处理器可操作用于，针对在所 述漫游器处的视野中的每个卫星，从所述三个位置的所述几何校正确定近 似漫游器位置的几何校正。

35.根据24-33之一的设备，其中，所述校正数据包括在多个区域网 络站处按每个卫星的电离层延迟，并且其中，所述至少一个处理器可操作 用于插入关于所述大概位置的电离层延迟。

36.根据24-35之一的设备，其中，所述校正数据包括在多个区域网 络站处按每个卫星的电离层延迟以及按每个卫星的电离层相位偏差，并且 其中，所述至少一个处理器可操作用于针对每个卫星，为所述大概位置插 入绝对电离层延迟并与所述电离层相位偏差进行合并。

37.根据24-36之一的设备，其中，所述数据集包括在多个区域网络 站处按每个卫星的对流层延迟，并且其中，所述至少一个处理器可操作用 于插入关于所述大概位置的对流层延迟。

38.根据24-37之一的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于： 将所述漫游器校正与所述漫游器观测结果进行合并，以获得经过校正的漫 游器观测结果，以及从所述经过校正的漫游器观测结果确定所述精确的漫 游器位置。

39.根据24-38之一的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于： 使用所述漫游器校正来为在所选位置处的视野中的多个卫星中的每一个 估计模拟参考站可观测量，以及使用所述模拟参考站可观测量对所述漫游 器观测结果进行差分处理，以获得所述精确的漫游器位置。

40.根据39的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于，使用所 述漫游器校正来为在所选位置处可观测的多个卫星中的每一个估计至少 一个模拟参考站载波-相位观测结果。

41.根据39-40之一的设备，其中，所述至少一个处理器可操作用于， 使用所述漫游器校正来为在所述所选位置处可观测的多个卫星中的每一 个估计至少一个模拟参考站码观测结果。

42.根据39-41之一的设备，其中，所述所选位置是（i）所述漫游器 的所述大概位置和（ii）在所述漫游器的所述大概位置的100米之内的位 置。

43.根据39-42之一的设备，其中，所述至少一个处理器远离所述漫 游器。

44.根据39-42之一的设备，其中，所述至少一个处理器在所述漫游 器处。

8.C区域校正数据

（数据流）

1.一种用于在从漫游器观测结果确定位于区域内的漫游器的精确位 置中使用的校正数据流，所述漫游器观测结果包括至少两个载波频率上的 GNSS信号的码观测结果和载波-相位观测结果，所述校正数据流包括：至 少一个按每个卫星的码偏差、所述区域上的电离层延迟、所述区域上的对 流层延迟、以及按每个卫星的相位分级几何校正。

2.根据1的校正数据流，其中，所述校正数据流是通过对GNSS数 据进行处理产生的，所述GNSS数据导出自在位于区域内的多个站处对多 个历元上的多个卫星的GNSS信号的观测结果，其中，所述GNSS信号具 有至少两个载波频率，并且所述观测结果包括码观测结果和载波-相位观测 结果。

3.根据1-2之一的校正数据流，其中，所述校正数据流是通过下列操 作产生的：获得至少一个按每个卫星的码偏差，获得所述区域上的电离层 延迟，获得所述区域上的对流层延迟，以及获得按每个卫星的相位分级几 何校正。

4.根据1-3之一的校正数据流，其中，所述至少一个按每个卫星的码 偏差与整数载波-相位模糊度一致。

5.根据1-4之一的校正数据流，其中，所述码偏差包括与整数载波模 糊度一致的MW偏差。

6.根据4-5之一的校正数据流，其中，模糊度包括以下至少一个：（i） 宽巷模糊度以及（ii）L1和L2模糊度、（iii）L2E和L2C模糊度、以及（iv） 可从中确定宽巷模糊度的载波-相位模糊度的组合。

7.根据1-6之一的校正数据流，其中，所述区域上的所述电离层延迟 是从按每个站每个卫星的电离层延迟的观测结果估计的。

8.根据1-6之一的校正数据流，其中，所述区域上的所述电离层延迟 是从模型获得的。

9.根据1-8之一的校正数据流，进一步包括按每个卫星的电离层相位 偏差。

10.根据1-9之一的校正数据流，其中，所述区域上的所述对流层延 迟是从按每个站的对流层延迟的观测结果估计的。

11.根据10的校正数据流，其中，所述按每个站的对流层延迟包括按 每个站的天顶总延迟。

12.根据1-11之一的校正数据流，其中，估计所述按每个卫星的相位 分级几何校正，以保留载波-相位模糊度的整数特性。

13.根据1-12之一的校正数据流，其中，所述相位分级几何校正包括 按每个卫星的整数周期偏差。

14.根据1-13之一的校正数据流，包括（i）按每个站每个卫星的电 离层延迟和（ii）按每个站的对流层延迟中的至少一个。

15.根据1-14之一的校正数据流，其中，所述按每个卫星的相位分级 几何校正包括针对所述区域内的三个位置中的每一个的几何校正项，其中 可从所述区域确定所述区域内的任意位置处的几何校正。

8.D区域校正数据格式

（编码–方法）

1.一种用于准备GNSS校正消息的方法，包括：

a.接收校正数据，所述校正数据是从位于区域内的多个站处对多个历 元上的多个卫星的GNSS信号的观测结果导出的；

b.将所述区域校正数据分离成基本上涉及所有站的网络元素和涉及 所述站的子集的集群元素；

c.构建校正消息，该校正消息包括包含网络元素的至少一个网络消息 和包含集群元素的至少一个集群消息。

2.根据1的方法，其中，所述校正消息包括多个校正-消息历元，每 个校正消息历元都包括网络消息和至少一个集群消息。

3.根据1-2之一的方法，其中，第一校正-消息历元的所述校正消息 包括第一组集群的集群消息，且第二校正-消息历元的所述校正消息包括第 二组集群的集群消息。

4.根据1-3之一的方法，其中，所述站的每个子集的至少一个集群消 息被包括在一系列的校正-消息历元中。

5.根据1-4之一的方法，其中，所述网络元素包括按每个卫星的几何 校正和按每个卫星的码偏差中的至少一个。

6.根据5的方法，其中，所述网络元素包括以下至少一个：时间标签、 所述网络中的点的位置、以及随后的集群消息的数量。

7.根据1-6之一的方法，其中，所述集群元素包括以下至少一个：按 每个站的对流层缩放、按每个站每个卫星的电离层校正、和按每个站的位 置。

8.根据1-7之一的方法，其中，所述校正数据包括：至少一个按每个 卫星的码偏差、按每个卫星的固定特性MW偏差和从中能导出按每个卫星 的固定特性MW偏差的值中的至少一个，以及下列至少一个：针对多个区 域网络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟以及非电离层校正。

9.根据1-8之一的方法，其中，所述校正数据包括针对多个区域网络 站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟和按每个卫星的电离层相位偏 差。

10.根据1-8之一的方法，其中，所述网络元素包括按每个卫星的电 离层相位偏差，以及所述集群元素包括针对多个区域网络站中的每一个的 按每个卫星的电离层延迟。

（编码–计算机程序产品）

11.一种计算机程序产品，包括：计算机可用介质，该介质具有物理 实现在其中的计算机可读指令，所述计算机可读指令当由处理器执行时使 得所述处理器能够执行1-10之一的方法。

12.一种计算机程序，包括指令集合，当加载并由处理器执行时，该 指令集合使得所述处理器能够执行1-10之一的方法。

（编码-设备）

13.一种包括具有指令的处理器的设备，所述指令使得所述处理器能 够通过以下步骤来针对从在位于区域内的多个站处对多个历元上的多个 卫星的GNSS信号的观测结果导出的校正，准备GNSS校正消息：将所述 区域校正数据分离成基本上涉及所有站的网络元素和涉及所述站的子集 的集群元素；以及构建校正消息，该校正消息包括包含网络元素的至少一 个网络消息和包含集群元素的至少一个集群消息。

14.根据13的设备，其中，所述校正消息包括多个校正-消息历元， 每个校正消息历元都包括网络消息和至少一个集群消息。

15.根据13-14之一的设备，其中，第一校正-消息历元的所述校正消 息包括第一组集群的集群消息，且第二校正-消息历元的所述校正消息包括 第二组集群的集群消息。

16.根据13-15之一的设备，其中，所述站的每个子集的至少一个集 群消息被包括在一系列的校正-消息历元中。

17.根据13-16之一的设备，其中，所述网络元素包括按每个卫星的 几何校正和按每个卫星的码偏差中的至少一个。

18.根据17的设备，其中，所述网络元素包括以下至少一个：时间标 签、所述网络中的点的位置、以及随后的集群消息的数量。

19.根据13-18之一的设备，其中，所述集群元素包括以下至少一个： 按每个站的对流层缩放、按每个站每个卫星的电离层校正、和按每个站的 位置。

20.根据13-19之一的设备，其中，所述校正数据包括：至少一个按 每个卫星的码偏差、按每个卫星的固定特性MW偏差和从中能导出按每个 卫星的固定特性MW偏差的值中的至少一个，以及下列至少一个：针对多 个区域网络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟以及非电离层校正。

21.根据13-20之一的设备，其中，所述校正数据包括针对多个区域 网络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟和按每个卫星的电离层相 位偏差。

22.根据13-20之一的设备，其中，所述网络元素包括按每个卫星的 电离层相位偏差，以及所述集群元素包括针对多个区域网络站中的每一个 的按每个卫星的电离层延迟。

（解码–方法）

1.一种用于从校正消息准备区域GNSS校正的方法，所述校正消息具 有至少一个网络消息和至少一个集群消息，所述网络消息包括涉及位于区 域内的站的网络中的基本上所有站的网络元素，所述至少一个集群消息中 的每个集群消息都包括涉及所述站的相应子集的集群元素，所述方法包 括：从所述至少一个网络消息提取网络元素；从所述至少一个集群消息提 取集群元素；以及从所述网络元素和所述集群元素准备适用于漫游器观测 结果以确定所述区域内的漫游器的精确位置的校正数据。

2.根据1的方法，其中，所述校正消息包括多个校正-消息历元，每 个校正消息历元都包括网络消息和至少一个集群消息。

3.根据1-2之一的方法，其中，第一校正-消息历元的所述校正消息 包括第一组集群的集群消息，且第二校正-消息历元的所述校正消息包括第 二组集群的集群消息。

4.根据1-3之一的方法，其中，所述站的每个子集的至少一个集群消 息被包括在一系列的校正-消息历元中。

5.根据1-4之一的方法，其中，所述网络元素包括按每个卫星的几何 校正和按每个卫星的码偏差中的至少一个。

6.根据5的方法，其中，所述网络元素包括以下至少一个：时间标签、 所述网络中的点的位置、以及随后的集群消息的数量。

7.根据1-6之一的方法，其中，所述集群元素包括以下至少一个：按 每个站的对流层缩放、按每个站每个卫星的电离层校正、和按每个站的位 置。

8.根据1-7之一的方法，其中，所述校正数据包括：至少一个按每个 卫星的码偏差、按每个卫星的固定特性MW偏差和从中能导出按每个卫星 的固定特性MW偏差的值中的至少一个，以及下列至少一个：针对多个区 域网络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟以及非电离层校正。

9.根据1-8之一的方法，其中，所述校正数据包括针对多个区域网络 站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟和按每个卫星的电离层相位偏 差。

10.根据1-8之一的方法，其中，所述网络元素包括按每个卫星的电 离层相位偏差，以及所述集群元素包括针对多个区域网络站中的每一个的 按每个卫星的电离层延迟。

（解码–计算机程序产品）

11.一种计算机程序产品，包括：计算机可用介质，该介质具有物理 实现在其中的计算机可读指令，所述计算机可读指令当由处理器执行时使 得所述处理器能够执行1-10之一的方法。

12.一种计算机程序，包括指令集合，当加载并由处理器执行时，该 指令集合使得所述处理器能够执行1-10之一的方法。

（解码-设备）

13.一种包括具有指令的处理器的设备，所述指令使得所述处理器能 够通过以下操作从校正消息准备区域GNSS校正，所述校正消息具有至少 一个网络消息和至少一个集群消息，所述网络消息包括涉及位于区域内的 站的网络中的基本上所有站的网络元素，所述至少一个集群消息中的每个 集群消息都包括涉及所述站的相应子集的集群元素：从所述至少一个网络 消息提取网络元素；从所述至少一个集群消息提取集群元素；以及从所述 网络元素和所述集群元素准备适用于漫游器观测结果以确定所述区域内 的漫游器的精确位置的校正数据。

14.根据13的设备，其中，所述校正消息包括多个校正-消息历元， 每个校正消息历元都包括网络消息和至少一个集群消息。

15.根据13-14之一的设备，其中，第一校正-消息历元的所述校正消 息包括第一组集群的集群消息，且第二校正-消息历元的所述校正消息包括 第二组集群的集群消息。

16.根据13-15之一的设备，其中，所述站的每个子集的至少一个集 群消息被包括在一系列的校正-消息历元中。

17.根据13-16之一的设备，其中，所述网络元素包括按每个卫星的 几何校正和按每个卫星的码偏差中的至少一个。

18.根据17的设备，其中，所述网络元素包括以下至少一个：时间标 签、所述网络中的点的位置、以及随后的集群消息的数量。

19.根据13-18之一的设备，其中，所述集群元素包括以下至少一个： 按每个站的对流层缩放、按每个站每个卫星的电离层校正、和按每个站的 位置。

20.根据13-19之一的设备，其中，所述校正数据包括：至少一个按 每个卫星的码偏差、按每个卫星的固定特性MW偏差和从中能导出按每个 卫星的固定特性MW偏差的值中的至少一个，以及下列至少一个：针对多 个区域网络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟以及非电离层校正。

21.根据13-20之一设备，其中，所述校正数据包括针对多个区域网 络站中的每一个的按每个卫星的电离层延迟和按每个卫星的电离层相位 偏差。

22.根据13-20之一的设备，其中，所述网络元素包括按每个卫星的 电离层相位偏差，以及所述集群元素包括针对多个区域网络站中的每一个 的按每个卫星的电离层延迟。

具有精确卫星数据的GNSS信号处理

相关申请的交叉引用

背景技术

简要总结

部分A：Melbourne-Wübbena偏差处理

[(图11)]

部分B：轨道处理

[(图26B)]

部分C：相位分级时钟处理

[(图29)]

部分D：具有合成基站数据的漫游器处理

[(图38)]

部分E：具有模糊度固定的漫游器处理

[(图48)]

附图说明

图1示出了根据本发明一些实施例的系统的高层级的视图；

图2示出了根据本发明一些实施例的系统数据和系统的高层级的视 图；

图3是根据本发明一些实施例的网络处理器架构的示意图；

图4是根据本发明一些实施例的数据校正的示意图；

图5是根据本发明一些实施例的观测结果的线性组合的示意图；

图6是一般卡尔曼（Kalman）滤波处理的示意图；

图7是根据本发明一些实施例的码分级（code-leveled）的时钟处理器 的示意图；

图8、图9和图10被删除；

图11是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理流的 示意图；

图12是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理流的 示意图；

图13A示出了根据本发明一些实施例的非差Melbourne-Wübbena偏 差处理器的滤波状态；

图13B示出了根据本发明一些实施例的单差Melbourne-Wübbena偏 差处理器的滤波状态；

图14是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图15是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图16是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图17是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图18是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图19A是GNSS站和卫星的观测图；

图19B是示出作为顶点的站和卫星以及作为边缘的站-卫星观测结果 的抽象图；

图19C示出了图19B的最小生成树；

图19D示出了具有受约束的边缘的最小生成树；

图19E是GNSS站和卫星的非差观测图；

图19F是与图19E的观测图对应的滤波图；

图19G是GSNN站和卫星的单差观测图；

图19H是与图19G的观测图对应的滤波图；

图19I是比较非差和单差处理中的约束的一组观测结果图；

图20是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图21A示出了非差观测图上的生成树；

图21B示出了非差观测图上的最小生成树；

图21C示出了单差观测图上的生成树；

图21D示出了单差观测图上的最小生成树；

图22是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器的 示意图；

图23A是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器 的示意图；

图23B是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器 的示意图；

图24A是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器 的示意图；

图24B是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena滤波处理的 示意图；

图24C是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena滤波处理的 示意图；

图24D是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena滤波处理的 示意图；

图25A是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器 的示意图；

图25B示出了根据本发明一些实施例的移位偏差效应；

图25C是根据本发明一些实施例的Melbourne-Wübbena偏差处理器 的示意图；

图26A是根据本发明一些实施例的轨道处理器的启动的示意图；

图26B是根据本发明一些实施例的轨道处理器的示意图；

图26C是根据本发明一些实施例的轨道处理器的轨道映射器的示意 图；

图26D是根据本发明一些实施例的轨道处理器的轨道映射器的示意 图；

图27A是根据本发明一些实施例的码分级的时钟处理的时序图；

图27B是根据本发明一些实施例的码分级的时钟处理的时序图；

图28A是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示 意图；

图28B是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示 意图；

图28C是根据本发明一些实施例的高速码分级的卫星时钟处理器的示 意图；

图29是根据本发明一些实施例的高速相位分级（phase-leveled）的卫 星时钟处理器的示意图；

图30A是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图30B是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图30C是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图31是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图32是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图33是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图34是根据本发明一些实施例的高速相位分级的卫星时钟处理器的 示意图；

图35空白；

图36是根据本发明一些实施例的网络处理器计算机系统的示意图；

图37是根据本发明一些实施例的积分GNSS接收机系统的简化示意 图；

图38是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的GNSS漫游器 处理的示意图；

图39示出了根据本发明一些实施例的观测时钟预测；

图40是根据本发明一些实施例的用于生成合成基站数据的处理的示 意图；

图41空白；

图42是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS 漫游器处理的示意图；

图43是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS 漫游器处理的示意图；

图44是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的低时延GNSS 漫游器处理的时序图；

图45是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的高准确性GNSS 漫游器处理的时序图；

图46是根据本发明一些实施例的使用合成基站数据的替代性GNSS 漫游器处理的示意图；

图47示出了与不使用模糊度固定的GNSS漫游器处理相比，根据本 发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处理的性能；

图48是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图49是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图50是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图51是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图52是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图53是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图54是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图55是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图56是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图57是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图58是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图59是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图60是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；

图61是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图；和

图62是根据本发明一些实施例的使用模糊度固定的GNSS漫游器处 理的示意图。

具体实施方式

部分1：系统概览

GNSS包括GPS、Galileo、Glonass、Compass和其他类似的定位系 统。尽管这里给出的例子是针对GPS处理的，然而其原理适用于任何这种 定位系统。

对实时的定义：在本文件中提到了几次术语“实时”。在由下列实施 例所涵盖的本发明的范围中，该术语是指只要一个动作所需要的信息可用 就有该动作（例如数据被处理、计算结果）。因此，存在特定的时延，并 且这依赖于取决于系统元件的不同方面。如下文所述，对于本文件中所涵 盖的应用，所需要的信息通常是GNSS数据，和/或GNSS校正。

实时运行的网络处理器能够在以下动作之后提供关于来自监控接收 机网络的数据的一个历元（epoch）的结果：（la）数据被每个监控接收机 收集（通常小于1兆秒）；（lb）数据被从每个接收机发送给处理中心（通 常小于2秒）；（lc）数据被处理器处理。网络处理器对结果的计算通常占 0.5至5秒之间，这取决于处理器类型和要使用的数据量。

通常，在传输延迟上不遵循特定限制（例如3秒）的数据被拒绝或缓 存，并且因而没有被立即用于当前的历元更新。这避免了在一个或多个站 正在以不可接受的延迟量发送数据的情况下增大系统的时延。

实时运行的漫游器接收机能够在接收机收集了数据（通常小于1兆 秒）以及以下动作之后，提供关于数据的一个历元的结果：（2a）处理中心 生成校正数据（参见1a、1b、1c）；（2b）接收到来自处理中心的校正数据 （如果需要的话）（通常小于5秒）；（2c）数据被处理（通常小于1兆秒）。

为了避免或最小化由（2a）和（2b）引发的数据延迟效应，可以使用 一种三角相位（delta phase）方法，使得更新的接收机位置能够在数据被 收集之后就被立即与校正数据流进行计算（通常小于1兆秒）。该三角相位 方法例如描述在2009年8月18日授权的U.Vollath的美国专利7576690 中。

图1和图2示出了根据本发明一些实施例的系统100的高层级的视图。 地球上分布了全球跟踪网络的参考站，例如参考站105、110、…115。非 常精确地知道每个参考站的位置，例如，在小于2厘米以内。每个参考站 都配备有天线，并跟踪由该站看到的卫星发送的GNSS信号，所述卫星例 如是GNS卫星120、125、…130。GNSS信号具有在两个或多个载波频率 的每一个上调制的码。每个参考站获得GNSS数据205，该数据代表了针 对在每个历元处看到的每个卫星，至少两个载波的载波-相位（载波）观测 结果（observations）210，以及在至少两个载波上调制的各自的码的伪距 （码）观测结果215。参考站还从卫星信号获得卫星的历书和星历表220。 历书包括GNSS的所有卫星的粗略位置，而所谓的广播星历表提供了在特 定时间间隔中卫星的时钟误差（大约1.5米）以及卫星位置的更精确的预 测（大约1米）。

在参考站收集的GNSS数据经由通信信道135被发送给网络处理器 140。如下文详述的，网络处理器140使用来自参考站的GNSS数据以及 其他信息来生成包含精确的卫星位置和时钟数据的校正消息。该校正消息 被发送给任何数量的GNSS漫游器接收机使用。如图1所示，该校正消息 被经由上行链路150和通信卫星155传送以便用于大范围广播；可使用任 何其他合适的传输介质，包括但不限于无线电广播或移动电话链路。漫游 器160是GNSS漫游器接收机的实例，其具有用于接收并跟踪在其位置可 看到的GNSS卫星的信号的GNSS天线165，并且可选地具有通信天线170。 根据该校正消息的传输频带，其可由漫游器160经由GNSS天线165或通 信天线170来接收。

部分2：网络架构

图3是示出了根据本发明一些实施例的网络处理器140的处理流300 的主要元件的示意图。将来自参考站310的全球网络的GNSS数据作为 GNSS数据305不带校正地、或者在通过可选的数据校正器310校正后作 为已校正GNSS数据315，提供给四个处理器：标准时钟处理器320、 Melbourne-Wübbena（MW）偏差处理器325、轨道处理器330以及相位 时钟处理器335。

数据校正器310可选地分析来自每个参考站的原始GNSS数据305， 以检查所接收的观测结果的质量，并且在可能的情况下校正关于周跳 （cycle slip）的数据，所述周跳在发生例如每次接收机丢失时钟时，在载 波相位观测结果中跳动。商业可用的参考站通常检测周跳并且相应地标记 数据。周跳检测和校正技术在例如G.Seeber所著的SATELLITE  GEODESY,第2版（2003年），第277-281页有所概述。数据校正器310 可选地应用其他校正。尽管对于所有处理器而言并非需要所有校正，然而 如果被应用到数据，校正确实没有坏处。例如，如下文所述，一些处理器 使用码和载波观测结果的线性组合，其中一些未校正误差在形成组合时被 抵消。

观测结果在每个参考站被逐个历元地获取，并被带时间标签地传送给 网络处理器140。对于一些站来说，观测结果延迟到达。这个延迟散布在 毫秒到分钟之间。因此，可选的同步器318对在预定时间跨度内的已校正 参考站数据的数据进行收集，并将关于每个历元的观测结果作为集合传递 给处理器。这使得以合理延迟到达的数据能够被包含在数据的历元中。

MW偏差处理器325将未校正GNSS数据305或已校正GNSS数据 315作为输入，因为它使用Melbourne-Wübbena线性组合，该组合除了相 位和码观测结果的偏差和模糊度之外抵消了所有内容。因此，对于宽巷处 理器325，只有接收机和卫星天线校正是重要的。基于该线性组合，计算 针对每个卫星的一个MW偏差和针对每个接收机-卫星对的一个宽巷模糊 度。偏差是平滑的（无噪声），并且仅表现出一些日以内（sub-daily）的低 速变化。宽巷模糊度是恒量，并且只要在相应的卫星-接收机链路上的观测 结果中没有发生周跳，就可被使用。因此，时间对于偏差估计而言并不十 分关键，并且偏差估计能够例如以15分钟的更新速度来运行。这是有利的， 因为计算时间是以站和卫星的数目的三次方来增长的。作为例子，对于具 有80个站的合理网络而言，计算时间可以大约是15秒。固定宽巷模糊度 340和/或宽巷偏差345的值可选地被用于轨道处理器330和/或相位时钟处 理器335，和/或被提供给调度器355。MW偏差处理器325在下文的部分 7中进行了详细描述。

轨道处理器330的一些实施例基于预测-校正策略。使用精确强制模型 （precise force model）并以对卫星参数的未知值的初始推测（初始位置、 初始速度和动态强制模型参数）作为开始，每个卫星的轨道通过对卫星的 非线性动态系统的积分来预测。包括对未知参数的当前位置的偏导数的敏 感度矩阵被同时计算。初始卫星状态的敏感度在针对整个预测的计算的同 时被计算。也就是说，起始于对未知参数的预测，求解微分方程组，这将 轨道积分到当前时间或将来时间。该预测可被线性化到未知参数的方向 中。因此，如果未知参数改变，则偏导数（敏感度）用作对当前卫星状态 的改变大小的测量，反之亦然。

在一些实施例中，这些偏导数被用于卡尔曼（Kalman）滤波器，以便 通过将GNSS观测结果投射到卫星的未知参数来改善初始推测。该精确的 初始状态估计用于再次对卫星的动态系统进行积分并确定精确的轨道。不 时地执行初始卫星状态到当前历元的时间更新。在一些实施例中，无电离 层模糊度也是卡尔曼滤波器的状态。固定的宽巷模糊度值340被用来固定 轨道处理器330的无电离层模糊度，以便增强所估计的轨道的准确性。卫 星轨道非常平滑，并且能够对若干分钟和小时进行预测。精确的轨道预测 结果350可选地被转发给标准时钟处理器320和相位时钟处理器335以及 调度器355。

超速轨道360，例如国际GNSS服务（IGS）提供的IGU轨道，可用 作对精确轨道预测结果355的替代。IGU轨道一天更新四次，并且以三小 时时延地可用。

标准时钟处理器320使用GNSS数据305或已校正GNSS数据315， 并使用精确轨道预测结果355或超速轨道365，来计算码分级的卫星时钟 360（也被称为标准卫星时钟）。码分级的表明时钟与无电离层码观测结果 一起使用时是足够的，但是与载波-相位观测结果一起使用时则不是足够 的，这是因为码分级的时钟不保持模糊度的整数特性。由标准时钟处理器 320计算的码分级的时钟360表征卫星之间的时钟误差差异。标准时钟处 理器320将广播星历表的时钟误差用作伪观测结果，并将所估计的时钟调 整到GPS时间，使得它们可用于计算例如，卫星信号的传输的确切时间。 时钟误差变得很快，但是对于与相当吵杂的码测量一起的使用来说，厘米 级的准确度是足够的。因此，30秒至60秒的“低速”更新速度是适当的。 这是有利的，因为计算时间以站和卫星数目的三次方来增长。标准时钟处 理器325还将对流层峰值延迟365确定为估计处理的副产品。对流层峰值 延迟和码分级的时钟被发送给相位时钟处理器335。标准时钟处理器320 在下文的部分6进行详细描述。

