用于利用热启动提供卫星校正信号的方法和系统
阅读说明：本技术 用于利用热启动提供卫星校正信号的方法和系统 (For providing the method and system of satellite correction signal using thermal starting ) 是由 索尼亚·U·孔茨 尼拉维·R·帕里克 万俊堃 戴立文·L 于 2019-05-10 设计创作，主要内容包括：在一个实施例中,在热启动模式期间,所述估算器基于从存储的所接收的原始卫星信号测量值得到的卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据估算卫星校正信号。如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记接近或达到所述当前时间,所述数据源选择器将测量值数据源从存储的所接收的原始卫星信号测量值无缝切换到现场、实时原始卫星信号测量值。(In one embodiment, during thermal starting mode, the estimator based on from storage received raw satellite signal measured value obtain satellite orbit data, satellite clock data and satellite deviation data estimation satellite correction signal.If or when the corresponding time of measuring label of finally handled the measured value in the received raw satellite signal measured value of institute of storage is close to or up to the current time, measured value data source is seamlessly switched to live, real-time raw satellite signal measured value from the received raw satellite signal measured value of institute of storage by the data source selector.)
本申请是2016年9月6日提交的题为“精确的低延迟GNSS卫星时钟估算”的专利申请No.15/257,092的部分继续申请，其通过引用纳入本文；本文件的未在专利申请No.15/257,092中公开的任何部分(包括附图)要求如下申请的提交日的优先权和权益，该申请是根据35U.S.C§119(e)于2008年5月24日提交的美国临时申请No.62/675,872，该临时申请通过引用纳入本文。
技术领域
本公开涉及用于利用热启动提供卫星校正信号的方法和系统。
背景技术
在某些现有技术中，服务提供商通过无线信号向卫星导航接收器的终端用户提供校正信号，无线信号例如为卫星L波段上的卫星无线信号。在GNSS集群中，每个卫星时钟可以具有卫星时钟偏差或时钟误差，可以参考GNSS系统时钟时间以及其他替代方案来测量卫星时钟偏差或时钟误差。校正数据包含在终端用户的移动接收器处的视野或接收范围内的用于每个卫星的相应时钟偏差或时钟解。具有相应卫星标识符的卫星时钟偏差被发送到卫星校正信号的终端用户或订户。在参考***的相位测量值之间存在延迟，相位测量值用于确定校正数据和确定校正数据在终端用户的移动接收器处的接收。向终端用户的卫星导航接收器提供卫星时钟偏差的及时性、更新速率和延迟可影响卫星导航接收器的位置估算的准确度。例如，卫星的估算参考轨道位置可能受到时钟偏差或时钟解中的误差的影响，这反过来可能导致***的位置解中的误差或准确度降低。
在现有技术中，卫星校正系统估算器确定并向移动***分配校正信号。由于系统维护、软件升级和硬件配置更新(例如卫星和接收机天线信息的更新、国际地球自转和参考系统服务(IERS)地球定向公告A(Earth Orientation Bulletin A)或参考站网络坐标的更新)，有时可以中断校正信号的确定和分配。例如，参考系统服务(IERS)地球定向公告A包含有关地球定向参数、极坐标(x，y)的信息；基于国际标准的时间尺度，世界时间-世界协调时间(UT1-UTC)(UT1-UTC)；以及相关的错误和预测。完成系统维护、软件升级和硬件配置更新后，重新启动卫星校正估算器。
在一些现有技术中，卫星校正估算器可以在每个中枢或处理中心使用多个参考站和服务器。因此，在某些现有技术中，卫星校正估算器在卫星校正估算器初始化后可能在超过五天的时间段内或者甚至长达的十四天的时间段内不会收敛于校正信号中的轨道数据的解和时钟数据的解。因此，需要一种用于利用热启动提供卫星校正信号的方法和系统，以减少校正信号中的轨道数据和时钟数据的收敛时间。
发明内容
根据一个实施例，一种方法和系统提供卫星校正信号。一个或多个参考***接收一系列原始卫星信号测量值。数据存储装置适于针对当前时间(当前GNSS测量时间)之前的一系列时间窗口存储所接收的原始卫星信号测量值。每个卫星信号测量值与相应的存储的测量时间标记相关联。在热启动模式期间，估算器基于从存储的所接收的原始卫星信号测量值得到的卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据估算卫星校正信号。如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记接近或达到所述当前时间，其中对应的被最后处理的存储的