相位时钟处理器335可选地连同对流层峰值延迟365和精确轨道350 或IGU轨道360一起，使用来自宽巷处理器325的MW偏差345和/或固 定宽巷模糊度340，以便估计关于每对卫星的窄巷模糊度和单差（single  difference）时钟误差。单差时钟误差和窄巷模糊度被组合，以获得对于每 个卫星（除了参考卫星）的单差相位分级的时钟误差370，其相对于参考 卫星而言是单差的。低速码分级的时钟360、对流层峰值延迟365和精确 的轨道350或IGU轨道360用于估计高速码分级的时钟375。这里，计算 工作量与站的数量是线性关系，并且是卫星数量的三次方。快速改变的相 位分级的时钟370和码分级的时钟375以例如0.1秒-0.2秒的延迟可用。 高速相位分级的时钟370和高速码分级的时钟375与MW偏差340一起， 被发送到调度器355。相位时钟处理器340在下文的部分9进行详细描述。

调度器355接收轨道（精确轨道350或IGU轨道360）、MW偏差340、 高速相位分级的时钟370和高速码分级的时钟375。调度器355将这些打 包到一起，并将已打包的轨道和时钟以及偏差380转发给消息编码器385， 该编码器准备压缩格式的校正消息390，用于向漫游器的传输。到漫游器 的传输在卫星链路上占用例如大约10秒-20秒，但也可以使用移动电话或 直接互联网连接或其它合适的通信链路来完成。在下文的部分10中详细描 述调度器355和消息编码器。

部分3：观测（observation）数据校正器

图4是根据本发明一些实施例的数据校正的示意图。可选的观测校正 器310对在参考站收集的GNSS信号进行校正，该校正针对：由于作用于 地球的离心力、回转力和重力而造成的站移位，站的天线相位中心相对于 站的天线安装点的位置，站的天线相位中心相对于卫星轨道给出的卫星质 量中心的位置，以及取决于站天线和卫星天线的对准方式的这些相位中心 的变化。

站位移的主要原因是高达500毫米的固体潮（earth tide）、高达100 毫米的海洋潮汐负荷，以及高达10毫米的极点潮。所有这些都取决于站位 于哪里。可在McCarthy,D.D.,Petit,G.（编）IERS Conventions（2003）, IERS Technical Note No.32以及其中引用的参考文献中找到更多描述。

由作用于地球的松散体上的天体（主要是月亮）力导致的海洋潮汐还 会引起大陆板块被提升和降低。该熟知的效应表现为参考站位置的重复变 化。可选地对固体地球潮进行计算以便用于网络处理以及漫游器处理，因 为该效应不应当被忽略并且计算工作量较小。

第二大效应是大陆的板块变形，这归因于与潮汐一起随时间变化的海 洋负荷。用于快速计算站随时间的位移的海洋潮汐负荷参数取决于站的位 置。用来得出这些参数的计算工作量相当大。对于给定的位置，可使用任 何可通过Onsala空间天文台海洋（Onsala Space Observatory Ocean， http://www.oso.chalmers.se/～loading/，Chalmers：Onsala Space  Observatory，2009）提供的在线海洋-潮汐-负荷（ocean-tide-loading）服 务获得的熟知模型，对这些参数进行计算。较低准确度的参数，例如来自 预先计算的网格的内插，对于这里讨论的应用而言是足够的。

这里提到的最小效应归因于极点潮。这个位移归因于地球的两极运动 产生的离心和回转效应引起的板块的升起。地球定向参数用于该计算。这 些会被有规律地更新在国际地球自转和参考系统服务（International Earth  Rotation&Reference System Service），http://hpiers.obspm.fr/，巴黎天文 台，2009，并且不容易计算。这个较小的效应因而在漫游器处理中可选地 被忽略。

绝对校正的天线模型用于计算接收机和卫星天线相位中心的偏移和 变化。可在J.Kouba所著的“A Guide to Using International GPS Service (IGS)Products”（Geoodetic Survey Division Natural Resources，加拿大， 2003年2月）找到介绍。通过IGS收集的校正数据可从 http://igscb.jpl.nasa.gov/上2009年的antex文件中获得；卫星天线偏移信 息例如可在IGS绝对天线文件（IGS absolute antenna file）igs05.atx中 找到。

另一个效应是天线相位缠绕（wind-up）。如果接收机天线相对于发送 器天线移动，则所记录的数据就显示出相位移动。如果该效应被忽略，则 卫星围绕发送轴的360度转体（full turn）将导致在接收机处检测到的载 波-相位中一个周期的误差。由于卫星相对于接收机的定向多数时候是已知 的，所以该效应可被建模，如Wu J.T.,Hajj G.A.，Bertiger W.I.以及Lichten  S.M.的“Effects of antenna orientation on GPS carrier phase” （MANUSCRIPTA GEODAETICA，第18卷91-98页（1993））中所介绍 的。

站和卫星的相对移动主要原因是绕轨道运行的卫星。如果卫星是遮挡 的（这意味着卫星的轨道横跨地球的阴影），则可能有卫星围绕其发送轴 的额外旋转。例如，GPS Block IIA卫星具有正午旋转以及交叉运行 （crossing maneuver）的阴影，而GPS Block IIR卫星则具有正午旋转和 午夜旋转。如果太阳、地球和卫星几乎在同一直线上，则难以计算旋转运 行的方向，并且不正确的方向将导致一个周期的载波-相位中的误差。卫星 的偏航飞行姿态对相位缠绕和卫星天线校正有影响。可在Kouba,J.的“A  simplified yaw-attitude model for eclipsing GPS satellites”（GPS SOLUTIONS（2008））、和Bar-Sever,Y.E.的“A new model for GPS yaw  attitude”（JOURNAL OF GEODESY,第70卷714-723页（1996））中找 到更详细的介绍。

需要太阳位置以便对卫星体固定的坐标框架进行计算，因为x轴是通 过卫星位置和太阳位置的向量积来定义的。该坐标系统用于计算偏航飞行 姿态、卫星的天线校正（偏移和变化，映射到正弦视角中）以及相位缠绕 校正。对于固体地球潮来说，也需要月亮的位置。可在例如Seidelmann,P.K. （编）“Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac”（University  Science Books,U.S.（1992））中找到如何计算太阳和月亮的位置。

还可应用进一步的校正，尽管这些对于市场需要的定位准确度级别而 言仅仅是较小的益处。

不需要在可选的数据校正器310中考虑作为校正关于相对效应、电离 层和对流层延迟的附加效应。相对校正通常被应用于卫星时钟。

归因于电离层的主要第一顺序效应通过使用GNSS观测结果的无电离 层组合而被消除，并且归因于对流层的效应在一些实施例中被部分地建模 并被部分地估计。

部分4：形成线性组合

4.1基本建模等式

对于接收机i和卫星j之间调制类型为m、频带k上的码Pi,jkm和载波相 位观测结果¹而言，假设以下观测模型将观测结果关联到特定物理量，

$P_{i,\mathrm{km}}^j={\rho }_i^j+c{\mathrm{\Delta t}}_i-c{\mathrm{\Delta t}}^j+{T_i}^j+I_{P,i,k}^j+b_{P,i,\mathrm{km}}-b_{P,\mathrm{km}}^j+m_{P,i,\mathrm{km}}^j+{ϵ}_{P,i,\mathrm{km}}^j.---\left(1\right)$

${\Phi }_{i,\mathrm{km}}^j={\rho }_i^j+c{\mathrm{\Delta t}}_i-c{\mathrm{\Delta t}}^j+{T_i}^j+I_{\Phi ,i,k}^j+b_{\Phi ,i,k}-b_{\Phi ,k}^j+{\lambda }_k{N}_{i,k}^j+m_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^j+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^j.---\left(2\right)$

其中，是从卫星j到接收机i的几何距离，

c是光速，

Δt_i是接收机i的时钟误差，

Δt^j是卫星j的时钟误差，

T_i^j是从卫星j到接收机i的对流层延迟，

是频率f_k上的码电离层延迟，

是频率f_k上的载波相位电离层延迟，

b_P,i,km是码接收机偏差，

是码卫星偏差，

b_Φ,i,k是相位接收机偏差（独立于调制类型m），

是相位卫星偏差（独立于调制类型m），

是从卫星j到接收机i在波长λ_k上的整数模糊度项，

是从卫星j到接收机i的码多径，

是从卫星j到接收机i的相位多径，

是码随机噪声项，

是相位随机噪声项。

可以通过假设频带上的不同相位信号已经移动到接收机内的共同基 点（base），来抑制相位观测中的调制类型相关性，例如，L2C被假设移 动-0.25周期，以补偿用以调制它的正交相位的90度旋转。然而，噪声和

多径项（通常没有被建模）对于不同调制类型的相位观测仍存在不同的影 响。

不同调制类型（也被称为码类型）的实例是，在GPS的情况下，LI 频带上的L1C/A、L1P、L1C，以及L2频带上的L2C、L2P，以及Glonass 的情况下，L1C/A、LIP和L2C/A、L2P。

注意到这里针对载波相位观测结果使用的符号Ф，也被用于卡尔曼滤 波器背景下的时间转换矩阵（transition matrix）。对于这两种情况，Ф是 用于科技文献中的标准符号，并且我们采用该符号。从上下文总是可以明 白Ф的含义。

在下文中，我们忽略二阶和三阶电离层项，它们通常在小于2厘 米的范围内（Morton,van Graas,Zhou,和Herdtner,2008），（Datta-Barua, Walter,Blanch,和Enge,2007）。这样，其中只 有在非常剧烈的地磁活动条件下，二阶和三阶项才会达到几十厘米。然而， 这些条件在很多年中只有几天才会发生。可通过电离层模型基于 Appleton-Hartree等式来将较高阶电离层项考虑在内，该等式将通过电离 层传播的右旋圆极化波的相位折射率关联于波频率f_k、电子密度和地球磁 场。对Appleton-Hartree等式的近似允许将二阶和三阶电离层项的参数 关联到一阶电离层估计参数该一阶电离层估计参数是沿着 信号传播路径对全体电子内容的测量。因此，可以在至少两个频率上的观 测数据的基础上对较高阶电离层项进行校正。

下文中，我们会经常提到无电离层（IF，ionospheric-free）线性组合。 然而，应当指出，这些线性组合仅仅抵消了一阶电离层项，并且因此不是 完全的无电离层。

1、观测结果的线性组合

通过以线性方式组合若干码和载波相位观测结果 $\mathrm{IC}=\underset{i,j,k,m}{\Sigma }{a}_{P,i,\mathrm{km}}^j{P}_{i,\mathrm{km}}^j+a_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^j{\Phi }_{i,\mathrm{km}}^j,$其中对于所有的i,j,k,m，$a_{P,i,\mathrm{km}}^j,a_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^j\in R---\left(3\right)$

可以从线性组合LC删除一些物理量，使得在线性组合被用作估计器 的观测输入的情况下，这些量不是必须被估计。这样，一些线性组合便尤 为重要。

两个卫星j₁和j₂之间的单差（SD，single difference）观测结果消除了 所有不是卫星相关的量，即，不具有卫星索引j的量。

限定形式上通过用j₁j₂代替每个索引j，并忽略所有没 有卫星索引j的项，来获得卫星间SD观测结果。

$P_{i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}={\rho }_i^{j_1{j}_2}-c{\mathrm{\Delta t}}^{j_1{j}_2}+{T_i}^{j_1{j}_2}+I_{P,i,k}^{j_1{j}_2}-b_{P,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}+m_{P,i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}+{ϵ}_{P,i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}.---\left(4\right)$

${\Phi }_{i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}={\rho }_i^{j_1{j}_2}-c{\mathrm{\Delta t}}^{j_1{j}_2}+{T_i}^{j_1{j}_2}+I_{\Phi ,i,k}^{j_1{j}_2}-b_{\Phi ,k}^{j_1{j}_2}+{\lambda }_k{N}_{i,k}^{j_1{j}_2}+m_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}.---\left(5\right)$

这样，在线性组合中消除了接收机时钟和接收机偏差项。

以相同的方式，两个接收机i₁和i₂之间的单差观测结果消除了所有不 是接收机相关的量，即，没有接收机索引i的量。

通过在卫星间单差观测结果（4）和（5）上生成两个接收机i₁和i₂之 间的差分，获得也从（4）和（5）消除所有接收机相关项的双差（DD，double  difference）观测结果。

限定$X_{i_1{i}_2}^{j_1{j}_2}:=X_{i_2}^{j_1{j}_2}-X_{i_1}^{j_1{j}_2}=(X_{i_2}^{j_2}-X_{i_2}^{j_1})-(X_{i_1}^{j_2}-X_{i_1}^{j_1}),$通过用i₁i₂代替每个索引i， 并忽略所有没有接收机索引i的项，形式上从（4）和（5）获得DD观测 结果。

$P_{i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}={\rho }_{i_1{i}_2}^{j_1{j}_2}+T_{i_1{i}_2}^{j_1{j}_2}+I_{P,i_1{i}_2,k}^{j_1{j}_2}+m_{P,i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}+{ϵ}_{P,i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}---\left(6\right)$

${\Phi }_{i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}={\rho }_{i_1{i}_2}^{j_1{j}_2}+T_{i_1{i}_2}^{j_1{j}_2}+I_{\Phi ,i_1{i}_2,k}^{j_1{j}_2}+{\lambda }_k{N}_{i_1{i}_2,k}^{j_1{j}_2}+m_{\Phi ,i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}+{ϵ}_{\Phi ,i_1{i}_2,\mathrm{km}}^{j_1{j}_2}---\left(7\right)$

这样，在线性组合中也消除了卫星时钟和卫星偏差。

下文中，我们假设所有码观测结果都对应于同一调制类型，使得 可抑制调制类型索引m。

对于我们的目的来说，以不同方式抵消一阶电离层延迟的两个线性 组合尤为重要：关于码和载波相位的无电离层（iono-free）线性组合，以 及包括宽巷（WL，widelane）载波相位和窄巷（NL，narrowlane） 码观测结果的Melbourne-Wübbena（MW）线性组合 其中波长${\lambda }_{\mathrm{WL}}=\frac{c}{f_{\mathrm{WL}}}:=\frac{c}{f_1-f_2}$以及${\lambda }_{\mathrm{NL}}=\frac{c}{f_{\mathrm{NL}}}:=\frac{c}{f_1+f_2},$（Melbourne， 1985），（Wübbena，1985），

$\left(\begin{array}{c}{P}_{i,\mathrm{NL}}^j={\rho }_i^j+c{\mathrm{\Delta t}}_i-c{\mathrm{\Delta t}}^j+{T_i}^j+{\lambda }_{\mathrm{NL}}(\frac{b_{P,i,1}}{{\lambda }_1}+\frac{b_{P,i,2}}{{\lambda }_2})-{\lambda }_{\mathrm{NL}}(\frac{b_{P,1}^j}{{\lambda }_1}+\frac{b_{P,2}^j}{{\lambda }_2})\\ +{\lambda }_{\mathrm{NL}}(\frac{I_i^j}{{\lambda }_1{f_1}^2}+\frac{I_i^j}{{\lambda }_2{f_2}^2})+{\lambda }_{\mathrm{NL}}(\frac{m_{P,i,1}^j+{ϵ}_{P,i,1}^j}{{\lambda }_1}+\frac{m_{P,i,2}^j+{ϵ}_{P,i,2}^j}{{\lambda }_2})\end{array}\right)---\left(8\right)$

使得

其中，WL-相位中的电离层项与NL-码中的电离层项相抵消，因为

$\left(\begin{array}{c}-{\lambda }_{\mathrm{WL}}(\frac{1}{{\lambda }_1{f_1}^2}-\frac{1}{{\lambda }_2{f_2}^2})-{\lambda }_{\mathrm{NL}}(\frac{1}{{\lambda }_1{f_1}^2}+\frac{1}{{\lambda }_2{f_2}^2})=-\frac{c}{f_1-f_2}(\frac{c}{f_1}-\frac{c}{f_2})-\frac{c}{f_1+f_2}(\frac{c}{f_1}+\\ =-\frac{c^2}{f_1-f_2}\frac{f_2-f_1}{f_1{f}_2}-\frac{c^2}{f_1+f_2}\frac{f_2+}{f_1{f}_2}\\ =+\frac{c^2}{f_1{f}_2}-\frac{c^2}{f_1{f}_2}\\ =0\end{array}\right)$

忽略通常未建模的多径和随机噪声项等式（10）简化成

${\Phi }_{i,\mathrm{WL}}^j-P_{i,\mathrm{NL}}^j=b_{i,\mathrm{MW}}-b_{\mathrm{MW}}^j+{\lambda }_{\mathrm{WL}}{N}_{i,\mathrm{WL}}^j---\left(11\right)$

或者在卫星间单差（SD）版本中简化成

${\Phi }_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}-P_{i,\mathrm{NL}}^{j_1{j}_2}=-b_{\mathrm{MW}}^{j_1{j}_2}+{\lambda }_{\mathrm{WL}}{N}_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}---\left(12\right)$

注意，卫星偏差在双差（DD）（在接收机之间以及在卫星之间）中抵 消了Melbourne-Wübbena（MW）观测，

${\Phi }_{i_1{i}_2,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}-P_{i_1{i}_2,\mathrm{NL}}^{j_1{j}_2}={\lambda }_{\mathrm{WL}}{N}_{i_1{i}_2,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}---\left(13\right)$

因此，DD-WL模糊度通过DD-MW观测结果而被直接观察到。

关于码的无电离层线性组合和载波相位导 致

以及

忽略通常未建模的多径和随机噪声项（14） 和（15）简化为

$P_{i,\mathrm{IF}}^j={\rho }_i^j+c{\mathrm{\Delta t}}_i-c{\mathrm{\Delta t}}^j+{T_i}^j+b_{P,i,\mathrm{IF}}-b_{P,\mathrm{IF}}^j.---\left(16\right)$

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^j={\rho }_i^j+c{\mathrm{\Delta t}}_i-c{\mathrm{\Delta t}}^j+{T_i}^j+b_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}-b_{\Phi ,\mathrm{IF}}^j+{\lambda }_{\mathrm{IF}}{\lambda }_{i,\mathrm{IF}}^j.---\left(17\right)$

或者在卫星间单差（SD）版本中简化为

$P_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}={\rho }_i^{j_1{j}_2}-c{\mathrm{\Delta t}}^{j_1{j}_2}+{T_i}^{j_1{j}_2}-b_{P,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}.---\left(18\right)$

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}={\rho }_i^{j_1{j}_2}-c{\mathrm{\Delta t}}^{j_1{j}_2}+{T_i}^{j_1{j}_2}-b_{\Phi ,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}+{\lambda }_{\mathrm{IF}}{\lambda }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}.---\left(19\right)$

无电离层波长λ_IF只是依赖于所涉及的频率的比，所述频率针对不同 GNSS列在表1和表2中。

表1

通过下式限定F₁，F₂∈N

$\left(\begin{array}{c}{f}_1=:F_1\gcd (f_1,f_2)\\ f_2=:F_2\gcd (f_1,f_2)\end{array}\right)\Rightarrow \frac{f_1}{f_2}=\frac{F_1}{F_2}---\left(20\right)$

其中，gcd是最大公约数的缩写，其遵循无电离层波长

针对不同的GNSS频率组合，将系数F₁、F₂与得到的无电离层波长一 起，列于表3中。

表3

                                  （22）

由于对于多数频率组合而言，无电离层波长对于可靠模糊度求解 而言太小（频率组合L2-L5是值得一提的例外），所以无电离层模糊度和宽巷模糊度之间的以下关系是尤为重要的。通过利用限定

$\left(\begin{array}{c}{N}_{i,\mathrm{WL}}^j:=N_{i,1}^j-N_{i,2}^j\\ N_{i,\mathrm{NL}}^j:=N_{i,1}^j+N_{i,2}^j\end{array}\right)\iff \left(\begin{array}{c}{N}_{i,1}^j=\frac{1}{2}(N_{i,\mathrm{NL}}^j+N_{i,\mathrm{WL}}^j)\\ N_{i,2}^j=\frac{1}{2}(N_{i,\mathrm{NL}}^j-N_{i,\mathrm{WL}}^j)\end{array}\right)---\left(23\right)$

无电离层模糊度项可以重写为

因此，一旦已经基于Melbourne-Wübbena线性组合（11）将宽巷模 糊度固定为整数，关系（24）就可用于非受限窄巷模糊度的整数求 解（特别是当λ_NL＞＞λ_IF时，见表3），

$N_{i,1}^j=\frac{1}{{\lambda }_{\mathrm{NL}}}({\lambda }_{\mathrm{IF}}{N}_{i,\mathrm{IF}}^j-\frac{1}{2}({\lambda }_{\mathrm{WL}}-{\lambda }_{\mathrm{NL}})N_{i,\mathrm{WL}}^j)---\left(25\right)$

我们将称为非受限或自由窄巷模糊度，因为它与窄巷波长λ_NL相结合 地出现在（24）中，并且不取决于所确定的宽巷是偶数还是奇数。由于 N_NL＝N_WL+2N₂（见（23）），N_NL总是出于一致性原因而必须与N_WL具有相 同的偶数/奇数状态，并且因此已经在某种程度上是受限的。

部分5：卡尔曼滤波器概览

标准时钟处理器320、MW偏差处理器325、轨道处理器330和相位 时钟处理器335的一些实施例使用卡尔曼滤波器方法。

图6示出了卡尔曼滤波器算法600。基于卡尔曼滤波器等式的建模连 同过程噪声w_k-1和观测噪声v_k一起（假定其协方差矩阵分别为已知的Q_k和 R_k），将时间步骤k处的状态向量x_k（包含未知参数）经由设计矩阵H_k关联于观测结果（测量结果）z_k，并经由状态转换矩阵Ф_k-1关联于时间步 骤k-1处的状态向量。于是卡尔曼滤波器等式通过状态转换矩阵Ф_k-1和协 方差矩阵Q_k-1所描述的对时间步骤k的过程噪声输入，预测所估计的状态 以及其协方差矩阵P_k-1，得到预测的状态和预测的协方差矩阵所 预测的状态矩阵和状态协方差矩阵于是在卡尔曼滤波器测量更新中通过 观测z_k来矫正，其中增益矩阵K_k在状态更新以及状态协方差更新中扮演 了重要角色。

部分6：码分级的的时钟处理器

所估计的绝对码分级的低速卫星时钟365用于定位解决方案，以便例 如，计算GNSS信号的精确发送时间，并且获得在例如精确点定位中浮点 位置解决方案的快速收敛。对于发送时间的计算来说，可使用粗略但绝对 的卫星时钟误差估计。甚至来自广播消息的卫星时钟对于该目的也是足够 好的。然而，卫星时钟误差的单差对的质量对于在定位应用中实现快速收 敛来说是重要的。为此，期望约为10厘米的时钟准确度级别。

一些实施例使用来自全球跟踪网络的GNSS观测结果的质量受控的无 电离层组合（可选地针对已知效应经过校正的），来估计（大多数）未受 干扰的绝对码分级的卫星时钟误差。

原始GNSS参考站数据305可选地通过数据校正器310进行校正，以 获得如上文部分3中所介绍的已校正网络数据315。

对于每个站，从广播的时钟误差预测和具有不同波长（例如L1和L2） 的信号的观测得到的无电离层组合被用作滤波器的输入：

$P_{r,\mathrm{IF}}^s-c{\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{rel}}^s={\rho }_r^s+c{\mathrm{\Delta t}}_{P,r}-c{\mathrm{\Delta t}}_P^s+{T_r}^s+{ϵ}_{P,r,\mathrm{IF}}^s---\left(26\right)$

${\Phi }_{r,\mathrm{IF}}^s-c{\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{rel}}^s={\rho }_r^s+c{\mathrm{\Delta t}}_{P,r}-c{\mathrm{\Delta t}}_P^s+{T_r}^s+{\mathrm{\lambda N}}_r^s+{ϵ}_{\Phi ,r,\mathrm{IF}}^s---\left(27\right)$

${\mathrm{\Delta t}}_{\mathrm{brc}}^s\approx {\mathrm{\Delta t}}_P^s---\left(28\right)$

其中

是针对每个接收机-卫星对r、s的无电离层码组合，

是针对每个接收机-卫星对r、s的无电离层相位组合，

是广播卫星时钟误差预测，

是从卫星s到接收机r的几何距离，

代表卫星s的相对效应，

cΔt_P，r：＝cΔt_r+b_P，r，IF是接收机r的时钟误差，

是卫星s的时钟误差，

是在接收机r处观察到的对流层延迟，

代表码测量结果中的噪声，

代表载波测量结果中的噪声，

是从卫星s到接收机r的浮点载波模 糊度。

可从精确卫星轨道和精确的参考站位置计算每个历元处的几何距离 可使用卫星轨道来计算相对效应对于码和载波观测结果来说， 相应的噪声项和并不相同。尽管受到测量噪声和的影响， 但是对相位观测和码观测的区分直接导致对载波模糊度的粗略估计：

${\Phi }_{r,\mathrm{IF}}^s-P_{r,\mathrm{IF}}^s={\mathrm{\lambda N}}_r^s+{ϵ}_{\Phi ,r,\mathrm{IF}}^s+{ϵ}_{P,r,\mathrm{IF}}^s---\left(29\right)$

因此，作为滤波器的输入，使用该差相位测量结果和广播的 卫星时钟误差预测差是模糊度的伪测量结果，其被建模为恒 量。收敛模糊度被用来限定时钟误差级别。

一旦模糊度收敛，相位测量结果就提供对时钟误差和对流层的测 量结果。对于对流层只估计一个针对每个接收机的缩放系数 C_T，r足矣。利用对流层模型来计算到不同仰角的映射。缩放系数可以被 假定为像随机漫步过程（random walk process）那样随时间变化。

对于卫星时钟，假设线性时间离散过程：

${\mathrm{\Delta t}}_P^s\left(t_{i+1}\right)={\mathrm{\Delta t}}_P^s\left(t_i\right)+w_1^s\left(t_i\right)+(\Delta {\stackrel{·}{t}}_P^s\left(t_i\right)+w_2^s\left(t_i\right))(t_{i+1}-t_i)---\left(30\right)$

其中随机漫步和覆盖在时钟误差和时钟误差速率上。接收机时 钟通常不像卫星时钟那样精确，并且通常是不可预测的。因此，接收机时 钟被建模成白噪声，以说明它们可能呈现的任何行为。

如果只使用码和相位观测结果，则接收机和卫星时钟系统是不足以确 定的。因此，所有时钟估计都可具有共同的趋势（任何添加到每个时钟的 任意函数）。在单差中，该趋势抵消了，并且每个单差时钟都是正确的。 为了克服该信息的缺失，广播时钟误差预测可被用作对于卫星时钟误差的 伪观测结果，以便保持系统接近于GPS时间。

关于时钟速率的随机漫步的假设等同于关于时钟误差本身的随机运 行的假设。可选地，二次时钟误差模型被用来对时钟速率中的改变进行建 模。对时钟速率改变的这种附加参数也可被建模为随机漫步。可通过利用 例如（修改后的）Allan偏差或Hadamard方差来分析时钟误差，来得到 用于滤波器的噪声输入。Allan偏差在A.van Dierendonck的“Relationship  between Allan Variances and Kalman Filter Parameters” （PROCEEDINGS OF THE16th ANNUAL PRECISE TIME AND TIME  INTERVAL(PTTI)SYSTEMS AND APPLICATION MEETING1984,第 273-292页）中有所介绍。Hadamard方差在S.Hutsell的“Relating the  Hadamard variance to MCS Kalman filter clock estimation”（27^thANNUAL PRECISE TIME AND TIME INTERVAL(PTTI) APPLICATIONS AND PLANNING MEETING1996,第291-301页）中有 所介绍。

除了将广播的卫星时钟误差添加为伪观测结果之外，还存在许多不同 的方法来克服不足以确定的时钟系统。一种方法是将卫星或接收机时钟误 差中的一个确定为任意所选函数的值（例如0或良好接收机时钟的附加测 量结果）。另一种方法是将所有时钟的平均值确定为某个值，例如确定为 广播的或超速时钟误差的平均值，如A.Hausschild的“Real-time Clock  Estimation for Precise Orbit Determination of LEO-Satellites”（ION GNSS 2008,2008年9月16-19日,Savannah,Georgia,9pp）中那样。这在得出时 钟模型时被考虑在内；系统模型和噪声模型使得时钟误差差分拟合于所确 定的时钟误差，并且不再适合于初始时钟误差。

图7A是根据本发明一些实施例的“标准”码分级的时钟处理器320 的示意图。例如卡尔曼滤波器705的迭代滤波器使用例如参考站观测结果 的无电离层线性组合710和具有广播卫星时钟720的时钟误差模型715作 为伪观测结果，以估计低速码分级的（标准）卫星时钟365、对流层延迟 370、接收机时钟725、卫星时钟速率730、（可选地）无电离层浮点模糊度 374以及（可选地）无电离层码载波偏差372。

可对时钟质量做出进一步的改进。所估计的时钟误差的单差可呈现出 缓慢的漂移，这是因为已校正观测结果中的剩余误差、轨道中的误差以及 相位和码测量之间未建模的偏差。在一段时间之后，所估计的时钟误差的 单差不再与码分级的时钟匹配。为了说明这种漂移，码和相位测量结果之 间的不匹配可选地被估计并被应用于所估计的时钟误差。在一些实施例 中，这是通过以下方式来完成的：建立针对每个卫星仅一个偏差并且针对 每个接收机仅一个偏差的附加滤波器，例如图7A的滤波器735，以便估计 无电离层码载波偏差372，如通过“选项1”表示的。接收机偏差被建模成 例如白噪声过程。卫星偏差被建模成例如具有合适的小输入噪声的随机漫 步，这是因为只有卫星偏差的低速变化是期望的。用于该滤波器的观测结 果，例如无电离层码组合740，被减去了在上述标准码分级的时钟滤波器 705中所估计的接收机时钟误差725、卫星时钟误差365和对流层延迟370。 在一些实施例中，将无电离层码载波偏差建模成码分级的时钟估计滤波器 705中的附加状态，如通过“选项2”表示的，而不是建立例如滤波器730 的附加滤波器。

部分7：MW（Melbourne-Wübbena）偏差处理器

部分7.1MW偏差：动机

由导航卫星传送并且由GNSS接收机接收的距离信号包含与卫星硬件 中的延迟有关的一部分。这些硬件延迟通常只是被称为卫星偏差或未校正 的延迟。在微分GNSS处理中，当两个接收机都接收到相同的码信号时（例 如在GPS L1C/A二者，或L1P二者的情况下），卫星偏差不起任何作用。 然而，在借助于基于参考站的全球网络确定的精确卫星时钟和精确轨道实 现了对单个漫游器接收机的准确定位的情况下（例如，通过国际GNSS服 务（IGS））（Zumberge、Heflin、Jefferson、Watkins和Webb，1997）， (Héroux和Kouba，2001），偏差对于精确点定位（PPP）应用而言总是 重要的。这里，对卫星偏差的知晓可允许解算漫游器上非差（或卫星间单 差的）整数模糊度，这是在没有参考站的情况下快速高精度定位的关键 （Mervart、Lukes、Rocken和Iwabuchi，2008），（Collins、Lahaye、Héroux 和Bisnath，2008）。

通常，卫星偏差被假设成在几周的时间段内几乎是恒量（Ge、Gendt、 Rothacher、Shi和Liu，2008），并且它们的变化可以忽略（Laurichesse 和Mercier，2007），（Laurichesse、Mercier、Berthias和Bijac，2008）。 我们自己的密集研究表明——该研究通过以这里提出的方式对几个月内 参考站的全球网络的GPS数据进行处理——卫星偏差的 Melbourne-Wübbena（MW）线性组合中存在大小高达6小时内约14厘 米的每日重复模式²，以及一个月内高达17厘米的漂移，并且有时若干秒 内个体卫星的突然偏差级别变化（任意大小）（例如2008年6月26日的 GPS PRN24）。因此，对作为序列最小二乘滤波器（像例如卡尔曼滤波器 （Grewal和Andrews，2001），（Bierman，1977））中的动态系统的卫星 偏差，以及这些偏差到基于PPP的漫游器接收机的传输（还有精确卫星时 钟和轨道）的实时估计，对漫游器上的整数模糊度求解来说变得重要。

部分7.2MW偏差：处理流

图11是根据一些实施例的用于MW卫星偏差和WL模糊度确定的处 理流1100的示意图。关于来自多个参考站接收机的至少两个频率上的码和 载波相位的GNSS观测数据305被用作对处理的主要输入。这些观测结果 可选地在310被针对不需要对任何模型参数的估计的效应进行校正。在通 常用于对MW线性组合的PPP应用中的校正中，主要是接收机和卫星天 线偏移和变化。较高阶电离层项是重要的，因为这些校正在该线性组合中 不会抵消。于是，可选地校正的GNSS观测数据315被转发给模块1105， 该模块生成两个频率上码和相位观测结果的线性组合1110。所确定的MW 观测组合1110于是被输入到序贯滤波器（sequential filter）1115（例如卡 尔曼滤波器），该滤波器在非差（nondifference）的情况下通过等式（11）， 或者在卫星间单差的情况下通过等式（12），将MW观测结果关 联于估计参数，即MW卫星偏差1120，WL模糊度1125以及可选 地MW接收机偏差1130。

重要的是，关于MW卫星偏差的过程噪声输入确保偏差可随时间 变化。由于卫星偏差的周期性行为，可选地，也可以通过谐函数来对偏差 进行建模，例如

$b_{\mathrm{MW}}^j=b_0^j+b_1^j\sin \left({\alpha }^j\right)+b_2^j\cos \left({\alpha }^j\right)---\left(31\right)$

其中a^j定义了卫星j在轨道中的位置（例如，a^j可以是纬度或真近点角的 自变量），并且是估计的参数，这些估计的参数需要比单个参数少得多的过程噪声并因此进一步稳定了估计处理。

除了观测数据之外，单个MW偏差约束1140和若干模糊度约束1145 被输入到滤波器[935]。这些约束是附加的任意等式，其例如具有如下形式

$b_{\mathrm{WL}}^{j_0}=0---\left(32\right)$

$N_{i,\mathrm{WL}}^j=\mathrm{round}\left(N_{i,\mathrm{WL}}^j\right)---\left(33\right)$

并且这些约束被以非常低的观测方差（例如10^-30m²）添加给滤波器。所述 约束确保滤波器1115中的线性等式组不是不足以确定的，使得模型参数的 方差立即变得与观测方差的阶相同。必须以很小心的方式来选择他们，使 得不会通过对MW观测结果直接给出的双差WL模糊度（参见等式13） 的约束使线性等式组被过约束。通过将模糊度约束为任意整数，关于模糊 度的整数特性的信息进入组中。在卡尔曼滤波器方法中，其中（11）或（12） （可选地以及（31））中的等式组针对所有参数的初始值而被任意等式扩展， 以使得总是存在良好定义的浮点解（具有初始方差大小的方差），优选地 将模糊度约束为卡尔曼滤波器浮点解的最接近的整数。

所估计的MW卫星偏差1120或者直接地或者在可选的附加WL模糊 度固定步骤之后被用作处理输出。因此，所估计的WL模糊度1125被可 选地置入模糊度固定模块1135。所产生的固定的WL模糊度340（被固定 为整数或浮点值）被用作第二处理输出。可选地，固定的WL模糊度340 被反馈给滤波器1115（或者反馈给不具有模糊度状态的次级滤波器或滤波 器副本（比较图24A-25D）），以得到与整数WL模糊度一致的卫星MW偏 差输出1120。

MW卫星偏差1120例如通过调度器355被传送给漫游器接收机，其 中，漫游器接收机帮助固定漫游器处的WL模糊度。网络WL模糊度1125 或340可以被转发给相位时钟处理器335和轨道处理器330，其中，他们 在来自同一接收机网络的参考站数据305被用于这些处理器时，帮助固定 无电离层（IF）模糊度。可替代地，代替网络WL模糊度1125或340， MW卫星偏差1120被传送到轨道处理器330和相位时钟处理器335，以便 以与漫游器上实现的方式相同的方式，得到关于网络接收机的站方面处理 （station-wise process）中的WL模糊度。然后，所得到的WL模糊度帮 助固定IF模糊度。通过这种方法，来自不同参考站网络的GNSS数据可 用在不同的处理器中。

图12是根据一些实施例的处理架构1200的示意图。来自多个参考站 接收机的至少两个频率上的码和载波相位观测结果1205（例如，来自参考 站数据305）被置入线性组合器1210，该线性组合器生成一组 Melbourne-Wübbena（MW）线性组合1220，一个这种MW组合用于两 个频率上的来自码和载波相位观测结果的每个站-卫星配对。如果不止两个 频率是可用的，则可生成若干MW组合用于单个站-卫星配对。这些MW 观测结果然后被置入处理器1225，该处理器在非差情况下基于建模等式 （11），或者在卫星间单差情况下基于（12）（二者都可选地与（31）一起）， 估计至少针对每个卫星的MW偏差1230以及针对每个站-卫星配对的WL 模糊度1235。处理器通常是一个或多个序贯滤波器，例如一个或多个卡尔 曼滤波器。由于也可以由若干滤波器组成，所以这里使用更通用的术语处 理器。输入到处理器中MW卫星偏差上的过程噪声1240使得MW卫星偏 差甚至在滤波的收敛阶段之后也从一个历元到另一个历元地变化。处理的 输出是所估计的卫星MW偏差1230和网络WL模糊度1235。

因此，一些实施例提供了一种处理一组GNSS信号数据的方法，所述 GNSS信号数据是从在多个接收机处对经过多个历元的多个卫星的GNSS 信号的码观测结果和载波-相位观测结果得到的，该GNSS信号具有至少两 个载波频率，包括：形成每个历元处针对每个接收机-卫星配对的MW （Melbourne-Wübbena）组合，以获得针对每个历元的MW数据组；以 及从针对每个历元的MW数据组，估计可随历元的不同而变化的针对每个 卫星的MW偏差以及一组WL（宽巷）模糊度，每个WL模糊度对应于 接收机-卫星链路和卫星-接收机-卫星链路之一，其中，针对每个卫星的 MW偏差被建模成以下之一：i）单个估计参数；以及ii）所估计的偏移加 上具有所估计的幅度的谐波变化（harmonic variation）。

包含在导航消息中的广播卫星轨道1245可选地用于，例如，与粗略的 接收机位置1250一起使用，以将输入观测结果减少至最小仰角角度，在该 仰角角度下可在站看到卫星。接收机位置1250可选地作为附加输入而给 出，或者可替代地如本领域所知的从码观测结果和广播卫星轨道得到。可 在将观测结果置入处理器之前，在任何位置完成对最小仰角的观测结果的 限制。然而，在推送码和载波相位观测结果到所述处理中之后直接执行该 限制避免了不必要的计算。

图13A和图13B分别示出针对非差（=零差（ZD））和单差实施例的 状态向量，列出了待估计的参数。ZD状态向量1310包括n个卫星偏差状 态若干模糊度状态（其随时间，随着在站处可见的卫星的数量变 化），以及m个接收机偏差状态b_i，MW。SD状态向量1320包括对于固定参 考卫星j₀（可以是物理或人造卫星）的n个卫星偏差状态另外，SD 状态向量包括与ZD情况下相同数量的模糊度状态。然而，在这里，每个 模糊度都代表对于物理或人造卫星的SD模糊度。每个站都可以有其自己 对参考卫星的选择。在SD情况下，接收机偏差状态不是必需的，使得与 可比较的ZD状态向量1310相比，在SD状态向量1320中总是缺少m个 状态。关于人造参考卫星的更详细的介绍参见部分7.4。

部分7.3MW处理：校正和平滑

图14示出了处理1400，其中将观测校正添加到图12的MW处理。 某些实施例添加了图3的观测数据校正器模块310。针对不需要任何模型 参数估计的效应（尤其是接收机和卫星天线偏移和变差（variation），以及 较高阶电离层效应），在可选的观测数据校正器310中，校正对来自多个参 考站（例如，来自参考站数据305）的至少两个频率的码和载波相位观测 结果1205。广播卫星轨道1245和粗略的接收机位置1250的知识用于此目 的。校正后的观测数据1310然后可选地被馈入图12的处理，以产生MW 卫星偏差1330和宽巷模糊度1335。

在图15中，可选地在观测数据校正器310中，校正对来自多个参考站 （例如，来自参考站数据305）的至少两个频率的码和载波相位观测结果 1205，所述码和载波相位观测结果1205然后在线性组合器1210中被组合， 以形成Melbourne-Wübbena线性组合1220，并最终在平滑器1410中在多 个历元上被平滑（处理），以形成平滑后的Melbourne-Wübbena组合1420。 可替代地，可以在生成MW线性组合之前，对原始观测结果或原始观测结 果的任何其他线性组合执行平滑。在任何情况下，得到的平滑后的MW观 测结果都被置入处理器1225，以便如图12和图14的实施例中那样估计 MW卫星偏差1430和WL模糊度1435。

平滑意味着通过例如简单的平均运算，随时间组合多个观测结果，以 获得减少噪声的观测。执行MW平滑以减少（10）中存在的未在处理器 1225内显式建模的多径误差（例如，在建模等式（11）和（12）中的多径 误差）。执行平滑的动机是，预期MW观测在较短时段上几乎是恒定的， 因为MW观测仅包括硬件偏差和（恒定）模糊度项。合理的平滑间隔是， 例如900秒。平滑MW观测结果的额外优点在于，可以通过平均值的方差 从输入数据导出平滑后的观测的观测方差，

${\sigma }_{\mathrm{obs},\mathrm{MW}}^2=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(x_t-\bar{x})}^2}{(n-1)n}$且$\bar{x}=\frac{1}{n}\underset{t=1}{\overset{n}{\Sigma }}{x}_t---\left(34\right)$

其中x_t是平滑历元t处的MW观测，并且n是在平滑间隔中使用的观 测结果的数量。为了确保此方差真正地反映多径而不是平滑间隔中数量过 少的可能不可靠的观测结果，有利的是只在可提供的观测结果的最小数量 是例如，理论最大值的80%时，才接受平滑后的观测作为滤波器输入。注 意，在未修复的周跳（cycle slip）的情况下，必须重置保留 Melbourne-Wübbena观测的平均值和方差的统计数据，因为该观测包含模 糊度项。当然，周跳也要求重置滤波器中的对应模糊度。

如果通过固定时间间隔上的简单平均运算执行了平滑，则平滑暗示了 处理中的不同数据率。观测结果1205以高数据率进入，而平滑后的MW 观测结果1420则以较低的数据率被转发到处理器。此类平滑的优点在于， 置入处理器的观测结果是不相关的，并因此可以以算术上的校正方式来处 理。使用某种（加权）移动平均的替代性方案允许保留单一（高）数据率， 但缺点是得到的平滑后的观测结果变得在算术上相关。

部分7.4MW处理：MW偏差约束

图16示出了处理1600，其中将一个或多个MW偏差约束添加到图15 的处理，可类似地将所述约束添加到图12、图14中示出的实施例。至少 一个如（32）的MW偏差约束1605被置入处理器，以降低建模等式（11） 或（12）中的秩亏（rank defect）。

通过对观测结果数和（11）或（12）中未知项数进行计数，这些等式 中的秩亏变得明显。例如在（11）中，如果存在i=1,…,m个站以及j=1,…,n 个卫星，并假设在所有站都可见所有卫星，则将存在m·n个 Melbourne-Wübbena观测结果。但是同时，除了m个接收机偏差b_i,MW和 n个卫星偏差以外，还存在m·n个未知模糊度这产生了m·n+m+n 个未知项。因此，只有在引入方程组的任意约束数是未知项数减去观测结 果数，即，(m·n+m+n)-(m·n)=m+n时，才可以求解由（11）限定的方程组。

如以下考虑证实的，这些约束中的多数约束应是模糊度约束。对于n 个卫星，可以产生n-1个独立的卫星间单差。同样，从m个站，可以导出 m-1个站间单差。在站与卫星之间的双差（DD）中，可以组合这些独立的 单差，从而产生(m-1)·(n-1)＝m·n-(m+n-1)个双差观测结果。由于因为在 （13）中，DD模糊度由DD-MW观测结果唯一地确定，所以应对（11） 中m·n个模糊度和m·n-(m+n-1)个唯一DD模糊度之间的差加以约束， 从而产生m+n-1个模糊度约束。因此，在m+n个所需约束中，除了一 个以外均是模糊度约束。剩余的任意约束应是对偏差的约束。在不能在所 有站看到所有卫星并因而不再能以所展示的简单方式对所需约束数进行 计数的更一般情况中，此声明仍然有效。对偏差自身的约束是如（32）的 任意方程式或更一般地具有以下形式：

$\underset{i}{\Sigma }{a}_i{b}_{i,\mathrm{MW}}+\underset{j}{\Sigma }{a}^j{b}_{\mathrm{MW}}^j=b$a_i，a^j，b∈R    (35)

在单差情况（12）中，对偏差的约束更加直接。卫星偏差的状态向量 不包含所有可能的SD偏差，而是仅包含独立的偏差。这通过选取任意参 考卫星并仅选择对所述参考的SD偏差作为状态来实现。为了在不再能够 观测到旧的参考卫星的情况下为改变参考卫星做好准备，优选地也具有针 对该参考卫星的状态。但是，所述参考对其自身的SD偏差必须为0。

$b_{\mathrm{MW}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_{\mathrm{ref}}}=b_{\mathrm{MW}}^{j_{\mathrm{ref}}}-b_{\mathrm{MW}}^{j_{\mathrm{ref}}}\equiv 0---\left(36\right)$

此方程式被添加为约束。但是要指出的是，SD偏差状态并不是必然 被解释为对物理参考卫星的SD。还可能是有具有偏差的人造参考卫星， 该偏差与物理卫星的偏差相关（这确保了该人造卫星连接到物理卫星）。

$\underset{j}{\Sigma }{a}^j{b}_{\mathrm{MW}}^j=b$且a^j，b∈R    (37)

通过为a^j、b指定任意值（其中至少一个a^j≠0），并将（37）作为约 束引入（12），关于参考卫星的偏差的信息将进入系统中。

有了来自不同源的MW卫星偏差的知识（如从在此建议的系统导出）， 将一个以上的偏差约束引入系统中也是合理的。例如，如果对所有MW卫 星偏差加以约束，则在单差方法中，不必将任何模糊度约束引到系统中， 因为（12）可以被重写为

${\Phi }_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}-P_{i,\mathrm{NL}}^{j_1{j}_2}+b_{\mathrm{MW}}^{j_1{j}_2}={\lambda }_{\mathrm{WL}}{N}_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}---\left(38\right)$

因此，用SD-MW卫星偏差的知识唯一地确定了所有的SD模糊度 正是此关系帮助漫游器接收机借助在此导出的MW卫星偏差来求解 其WL模糊度。

在非差方法中，在将所有卫星的MW卫星偏差作为约束引到系统中 时，引入每个站的一个模糊度约束。

如果作为替代，引入一个额外模糊度约束，则可避免处理建模方程式 （11）或（12）中的秩亏的所有偏差约束。但是，此额外模糊度约束不是 任意的。选择该约束，使得满足双差关系（13）。但是，（13）不包含未建 模的多径并仅确定DD模糊度的浮点值。因此，从（13）导出整数DD模 糊度易于出错。

为了更好地区分任意模糊度约束和必须满足DD模糊度关系（13）的 模糊度约束，我们通常将第二种约束称为模糊度固定项（ambiguity fixes）。 虽然约束是任意的并且不依赖于实际的观测结果，但是固定项依赖于实际 的观测结果。约束不能对错误值进行，但固定项可以。在部分7.6中描述 了可以将哪些模糊度约束为任意值。

部分7.5MW偏差处理：WL模糊度约束

图17示出了处理1700，其中将一个或多个WL模糊度约束添加到图 16的处理，可类似地将所述约束添加到图12、图14和图15中示出的实施 例。至少一个如方程式（33）的WL模糊度整数约束1705被置入处理器 1225，以进一步降低建模方程式（11）或（12）中的秩亏。对于图16，具 有i=1,…,m个站以及j=1,…,n个卫星（其中在所有站都可见所有卫星）的 网络中，任意模糊度约束的正确数量是m+n-1。但是，在参考站分布在 整个地球的全球网络中，并非在所有站都可见所有卫星。为此，在部分7.6 中描述了选择正确数量的任意模糊度约束和确定不受DD模糊度关系（13） 限制的确切组合。

尽管不受DD模糊度关系（13）限制的具有约束的模糊度可被约束为 任何值，以便降低建模方程式（11）或（12）中的秩亏，但是希望将这些 模糊度约束为整数值，使得模糊度的整数特性进入到系统中。以后在针对 剩余未约束的浮点模糊度搜索与（13）一致且这些模糊度可被固定到的整 数值时，这将有所帮助。

在卡尔曼滤波方法中（其中通过针对参数的初始值的方程式扩展方程 式（11）或（12）），对于所有参数始终存在良好定义的浮点解（但是，如 果参数的初始方差也被选择为具有较大值，则其也将具有较大方差）。在 此情况下，将模糊度约束为它们的卡尔曼滤波器浮点解的最接近整数是合 理的，因为这对滤波器干扰最小，并给出最接近参数的初始值的解。还有 利的是逐一约束模糊度，在每个约束后查找要约束的下一模糊度的更新后 的浮点模糊度。在网络中断的情况下（其中许多模糊度丢失、接收机偏差 被建模为白噪声参数并且只有已收敛的卫星偏差具有限定值），此类处理 有助于稳定滤波器。

部分7.6MW偏差处理：确定WL模糊度约束

图18示出了处理1800，其中添加了针对图17的处理确定一个或多个 WL模糊度约束，以免对建模方程式（11）或（12）约束不足或过度约束。

约束不足意味着被引入以克服（11）或（12）中的秩亏的约束过少。 过度约束意味着引入了与DD模糊度关系（13）不一致的任意约束。因此， 系统可同时处于过度约束和约束不足。

MW观测输入1420定义了观测图1805，即，由被观测的站-卫星链路 给出的多条边。基于此图，通过ST生成器1810来生成一生成树（ST）1815， 生成树（ST）1815连接所有的站和卫星（在非差情况（11）中）或只是连 接所有卫星（在卫星间单差情况（12）中）而不引入回路。得到的ST1815 定义了WL模糊度约束1705，即，哪些WL模糊度是受约束的。

图19A在1900处示出了可如何将被观测的站-卫星链路解释为抽象 图，即，通过边连接的多个顶点。在图19A的底部的站以及在图19A的顶 部的卫星被标识为顶点，而站-卫星对（每个对与在卫星信号的站处的观测 结果对应）被标识为边。图19B的抽象图1910不再在站与卫星间进行任 何区分，而是作为替代，将边示为顶点之间的链路。

在图论中，树是没有闭合回路的图。在图19C的1920处示出了一个 实例，其中以粗体线条标记树。图上的生成树是如图19C中那样连接（或 跨）所有顶点的树。

作为基于当前观测图构建生成树的替代，可替代地，可基于当前在滤 波器中的所有站-卫星模糊度来构建生成树。这些模糊度与过去被观测但在 当前历元中不必再被观测的站-卫星链路对应。我们将滤波器模糊度限定的 站-卫星链路称为滤波器图。注意，当不再观测模糊度时，模糊度在滤波器 中被保留的时间是有些任意的。如果针对滤波器中的模糊度使用固定槽管 理（其为每个站保存最大数量的模糊度），使得在已使用所有槽的情况下， 关于新出现卫星的新观测到的模糊度将逐出最旧的模糊度，则不必指定该 保存特定模糊度的时间。这对于每个站上的每个卫星将是不同的。但是， 此类槽管理保证在某些时间后，每个站都持有相同数量的模糊度。

总体上，滤波器图包含的站-卫星链路多于观测图。滤波器图还包含不 再被观测的站（其经常在全球网络中以短时间段地发生）、在任何站都不 再被观测的卫星（例如，由于卫星在短时间段内变得不正常），或者只是 落在截止仰角以下的站-卫星链路。当随后描述的模糊度固定同样在滤波器 图上进行并在原始滤波器而非滤波器副本上引入模糊度约束和固定项时， 在滤波器图上的工作尤为重要。

在图19的单差观测图1960中，两个卫星通常由若干条边连接，因为 通常在若干站处观测这两个卫星。连接两个卫星的每条边都对应于受到观 测（至少是过去）的卫星-站-卫星链路，即，单差观测。当然，同样，图 19H的SD滤波器图1970包含的边多于SD观测图1960。

对观测或滤波器图上的生成树所确定的模糊度加以约束可避免对建模 方程式（11）或（12）约束不足或过度约束。针对图19D中的非差情况例 示了此操作。观测图或滤波器图上的生成树（ST）连接所有顶点而不引入 回路（参见图19C中着重显示的边）。除了被约束为任意整数值的生成树 边（暗灰色）以外，图19D还在1930处示出以暗灰色描绘的单卫星偏差 约束S1。卫星偏差被可视化为圆，因为其对观测的贡献对于该卫星的所有 接收机观测都是相同的。

对ST边加以约束连同一个额外卫星偏差S1一起，允许求解不足以确 定的线性方程组（11）：观测R1-S1连同卫星偏差约束S1和模糊度约束 R1-S1一起，允许唯一地求解接收机偏差R1（比较方程式（11））。一旦已 知接收机偏差R1，观测R1-S2连同模糊度约束R1-S2一起，允许求解卫 星偏差S2。以同样的方式，可以借助ST受约束的模糊度，计算所有其他 接收机和卫星偏差。ST的生成特性确保到达所有卫星和接收机偏差，而树 特性确保没有约束双差观测（13）的回路。一旦已知所有卫星和接收机偏 差，就可以从剩余的观测结果逐一地直接计算其余模糊度（例如，图19D 中的R2-S1、R2-S4以及R2-S5）。

在图19G和19H中示出的SD情况中，论证是非常类似的。将一个 SD卫星偏差约束为任意值（例如，将物理参考卫星的偏差约束为0）的情 况下，可以借助第一和第二卫星之间的SD观测以及来自两个卫星之间的 SD生成树的模糊度约束，确定下一卫星的SD卫星偏差（比较方程式（12））。 一旦已知第二卫星偏差，就可以计算第三偏差。以同样的方式，借助SD 生成树约束，可确定所有其他卫星偏差。通过将每个站的一个模糊度约束 添加到任意卫星，可以逐一解出滤波器中的所有剩余SD模糊度（针对特 定于站的参考卫星的单差）。

图19I中示出了作为此描述基础的非差（=零差（ZD））生成树1975 与SD生成树1980之间的关系。以单个卫星连接每个站（通过引入每个站 的一个模糊度约束并添加到SD观测图（或滤波器图）上的ST所给出的那 些约束）限定了由ZD观测图（或滤波器图）1985上的ST给出的相同约 束。在图上构建生成树并不是唯一的处理。对于一个给定的图，存在许多 跨该图的树。为了使生成树的产生更加唯一，在部分7.7中提出了使用最 小生成树（相对于某些准则）。

部分7.7MW偏差处理：最小生成树

图21A在2110处示出了非差观测图上的生成树（ST）。图21B在2120 处示出了图21A的非差观测图上的最小生成树（MST）（Cormen,Leiserson, Rivest&Stein,2001）。图20示出图18的ST生成器1810被代之以MST 生成器2010。为了在图上构建MST，每个边都具有边权重，从而产生所 谓的加权图。MST被定义为具有总体最小边权重的生成树。可以以多种方 式中的任何方式分配边权重。一种可能的方式是基于当前接收机-卫星几何 形状，并因此使用站位置1250和卫星位置1245作为输入。图20中示出了 粗略的接收机位置1250、广播卫星轨道1245以及MST生成器2010之间 的连接。

由站-卫星链路给出非差观测图或滤波器图中的边。在某些实施例中， 边权重是从接收机到卫星的几何距离或卫星仰角角度相关的量（如逆仰角 或天顶距（=90°－仰角））。

由连接站上的两个不同卫星的卫星-接收机-卫星链路给出单差观测图 或滤波器图中的边。在一些实施例中，边权重是从卫星到接收机到卫星的 几何距离，或者是仰角（在该仰角下，在接收机处可看到这两个卫星）的 组合。在一些实施例中，两个仰角的组合是逆仰角的和、天顶距的和、最 小逆仰角或最小天顶距。

在图21A和图21B中，以“X”标记ST和MST边。图21A中的ST 2110和图21B中的MST2120是完全相同的，并且图21C中的ST2130 和图21D中的MST2140是完全相同的，这反映了通过定义适合的边权重， 可获得作为MST的每个ST这一事实。

如果所有边权重都不同，则MST是良好定义的（即，是唯一的）。将 权重分配给边允许控制如何产生生成树。在使用基于几何形状的权重的实 施例中，以最高卫星（具有最小几何距离和最小天顶距，或1/仰角的最小 值）是优选的方式产生MST。这些也是受未建模多径影响最小的站-卫星 链路。在这些实施例中，在将模糊度约束为整数值时，权重首选这样的用 于进行约束的边：其应将最少的多径转换到其他链路中。在使用低仰角站 -卫星链路（具有用于约束的高多径）的实施例中，多径被转换为具有高仰 角卫星的链路。这可产生与直觉相反的效应，即，高仰角卫星上的模糊度 变得更加难以固定为整数值。

在给定的加权图上产生MST是计算机科学中的标准工作，对于此工 作存在非常高效的算法。实例是Kruskal、Prim以及Boruvka的算法。

图22示出了选择在其上产生MST（定义了受约束的模糊度）的观测 图或滤波器图的边权重的替代性方式。在一些实施例中，从滤波器中的模 糊度信息（即，从WL模糊度1435的值，或者从WL模糊度的方差2210， 或从以上两者）导出边权重。

在一些实施例中使用的尤为感兴趣的边权重是对应模糊度到其最近整 数值的距离。以此方式，MST选择跨观测/滤波器图并尽可能接近整数的 用于进行约束的模糊度。这样，处理器中的状态受对整数的约束的影响最 小。额外优点是，对最后历元的约束在新的历元中也将是优选的，因为它 们到整数的距离是零，这防止了在将约束直接应用于滤波器并且没有使用 滤波器副本时过度约束滤波器。使用模糊度的方差作为边权重可实现相同 的目标。受约束的模糊度的方差大小为约束方差的大小，例如，10-30m2， 并因此在一些实施例中在MST生成中是优选的。在一些实施例中，将至 整数的模糊度距离和模糊度方差的每个组合用作边权重。在一些实施例 中，使用从站-卫星几何形状和从模糊度信息导出的边权重的组合。在一些 实施例中，例如，在第一历元中，选择几何形状激发的权重（以便最小化 来自未建模多径的影响，以及确保约束长时间保留在系统中），并且在之 后的历元中，选择模糊度导出的权重（以避免过度约束）。

部分7.8MW偏差处理：WL模糊度固定

图23示出了在发出WL模糊度（例如，以便在相位时钟处理器335 或轨道处理器300中使用）之前固定WL模糊度。在一些实施例中，WL 模糊度状态值1435至少连同WL模糊度方差2210一起，被从滤波器转发 到模糊度固定器2305模块。模糊度固定器模块2305输出固定后的WL模 糊度2310。

模糊度固定器模块2305可以以多种方式实现：

基于阈值的整数舍入：在一些实施例中，简单的固定器模块检查每个 个体模糊度，以确定其是否比给定的阈值更接近整数（例如，比a=0.12WL 周期更接近）。如果该模糊度的标准偏离还低于第二给定阈值（例如，σ =0.04，使得a=3σ），则该模糊度被舍入到下一整数以便固定。不满足这 些固定准则的模糊度保持为未固定。在一些实施例中，考虑将与模糊度对 应的卫星仰角角度作为额外固定准则，使得例如仅固定高于15°的模糊度。

优化序列的基于阈值的整数自举（bootstrapping）：在一些实施例中使 用的略为高级的方法以顺序方式固定模糊度。在固定模糊度向量的一个分 量之后，将固定重新引入到滤波器中，使得所有其它尚未固定的模糊度分 量经过它们与已固定模糊度的相互关系而受到影响。然后检查下一模糊 度，以便履行距离到整数以及标准偏离的固定准则。在一些实施例中，通 过根据成本函数（例如，到整数的距离加上三倍标准偏离）对模糊度排序， 来以优化方式选择用于检查模糊度分量的序列。以此方式，首先固定最可 靠的模糊度。在每次固定之后，对用于所有模糊度的成本函数重新求值。 此后，再次检查具有最小成本的模糊度，以便履行固定准则。在最佳模糊 度固定候选不满足固定准则时，固定处理停止。所有剩余模糊度都保持为 未固定。

整数最小平方（广义）部分固定：在一些实施例中使用的更复杂的方 法考虑来自滤波器的模糊度的协方差信息。在由（未约束的）状态协方差 矩阵的模糊度部分限定的度量中，最佳整数候选N₁是最接近最 小平方浮点模糊度向量的整数向量（两者均获取自滤波器），即：

$N_1=\arg \underset{N\in Z^v}{\min }{(N-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N-\hat{N})---\left(39\right)$

但是，由于输入到滤波器中的观测（归因于测量噪声）仅对特定级别 是精确的，所以得到的估计浮点模糊度向量也仅对特定级别是可靠的。 于是略微不同的将导致最小化（39）的不同的N∈Z^v。因此，在一些实 施例中，通过将其他噪声测量（例如，来自其他接收机）置入滤波器，将 最佳整数候选与例如第二最佳整数候选相交换。为了识别模糊度向量中可 以以高概率固定到唯一整数的可靠分量，在一些实施例中，在诸如比率测 试（ratio test）的统计测试中的最佳整数候选下，比较最小化后的量 如果N_i是第i个（i>1）最佳整数候选，则这暗示：

${(N_i-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N_i-\hat{N})>{(N_1-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N_1-\hat{N}),$或者

$F_i:=\frac{{(N_i-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N_i-\hat{N})}{{(N_1-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N_1-\hat{N})}>1---\left(40\right)$

（40）中的商是遵循F分布的随机变量。一些实施例基本上遵循（Press, Teukolsky,Vetterling,&Flannery,1996）中的描述。如果小 于则F_i将与实际一样大的概率被表示为Q(F_i|v,v),其对贝 他函数（beta function）的关系和精确算术确定在（Press,Teukolsky, Vetterling,&Flannery,1996）中给出。换言之，Q(F_i|v,v)是可以在该处拒 绝这一假设的显著性等级。因此，对于例如 Q(F_i|v，v)≥0.05的每个候选都可以被声明为与N₁一样良好。的第一候选i₀+1被视为显著差于N₁。

然后，向量中具有相同值的所有分量都可被作为可靠的整数 固定。其中这些模糊度向量不同的分量不应被固定到整数。但是，在这些 分量中，可以存在对于所有向量均相同的特定线性组合。这些线 性组合也可以被可靠地固定到整数。

在一些实施例中，经由高效的LAMBDA方法（Teunissen，1995）来 执行对最佳整数候选向量的确定。

图23B示出WL模糊度被发出（例如，用于相位时钟处理器335或轨 道处理器300中）。在一些实施例中，将高维模糊度向量的分量固定到由最 佳整数候选的线性组合给出的浮点值。

在这些实施例中，WL模糊度状态值1435连同模糊度方差-协方差矩 阵2210一起，被从滤波器转发到整数模糊度搜索器模块2320。整数模糊 度搜索器模块2320输出多个整数模糊度候选集合2323，集合2323然后被 转发到模糊度组合器模块2325，模糊度组合器模块2325还从滤波器获得 最小平方模糊度浮点解1435和模糊度方差-协方差矩阵2210作为输入。最 小平方模糊度浮点解1435连同模糊度方差-协方差矩阵2210一起，用于形 成每个整数模糊度候选的权重。在模糊度组合器模块2325中，将加权后的 整数模糊度候选相加。输出是固定后的WL模糊度向量2330，WL模糊度 向量2330然后可被转发到相位时钟处理器335和轨道处理器330。

为了导出整数模糊度向量的权重，要指出的是，最小平方模糊度浮点 向量是多维高斯概率函数p(N)的期望值，即

$\hat{N}=\underset{N\in R^v}{\int }\mathrm{Np}\left(N\right)\mathrm{dN}$其中$p\left(N\right)=\frac{e^{-\frac{1}{2}{(N-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N-\hat{N})}}{\underset{N\in R^v}{\int }{e}^{-\frac{1}{2}{(N-\hat{N})}^t{P}_{\hat{N}}^{-1}(N-\hat{N})}\mathrm{dN}}---\left(41\right)$

因此，识别模糊度的整数特性的模糊度期望值由下式给出：

其中

由于在实际中无法计算整个整数网格N∈Z^v上的和，因此在一些实施 例中，将该和限制为最佳整数模糊度候选。

其中

是最佳整数模糊度候选的期望权重。可以使用LAMBDA方法 （Teunissen，1995）以高效的方式确定模糊度候选自身。

部分7.9MW偏差处理：使用固定的WL模糊度

图24A示出了一个实施例2400。以此方式，使得估计的MW偏差1430 与固定后的WL模糊度2330一致。这些来自网络的固定性质的MW卫星 偏差被传递给漫游器接收机以帮助在漫游器接收机处固定WL模糊度。

可以以若干不同方式将固定后的WL模糊度2330引入处理器1225。 图24B、图24C以及图24D示出了处理器1225的三种可能实现的细节， 它们的区别在于将固定后的WL模糊度向回反馈到MW偏差估计处理中 的方式。

在实施例2400中，处理器1225包括单个序列滤波器2410（如卡尔曼 滤波器），滤波器2410保存关于卫星MW偏差的状态2415、关于WL模 糊度的状态2420，以及在非差观测模型（11）的情况下还保存关于接收机 MW偏差的状态。在单差（SD）观测模型（12）中，不会出现接收机偏差 状态。除了这些状态（其包含针对给定观测结果的模型参数的最小平方最 佳解的值）以外，滤波器还包含状态的方差-协方差（vc）信息2430。vc 信息通常作为对称矩阵给出，并显示了状态中的不确定性及状态的关系。 其并不直接依赖于观测结果，而是仅依赖于观测方差、处理噪声、观测模 型以及初始方差。但是，由于观测方差是在启用平滑（参见部分7.3）的情 况中从观测结果导出的，所以还可以存在vc矩阵2430对观测结果的间接 依赖。

滤波器输入包括MW观测结果（例如，平滑后的卫星MW观测结果 1420）和卫星MW偏差过程噪声1240（参见部分7.2）、MW偏差约束1605 （参见部分7.4）、整数WL模糊度约束1705（参见部分7.5）以及可选地， 从偏差和模糊度移位器24的移位（在部分7.10中讨论）。

具有首要重要性的滤波器输出包括卫星MW偏差1430、（浮点）WL 模糊度1430以及vc矩阵2430的（未约束的）WL模糊度部分2210。模 糊度信息被转发给输出（浮点或整数）固定后的WL模糊度2310的模糊 度固定器模块（参见部分7.8）。这些固定后的WL模糊度2310是要在轨 道处理器330和相位时钟处理器335中使用的输出。此外，通过添加固定 后的WL模糊度2310作为具有非常小的观测方差（例如，10^-30m²）的伪 观测结果，将固定后的WL模糊度2310重新引入滤波器。得到的卫星MW 偏差1430被输出到漫游器，并可选地输出到轨道处理器330和相位时钟处 理器335。由于它们与固定后的WL模糊度一致，因此我们将它们称为固 定后的MW偏差。

注意，如果将模糊度固定到了错误的整数，则错误的模糊度将保留在 滤波器2410中，直到发生针对该模糊度的周跳或者该模糊度被逐出滤波器 为止（例如已在特定时段内不再观测该模糊度，或者另一模糊度已占据其 在滤波器2410中的模糊度槽）。如果发生此情况，则MW偏差将被干扰很 长时间。但是，此方法的优点在于，当在高仰角观测卫星时已固定到整数， 但是已移动到低仰角并无法再被固定或甚至不再被观测的模糊度固定项 仍保留在滤波器中。这些关于设置卫星的模糊度固定项可在很大程度上稳 定MW偏差的解。

还要注意，不应在单滤波器2410中以非常小的方差（例如，10^-30m²） 来固定浮点模糊度，因为以此方式，新的观测结果将不再能够通过使模糊 度更接近整数来改进模糊度状态。在一些实施例中，以依赖于到整数的距 离的方差固定浮点模糊度，使得当到最近整数的距离趋向于0时，观测方 差趋向于0，而当到最近整数的距离趋向于0.5时，观测方差趋向于无穷大。 但是，为了固定浮点模糊度，在图24C和图24D的实施例中使用的方法更 加适合。

在图24C的实施例2440中，处理器1225包括两个序列滤波器2445 和2450，其中针对第一滤波器2445的处理流与图24B的滤波器2410几乎 完全相同。区别在于，没有将固定后的WL模糊度1430反馈回滤波器2445 中。而是在每次新的固定后的WL模糊度2310可用时（例如，在每次观 测更新之后），生成第一滤波器2445的滤波器副本2450，然后将固定后的 WL模糊度2310作为伪观测结果引入滤波器副本2450。原始滤波器2445 因而保持原样，从而不会将错误的固定项引入其中。滤波器副本2450输出 固定后的卫星MW偏差2455（例如，作为MW偏差345）。

此方法的缺点是，只有当前观测的模糊度才能被固定并被引入滤波器 副本2550。所有先前的模糊度固定项都丢失。但是，当立即分析整个模糊 度空间时（如在整数最小平方部分固定和整数候选组合方法中那样（参见 部分7.8）），这是优选的处理方式。

图24D的实施例2460示出了将固定后的WL模糊度馈入估计处理的 替代性方法。在此，将固定后的WL模糊度2310转发到通过模糊度减少 MW观测结果1420的模糊度减法器模块2665。得到的减少模糊度的MW 观测结果2670被置入第二滤波器2475，第二滤波器2475没有任何模糊度 状态，而是仅具有卫星MW偏差状态2480以及在非差方法（11）中还具 有接收机MW偏差状态2485。此第二滤波器2475只需单个MW偏差约 束2490，并且作为额外输入来处理卫星MW偏差2480上的噪声。在偏差 在第一滤波器2440中被移位的情况下，也必须在第二滤波器2475中移位 偏差。

第二滤波器2475输出固定后的卫星MW偏差2450。

注意，在此方法中，没有以非差小的观测方差（例如，10^-30m²）而是 以MW观测结果的通常观测方差来固定模糊度。通过以同样固定的模糊度 随时间插入观测结果，弱模糊度约束变得越来越强。所有先前的模糊度固 定项都在某种程度上仍保留在滤波器中。将平滑在一定时间后检测到的错 误固定项。因此，将浮点模糊度减少后的MW观测结果置入滤波器也是相 当合理的。

由于第二滤波器2475不具有构成第一滤波器中的多数状态的模糊度 状态，所以第二滤波器2475非常小，并且可以以非常高的速率（例如，每 秒）被更新而不会带来性能问题。因此，在一些实施例中，将没有任何先 前平滑的原始MW观测结果输入此滤波器。

部分7.10MW偏差处理：移位MW偏差

图25A示出了一个实施例2500，其中向部分7.8中描述的处理增加外 部卫星MW偏差移位器模块2505。术语外部意味着，与图25C中示出的 移位模块（其中移位施加于滤波器）形成对比。注意，所有模糊度约束以 及固定相关的步骤以及校正和平滑步骤都是可选的。

偏差移位器模块2505移位卫星MW偏差1430，以在至少一个WL周 期的期望范围内产生卫星MW偏差2510。这是可能的，因为从方程式（11） 可以看到，卫星偏差中n个WL周期的移位被与此卫星对应的WL模糊度 吸收，例如：

对于接收机偏差，类似的移位是可能的。

图25B示出了如方程式（44）中那样移位MW偏差的影响。图25B 中将每个MW组合示为接收机（例如，接收机2525、2530、2535、2540 之一）与卫星2545之间的距离。该距离由接收机偏差（其对于所有卫星均 是相同的，并因此被可视化为围绕接收机的圆，如2550）、卫星偏差（其 对于所有接收机均是相同的，并因此被可视化为围绕卫星的圆2555）以及 模糊度（其依赖于接收机-卫星对，并因此被可视化为长条，例如用于接收 机2525和卫星2545的配对的长条2560）的和来表示。将卫星偏差减少一 个WL周期的波长（如较小的圆2565所示）会将所有相关的模糊度增大 一个WL周期的波长。此运算不改变接收机偏差。

将卫星MW偏差移位到定义范围的优点是，以此方式，可以针对给定 分辨率使用固定数量的位对偏差进行编码。这允许减少将卫星MW偏差传 输到漫游器（在一些实施例中，这在昂贵的卫星链路上完成）所必需的带 宽。

尽管可以针对特定固定时间将所有卫星偏差都映射到例如范围 [-0.5,+0.5]中，但是优选地将此范围扩展到例如[-1,+1]，以便避免在MW 卫星偏差离开定义范围时MW卫星偏差中的频繁跳跃。由于MW卫星偏 差的振荡行为，在定义范围边界处接近-0.5或+0.5的卫星偏差可能经常离 开此范围。例如，移动到-0.5-ε的偏差然后被映射到+0.5-ε。接着，偏差 振荡回+0.5+ε，然后被映射回-0.5+ε。在实际中，已发现对于[-1,+1]的 范围，可在几个月内避免跳跃。

注意，也可以在漫游器处通过将最新接收的MW偏差值与先前值相比 较，来处理MW偏差跳跃。如果值相差约一个周期，则检测到偏差跳跃， 并重建正确的偏差。与移位后的卫星MW偏差一致的WL模糊度在相位 时钟处理器中用于确定同样被发送到漫游器的无电离层（IF）偏差这一事 实，使得此情况复杂化。在跳跃后在漫游器处重建MW偏差还要求将IF 偏差修正

图25C示出了图25A的外部卫星MW偏差移位器模块2505的替代性 方案。将卫星MW偏差1430和WL模糊度1435发送到内部移位器模块 2580，内部移位器模块2580在方程式（44）的基础上确定MW偏差和 WL模糊度，使得偏差被映射到期望范围。然后将所有这些移位施加于滤 波器中的偏差和模糊度状态。以此方式，只需将偏差移位一次，而在图25A 的方法中，每次输出卫星MW偏差时都重复移位。

但是，要指出的是，在单个滤波器中不允许同时使用未移位的和移位 后的WL模糊度。这例如在将WL模糊度转发到轨道处理器330以便固定 IF模糊度时很重要。如果将固定后的IF模糊度重新引入单个原始滤波器 （并且不使用如图24C中的滤波器副本），则不同历元的WL模糊度将在 滤波器中汇聚在一起。必须确保不同历元的WL模糊度是相同的。如果不 是这样，则重置对应的IF模糊度。

部分7.11MW偏差处理：数字实例

在2008年6月和7月在61天的时段上监视了MW卫星偏差的每日解 的行为以及每个每日解与此时段的第一天（6月1日）区别。PRN16被选 为具有偏差值0的参考卫星。所有偏差都被映射到间隔[0,1]。卫星偏差中 不同大小的漂移是可明显检测的。所有较大漂移都针对块IIA卫星出现。 个体卫星示出在一个月内约0.2WL周期的漂移。这些值将驱使可能每日一 次的卫星偏差更新。但是，对于PRN24，在6月26日出现差不多0.2WL 周期的突然偏差跳跃。此类事件的发生表明实时估计和传输MW卫星偏差 的重要性。

在另一实例中，在卡尔曼滤波器中连续处理了从2008年10月2日到 14日时段的MW卫星偏差。再次将PRN16选择为参考。结果显示每个卫 星均有其自己的每日模式且在12小时（GPS卫星旋转一次所需的时间） 之后具有某种重复。卫星偏差的变化在6小时内最多约为0.16WL周期。 MW卫星偏差与它们在24小时之前的值的差显示每天重复性通常在 0.03WL周期以下。但是，此每天重复性没有很好地反映MW卫星偏差的 较大日内变化。

滤波后的卫星WL偏差依赖于它们的过程噪声输入。在每小时10^-6与 10^-7平方WL周期之间的噪声输入方差的情况下，可很好地反映周期行为 和6月26日的突然偏差等级改变。在更少噪声输入的情况下，未检测到这 些模式。由于此分析，针对卫星WL偏差推荐每小时5·10^-7平方WL周期 的过程噪声输入方差。

部分7.12MW偏差处理：参考文献

Bierman,G.J.(1977).Factorization Methods for Discrete Sequential  Estimation.New York:Academic Press,Inc.

Collins,P.(2008).Isolating and Estimating Undifferenced GPS Integer  Ambiguities.Proceedings of ION-NTM-2008,(pp.720-732).San Diego, Calif.

Collins,P.,Gao,Y.,Lahaye,F.,Héroux,P.,MacLeod,K.,&Chen,K. (2005).Accessing and Processing Real-Time GPS Corrections for Precise  Point Positioning-Some User Considerations.Proceedings of  ION-GNSS-2005,(pp.1483-1491).Long Beach,Calif.

Collins,P.,Lahaye,F.,Héroux,P.,&Bisnath,S.(2008).Precise Point  Positioning with Ambiguity Resolution using the Decoupled Clock Model. Proceedings of ION-GNSS-2008.Savannah,Georgia.

Cormen,T.H.,Leiserson,C.E.,Rivest,R.L.,&Stein,C.(2001). Chapter23:Minimum Spanning Trees.In Introduction to Algorithms (Second Edition ed.,pp.561-579).MIT Press and McGraw-Hill.

Datta-Barua,S.,Walter,T.,Blanch,J.,&Enge,P.(2007).Bounding  Higher Order Ionosphere Errors for the Dual Frequency GPS User.Radio Set.,43,RS5010,doi:10.1029/2007RS003772.

Ge,M.,Gendt,G.,Rothacher,M.,Shi,C,&Liu,J.(2008).Resolution  of GPS carrier-phase ambiguities in Precise Point Positioning(PPP)with  daily observations.Journal of Geodesy,Vol.82,pp.389-399.

Grewal,M.S.,&Andrews,A.P.(2001).Kalman Filtering:Theory and  Practice Using MATLAB.New York:Wiley-Interscience.

Héroux,P.,&Kouba,J.(2001).GPS Precise Point Positioning Using  IGS Orbit Products.Phys.Chem.Earth(A),Vol.26(No.6-8),pp.572-578.

Laurichesse,D.,&Mercier,F.(2007).Integer ambiguity resolution on  undifferenced GPS phase measurements and its application to PPP. Proceedings of ION-GNSS-2007,(pp.839-448).Fort Worth,Texas.

Laurichesse,D.,Mercier,F.,Berthias,J.,&Bijac,J.(2008).Real Time  Zero-difference Ambiguities Fixing and Absolute RTK.Proceedings of  ION-NTM-2008,(pp.747-755).San Diego,Calif.

Melbourne,W.(1985).The case for ranging in GPS-based geodetic  systems.Proceedings of the First International Symposium on Precise  Positioning with the Global Positioning System.Vol.1,pp.373-386. Rockville,Maryland:US Dept.of Commerce.

Mervart,L.,Lukes,Z.,Rocken,C,&Iwabuchi,T.(2008).Precise  Point Positioning With Ambiguity Resolution In Real-Time.Proceedings of  ION-GNSS-2008.Savannah,Georgia.Morton,Y.,van Graas,F.,Zhou,Q., &Herdtner,J.(2008).Assessment of the Higher Order Ionosphere Error  on Position Solutions.ION GNSS21st International Meeting of the Satellite  Division.Savannah,GA,USA.

Press,W.H.,Teukolsky,S.A.,Vetterling,W.T.,&Flannery,B.P. (1996).F-Distribution Probability Function.In Numerical Recipes in C(p. 229).Cambridge University Press.

Schaer,S.(2000,May09).IGSMAIL-2827:Monitoring(P1-C1)code biases.Retrieved from  http://igscb.jpl.nasa.gov/mail/igsmail/2000/msg00166.html.

Teunissen,P.(1995).The least-squares ambiguity decorrelation  adjustment:a method for fast GPS integer ambiguity estimation.Journal  of Geodesy,Vol.70,No.1-2,pp.65-82.

Wübbena,G.(1985).Software Developments for Geodetic Positioning  with GPS using TI4100code and carrier measurements.Proceedings of the  First International Symposium on Precise Positioning with the Global  Positioning System.Vol.1,pp.403-412.Rockville,Maryland:US Dept.of  Commerce.

Zumberge,J.,Heflin,M.,Jefferson,D.,Watkins,M.,&Webb,F. (1997).Precise point positioning for the efficient and robust analysis of  GPS data from large networks.Journal of Geophysical Research,Vol.102 (No.B3),pp.5005-5018.

部分8：轨道处理器

精确的（厘米准确度）轨道允许精确的卫星时钟估计和精确定位。轨 道准确度对使用此处描述的精确卫星轨道和时钟数据的漫游器的最终位 置准确度具有直接影响。

部分8.1选项1：使用IGS发布的超快轨道

国际GNSS服务（IGS）提供可通过因特网下载的预测卫星轨道。可 以在J.KOUBA,A GUIDE TO USING INTERNATIONAL GPS SERVICE (IGS)PRODUCTS,Geodetic Survey Division,Natural Resources Canada, 2003年2月，31页，以及在http://igscb.jpl.nasa.gov/components/prods.html 找到对这些轨道的描述。

IGS超快（预测）轨道（也称为IGU轨道）每天生成和发布4次（在 UTC日的3、9、15、21时）。IGS声称5厘米的轨道标准偏离，尽管我们 的分析已显示，个体卫星轨道误差最多可为60厘米。在一种情况中，我们 已看到2米的误差。

商业定位服务的市场需求要求误差小于3厘米且具有高可靠性和可用 性的精确轨道。当前提供的IGU轨道并不满足这些要求。尽管如此，他们 对于要求略低的定位应用是有用的，或作为检测如以下所述那样估计的轨 道中的显著误差的应对手段。

部分8.2选项2：实时确定卫星轨道

参考图1，观测数据以流的方式实时从全球分布的GNSS参考站（如 参考站105、110、115）到达网络处理器140。在一些实施例中，网络处理 器使用卡尔曼滤波方法以数字稳定的UD滤波器实施方式（如G.Bierman, Factorization Methods for Discrete Sequential Estimation,Academic Press, Inc.,New York,1977中描述的）来实时估计卫星轨道。以下，术语“实时” 指观测数据可用后立即处理（通常小于1秒）。通过以下方式建立时间相关 的滤波器状态x(t)：

x_cr(t)      接收机时钟误差

x_cs(t)      卫星时钟误差

x_qs(t)      卫星相关的轨道参数

x(t)=x_r(t)  接收机位置

x_ZDT(t)     每个站的天顶对流层延迟

x_EOP(t)     地球方位参数

（EOP：x_p，y_p，UT1-UTC或日长）

x_AMB       载波相位模糊度

x_if-bias      无电离层偏差

x_cr(t)是具有网络中的所有接收机时钟误差的向量。每个站都具有至少 一个时钟偏移，但是还可具有漂移和漂移速率，具体取决于站时钟的类型 和稳定性。接收机时钟被建模为例如白噪声过程或随机过程（例如，随机 移动，Gauss Markov），具体取决于站时钟的类型和稳定性。

x_cs(t)是具有卫星时钟的向量。该向量包含时钟偏移和漂移，但是可具 有漂移和漂移速率，具体取决于卫星时钟的类型和稳定性（铷、铯或氢微 波激射器）。卫星时钟被建模为例如白噪声过程或随机过程，具体取决于 卫星时钟的类型和稳定性。

x_qs(t)是具有卫星相关的动态轨道参数的向量。其包括卫星位置和速度 以及额外的力模型参数，它们表示为如下：

$x_{\mathrm{qs}}\left(t\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_s\left(t\right)\\ {\stackrel{·}{x}}_s\left(t\right)\\ x_{\mathrm{slr}}\left(t\right)\\ x_{\mathrm{harm}}\left(t\right)\end{array}\right)---\left(45\right)$

其中

x_s(t)是惯性参照系（X,Y,Z）中的卫星位置向量（每个卫星一个）。

是惯性参照系（X,Y,Z）中的卫星速度向量（每个卫星一个）。

x_slr(t)是具有太阳辐射压力参数的向量。它包括太阳-卫星方向上的分 量、太阳辐射板轴（panel axis）方向上的第二分量以及垂直于前2个轴的 第三分量。所有三个分量都被建模为例如随机过程。

x_harm(t)是具有沿轨迹、径向和交叉轨迹或卫星体固定坐标系中的轨道 分量的谐波系数的向量。它们被建模为例如随机过程。

x_r(t)是以地球为中心的/地球固定的坐标系中的站位置向量。站在估计 处理中可以是固定的也可以是未知的。

x_ZDT(t)是具有针对每个站估计的对流层天顶延迟的向量。可选地还估 计对流层梯度。这些参数被建模为例如随机过程。

x_EOP(t)是以实时方式常规地估计的地球方位参数（EOP）。该向量包括 对常规极（x_p，y_p）的偏移和UT1与UTC时间标度之间的差（UT1-UTC 或日长）。精确已知的EOP参数用于在惯性和地球固定坐标系之间转变。 所有三个参数都被估计为例如随机过程。

x_AMB每个卫星-站链路都在滤波器状态中具有个体载波相位模糊度。这 些参数被建模为例如常数。

x_if-bias无电离层码载波偏差，每个接收机-卫星对一个偏差。码和载波 具有偏差，它们随接收机的不同和卫星的不同而不同并可随时间变化。例 如通过随机过程，对这些参数建模。

码和载波观测结果的无电离层双频组合具有随时间变化的不同偏差。 虽然这些参数可以在轨道处理器卡尔曼滤波器中被估计为额外未知数，但 是可选地，它们被在单独处理器中估计（例如，在标准时钟处理器320中， 估计为无电离层码载波偏差372，如图3中所示）并应用于轨道处理器中 使用的伪距观测结果。

出于线性化目的，一些实施例将滤波器设置为估计对参考轨迹和对初 始力模型参数的差。在这些实施例中，每个卫星的状态向量是：

$x_{\mathrm{qs}}\left(t_k\right)=\left(\begin{array}{c}r\left(t_k\right)-r_0\left(t_k\right)\\ p\left(t_k\right)-p_0\left(t_k\right)\\ y-y_0\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta r}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\Delta p}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\Delta y}\end{array}\right)---\left(46\right)$

其中，x_qs(t_k)是在时间t_k时的卫星状态向量

r(t_k)是惯性参照系中的卫星位置和速度

r₀(t_k)表示数字轨道积分器创建的参考轨迹

p(t_k)是具有随机力模型参数的向量

p₀(t_k)是具有近似初始随机力模型参数的向量

y是具有恒力模型参数的向量

y₀是具有近似恒力模型参数的向量

并且其中

$r\left(t_k\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_x\left(t_k\right)\\ {\stackrel{·}{x}}_x\left(t_k\right)\end{array}\right)---\left(47\right)$

通过以下关系完成滤波器模型中对卫星相关部分的预测：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta r}\left(t_{k+1}\right)\\ \mathrm{\Delta p}\left(t_{k+1}\right)\\ \mathrm{\Delta y}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\Phi }_{\mathrm{rr}}(t_{k+1},t_k)& {\Phi }_{\mathrm{rp}}(t_{k+1},t_k)& {\Phi }_{\mathrm{ry}}(t_{k+1},t_k)\\ 0& M_k& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta r}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\Delta p}\left(t_k\right)\\ \mathrm{\Delta y}\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ w_k\\ 0\end{array}\right)---\left(48\right)$

且

${\Phi }_{\mathrm{rr}}(t_{k+1},t_k)=\left[\frac{\partial r\left(t_{k+1}\right)}{\partial r\left(t_k\right)}\right],r\left(t\right)=r_0\left(t\right)---\left(49\right)$

${\Phi }_{\mathrm{rp}}(t_{k+1},t_k)=\left[\frac{\partial r\left(t_{k+1}\right)}{\partial p\left(t_k\right)}\right],r\left(t\right)=r_0\left(t\right),p\left(t\right)=p_0\left(t\right)---\left(50\right)$

${\Phi }_{\mathrm{ry}}(t_{k+1},t_k)=\left[\frac{\partial r\left(t_{k+1}\right)}{\partial y}\right],r\left(t\right)=r_0\left(t\right),y=y_0---\left(51\right)$

例如通过如以下有关数字轨道积分一节中描述的变分方程的积分来 计算这些矩阵。

M_k是描述随机噪声建模的矩阵

w_k是噪声输入

部分8.3数字轨道积分

可以通过二阶微分方程组描述轨道中的卫星运动

$\stackrel{··}{x}=\stackrel{··}{x}(x,\stackrel{·}{x},q)---\left(52\right)$

且

惯性参照系中的加速度

x惯性参照系中的位置

惯性参照系中的速度

q卫星相关的力模型未知数和初始位置/速度的向量

向量q被定义为

$q=\left(\begin{array}{c}r\left(t_0\right)\\ a\end{array}\right)---\left(53\right)$

其中

r(t₀)是惯性参照系中的初始位置和速度

a是具有动力模型参数的向量

使用例如数字积分（高阶预测器-校正器方法），从在时间t₀处的卫星 位置x(t₀)和速度导出在时间t处的卫星位置x(t)和速度

$\stackrel{·}{x}\left(t\right)=\stackrel{·}{x}\left(t_0\right)+\int \stackrel{··}{x}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(54\right)$

$x\left(t\right)=x\left(t_0\right)+\int \stackrel{·}{x}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(55\right)$

实时滤波器使用关于未知参数q的加速度的偏导数

$\left[\frac{\partial \stackrel{··}{x}}{\partial q}\right]=\left[\frac{\partial \stackrel{··}{x}}{\partial x}\right]\left[\frac{\partial x}{\partial q}\right]---\left(56\right)$

此实例的方程式忽略了关于卫星速度的导数，因为在中等地球轨道中 没有相关的作用于GNSS卫星上的速度相关的力。

针对历元t_i计算以下矩阵：

${\Phi }_{\mathrm{rq}}(t_i,t_0)=\left(\begin{array}{c}\frac{\partial x}{\partial q(t_i,t_0)}\\ \frac{\partial \stackrel{·}{x}}{\partial q(t_i,t_0)}\end{array}\right)---\left(57\right)$

然后可以经由链式法则（chain rule）计算下一历元t_i+1的矩阵

Φ_rq(t_i+1，t₀)＝Φ_rq(t_i+1，t_i)Φ_rq(t_i，t₀)    (58)

可再次经由链式法则导出关于未知数q的观测结果的偏导数

$\frac{\partial l}{\partial q}=\frac{\partial l}{\partial r}{\Phi }_{\mathrm{rq}}---\left(59\right)$

在滤波器的观测更新中使用这些偏导数。

使用以下模型来计算作用于卫星上的加速度某些实施例使用它们 用于积分处理：

1、通过诸如EIGEN-CG01C或EGM96模型之类的可用模型，对地 球重力场建模。这些模型是具有非常高的分辨率的球谐函数展开（spherical  harmonic expansion）。一些实施例使用高达12阶次用于轨道积分。

2.由于太阳、月亮和行星的吸引造成的引力。

3.作用于地球形体的太阳和月亮的引力将使地球变形。此效应还改变 重力场；其称为“固体地球潮汐”效应。一些实施例遵循IERS约定2003 的建议。

4.一些实施例考虑由极移的离心效应引起的固体地球极潮汐。不能将 此潮汐与固体地球潮汐混淆。一些实施例遵循IERS约定2003的建议。

5.作用于海洋的太阳和月亮的引力将改变重力场；这称为“海洋潮汐” 效应。一些实施例使用IERS约定2003建议的CSR3.0模型。

6.一些实施例还考虑相对加速度，其依赖于卫星的位置和速度。

7.太阳辐射压力（即，作用于GNSS卫星上的加速度）最难以建模。 一些实施例考虑三个分量：太阳-卫星方向上的第一分量；太阳辐射板轴（y- 偏差）方向上的第二分量以及垂直于前两个轴的第三分量。

8.一些实施例还通过以下描述的谐函数对残差（主要由对力模型的了 解不足造成）进行建模。

GNSS卫星（如GPS、GLONASS、GALILEO以及COMPASS卫星） 处于约26000公里的中地球轨道（MEO）中。下表显示了作用于GNSS 卫星上的加速度及其在1天的轨道积分之后的影响。

部分8.4谐波力建模

一些实施例通过引入在沿轨迹、径向和交叉轨迹方向中的每一个方向 都具有余弦项和正弦项的谐波模型，来处理残差。由于残差的周期约为卫 星围绕地球的一次旋转，所以谐波依赖于卫星的纬度的辐角：

${\stackrel{··}{\overrightarrow{x}}}_{\mathrm{residual}}=\left(\begin{array}{c}{A}_1\cos u+A_2\sin u\\ A_3\cos u+A_4\sin u\\ A_5\cos u+A_6\sin u\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{A}_1& A_2\\ A_3& A_4\\ A_5& A_6\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\cos u\\ \sin u\end{array}\right)---\left(60\right)$

且

A₁、A₂  …要针对沿轨迹估计的幅度

A₃、A₄  …要针对交叉轨迹估计的幅度

A₅、A₆  …要针对径向分量估计的幅度

u       …卫星的纬度的辐角

作为对使用沿轨迹、交叉轨迹和径向分量的替代，可以使用卫星相关 的系统（太阳-卫星方向、太阳板方向以及这两者的法向），以便为太阳辐 射压力建模。

部分8.5从惯性参照系转换为地球固定参照系

一些实施例使用遵循IERS约定2003的IAU2000A岁差/章动公式 （precession/nutation formula）来从惯性参照系转换为地球固定参照系。

部分8.6地球方位参数

一些实施例采用来自IERS快速文件GPSRAPID.DAILY的地球方位 参数（EOP）。这些文件由IERS在每日的基础上提供，并基于最新可用的 被观测和建模的数据（包括VLBI24小时以及加强的GPS和AAM（大气 角动量））的组合。组合处理涉及施加系统校正以及轻微平滑以去除高频 噪声。GPSRAPID.DAILY包含来自x/y极、UT1-UTC、dPsi、dEps的公 告A的最近90天的值及其误差以及未来15天的预测（间隔为每日）。

在内插后，针对海洋潮汐产生的每日和/或半日变差校正UT1。针对非 刚体地球的潮汐引力产生的每日变差，以及针对由于海洋潮汐产生的每日 和/或半日变差，校正极移角。根据下式计算校正：

$\mathrm{\Delta A}=\underset{f}{\Sigma }{B}_{\mathrm{Af}}\sin {\theta }_f+C_{\mathrm{Af}}\cos {\theta }_f,A\in \{\mathrm{UT}1,x_P,y_P\}---\left(61\right)$

在IERS约定（2003）中的表8.2和8.3中列出了41个每日和30个半 日海洋潮汐组分的幅度B_Af、C_Af。作为对实时估计处理的近似值，引入来 自GPSRAPID.DAILY的EOP，从而使线性化误差被保持为最小。

部分8.7启动实时系统

在首次或超过1天的中断后启动系统时，一些实施例使用卫星广播星 历表或IGU轨道来导出卫星位置速度和力模型参数的初始值。一些实施例 使用最小二乘法拟合（least-squares fit），使数字积分的轨道适应来自卫星 导航消息的广播元素或适应卫星的IGU轨道。然后，针对未来最多两天的 时段对适应后的轨道初始状态进行积分。卫星位置、速度和偏导数被存储 在“partials”文件中，以供实时系统使用。

图26A示出了实时轨道处理器的启动处理2600的一个实施例。轨道 积分器2605预测未来每个卫星的轨道状态（位置和速度），预测始于近似 轨道向量2615，其是例如从广播卫星星历表或IGS超快轨道IGU获取的 初始状态，获取方式为使用数字积分并对作用于卫星的所有相关力（例如， 来自IERS的预测的地球方位参数）进行建模。在此处理期间，生成轨道 预测2620，轨道预测2620保存所有预测的轨道状态和偏导数。在下一步 骤中，自适应处理通过最小二乘批处理，将预测的轨道拟合到广播轨道或 IGU轨道。重复此处理，直到卫星的初始轨道状态不再改变为止。然后将 partials文件2620转发到图26B的实时轨道处理2630。

图26B示出了实时轨道处理2630的一个实施例。处理2630从partials 文件2635获得初始开始向量2635的值；这些值用于在定期（例如，每隔 150秒）的基础上构建迭代滤波器2640的预测观测结果。迭代滤波器2640 例如是经典的卡尔曼滤波器或UD因式分解的滤波器或平方根信息滤波器 （SRIF）。轨道开始向量2635包含当前轨道状态和力模型参数相对于开始 向量和EOP的偏导数，并用于将观测结果的偏导数映射到开始向量和力 模型未知数。卡尔曼滤波器2640实时地，例如每个历元，诸如每秒一次， 接收来自参考站的观测数据的无电离层线性组合2645以及预测的地球方 位参数（EOP）2610。通过每个观测更新，卡尔曼滤波器2640提供状态 向量参数（即，接收机时钟2655（每个站一个）、天顶对流层延迟2660（每 个站一个）、卫星时钟2665（每个卫星一个）、可选卫星时钟速率2670（每 个卫星一个），以及轨道开始向量2680（每个卫星一个轨道开始向量））的 改进值。在图26B的实施例中，不时地（例如，每个历元，如每秒一次） 提供轨道状态向量2680，并通过轨道映射器2682将其映射到当前历元轨 道位置/速度向量350。

轨道映射器2682使用来自partials文件的偏导数和以下关系，从历元 t₀时的状态向量导出当前历元t_i时的卫星位置和速度（图26C）。

$r\left(t_i\right)=r_0\left(t_i\right)+{\Phi }_{\mathrm{rq}}(t_i,t_0)x_{\mathrm{qs}}\left(t_0\right)=r_0\left(t_i\right)+\left(\begin{array}{ccc}\frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial r\left(t_0\right)}& \frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial p\left(t_0\right)}& \frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial y}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta r}\left(t_0\right)\\ \mathrm{\Delta p}\left(t_0\right)\\ \mathrm{\Delta y}\end{array}\right)---\left(62\right)$

且

r₀(t_i)…由数字轨道积分器创建的参考轨迹（位置和速度）

Φ_rq(t_i,t₀)…位置和速度在ti时相对于开始向量的偏导数

x_qs(t₀)…在t_i时对t₀时的开始向量（状态向量）估计的差

在惯性参照系中给出的下一r(t_i)被转换成以地球为中心/地球固定的参 照系。

在以地球为中心/地球固定的参照系中的当前历元轨道位置/速度向量 350被转发到图3的标准时钟处理器320、相位时钟处理器335和调度器 355。

处理2630的一些实施例通过不时地（如每隔6或12或24小时）在轨 道积分器2685中重新启动数字积分，来避免线性化误差。轨道映射器2684 使用来自partials文件的偏导数和以下关系，从历元t₀时的开始向量导出 惯性参照系中在时间t₀+x小时处新的轨道状态向量2690（图26D）。

$r\left(t_i\right)=r_0\left(t_i\right)+{\Phi }_{\mathrm{rq}}(t_i,t_0)x_{\mathrm{qs}}\left(t_0\right)=r_0\left(t_i\right)+\left(\begin{array}{ccc}\frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial r\left(t_0\right)}& \frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial p\left(t_0\right)}& \frac{\partial r\left(t_i\right)}{\partial y}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\mathrm{\Delta r}\left(t_0\right)\\ \mathrm{\Delta p}\left(t_0\right)\\ \mathrm{\Delta y}\end{array}\right)---\left(63\right)$

且

r₀(t_i)…由数字轨道积分器创建的参考轨迹（位置和速度）

Φ_rq(t_i,t₀)…位置和速度在t_i时相对于开始向量的偏导数

x_qs(t₀)…在t_i时对t₀时开始向量（状态向量）估计的差

预测的EOP2610（例如，来自IERS）和估计的EOP连同更新后的 新的轨道开始向量2690一起被用作轨道积分器2685的输入，以便在惯性 系和地球固定系（例如，遵循IERS约定）之间转变坐标。

此数字积分在后台运行，并生成用于更新卡尔曼滤波器2640的预测的 观测结果的新的partials文件2635。轨道积分器2675的数字积分的开始 向量例如是实时系统的最新最佳估计，即，轨道开始向量2690。

部分8.8固定实时轨道确定中的模糊度

卡尔曼滤波器2640使用L1和L2GNSS观测结果的无电离层双频组 合2645。无电离层组合通常导致极小的波长：

其中，

在表3中给出了因子F₁和F₂。例如，对于具有F₁=77、F₂=60以及 λ₁=0.1903m的GPS L1和L2频率，产生的无电离层波长是毫米。这低于相位观测结果的噪声水平，使得不存在将无电离层模糊度直 接固定到正确的整数值的可能性。应注意，对于L2和L5之间的无电离层 组合，无电离层波长具有用于可靠的模糊度求解足够大的波长：λ_IF≈12.47 厘米。

为了利用L1和L2模糊度的整数特性，可尝试求解L1和L2模糊度， 而这是困难的，因为电离层对基站处的L1和L2载波相位观测结果的贡献 是未知的。优选方法是，通过在第一步骤固定宽巷模糊度N_WL：=N₁-N₂而 求解载波相位模糊度。用N₂=N₁-N_WL替代（64）中的N₂，导致

${\lambda }_{\mathrm{IF}}{N}_{\mathrm{IF}}={\lambda }_{\mathrm{NL}}{N}_1+\frac{1}{2}({\lambda }_{\mathrm{WL}}-{\lambda }_{\mathrm{NL}})N_{\mathrm{WL}}---\left(65\right)$

其中以及由此，一旦已知N_WL，就可以通过使 用关于λ_IFN_IF的来自滤波器的浮点值，针对N₁求解（65）。在将N₁模糊度 向量固定到整数或固定到整数值的加权平均之后，可以将其重新插入到 （65）以获得λ_IFN_IF的固定值。

在一些实施例中，宽巷模糊度N_WL在宽巷偏差处理器325中被计算， 并被传送给轨道处理器2630（例如每个历元地）。对于其中轨道处理器2630 处理无电离层观测结果的实施例，所估计的模糊度是无电离层模糊度 λ_IFN_IF。

对于其中通过MW偏差处理器325提供的宽巷模糊度N_WL，可以使用 方程式（65）重新制定卡尔曼滤波公式（通过从观测结果减去）并直接估计N₁模糊度。

作为对使用给定的整数宽巷模糊度求解N₁模糊度的备选方案，可制定 上述公式使得作为替代，估计N₂或窄巷模糊度；方法是等价的，这是因为 所有这些模糊度都是线性相关的。

一些模糊度“固定”机制2695的实施例采用本领域公知的任何适宜的 技术，例如，简单舍入、自举、基于拉姆达（Lambda）方法的整数最小 平方或最优整数估计（Best Integer Equivariant）（Verhagen，2005， Teunissen and Verhagen,2007）

这里使用的术语“固定”旨在不仅包括使用诸如舍入、自举以及拉姆 达搜索的技术将模糊度固定到整数值，而且还包括在没有将模糊度固定到 整数值的情况下，形成整数候选的加权平均，以保持模糊度的整数特性。 在未公开的专利申请PCT US2009/004476、PCT US2009/004472、PCT US2009/004474、PCT US2009/004473以及PCT US2009/004471中详细描 述了加权平均方法，这里通过引用将其并入到本文中。

分析表明通过将模糊度“固定”到整数值或固定为整数候选的加权平 均，可以显著改善轨道品质。

部分8.9IGS分析中心的轨道处理

通过各种IGS分析中心进行GNSS轨道确定。就发明人所知，这些中 心均不能提供这里所提出的实时轨道估计。

CODE分析中心（AC）使用Dach等（2007）描述的批最小二乘法而 不是本文描述的序列滤波器实施方式。在Beutler等（1994）中还描述了 关于建模的细节。CODE AC参与IGS超速轨道（IGU）的生成。轨道位 置对应于最后24小时的3天长弧分析加之接下来24小时的预测的估计。 这样的操作每6小时完成一次，而处理和预测时间跨度则在每个步骤中被 被移位6小时。

Geoforschungszentrum GFZ估计轨道，并计算对IGS超速轨道的贡 献。该方法由Ge等（20065，2006）描述。其处理和CODE过程的处理 基于批最小二乘法。GFZ进行模糊度求解，但仅仅是以后处理模式。文献 未尝试记载涉及序列滤波器的实时工作。

ESA的欧洲空间运行中心ESOC还对IGS超速轨道计算有所贡献。 该方法由Romero等（2001）和Dow等（1999）公开。该方法同样仅仅 基于对卫星轨道的预测。没有进行真正的实时处理。

美国喷气推进实验室JPL用其基于为US全球定位系统开发的 GIPSY-OASIS II软件包、通用卫星跟踪、轨道确定以及轨迹研究的系统， 来确定GPS卫星轨道。在Lichten等的美国专利5,963,167中公开了细节。 该JPL系统允许针对轨道、时钟、基站位置及其他信息的有效每日解的完 全自动操作和传递，而没有人为干扰。该数据对于包括提供IGU轨道的超 速轨道服务的IGS所公开的轨道有所贡献。Yunck等的美国专利5,828,336 描述了实时序列滤波器的实施。

本发明的实施例的方法至少在以下方面与美国专利5,828,336不同：

—美国专利5,828,336描述的方法表现出仅仅使用平滑伪距；给定的实 例观测更新速率是5分钟；

—在美国专利5,828,336中描述的JPL系统表现出不固定载波相位模 糊度；

—美国专利5,828,336的方法使用电离层模型。

部分8.10参考

Beutler,G.,E.Brockmann,W.Gurtner,U.Hugentobler,L.Mervart, 以及M.Rothacher(1994),Extended Orbit Modeling Techniques at the  CODE Processing Center of the International GPS Service for  Geodynamics(IGS)。Theory and Initial Results,Manuscripta Geodaetica, 19,367-386,1994年4月.

Bierman,Gerald J.(1977):Factorization Methods for Discrete  Sequential Estimation,Academic Press,Inc.,New York

Dach,R.,U.Hugentobler,P.Fridez,M.Meindl(eds.)(2007), Documentation of the Bernese GPS Software Version5.0,2007年1月

Dow,J.,Martin-Mur,T.J.,ESA/ESOC Processing Strategy Summary, IGS Central Bureau web site, igscb.jpl.nasa.gov/igscb/center/analysis/esa.acn,1999

Ge,M.,G.Gendt,G.Dick以及F.P.Zhang(2005),Improving  carrier-phase ambiguity resolution in global GPS,Journal of Geodesy,第 80卷,第4期，2006年7月,DOI:10.1007/s00190-005-0447-0

Ge,M.,G.Gendt,G.Dick,F.P.Zhang以及M.Rothacher(2006),A new  data processing strategy for huge GNSS global networks,Journal of  Geodesy,第79卷，第1-3期，2005年6月，DOI: 10.1007/s00190-006-0044-x

Landau,Herbert(1988):Zur Nutzung des Global Positioning Systems  in Geoddsie und Geodynamik: Modellbildung, Software-Entwicklung und  Analyse, Heft 36 der Schriftenreihe des Studiengangs Vermessungswesen  der der Buodeswehr München,1988年12月

Lichten,S.,Yoaz Bar-Sever, Winy Bertiger,Michael Heflin,Kenneth  Hurst,Ronald J.Muellerschoen,Sien-Chong Wu,Thomas Yunck,James  Zumberge(1995)GIPSY-OASIS II:A HIGH PRECISION GPS DATA  PROCESSING SYSTEM AND GENERAL SATELLITE ORBIT  ANALYSIS TOOL,Proceedings of NASA Technology Transfer Conference, 1995年10月24-26日，芝加哥,I11.

Lichten,Stephen M.,Wu Sien-Chong,Hurst Kenneth,Blewitt Geoff, Yunck Thomas,Bar-Sever Yoaz,Zumberge James,Bertiger William I., Muellerschoen Ronald J.,Thornton Catherine,Heflin Michael(1999), Analyzing system for global positioning system and general satellite  tracking,美国专利5963167，1999年10月5日.

McCarthy, Dennis D.以及Gérard Petit（2003）, IERS CONVENTIONS,IERS(International Earth Rotation Service)Technical  Note 32，2003年10月

Romero,I.,C.García Martínez，J.M.Dow,R.Zandbergen(2001), Moving GPS Precise Orbit Determination Towards Real-Time, Proceedings GNSS 2001,塞维利亚，西班牙，2001年5月.

Yunck,Thomas P.,William I.Bertiger,Stephen M.Lichten,Anthony  J.Mannucci,Ronald J.Muellerschoen,Sien-Chong Wu,(1998),Robust  real-time wide-area differential GPS navigation,美国专利5828336,1998 年10月27日.

Teunissen,P.J.G,S.Verhagen(2009);GNSS Carrier Phase Ambiguity  Resolution:Challenges and Open Problems,In M.G.Sideris(ed.); Observing our Changing Earth,International Association of Geodesy  Symposia133,Spinger Verlag Berlin-Heidelberg2009.

Verhagen,Sandra(2995):The GNSS integer ambiguities:estimation  and validation,Publications on Geodesy58,代尔夫特，2005.194页, ISBN-13:9789061322900.ISBN-10:9061322901.

部分9：相位时钟处理器

参考图3，相位时钟处理器335接收MW偏差345（每个卫星一个） 和/或宽巷模糊度340（每个卫星-接收机对一个）、精确轨道信息350（每 个卫星一个当前轨道位置/速度）、对流层信息370（每个卫星一个对流层 天顶延迟）、低速码分级的时钟365（每个卫星一个低速码分级的时钟误差） 以及参考站GNSS观测数据305或315作为输入。相位时钟处理器335从 这些输入产生所计算的高速码分级的时钟375（每个卫星一个高速码分级 的时钟误差）和高速相位分级的时钟370（每个卫星一个高速相位分级的 时钟误差），并传递MW偏差345（每个卫星一个）。

部分9.1从MW偏差确定WL模糊度

忽略多径，Melbourne-Wübbena（MW）线性组合的有用 特性是，除了一些保留的噪声之外，仅仅卫星MW偏差和接收机 MW偏差b_i，MW以及宽巷模糊度项保留：

${\Phi }_{i,\mathrm{WL}}^j-P_{i,\mathrm{NL}}^j=b_{i,\mathrm{MW}}-b_{\mathrm{MW}}^j+{\lambda }_{\mathrm{ML}}{N}_{i,\mathrm{WL}}^j+{ϵ}_{i,\mathrm{MW}}^j---\left(66\right)$

为了摆脱噪声在一些实施例中，每个卫星的Melbourne- Wübbena线性组合都被减小该卫星的卫星MW偏差并被随时间平滑 （例如，被平均化）。卫星之间的单差于是可以抵消接收机MW偏差b_i,MW， 仅保留每个卫星-接收机-卫星连接的单差宽巷模糊度。使用（恒定）宽巷 波长λWL计算单差宽巷模糊度。由于在相位时钟处理器中仅仅使用单差宽 巷模糊度，所以该方法在一些实施例中被用作对使用来自MW偏差处理器 325的宽巷模糊度340的替代和/或对接收自MW偏差处理器325的宽巷模 糊度340的品质检查的替代。

部分9.2单差相位分级的时钟

每个参考站的位置被精确已知。在每个历元处的每个卫星的精确位置 由来自轨道处理器330的当前轨道位置/速度数据350给出。每个历元处的 卫星j与参考站i之间的几何距离从其已知位置计算得到。从代码时钟 处理器320接收每个参考站的对流层延迟

从无电离层线性组合

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^j={\rho }_i^j+\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi ,i}-c\Delta t_{\Phi }^j+{T_i}^j+{\lambda }_{\mathrm{IF}}{N}_{i,\mathrm{IF}}^j+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}^j---\left(67\right)$

减去（已知的）几何距离和（已知的）对流层延迟仅仅留下未知的 无电离层模糊度项卫星相位时钟误差项 以及接收机相位时钟误差项cΔt_Φ，i：＝cΔt+b_Φ，i，IF。

在相同接收机处两个卫星的单差化观测结果抵消接收机时钟误差。 通过相应的单差宽巷模糊度来减小该单差会导致单差N₁模糊度以及单差 相位时钟（在该上下文中通常还称为窄巷模糊度，这是由于在这里其对应 的波长为λ_NL）。

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}-{\rho }_i^{j_1,j_2}-T_i^{j_1{j}_2}-\frac{1}{2}({\lambda }_{\mathrm{WL}}-{\lambda }_{\mathrm{NL}})N_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2}=-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^{j_1{j}_2}+{\lambda }_{\mathrm{NL}}{N}_{i1}^{j_1{j}_2}+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}.---\left(68\right)$

对观察同一对卫星的每个站计算该量。在这一点上，区分单差卫星时 钟误差和单差窄巷模糊度项是可能的，单差窄巷模糊度项是窄巷波长的整 数倍。

如果单差模糊度被设为零，则实现通过整数个窄巷周期被移位的单差 相位时钟。

$\mathrm{c\Delta }{\tilde{t}}_{\Phi ,i}^{j_1{j}_2}:=-({\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}-{\rho }_i^{j_1,j_2}-{T_i}^{j_1{j}_2}-\frac{1}{2}({\lambda }_{\mathrm{WL}}-{\lambda }_{\mathrm{NL}})N_{i,\mathrm{WL}}^{j_1{j}_2})---\left(69\right)$

该相位时钟具有非固定的窄巷状态。两个这些单差时钟的差和 是整数个窄巷周期。

部分9.3平滑的单差相位时钟

对于每对卫星，被使用固定窄巷模糊度移位到共同级别的观察自不同 站的单差相位时钟误差被平均化，以获得更精确的时钟误差：

$\mathrm{c\Delta }{\bar{t}}_{\Phi }^{j_1{j}_2}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{c\Delta }{\tilde{t}}_{\Phi ,i}^{j_1{j}_2}+{\lambda }_{\mathrm{NL}}{N}_{i1}^{j_1{j}_2}).---\left(70\right)$

部分9.4相位时钟估计

部分9.4.1基于生成树的相位时钟

一些实施例使用生成树方法来估计相位分级的时钟。为计算任意卫星 对之间的单差时钟误差，卫星到卫星链路需要一组单差相位时钟，使得存 在从专用参考卫星开始经由卫星到卫星链路到达每个卫星的唯一路径。如 果所有卫星都是图的节点，则这样的路径被称为生成树。如果图的每个边 缘都具有权重，则最小生成树是具有最小边缘权重总和的生成树。一些实 施例对两个卫星之间的边缘使用基于离散类别的加权方案，并将下列相位 时钟值分配给该边缘：

i.连接卫星j₁和j₂的几个边缘具有固定的N₁模糊度：（经加权的）平 均后的单差时钟

ii.仅仅连接卫星j₁和j₂的单一边缘具有固定的N₁模糊度：

iii.没有连接卫星j₁和j₂的边缘具有固定的N₁模糊度：（对于 接收机i），其中min（仰角（j1，j2））是上限。

iv.对于连接卫星j₁和j₂的边缘来说，没有可用的WL模糊度：不使 用这样的边缘；由此没有必须限定的相位时钟；

类别（i）的每个边缘都具有比类别（ii）的边缘低的权重，类别（ii） 的每个边缘都具有比类别（iii）的边缘低的权重，等等。每个类别内的边 缘都具有连续的权重，在一些实施例中，所述连续的权重在类别（i）中从 平均值的方差导出，以及在类别（ii）和（iii）中从仰角导出，在所述仰角 下，在对应站处可见单差中的卫星。

如果最小生成树使用不具有固定的窄巷状态的边缘，则窄巷模糊度 被设为零，并实现固定的状态。选择具有相位时钟误差被设为零 的参考卫星，求解线性式的对所有其他卫星的单差相位时钟误差 被计算。卫星的相位时钟误差然后被限定为

部分9.4.2相位时钟的滤波器估计

一些实施例使用滤波方法来估计相位分级的时钟。滤波器被建立，其 具有作为状态的所有卫星相位时钟误差。参考卫星的时钟误差的状 态被设为零。在一些实施例中，来自生成树的所有链路和此外具有 固定窄巷的所有链路都被添加到滤波器，以估计更精确的单差相位时钟误 差。

部分9.5窄巷滤波器群（bank）

一旦一组单差相位时钟误差被估计，例如，如部分9.4中所述，则部 分9.2中对于经移位的单差相位时钟的所有观测结果都被减小在部分9.4 中估计的时钟误差：

$N_{i1}^{j_1{j}_2}\approx \frac{1}{{\lambda }_{\mathrm{NL}}}(\mathrm{c\Delta }{\bar{t}}_{\Phi }^{j_1{j}_2}-\mathrm{c\Delta }{\tilde{t}}_{\Phi ,t}^{j_1{j}_2}).---\left(71\right)$

保留的是对整数窄巷偏移的可观测量。对于每个站，用这些观测结果 来更新具有针对每个卫星的窄巷模糊度状态的窄巷滤波器。

部分9.6高速单差码分级的时钟

相位时钟处理器335还计算高速码分级的时钟。

部分9.6.1缓冲低速码分级的时钟

关于时间（例如，历元）t₁的GNSS观测结果（参考基站数据305或 315）被缓冲，以便在具有相同时间标签（t₁）的低速信息从码分级的时钟 处理器360到达时使用；该信息包括以下中的二者：时钟误差365、对流 层延迟370以及无电离层浮点模糊度374。由此，在时间上与低速时钟处 理器信息匹配的GNSS观测结果总是可从观测缓冲器得到。当一组低速码 分级的时钟365到来时，将其与GNSS观测结果以及与对流层延迟370以 及与时间匹配的卫星位置/速度信息350组合，以计算载波模糊度。

图27A在2700示出了在使用卫星时钟（时钟误差）365和对流层延迟 370的情况下的数据流。GNSS观测结果以（例如，历元）时间标签t₀、t₁、 t₂、t₃等，随时间到达相位时钟处理器335。低速码分级的时钟和对流 层延迟T以时间标签t₀、t₁、t₂、t₃等，随时间异步到达。观测缓冲器2705 保持观测结果。在组合器器2710中，针对每个时间t_i，将这些观测结果与 卫星位置/速度数据、与低速码分级的时钟以及与对流层延迟T组合， 以产生无电离层浮点模糊度项$\lambda N_i^j:={\lambda }_{\mathrm{IF}}{N}_{i,\mathrm{IF}}^j+b_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}-b_{P,i;\mathrm{IF}}-(b_{\Phi ,\mathrm{IF}}^j-b_{P,\mathrm{IF}}^j).$处理器2715计算单差码分级的时钟2720。

图27B在2715示出了在使用无电离层浮点模糊度374和对流层延迟 370的情况下的数据流。GNSS观测结果以（例如，历元）时间标签t₀、t₁、 t₂、t₃等，随时间到达相位时钟处理器335。无电离层浮点模糊度和对 流层延迟T以时间标签t₀、t₁、t₂、t₃等，随时间异步到达。观测缓冲器2705 保持观测结果。在组合器器2710中，针对每个时间t_i，将这些观测结果与 无电离层浮点模糊度与低速码分级的时钟以及与对流层延迟T 组合，以产生无电离层浮点模糊度项处理器2740计算单差码分级的 时钟2720。

部分9.6.2在相位时钟处理器中计算模糊度

数据组合器（2710或2735）形成载波相位观测的无电离层线性组合， 并从其减去几何距离（使用接收机和卫星位置来计算）、电离层延迟T_i^j以 及低速码分级的卫星时钟误差（例如，时钟365）。在该减少之后，保 留接收机时钟误差和浮点模糊度。如果这通过使用卫星间单差的观测结果 来完成，则消除接收机时钟，并由此仅仅保留单差后的无电离层模糊度项：

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)-{\rho }_i^{j_1,j_2}\left(t_1\right)-{T_i}^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)+\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)=\lambda N_i^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}\left(t_1\right).---\left(72\right)$

其中$\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_1{j}_2}:=\mathrm{c\Delta }{t}^{j_1{j}_2}+b_{P,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}$以及浮点模糊度$\lambda N_i^{j_1{j}_2}:={\lambda }_{\mathrm{IF}}{N}_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}-(b_{\Phi ,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}-b_{P,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}),$该 浮点模糊度是恒定值，并且直到低速时钟的下一次更新为止都保持被使 用。

作为在相位时钟处理器335中计算无电离层模糊度的备选方案，从之 前的处理器获得无电离层浮点模糊度，例如，来自低速码时钟处理器320 的无电离层浮点模糊度374。

部分9.6.3使用无电离层模糊度来计算高速码时钟

一旦已知时间t₁的无电离层模糊度，则在未来任何时间（例如，t₂） 处的单差后的无电离层线性组合可与对流层延迟和当前几何距离一起用 于每对卫星：

${\Phi }_{i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}\left(t_2\right)-{\rho }_i^{j_1,j_2}\left(t_2\right)-{T_i}^{j_1{j}_2}\left(t_2\right)-\lambda N_i^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)=-\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_1{j}_2}\left(t_2\right)+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}\left(t_2\right)+{ϵ}_{\Phi ,i,\mathrm{IF}}^{j_1{j}_2}\left(t_1\right)---\left(73\right)$

该计算的结果是单差后的相位分级的卫星时钟误差对于这一 点，可以估计给定卫星j₂与所选参考卫星j_ref之间的高速单差码分级的时 钟误差如果仅仅关注卫星间单差时钟误差，则参考卫星时钟误差 被设为零。

图28A示出了用于准备非差（也被称为ZD或零差）高速码分级的卫 星时钟375的第一实施例2800。诸如卫星位置/速度数据350或360的精 确卫星轨道信息，以及诸如参考站数据305或315的GNSS观测结果，被 作为输入提供到第一处理2805以及作为输入提供到第二处理2810。第一 处理2805估计一组无电离层浮点模糊度2815。这些无电离层浮点模糊度 2815被提供给第二处理2810，该处理估计非差高速码分级的卫星时钟（时 钟误差）375。

图28B示出了用于准备非差（也被称为ZD或零差）高速码分级的卫 星时钟375的第二实施例2820。诸如卫星位置/速度数据350或360的精 确卫星轨道信息，以及诸如参考站数据305或315的GNSS观测结果，被 作为输入提供到诸如码时钟处理器320的低速码分级的时钟处理器2825， 并作为输入提供到高速码分级的时钟处理器2830。低速码分级的时钟处理 器2825准备无电离层浮点模糊度2835（例如，无电离层浮点模糊度374） 以及对流层延迟2840（例如，对流层延迟370）。无电离层浮点模糊度2835 和对流层延迟2840被提供到高速码分级的时钟处理器2830（其例如，形 成相位时钟处理器335的一部分）。高速码分级的时钟处理器2830在2845 处使用该输入，以便计算单差高速码分级的卫星时钟2850。滤波器2855 使用这些单差高速码分级的卫星时钟2850以便估计非差高速率码分级的 卫星时钟（时钟误差）2860，例如，高速码分级的卫星时钟375。

图28C示出了用于准备非差高速码分级的卫星时钟375的第三实施例 2865。精确卫星轨道信息（例如，卫星位置/速度数据350或360）以及 GNSS观测结果（例如，参考站数据305或315）被作为输入提供到低速 码分级的时钟处理器2870（例如，码时钟处理器320），并作为输入提供到 高速码分级的时钟处理器2875。低速码分级的时钟处理器2870准备低速 码分级的卫星时钟2880（例如，低速码分级的卫星时钟365）以及对流层 延迟2882（例如，对流层延迟370）。低速码分级的卫星时钟2880和对流 层延迟2882被提供到高速码分级的时钟处理器2875（例如，其形成相位 时钟处理器335的一部分）。高速码分级的时钟处理器2884在2884处使用 该输入，以便计算无电离层浮点模糊度2886，在2888处使用该无电离层 浮点模糊度2886来计算单差高速码分级的卫星时钟2890。滤波器2892使 用这些单差高速码分级的卫星时钟2890来估计非差高速码分级的卫星时 钟（时钟误差）2894，例如，高速码分级的卫星时钟375。

部分9.6.4时钟移位器

如估计相位分级的卫星时钟和高速单差码分级的卫星时钟的处理一 样地估计单差相位分级的时钟误差和单差码分级的时钟误差单差高速码分级的卫星时钟具有与单差低速码分级的卫星时钟相同的准 确度。如果相位分级的的卫星时钟与在时钟估计中使用的、从MW偏差导 出的宽巷模糊度和精确卫星轨道一起用于单差无电离层载波相位观测结 果，则相位分级的卫星时钟被构建为保持窄巷模糊度的整数特性。因此， 如果单差相位分级的时钟误差没有被移位整数个窄巷周期，则该时钟误差 品质没有改变。由于总是在单差中使用相位分级的卫星时钟误差，所以应 用于所有卫星时钟误差的这种移位将在单差操作中被再次抵消。根据一些 实施例，将下列移位施加到相位分级的卫星时钟误差，以便将相位分级的 卫星时钟误差的值保持为接近低速码分级的卫星时钟误差并减小其噪声。

由此，在一些实施例中，整数个窄巷周期

$s_{\mathrm{NL}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}=\mathrm{Round}(\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2})---\left(74\right)$

被增加到每个相位分级的卫星时钟误差，以最小化到高速码分级的卫星时 钟的距离。

在一些实施例中，用连续调整的时钟对低速码分级的时钟误 差进行近似。参考卫星的调整的时钟的值于是被增加到所有高速时钟。

$s_{\mathrm{ref}}=\mathrm{c\Delta }{t}_{P,\mathrm{steered}}^{j_{\mathrm{ref}}}---\left(75\right)$

如此一来，所有时钟都接近码分级的低速时钟，但参考时钟是平滑的。

在一些实施例中，高速相位分级的卫星时钟与他们相对应的调整后的 低速时钟之间的差的均值被计算，并被添加到所有移位后的相位分级的卫 星时钟误差。对高速码分级的卫星时钟进行相同的操作。该处理将一些噪 声推送到参考时钟中。

$\left(\begin{array}{c}{s}_{P,\mathrm{noise}}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}-\mathrm{c\Delta }{t}_{P,\mathrm{steered}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2})\\ s_{\Phi ,\mathrm{noise}}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}(\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}-\mathrm{c\Delta }{t}_{P,\mathrm{steered}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}+s_{\mathrm{NL}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2})\end{array}\right)---\left(76\right)$

该移位后的时钟误差被读取为

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_2}=\mathrm{c\Delta }{t}_P^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}+s_{P,\mathrm{noise}}+s_{\mathrm{ref}}\\ \mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^{j_2}=\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}+s_{\Phi ,\mathrm{noise}}+s_{\mathrm{ref}}+s_{\mathrm{NL}}^{j_{\mathrm{ref}}{j}_2}\end{array}\right)---\left(77\right)$

进行移位主要用来保持相位分级的卫星时钟误差接近于GPS时间，由 此使特定的传送方法成为可应用的。此外，时钟偏差可被保持在特定范围 内，

$b_{\mathrm{\Delta t}}^j=\mathrm{c\Delta }{t}_P^j-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^j,---\left(78\right)$

其中，该时钟偏差是相位分级的卫星时钟与码分级的卫星时钟之间的 差。

部分9.6.5跳跃消息

如果时钟偏差离开其范围，或者如果相位分级的时钟的卫星到卫星链 路在没有使用固定的窄巷模糊度的情况下已经被估计，则移位将改变，并 且跳跃消息被发送。这还意味着相位分级的卫星时钟误差改变了其等级。

部分9.7相位时钟处理器实施例

图29示出了根据本发明的一些实施例的相位时钟处理器335的架构 2900。到相位时钟处理器的输入是：MW偏差和/或固定的WL模糊度2095 （例如，MW偏差345和/或固定的WL模糊度340）、低速（LR）码分级 的时钟2910（每卫星一个，例如，低速码分级的卫星时钟365）、卫星轨道 信息（例如，精确卫星轨道位置/速度350和/或IGU轨道数据360）、对流 层延迟2920（每个参考基站一个，例如，对流层延迟370）以及GNSS观 测结果2925（对在多个参考站处的多个卫星的，例如，参考站数据305）。 对MW偏差或固定WL模糊度的选择给出了两个选项。第一选项是，在 可选的固定器群2930中连同低速轨道信息2915和GNSS观测结果2925 一起使用低速MW偏差，以便固定WL模糊度。然后这些WL模糊度在 高速（HR）处被作为单差固定WL模糊度2935提供给计算处理2940。第 二选项是，直接使用低速固定WL模糊，以便将单差（SD）固定WL模 糊度提供给处理2940。高速意味在高速处理2940中使用的单差固定WL 模糊度在处理2940中，在低速更新之间随着历元的不同而保持不变。

在处理2945中使用低速码分级的时钟2910，以便计算低速单差无电 离层浮点模糊度2950。在处理2955中，将这些低速单差无电离层浮点模 糊度2950与低速轨道数据2915和低速对流层延迟2920以及高速GNSS 观测结果2925一起使用，以便计算单差高速码分级的时钟2960（每个卫 星一个，例如，高速码分级的卫星时钟375）。

在处理2940中，将高速单差固定WL模糊度2935与低速轨道数据 2915以及低速对流层延迟2920和GNSS观测结果2925一起使用，处理 2940计算高速相位分级的时钟2945（每卫星一个，例如，高速相位分级的 卫星时钟375）。在模糊度固定器群2975中将高速相位分级的时钟2945与 轨道数据2915和对流层延迟2920以及高速GNSS观测结果2925一起使 用，该模糊度固定器群2975尝试固定单差模糊度，例如，L1模糊度。单 差固定模糊度2980被推送到处理2965中，以便有助于高速相位分级的时 钟2970的计算。

MW偏差和/或固定WL模糊度2905和低速码分级的时钟2910和单 差高速码分级的时钟2960以及高速相位分级的时钟2970被馈送到处理 2985中，该处理2985将这些量移位并组合，以递送（至少）包含高速相 位分级的卫星时钟、高速码分级的时钟以及高速MW偏差的高速数据流 2990。数据2990被提供到图3中描述的调度器355。

图30A示出了用于估计高速相位分级的卫星时钟的处理的实施例 3000。诸如卫星位置/速度数据350或360的精确卫星轨道信息，以及诸如 参考站数据305或315的GNSS观测结果，在低速被作为输入提供到第一 处理3015，以及在高速被作为输入提供到第二处理3020。第一处理3015 估计模糊度3025，每个接收机一组模糊度。每个模糊度都对应于接收机- 卫星链路和卫星-接收机-卫星链路中的一个。这些模糊度在低速被提供到 第二处理3020，该第二处理3023估计高速相位分级的时钟3030。

通常，载波相位观测结果的线性组合具有与接收机相关的参数p_r（如 接收机位置、接收机时钟误差或接收机偏差）、与卫星相关的参数p^s（如卫 星位置）以及与接收机-卫星-链路相关的参数p_r^s（如对流层或电离层延迟）。 使k∈L是具有波长λ_k和模糊度的码和载波相位观测结果的线性 组合。本文假定的码和载波相位组合可表达为

${\hat{\Omega }}_r^s:=\underset{k\in \hat{L}}{\Sigma }{a}_k{\Omega }_{\mathrm{rk}}^s=f(p_r,p^s,p_r^s)+\mathrm{c\Delta }{t}^s+\underset{k\in \hat{J}}{\Sigma }{a}_k(b_k^s+{\lambda }_k{N}_{\mathrm{rk}}^s)+{ϵ}_r^s,---\left(79\right)$

其中不为空，并且实数因子

注意在大多数参数中是线性的。如果存在映射以便在与接 收机-卫星链路相关的参数和与接收机相关的参数之间转换，则该映射可用 于减小未知量的数目。作为实例，电离层延迟可被建模为映射到视线中的 在天顶的延迟。由此，作为对具有针对每个接收机-卫星链路的一个参数， 仅仅需要针对每个接收机的一个参数。

使用诸如无电离层组合的特定线性组合，可以抵消参数。对包含在p_r、 p^s以及中的参数中的至少一个参数的每个附加输入都简化并加速估计 处理。在卫星-接收机-卫星单差中，参数p_r被抵消。在下文中，可以以单 差或零差来进行所有处理，但这没有在每个步骤中明确地提及。

如果已知所有参数p_r，p^s，以及cΔt^s并忽略噪声，则在没有附加信息的 情况下，剩余部分不是唯一的。将用于特定的卫星-接收机组 合的模糊度设为零将相应地移位偏差。如果模糊度是已知的，则限定偏差 的等级；如果偏差是已知的，则限定模糊度的等级。

在码和载波相位观测结果的一些线性组合中，像接收机偏差b_rk那 样，抵消参数p_r，p^s，以及cΔt^s。这允许对与其他参数分离的模糊度以及 偏差b_rk进行估计。

不是所有的卫星偏差都能与卫星时钟误差cΔt^s分离地进行估计。在这 种情况下，实际卫星时钟的和以及偏差被一起估计，并仅将结果称为卫星 时钟误差。在该情况下，对偏差进行移位与对时钟进行移位是等价的。

在下文中，在属于偏差的模糊度和属于时钟误差的模糊度之间进行区 分。从GNSS观测结果估计的时钟整体以及偏差整体是不足以确定的。因 此，卫星或接收机时钟误差中的一个或他们的任何组合被设为任何任意值 或函数，以使式子可求解。在一些实施例中，时钟中的一个被设为零，或 增加针对时钟误差中的一个或时钟误差的线性组合的额外测量结果或约 束。为了示例的目的，本文给出的实例总是使参考时钟或偏差设为零，但 这不是必需的并且可使用其他方法。

处理I（3015）：在第一步骤中，使用所有其他输入参数以减小载波相 位观测结果的线性组合。依赖于所使用的线性组合，在如何估计相位分级 的卫星时钟误差方面存在小的差异。一个选项是使用单一、大滤波器：在 该情况下，p_r、p^s以及包括偏差的卫星时钟误差以及的所有剩余， 上述的所有剩余未知参数被建模为一个滤波器（例如，卡尔曼滤波器）中 的状态。作为实例，可以使用部分8中用于轨道确定的滤波器[轨道_处理 器]、部分6中用于码分级的时钟的滤波器[时钟_处理器]（除了模糊度的整 数特性之外），或部分8中的Melbourne-Wübbena偏差处理器[MW_处理 器]。另一个选项是，执行分级估计。

在一些实施例中，使用其中抵消了p_r，p^s，以及cΔt^s的码和载波相位 观测结果的线性组合在辅助滤波器中估计的偏差和模糊度，并可 用于简化主滤波器。

另一选项是，使用滤波器群而不是单一滤波器或者不是具有辅助滤波 器的主滤波器。如果除了模糊度之外的所有参数也是已知的（即，模糊度 也已知），则在码和载波相位组合或（）中的至少一个中，可在 滤波器群中估计模糊度，其中一个滤波器用于每个模糊度，或一个滤波器 用于每个接收机。使用Melbourne-Wübbena线性组合和 Melbourne-Wübbena偏差作为输入，在相位时钟处理器中对单差观测结果 完成这一点，以估计宽巷模糊度。

又一选项是使用主滤波器与滤波器群的组合。在一些实施例中，滤波 器群的结果被用来减小在用于估计剩余未知量的主滤波器中的载波相位 组合

至少一组固定的模糊度被从处理I（3015）发送到处理II（3020），但 此外还可以发送所有估计的参数。

处理II（3025）：在处理II中，使线性组合减去所有来自处理I或 附加源的输入参数。如果对于属于时钟误差的来自处理I的模糊度来说没 有可用的固定模糊度，通过例如生成树限定的这些模糊度的子集在一些实 施例中被设为任意整数，并像上文讨论的固定模糊度那样被使用。如果该 子集改变或被处理I的固定模糊度替代，则产生的卫星相位时钟误差可能 改变其等级。所有剩余的未知量都被建模为滤波器（例如，卡尔曼滤波器） 中的状态。

如图30A所示，一些实施例估计第一速率上的模糊度，并估计比第一 速率高的第二速率上针对每个卫星的相位分级的时钟。在处理I（3005） 中估计的模糊度是恒定的，只要接收机没有周跳。因此，可长时间使用所 估计的模糊度。同样，一些其他状态，如处理I（3005）中估计的对流层， 变化缓慢，并可被假设为暂时恒定。如果处理II（3020）的观测结果被减 去这些恒定并缓慢变化的参数，则用于估计时钟误差的滤波器只需要查看 剩下的未知量，因而是相当快的。通常，处理II以比处理I更高的更新速 度来工作。

图30B是用如图29的选项2中的WL模糊度输入的备选相位时钟处 理器实施例3035的简化示意图（与处理2965相比）。卫星轨道数据3005 （例如，350或360）、GNSS观测结果3010（例如，305或315）、对流层 延迟3040（例如，370）和固定的WL模糊度3045（例如，340），被提供 给处理I（3015）的滤波器群3050。滤波器群3050估计无单差的窄巷模糊 度3055。在处理3060中，将无SD的NL模糊度3055和固定的WL模糊 度3045与卫星轨道数据3005、GNSS观测结果3010以及对流层延迟3040 组合，以计算单差卫星时钟3062。这些单差卫星时钟3062被施加到窄巷 滤波器群3064，以估计单差卫星时钟3066。生成树处理3068（例如，MST） 被应用到这些单差卫星时钟3066，以产生一组单差卫星时钟3070。这些单 差卫星时钟3070被向回反馈给处理I（3015）的滤波器群3050，以改善对 无单差窄巷模糊度3055的估计。

图30C是具有如图29的选项1中的MW偏差输入的备选相位时钟处 理器实施例3075的简化示意图（与处理2965相比）。卫星轨道数据3005 （例如，350或360）、GNSS观测结果3010（例如，305或315）、对流层 延迟3040（例如，370）和固定的WL模糊度3045（例如，340）被提供 给处理I（3015）的滤波器群3078。滤波器群3078估计无单差的窄巷模糊 度3088。滤波器群3082使用MW卫星偏差3045来估计WL模糊度3084。 如图30B中那样，在处理3060中，无SD的NL模糊度3055和固定的 WL模糊度3084与卫星轨道数据3005、GNSS观测结果3010以及对流层 延迟3040组合，以计算单差卫星时钟3062。这些单差卫星时钟3062被施 加到窄巷滤波器群3064，以估计单差卫星时钟3066。生成树处理3068（例 如，MST）被应用到这些单差卫星时钟3066，以产生一组单差卫星时钟 3070。这些单差卫星时钟3070被向回反馈给处理I（3015）的滤波器群3078， 以改善对无单差窄巷模糊度3080的估计。

图31示出了实施例3100，其中估计针对每个卫星的相位分级的时钟 包括，至少使用卫星轨道信息、模糊度和GNSS信号数据，以便估计一组 针对每个接收机的相位分级的时钟，每个相位分级的时钟对应于接收机- 卫星链路和卫星-接收机-卫星链路中的一个；以及使用多个相位分级的时 钟以便估计针对每个卫星的一个相位分级的时钟。在第一处理3115中使用 卫星轨道信息3105（例如，350或360）和GNSS观测结果3110（例如， 305或315），以便确定模糊度3120。在第二处理3125中，使用模糊度3120 与卫星轨道信息3105和GNSS观测结果3110，以便估计一组相位分级的 时钟3130，每个相位分级的时钟都对应于接收机-卫星链路和卫星-接收机- 卫星链路中的一个。在第三处理3135中使用这些相位分级的时钟3130， 以便估计卫星时钟3140，针对每个卫星一个。

最为对具有大滤波器的替代，可使用用于每个卫星到卫星链路的小滤 波器来解决问题，以估计针对每个接收机-卫星链路的时钟误差，或者单差 情况下针对每个卫星-接收机-卫星链路的时钟误差。此后，可使用仅由生 成树限定的链路（例如，像在3058处那样）或使用具有针对每个卫星一个 时钟误差状态的滤波器，将这些针对每个链路的时钟误差进行组合。

在一些实施例中，使用至少一个之前估计的针对每个卫星的相位分级 的时钟，对模糊度进行估计。如上所述，已知的固定模糊度限定时钟误差 等级，并且（反之亦然）已知的时钟误差导致模糊度符合该时钟误差。因 此，到处理I的时钟误差估计的反馈使得可以在没有专有时钟误差状态的 情况下，估计模糊度。由于处理II已经可以在所有模糊度被固定之前产生 时钟误差估计，所以在该背景下此反馈有利于固定属于时钟误差的模糊 度。使用来自第二相位时钟处理器的时钟误差估计作为对处理Ⅰ的输入允 许估计适合这些时钟的模糊度，并最终估计处于与其他处理器的时钟误差 相同级别的卫星时钟误差。

图32示出了一个这样的实施例3200。在第一处理3215中使用卫星轨 道信息3205（例如，350或360）和GNSS观测结果3210（例如，305或 315），以确定模糊度3220。在第二处理3225中使用模糊度3220与卫星轨 道信息3205和GNSS观测结果3210，以估计相位分级的时钟3230组。这 些相位分级的时钟3230被向回反馈给第一处理3215，它们在第一处理3215 中被用于估计模糊度3220。对于该实施例，将次级时钟处理器作为备用是 有利的，该次级时钟处理器在主时钟处理器故障的情况下是可用的，以便 立即提供时钟误差估计而无需层级改变。

在一些实施例中，获得至少一个从外部源估计的针对每个卫星的附加 相位分级的时钟，并将其用于估计模糊度。图33示出了一个这样的实施例 3300。在部分3355中，在第一处理3315中使用卫星轨道信息3305（例如， 350或360）和GNSS观测结果3310（例如，305或315），以便确定模糊 度3320。在第二处理3325中，使用模糊度3320与卫星轨道信息3305和 GNSS观测结果3310来估计一组相位分级的时钟3330。在部分3385中， 在第一处理3365中使用卫星轨道信息3355（例如，350或360）和GNSS 观测结果3310（例如，305或315）与一个或多个卫星时钟3330，以估计 模糊度3370。在该实施例中，相对于部分3385，部分3335是卫星时钟3330 的外部源。在第二处理3375中，使用模糊度3370与卫星轨道信息3355 和GNSS观测结果3360，以估计一组相位分级的时钟3380。

在一些实施例中，为附加接收机确定至少一组针对每个接收机的模糊 度，每个模糊度都对应于接收机-卫星链路和卫星-接收机-卫星链路中的一 个。在确定了关于附加接收机的模糊度之后，至少使用精确轨道信息、关 于附加接收机的模糊度以及GNSS信号数据，以估计针对每个卫星的至少 一个附加相位分级的时钟。

图34示出了一个这样的实施例3400。在部分3455中，在第一处理3415 中使用卫星轨道信息3405（例如，350或360）和GNSS观测结果3310（例 如，305或315），以便确定模糊度3420。在第二处理3425中，使用模糊 度3420与卫星轨道信息3405和GNSS观测结果3410，以便估计一组相位 分级的时钟3430。在部分3485中，在第一处理3465中，使用卫星轨道信 息3455（例如，350或360，但可选地来自与参考站的不同网络相关的不 同轨道处理器）和GNSS观测结果3410（例如，305或315，但可选地来 自参考站的不同网络）与一个或多个卫星时钟3430，以估计模糊度3470。 在第二处理3475中，使用模糊度3470与卫星轨道信息3455和GNSS观 测结果3460，以估计一组相位分级的时钟3480。

主和次级时钟处理器还可以是不同的类型。该选项可用来基于不同的 线性组合（例如，码时钟误差或不同的相位组合）来估计接近时钟误差等 级的模糊度。在处理II中使用这些模糊度将导致时钟误差接近处理I中输 入的时钟误差。

部分10：调度器&消息编码器

图35是示出了根据本发明的一些实施例的调度器355和消息编码器 385的示意图。

用于编码和发送卫星信息的方法和设备在专利申请公开 US2009/0179792Al和US2009/0179793Al中有所介绍。

部分11：用合成参考站数据的漫游器处理

Rodrigo Leandro

Ulrich Vollath

Xiaoming Chen

部分11.1前言

现有的RTK漫游器定位引擎典型地被设计为处理差分的数据；用基 站数据以及对差分数据进行操作的滤波器对漫游器数据进行差分。诸如卫 星时钟误差、接收机时钟误差、对流层延迟误差以及电离层延迟误差的多 种误差会劣化GNSS观测结果。如果使用了观察相同卫星的两个接收机的 观测结果之间的差分，则可消除与卫星相关的误差（例如，卫星时钟误差）。 如果这些接收机彼此离得足够邻近（例如，正常情况下几公里），那么还 可消除与大气相关的误差。在VRS（虚拟参考站）的情况下，差分不是在 两个站之间而是在漫游器站和虚拟站之间完成，虚拟站的数据通过使用来 自接收机网络的观测结果而产生。通过该网络，可得到误差如何在网络的 区域上起作用的知识，这允许在更长距离上的微分定位。

用于精确点定位（PPP）和具有模糊度解的PPP（PPP/RTK）的现有 方法通过将建模后的误差作为校正（减去误差）施加到漫游器数据来将其 移除。通过该网络，使用被配置为处理差分数据的漫游器接收机需要数据 准备中的改变（在可处理数据之前，必须将单差替代成仅漫游器数据误差 校正）。

这表明漫游器定位引擎内两个不同的操作模式。实践中，这造成针对 PPP和RTK的单独处理器。这消耗了大量的软件开发资源，并占据了更 多的漫游器CPU存储器用于附加的模块和数据。

部分11.2全球虚拟参考站定位

本发明的一些实施例基于基本上不同的方法，其中对于在地球表面上 或临近地球表面的任何位置，使用精确卫星信息（例如，精确轨道和时钟） 产生合成的基站（SBS）数据流。该数据流等价于在漫游器附近具有真实 的参考站。

为了在漫游器处的处理，使用实时动态（RTK）定位引擎，与传统的 虚拟参考站（VRS）处理相比，该引擎适用于PPP的不同误差特性。与传 统的VRS处理不同，本发明的一些实施例使用不依赖于小电离层残差的处 理方法。并且与传统的VRS处理相反，本发明的一些实施例可选地处理不 同的伪距可观测量。

以相当低的软件开发和漫游器定位引擎中的极少改变保留了PPP和 PPP/RTK功能性，并保留了经充分证明的RTK引擎的优点（已经开发并 经过多年的开发时间的完善）。这样的功能性的实例包括，对天蓬下收集 的数据的处理，以及处理参考数据/校正中的延迟（低延迟定位）。

使用SBS技术的PPP-RTK研究已证实这种系统的高性能。在处理测 试数据组时，在大约600秒（均值）之后实现了水平10厘米（95%）的定 位准确度。在900秒（均值）之后实现了到典型长基线的收敛和水平2.54 厘米（95%）的VRS勘测准确度。这表明此处描述的SBS技术可提供亚 英寸（sub-inch）水平定位性能。

部分11.2产生SBS数据

SBS技术使得能够使用精确卫星信息（例如，轨道、时钟）针对地球 表面上或临近地球表面的任何位置，产生虚拟GNSS数据（来自虚拟GNSS 参考站/基站的数据）。主要的处理在负责生成虚拟数据的模块内完成。这 样数据生成的目的是，使得能够像典型地使用物理基站或虚拟参考站的参 考接收机数据那样运行RTK引擎（RTK引擎描述在部分_[RTK  DESCRIPTION]）。因此，在SBS技术中，使用来自（虚拟）参考接收机 以及漫游器接收机的SBS数据，通过具有微分GNSS数据处理（即，参考 接收机和漫游器接收机之间的观测结果的差分）的RTK引擎，来计算接 收机的天线位置。因此，该技术允许使用微分GNSS处理器，以便在任何 地方对位置进行计算，而没有对附近参考站的明确需要。

SBS模块至少使用下列中的至少一个：

相位分级的时钟：这些是如在部分9[相位时钟描述]中描述的那样被计 算的卫星时钟偏移。

码分级的时钟：这些是如在部分6[标准时钟描述]中描述的那样被计算 的卫星时钟偏移。

Melbourne-Wübbena偏差：这些是如在部分8[WL偏差描述]中描述 的那样被计算的用于Melbourne-Wübbena相位和码组合的卫星偏差。

跳跃消息：这些消息可指示卫星相位时钟在最近一段时间（例如，10 分钟）是否具有等级改变。等级改变的原因在部分9[相位时钟描述]中指出。 每当卫星相位时钟偏移中出现了跳跃（等级改变）时，必须在漫游器上采 取一些动作。该动作可以是对RTK引擎中的卫星的一个/多个模糊度的重 设。

近似漫游器位置：这是将针对它生成虚拟基站数据的位置。可使用漫 游器的近似位置，使得例如与几何相关的分量（例如，卫星位置）就漫游 器数据而言是相同的。

时间标签：这是必须生成虚拟数据的时间（历元）。在与漫游器观测 时间标签相关的特定时间瞬间（历元）必须创建虚拟数据，使得该虚拟数 据可以在微分数据处理中与漫游器数据一起使用。

作为输入给出上文列出的项中的一个或多个项，SBS模块作为输出生 成一组GNSS虚拟观测结果。这些观测结果包括并且不限于：L1码、L2 码、L1相位、L2相位、L1周跳信息、L2周跳信息、精确虚拟基站位置。 一旦虚拟参考站数据集可用，该数据集可被传递给RTK引擎，用于使用 漫游器自身的GNSS观测数据并可选地使用精确卫星数据进行微分处理。 RTK引擎于是可应用常规RTK处理，以便计算漫游器坐标（参见部分 [RTK描述]）。

部分11.3移动基础站（Moving Base）

在SBS位置和用于SBS位置的合成参考基站数据被频繁更新时，例 如，针对漫游器观测结果的每个历元都生成一组新的SBS数据，得到用于 动态漫游器的最佳校正。一些实施例将对漫游器位置的第一估计作为SBS 位置，所述估计导出自例如使用漫游器观测结果的简单导航解法。

在现有虚拟参考站（VRS）处理的情况下，移动漫游器可导致漫游器 位置与VRS位置（针对其合成VRS数据）之间的显著分离。一些实施方 式通过在该距离超过特定阈值时改变VRS位置来缓和这一点。

对于姿态确定（前进、叶片控制（blade control）等等），典型的RTK 处理引擎通常能够处理来自移动基站的数据；对SBS位置和用于该SBS 位置的合成参考站数据的频繁更新不需要修改这些漫游器处理引擎。

部分11.4SBS实施例

图38示出了根据本发明的SBS处理的实施例3800。漫游器接收机 3805从多个GNSS卫星接收GNSS信号，在3810、3815以及3820处示出 了三个GNSS卫星。接收机3805从多个历元上GNSS信号的码观测结果 和载波相位观测结果导出GNSS数据3825。

经由例如通信卫星3835广播的校正消息390或通过其他方式接收 GNSS卫星的精确卫星数据3830，并通过消息解码器3832进行解码。SBS 模块3835接收精确卫星数据3830并其还接收可用作虚拟基站位置的信息 （例如，由可选导航处理器3845生成的具有时间标签3842的近似漫游器 位置）。可选地，从如下文所述的其他源获得近似漫游器位置。

SBS模块3835使用精确卫星数据3830和具有时间标签3842的近似漫 游器位置，以便合成用于虚拟基础站位置的基站数据3850。该基站数据 3850包括，例如，L1码、L2码、L1载波相位和L2载波相位的合成观测 结果，以及可选地包括关于L1周跳、L2周跳以及虚拟基础站位置的信息。 通过事件或指示要生成合成基站数据的新历元的信息的到达，触发SBSD 模块3835。在一些实施例中，触发是漫游器观测历元数据集的可用性。在 一些实施例中，触发是当前漫游器时间标签。在一些实施例中，对GNSS 数据观测结果3825的每个历元生成合成基站数据3850的一个历元。在一 些实施例中，触发是一组更新的精确卫星数据3830的可用性。

在一些实施例中，微分处理器3855，例如积分GNSS接收机系统3700 的典型RTK定位引擎，接收精确卫星数据3830、合成基站数据3850以及 漫游器接收机3805的GNSS数据3825，并使用这些数据来确定精确漫游 器位置3860。合成基站数据3850在这样的处理中替代基站数据。

图39示出了在观测时间Obs0与后续观测时间OBs1之间的时钟预测。

图40是SBS模块3835的示意性框图。

SBS模块3835使用下列中的至少一个：

相位分级的时钟370：这些是如在部分9（相位时钟处理器）中描述的 那样被计算的卫星时钟偏移。

码分级的时钟365：这些是如在部分6（标准时钟处理器）中描述的那 样被计算的卫星时钟偏移；

Melbourne-Wübbena偏差345：这些是如在部分8（宽巷偏差处理器） 中描述的那样被计算的用于Melbourne-Wübbena相位和码组合的卫星偏 差；

跳跃消息（例如，来自校正消息390）：跳跃消息指示卫星相位时钟在 最近一段时间（例如，10分钟）的什么时候具有等级改变。等级改变的原 因在部分9[相位时钟描述]中指出。当卫星相位时钟偏移中的跳跃（等级改 变）被指示时，在漫游器上采取动作，例如对RTK引擎中卫星的一个（多 个）模糊度的重设。

近似漫游器位置3840：这是将针对它生成虚拟基站数据的位置。可使 用漫游器的近似位置，使得与几何相关的分量（例如，卫星位置）就漫游 器数据而言是相同的。

时间标签3842：这是生成虚拟数据的时间。在与漫游器观测时间标签 相关的特定时间瞬间，创建合成基站数据3850，使得该合成基站数据3850 可以在微分数据处理中与漫游器数据一起使用。

作为输入给出这些项中的一个或多个项，SBS模块3850作为输出3850 生成一组GNSS虚拟观测结果。这些观测结果可包括并且不限于：L1码、 L2码、L1相位、L2相位、L1周跳信息、L2周跳信息以及精确虚拟基站 位置。虚拟基站位置被传递给微分处理器3855（像漫游器的GNSS数据 3825以及可选地精确卫星数据3830那样）。微分处理器3855计算精确漫 游器位置3860的坐标，如在部分[RTK描述]中所描述的。

在任何瞬间，SBS模块3835都可接收下列中的一个或多个：近似漫 游器位置3840、精确卫星数据3830和/或时间标签3842。近似漫游器位置 3840在4005处被存储为更新后的当前虚拟基础站位置。在4010处保存精 确卫星数据3840。在4015处保存时间标签3842。这些项中的任何项，或 者可选的外部触发4020，可用作在判定点4025处的触发事件，以开始生 成一组新的合成后基站数据3850。

在4030处评估用于当前时间标签的卫星数据。这意味着，所存储的卫 星位置和时钟误差被转换成信号的正确传送时间，所以它们可以与漫游器 观测结果一致地使用。这点被实现，因为所存储的卫星位置和时钟误差不 必与每个所请求的SBS模块历元的时间标签相匹配。在4040处使用用于 当前时间标签4035的精确卫星数据集，以合成用于当前时间标签的基站数 据集。在4040处，针对当前时间标签计算卫星位置和卫星速度。虚拟基站 i和卫星j之间的几何距离被计算为例如：

${\rho }_i^j=\sqrt{({(X^j-X_i)}^2+{(Y^j-Y_i)}^2+{(Z^j-Z_i)}^2)}---\left(40.1\right)$

其中X^j，Y^j，Z^j是在当前时间标签的时间处的卫星位置，以及

X_i，Y_i，Z_i是在当前时间标签的时间处的虚拟基站位置。

使用例如预测模型来计算中性大气（或对流层）延迟T_i^j预测模型的 实例可以参见[Leandro2009]、[Leandro等，2006a],或[Leandro等 2006b]。

使用例如电离层模型来计算针对L1频率的电离层延迟这可以是 预测模型，例如，GPS广播电离层模型[ICD-GPS]，或者一些更复杂的模 型。可选地，电离层延迟可被设为零。

于是针对时间标签的时间的未校正的合成基站数据集例如被计算为：

${{\Phi }_{i,1}^j}^{\prime }={\rho }_i^j-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^j+{T_i}^j-I_i^j---\left(40.2\right)$

${{\Phi }_{i,2}^j}^{\prime }={\rho }_i^j-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^j+{T_i}^j-\frac{{f_1}^2}{{f_2}^2}{I}_i^j---\left(40.3\right)$

${P_{i,1}^j}^{\prime }={\rho }_i^j-\mathrm{c\Delta }{t}_P^j+{T_i}^j+I_i^j+\frac{f_2}{f_1}({\lambda }_{\mathrm{WL}}·b_{\mathrm{MW}}^j-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^j+\mathrm{c\Delta }{t}_P^j)---\left(40.4\right)$

${P_{i,2}^j}^{\prime }={\rho }_i^j-\mathrm{c\Delta }{t}_P^j+{T_i}^j+\frac{{f_1}^2}{{f_2}^2}{I}_i^j+\frac{f_1}{f_2}({\lambda }_{\mathrm{WL}}·b_{\mathrm{MW}}^j-\mathrm{c\Delta }{t}_{\Phi }^j+\mathrm{c\Delta }{t}_P^j)---\left(40.5\right)$

其中，是关于虚拟基础站位置的合成L1载波观测，

是关于虚拟基础站位置的合成L2载波观测，

是关于虚拟基础站位置的合成L1码观测，以及

是关于虚拟基础站位置的合成L2码观测。

在4050处校正未经校正的合成基站数据集4045，以产生关于当前时 间标签的合成基站数据集3850。该校正包括在部分3：[校正管理器描述] 中描述的一个或多个效果，例如，固体地球潮汐、相位缠绕以及天线相位 中心变化。校正后的合成基站数据集为：

${\Phi }_{i,1}^j={{\Phi }_{i,1}^j}^{\prime }-C_{i,1}^j---\left(40.6\right)$

${\Phi }_{i,2}^j={{\Phi }_{i,2}^j}^{\prime }-C_{i,2}^j---(40.7)$

$P_{i,1}^j={P_{i,1}^j}^{\prime }-C_{i,1}^j---\left(40.8\right)$

$P_{i,2}^j={P_{i,2}^j}^{\prime }-C_{i,2}^j---\left(40.9\right)$

然后针对当前时间标签完成合成的基站数据集生成，并将其传送到微 分处理器3855。

在一些实施例中，微分处理器3855使用广播星历表，以便确定卫星位 置和时钟误差，因为在该定位模型中，关于卫星仅仅需要近似量。在微分 处理器使用SBS数据的情况中也是这样，然而在一些实施例中，处理器可 选地使用可用的精确卫星数据。

图41是典型的RTK定位引擎的示意性框图……

图42示出了备选实施例4200，其是图38的处理3800的变体。在该 实施例中，精确卫星数据3830和漫游器观测数据3825被发送到PPP（精 确点定位）引擎4210而不是微分处理器3855，或者还被额外地发送到微 分处理器3855。PPP引擎4210递送漫游器坐标以替代那些来自微分处理 器3855的坐标，或者除了那些来自微分处理器3855的坐标之外还传递漫 游器坐标。

图43是图38的实施例的简化视图。使用精确卫星数据3830针对给定 位置创建合成GNSS数据3850。合成数据3850被转发给微分处理器3855， 该微分处理器3855还使用漫游器GNSS数据3825来计算漫游器位置3860。

图44是图38、图42或图44的处理的低延时版本的时序图。在该变 体中，到来的漫游器观测数据的历元（例如，3825）或历元时间标签（例 如，3842）被用作触发，用于生成合成基站数据（例如，3850）。例如，针 对漫游器观测数据的每个历元（例如，3825），生成一组合成基站数据（例 如，3850）。虚拟基础站位置（例如，近似漫游器位置3840）被时常更新， 如时序标志4402-4408所示。时常接收精确卫星数据（例如，精确卫星数 据3830），如时序标志4410-4424所示。时常接收漫游器数据（例如，漫 游器观测结果3825），如时序标志4426-4454所示。虚拟基础站位置、精 确卫星数据和漫游器数据的到达不是同时的。漫游器数据的历元的每次到 达（由时序标记4426-4454中的相应的一个来指示）都导致生成相应的一 组虚拟基站数据（由时序标记4456-4484中相应的一个来指示）。在每种情 况下，优选的是，在以相应的虚拟基站数据处理漫游器观测数据的历元时， 使用最新的虚拟基站位置和最新的精确卫星数据。每对漫游器数据和虚拟 基站数据（例如时序标记对4424和4456的）都导致生成对应的漫游器位 置（例如时序标记4485的）。生成的漫游器位置由时序标记4484-4499来 表示。

在一些实施例中，每次观察新的漫游器数据历元时都创建新的SBS数 据历元。图45是图38、图42或图43的处理的高准确度版本的时序图。 在该变体中，一组精确卫星数据（例如，3830）的到达被用作触发，用于 合成基站数据（例如，3850）的生成。例如，针对每组精确卫星数据（例 如，3850）产生一组合成基站数据（例如，3850）。虚拟基站位置3840（例 如，近似漫游器位置）被时常更新，如时序标志4502-4508所示。时常接 收精确卫星数据（例如，精确卫星数据3830），如时序标志4510-4524所 示。从例如每组新的精确卫星数据产生合成基站数据（例如，3850），如时 序标志4526-4540所示。时常接收漫游器数据（例如，漫游器观测结果 3825），如时序标志4542-4570所示。虚拟基础站位置、精确卫星数据和漫 游器数据的到达不是同时的，但在该变体中，将合成基站数据集同步（具 有相同的时间标签）为与精确卫星数据集一样，例如，如时序标志4510 和4526、4512和4528等所示。使用最近的合成基站数据集来处理漫游器 数据的每个新历元。例如，使用在时序标记4526等处准备的合成基站数据 处理在时序标记4544和4536处到达的漫游器数据历元。

在一些实施例中，每次获得新的精确卫星数据集时，创建新的SBS数 据历元。图46示出图38、图42或图43的处理的变体4600，其中从各种 源的任何源取得虚拟基础站位置4605。一些实施例将漫游器的自主位置 （autonomous position）4610（例如，通过漫游器的导航引擎3845使用漫 游器数据3825确定的）作为虚拟基础站位置4605（a）。一些实施例将之 前的精确漫游器位置4615（例如，精确漫游器位置4220，通过微分处理器 3855或通过PPP引擎4210针对在先历元而确定）作为虚拟基站位置4605 （b）。一些实施例将漫游器的自主位置4610（通过例如SBS模块3835使 用漫游器数据3825确定的）作为虚拟基础站位置4605（c）。一些实施例 将漫游器的自主位置4610（通过例如SBS模块3835使用漫游器数据3825 和精确卫星数据3830确定的）作为虚拟基础站位置4605（d）。一些实施 例将获得自一个或多个备选位置源4620的近似漫游器位置作为虚拟基站 位置4605，该近似漫游器位置例如通过与漫游器搭配的惯性导航系统 （INS）4625确定的漫游器位置、与同塔通信的移动电话搭配的漫游器附 近的移动电话（小区）塔4630的位置、诸如用户手动输入（例如在键盘 3755或其他用户输入装置的帮助下）的位置的用户输入4635、或虚拟基站 位置的任何其他希望的源4640。

不考虑源，一些实施例时常更新虚拟基站位置4605或3840，以便由 SBS模块3835使用，如箭头4645所示。虚拟基站位置4605可被更新为 例如：

（a）从不，

（b）针对漫游器数据的每个历元，

（c）针对漫游器数据的每个第n个历元，

（d）在预定的时间间隔之后，

（e）当近似漫游器天线位置（例如，3840）或自主漫游器天线位置（例 如，4610）与虚拟基站位置（例如，4605）之间的距离超过预定阈值时，

（f）当近似漫游器天线位置（例如，3840）或自主漫游器天线位置（例 如，4610）与精确漫游器天线位置（例如，4220）之间的距离超过预定阈 值时，

（g）针对近似漫游器天线位置（例如，3840）的每次更新，

（h）针对精确漫游器天线位置（例如，4220）的每次更新。

对于情况（a），提供到SBS模块3835的第一虚拟基站位置（例如， 4605）被用于整个时间段（在该时间段期间，完成数据处理）。对于情况（b）， 每次收集漫游器数据3825的新的历元时更新虚拟基站位置（例如，4605）， 因为该新历元可用于更新可用作虚拟基站位置4805的漫游器近似位置 3840。对于情况（b）和（c），每次特定数目（例如，1到10）的漫游器数 据3825的历元被收集时，更新虚拟基站位置4605。对于情况（d），以特 定的时间间隔（例如，每10秒）更新虚拟基站位置4605。情况（e）可看 作情况（a）和（b）的混合，其中，只要当前虚拟基站位置与近似漫游器 天线位置之间的距离小于限定距离（例如，100米）时，就保持当前虚拟 基站位置4605。除了使用虚拟基站位置和近期精确漫游器位置之间的距离 之外，情况（f）与情况（e）相似。对于情况（g），每次近似漫游器天线 位置改变时，更新虚拟基站位置。对于情况（h），每次精确漫游器天线位 置改变时，更新虚拟基站位置。

在一些实施例中，用于产生SBS数据的虚拟基站位置3840来自漫游 器接收机的自主位置解，例如，近似漫游器位置3840。在一些实施例中， 虚拟基站位置3840与自主位置解的位置不同，但在一些情况下接近。一些 实施例使用例如以下的源作为虚拟基站位置3840：漫游器天线的自主确定 的位置、此前确定的所述漫游器天线位置中的一个、合成基站数据生成模 块（例如，3835）、精确漫游器位置（例如，4220）、由PPP引擎确定的位 置（例如，4210）、由惯性导航系统（例如，4625）确定的位置、移动电话 塔位置（例如，4630）、由用户提供的信息（例如，4635）或任何其他所选 源（例如，4540）。

在一些实施例中，在整个漫游器观测时段中，虚拟基站位置3840没有 被保持为恒定的，而是在满足特定条件的情况下被更新，所述条件例如： 从不、针对漫游器数据的每个历元、当近似漫游器天线位置与虚拟基站位 置之间的距离超过预定阈值时、针对漫游器天线位置的每次更新、以及针 对特定GNSS时间间隔。在一些实施例中，使用虚拟基站位置3840的改 变来触发新的SBS历元数据的生成。

在一些实施例中，SBS数据用于任何类型的站间微分GNSS处理器， 无论涉及何种类似的数据建模，例如，处理器使用：辅助式惯性导航（INS）、 积分INS和GNSS处理、常规实时动态（RTK）、瞬时RTK（IRTK，例 如使用L1/L2用于快速运行中（on-the-fly）模糊度解）、微分GPS（DGPS） 浮点解处理和/或三差处理。在一些实施例中，在漫游器数据的后处理中使 用SBS数据。在一些实施例中，实时地（即，一在漫游器观测可用时和可 为其产生SBS记录时就使用）使用SBS数据。在一些实施例中，漫游器 的时间标签与几毫秒内SBS数据的时间标签相匹配。

部分11.5SBS参考

Leandro R.F.,Santos,M.C.和Langley R.B.(2006a).“UNB Neutral  Atmosphere Models:Development and Performance”，Proceedings of ION  NTM2006,Monterey,California,2006年1月.

Leandro R.F.,Santos,M.C.和Langley R.B.,(2006b).“Wide Area  Neutral Atmosphere Models for GNSS Applications”,Proceedings of ION  GNSS2006,Fort Worth,Texas,2006年9月.

Leandro,R.F.(2009).Precise Point Positioning with GPS:A New  Approach for Positioning,Atmospheric Studies,and Signal Analysis.Ph.D. dissertation,Department of Geodesy and Geomatics Engineering, Technical Report No.267,University of New Brunswick,Fredericton,New  Brunswick,Canada,第232页。

部分12：使用模糊度固定的漫游器处理

部分12.1模糊度固定前言

通用高准确度绝对定位方案（也称为精确点定位或PPP）利用精确卫 星轨道和时钟误差信息。该方案还使用无电离层观测结果，因为没有可获 得的关于电离层对漫游器接收机的位置的作用（几厘米）的信息。在这种 场景中，高准确度绝对定位方案总是基于对载波-相位模糊度的浮点估计， 因为无法利用非差无电离层观测结果来保持那些参数的整数特性。与非差 模糊度的整数特性有关的另一个问题是，测量结果中存在非整数相位偏 差。这些偏差也必然存在于校正数据（例如，时钟）中，否则，从定位滤 波器获得的模糊度将不具有整数特性。

现有技术处理中所使用的典型的观测模型是：

其中，

φ是在卫星信号的漫游器处的相位观测（测量的数据），

P是卫星信号漫游器处的码观测（测量的数据），

R是传输所观测的信号时从卫星到漫游器的距离，

dT是接收机时钟（这里也称为码分分级的接收机时钟或接收机码时钟 或标准接收机时钟），

dt是卫星时钟（这里也称为码分级的卫星时钟或卫星码时钟或标准卫 星时钟），

T是卫星至漫游器信号路径的对流层延迟，和

N_if是无电离层模糊度。

典型的现有技术PPP处理在尝试估计接收机位置（X^r、Y^r和Z^r）、接 收机时钟dT、对流层延迟T和无电离层浮点模糊度时，使用多个卫星 的信号的无电离层相位φ和码P观测结果（测量结果）以及外部提供的卫 星时钟信息dt。在卡尔曼滤波器实现中，因此针对在漫游器观测到的每个 卫星j将要估计的参数的状态向量是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ \mathrm{dT}\\ T\\ {N_{\mathrm{if}}^j}^{\mathrm{Float}}\end{array}\right)---\left(3\right)$

本发明的实施例提供了绝对定位，其将漫游器处实时处理中的载波频 率模糊度的整数特性考虑在内。实时处理是指只要执行以下动作就处理观 测数据：(a)数据被收集；和(b)可以获得这样做的必需信息（例如，卫星校 正）。新的处理使用特定的卫星时钟信息，使得载波-相位（也称为相位） 模糊度整数性能够在漫游器处计算的模糊度状态值中得以保留。漫游器的 处理引擎处理卫星时钟误差以及应用于接收机观测结果的卫星偏差的组 合。

现有技术PPP引擎不能使用相位分级的时钟，或者至少不能利用这些 时钟的整数特性。本发明的一些实施例在例如漫游器处修改后的位置引擎 中利用该新的信息。

使用相位分级的卫星时钟和偏差信息的一个目标是，获得假设的整数 模糊度，该整数模糊度被用于获得增强型位置解决方案（其利用模糊度的 整数特性）。与位置解决方案（4705）（其中，将模糊度看作浮点数）相比， 这改进了位置解决方案（4710），如图47所示。

这种现有技术PPP处理的结果使得整数特性的无电离层模糊度无 法被可靠地确定；而是只能够实现对无电离层浮点模糊度的估计。无 电离层浮点模糊度可以被看作是包括可解析为误差e的附加效应，使 得：

N_if^Float＝[αN_WL^Integer+βN₁^Integer]+e    (4)

N_if^Float＝N_if^PL+e    (s)

其中：

是代表无电离层整数模糊度和误差e的组合的无电离层浮 点模糊度，

是宽巷整数模糊度，

α是宽巷模糊度系数，

是L1整数模糊度，

β是L1模糊度系数，

是相位分级的无电离层模糊度。

在一些特定的情形中，可以以实践的方式来考虑N_if^Float≌N_if^integer。因此， 存在这样的情况：不必将浮点模糊度公式化为其他两个整数特性的模 糊度的合成物（如在N_if^Float＝[αB_WL^Integer+βN₁^Integer]+e中那样）。

部分12.2确定无电离层相位分级的模糊度选项1

本发明的一些实施例基于消除不期望的效应，或者换句话说是消除无 电离层浮点模糊度误差e，从而能够确定无电离层相位分级的模糊度为了消除误差e，相位观测模型被重新定义成：

其中：

dT_p是相位分级的接收机时钟（也称为接收机相位时钟），

dt_p是相位分级的卫星时钟（也称为卫星相位时钟），和

是相位分级的无电离层模糊度。

（6）中的卫星相位时钟dt_p是基于相位的并且具有整数特性，并且与 方程式（4）相反，它能够提供无误差e的相位分级的模糊度，使得：

N_if^PL＝[αN_WL^Integer+βN₁^Integer]    (7)

相位分级的无电离层模糊度不是整数，但是仍具有整数特性；相 位分级的无电离层模糊度可以解析成两个整数模糊度的组合。这样做 的一种方式是，假设它是宽巷整数模糊度和L1整数模糊度的组 合，其中宽巷模糊度系数α和L1模糊度系数不必是整数。

相位分级的时钟dt_p与标准（码分级的）卫星时钟dt是十分不同的。 为了避免混淆，项dt_p在这里用来表示相位分级的卫星时钟，而项dt_c在这 里用来表示标准（码分级的）卫星时钟，即dt_c=dt。

在（6）中引入相位分级的卫星时钟项dt_p意味着相应的接收机时钟项 dT_p也是相位分级的。项dT_p在这里用来表示相位分级的接收机时钟，而项 dT_c用来表示标准（码分级的）接收机时钟，即dT_c=dT。在其中相位和码 测量结果被同时使用的定位引擎中，两个时钟状态因而针对接收机被建 模；在这个公式中，它们是相位分级的接收机时钟dT_p和标准（码分级的） 接收机时钟dT_c。

如上文提到的，典型的现有技术PPP处理尝试针对每个观测的卫星都 估计四个参数的值：接收机坐标X^r、Y^r和Z^r，接收机时钟dT，对流层延 迟T和无电离层浮点模糊度相位分级时钟项的引入增加了要在漫游 器引擎中估计的另一个参数：相位分级的接收机时钟dT_p。该重申的观测 模型因而如分别方程式（6）和（2）中所示，并且这里再生为：

在这个公式中，每个观测类型（相位φ或码P）都是以其自己的时钟 类型被校正的（相位分级的卫星时钟dt_p，或码分级的卫星时钟dt_c）。本发 明的一些实施例因而使用在漫游器观测到的多个卫星的信号的相位φ和码 P观测结果（测量结果），以及外部提供的码分级的（标准）卫星时钟信息 dt_c和相位分级的卫星时钟信息dt_p，以便估计以下各项的值：距离R、代码 分级的接收机时钟dT_c、相位分级的接收机时钟dT_p、对流层延迟T和无电 离层相位分级的模糊度因此，在卡尔曼滤波器实现中针对在漫游器 观测到的每个卫星j而要估计的参数的状态向量是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ {\mathrm{dT}}_c\\ {\mathrm{dT}}_p\\ T\\ {N_{\mathrm{if}}^j}^{\mathrm{PL}}\end{array}\right)---\left(10\right)$

部分12.3确定无电离层相位分级的模糊度选项2

用于处理相位分级信息的第二公式用偏移δdT_p来代替码分级的接收机 时钟dT_c，其中，偏移δdT_p代表码分级的接收机时钟dT_c与相位分级的接收 机时钟dT_p之间的差：

δdT_p＝dT_c-dT_p    (II)

使得方程式（6）和（2）分别变成：

因此，本发明的一些实施例使用在漫游器观测到的多个卫星的信号的 相位φ和码P观测结果（测量结果），以及外部提供的码分级的（标准）卫 星时钟信息dt_c和相位分级的卫星时钟信息dt_p，以便估计以下各项的值:距 离R、相位分级的接收机时钟dT_p、接收机时钟偏移δdT_p、对流层延迟T 和无电离层相位分级的模糊度因此，在卡尔曼滤波器实现中针对在 漫游器观测到的每个卫星j而要估计的参数的状态向量是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ {\mathrm{dT}}_p\\ {\mathrm{\delta dT}}_p\\ T\\ {N_{\mathrm{if}}^j}^{\mathrm{PL}}\end{array}\right)---\left(14\right)$

这个第二公式仍具有五种参数要估计，但是由于δdT_p是偏移，因此在 卡尔曼滤波器中比状态向量（100）有更少的过程噪声。与选项1相比，这 种模型的优点是随机模型能够以不同方式建立，这意味着分配给时钟偏差 状态（例如δdT_p）的噪声级别可以与时钟状态（例如dT_c）不同。假设相位 分级和码分级的时钟的行为相似，则为偏差状态建模所需要的噪声级别应 当比为时钟状态建模要低。

部分12.4确定无电离层相位分级的模糊度选项3

用于处理相位分级的信息的第三公式用偏移-δdT_p来代替相位分级的 接收机时钟dT_p，其中，偏移-δdT_p代表相位分级的接收机时钟dT_p与码分 级的接收机时钟dT_c之间的差：

-δdT_p＝dT_p-dT_c    (15)

使得方程式（6）和（2）分别变成：

因此，本发明的一些实施例使用在漫游器观测到的多个卫星的信号的 相位φ和码P观测结果（测量结果），以及外部提供的码分级的（标准）卫 星时钟信息dt_c和相位分级的卫星时钟信息dt_p，以便估计以下各项的值:距 离R、码分级的接收机时钟dT_c、接收机时钟偏移-δdT_p、对流层延迟T和 无电离层相位分级的模糊度在卡尔曼滤波器实现中针对在漫游器观 测到的每个卫星j而要估计的参数的状态向量因而是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ {\mathrm{dT}}_c\\ -\mathrm{\delta d}{T}_p\\ T\\ {N_{\mathrm{if}}^j}^{\mathrm{PL}}\end{array}\right)---\left(18\right)$

这个第三公式仍具有五种参数要估计，但是由于-δdT_p是偏移，因此在卡尔 曼滤波器中比状态向量（10）有更少的过程噪声。

部分12.5确定无电离层相位分级的模糊度选项4

用于处理相位分级的信息的第四公式首先利用码分级的（标准）卫星 时钟dt_c针对相位观测结果φ和码观测结果P，来估计无电离层浮点模糊度 如（3）中那样，并且利用相位分级的时钟信息使无电离层浮点模 糊度向后移位，以获得无电离层相位分级的模糊度

这个公式的始点是：

注意，（19）和（20）与和（2）相同，因为dT_c＝dT并且dt_c＝dt

如在上文讨论的典型的现有技术PPP处理中那样，这第四个公式使用 在漫游器观测到的多个卫星的信号的相位φ和码P观测结果（测量结果）， 以及外部提供的码分级的（标准）卫星时钟信息dt_c，以便估计以下项的值: 距离R、码分级的接收机时钟dT_c、对流层延迟T和无电离层浮点模糊度 在卡尔曼滤波器实现中针对在漫游器观测到的每个卫星j而要估计 的参数的状态向量因而是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ {\mathrm{dT}}_c\\ T\\ {N_{\mathrm{if}}^j}^{\mathrm{Float}}\end{array}\right)---\left(21\right)$

如利用现有技术PPP处理那样，对状态向量的参数值的估计（21）使 得无电离层浮点模糊度无法被可靠地确定为无电离层相位分级的模 糊度

N_if^Float＝N_if^PL+e＝[αN_WL^Integer+βN₁^Integer]+e    (22)

其中

是代表无电离层相位分级的模糊度和误差e的组合的无电离 层浮点模糊度，

是宽巷整数模糊度，

α是宽巷模糊度系数，

是L1整数模糊度，和

β是L1模糊度系数。

这个第四公式假设误差e代表码分级的（标准）卫星时钟dt_c与相位分 级的卫星时钟dt_p之间的差：

e＝dt_c-dt_p    (23)

使得

N_if^PL=N_if^Float-(dt_c-dt_p)    (24)

N_if^PL＝[αN_WL^Integer+βN₁^Integer]+e-e    (25)

N_if^PL＝[αN_WL^Integer+βN₁^Integer]    (26)

简言之，这个第四公式从（109）获得无电离层浮点模糊度并且 于是用针对相应卫星j的标准（码分级的）卫星时钟和相位分级的时钟 之间的差，对每个无电离层浮点模糊度进行移位，以获得无电离层相位 分级的模糊度如（24）中所示。

为此，能够为漫游器提供（1）在漫游器观测到的每个卫星j的标准（码 分级的）卫星时钟和相位分级的时钟或（2）标准（码分级的）卫 星时钟和代表标准（码分级的）卫星时钟与相位分级的时钟之间 的差的时钟偏差δt_c，或（3）相位分级的时钟和代表相位分级的时钟与标准（码分级的）卫星时钟之间的差的时钟偏差δt_p。这些对于处理而 言是等效的，如可从（24）中看到的那样。

这个第四公式具有优点和缺点。缺点是，它假设针对在漫游器观测到 的每个卫星j，标准（码分级的）卫星时钟和相位分级的时钟的行为 在计算模糊度的时期内是基本相同的。优点是，可能在相位时钟估计中出 现的跳跃（整数周跳）能够在漫游器的过程中被更容易地处理。

部分12.6利用Melbourne-Wübbena偏差确定位置：

在无电离层相位分级的模糊度针对给定的历元被确定之后，它们 能够被单差化为能够从其移除单差整数（固定的）宽巷模糊度 以获得单差L1浮点模糊度并且单差L1浮点模糊 度能够被确定为单差L1整数模糊度

单差宽巷整数模糊度在宽巷模糊度滤波器中被估计，该宽 巷模糊度滤波器与漫游器的处理引擎的几何滤波器并行运行。从例如外部 数据校正源为漫游器接收机提供针对每个可见卫星j的 Melbourne-Wübbena偏差参见部分7[WL偏差处理器描述]。 Melbourne-Wübbena偏差可被计算为：

$\frac{{\phi }_{\mathrm{WL}}^j-P_{\mathrm{NL}}^j}{{\lambda }_{\mathrm{WL}}}={N_{\mathrm{WL}}^j}^{\mathrm{Integer}}+b_{\mathrm{MW}}^j-b_{\mathrm{MW}}^R---\left(27\right)$

其中：

是卫星j的漫游器观测结果的宽巷载波相位组合，

是卫星j的漫游器观测结果的窄巷码组合，

λ_WL是宽巷波长，

是卫星j的宽巷整数模糊度，

是漫游器R的Melbourne-Wübbena偏差。

宽巷模糊度滤波器通过针对每个卫星配对“a”和“b”进行差分（115）， 消除漫游器的Melbourne-Wübbena偏差以获得单差宽巷整数模糊度

${▿}^{\mathrm{ab}}{N_{\mathrm{WL}}}^{\mathrm{Integer}}={▿}^{\mathrm{ab}}\left(\frac{\overline{{\phi }_{\mathrm{WL}}-P_{\mathrm{NL}}}}{{\lambda }_{\mathrm{WL}}}\right)-{▿}^{\mathrm{ab}}{b}_{\mathrm{MW}}---\left(28\right)$

其中

${▿}^{\mathrm{ab}}{b}_{\mathrm{MW}}=b_{\mathrm{MW}}^a-b_{\mathrm{MW}}^b---\left(29\right)$

一旦已知单差宽巷整数模糊度就从单差无电离层相位分级 的模糊度将它们移除，以获得单差L1浮点模糊度

用于估计无电离层相位分级的模糊度（或在上面讨论的第三备选 公式中的无电离层浮点模糊度）的浮点卡尔曼滤波器，也给出了无电离层相位分级的模糊度的协方差矩阵。由于宽巷模糊度在其值被 找到后是整数（固定）值，所以对于和而言是相同的。

从（7）中已知：

$▿{N_{\mathrm{if}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{PL}}=\alpha ▿{N_{\mathrm{WL}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Integer}}+\beta ▿{N_1^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Float}}---\left(30\right)$

其中：

是单差相位分级的无电离层模糊度（在卫星“a”与“b”之间 被差分（differenced）），

是单差宽巷整数模糊度（在卫星“a”与“b”之间被差分），

是单差L1浮点模糊度（在卫星“a”与“b”之间被差分差）。

因此，

$▿{N_1^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Float}}=\frac{▿{N_{\mathrm{if}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{PL}}-\alpha ▿{N_{\mathrm{WL}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Integer}}}{\beta }---\left(31\right)$

由于是固定（整数）值，因此假定L1浮点模糊度和 无电离层相位分级的模糊度相应的协方差矩阵是通过下式相关联的：

$C_{{N_1}^{\mathrm{Float}}}=C_{\mathrm{Ni}{f}^{\mathrm{PL}}}·F^2---\left(32\right)$

其中：

是L1浮点模糊度的协方差矩阵，

是无电离层相位分级的模糊度的协方差矩阵，

F是用于将协方差的单位从无电离层周期转换到L1周期的系数。

期望的“固定”（整数特性）单差L1浮点模糊度能够利用已 知的技术，根据单差L1浮点模糊度和L1浮点模糊度的协 方差矩阵来确定，已知的技术例如Lambda（Jonge等，1994）、修改 后的Lambda（Chan等，2005）、候选集的加权平均，或其它。

确定了单差整数宽巷模糊度和单差整数L1模糊度，可从下 式确定整数特性的无电离层模糊度

$▿{N_{\mathrm{if}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Integer}}=\alpha ▿{N_{\mathrm{WL}}^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Integer}}+\beta ▿{N_1^{\mathrm{ab}}}^{\mathrm{Integer}}---\left(33\right)$

整数特性无电离层模糊度作为伪观测被引入（“推送”）到卡尔 曼浮点滤波器（或可选地该滤波器的副本），以基于整数特性模糊度来确 定漫游器位置。因此，浮点滤波器副本的状态向量是：

$\left(\begin{array}{c}{X}^r\\ Y^r\\ Z^r\\ d{T}_c\\ T\end{array}\right)---\left(34\right)$

于是，能够利用大体上优于典型现有技术PPP处理的准确度（和精确 性）确定漫游器位置，在所述PPP处理中模糊度被看成是浮点数，如图 47所示。

部分12.7模糊度固定参考

Jonge de,P.J.和C.C.J.M.Tiberius(1994).A new GPS ambiguity  estimation method based on integer least squares.Proceedings of the3rd  International Symposium on Differential Satellite Navigation Systems  DSNS'94,伦敦，英国，4月18-22日,论文号No.73,第9页.

X.-W.Chang,X.Yang和T.Zhou(2005).MLAMBDA:a modified  LAMBDA method for integer least-squares estimation.Journal of Geodesy, Springer Berlin/Heidelberg.第79卷,第9期/2005年12月,第552-565页.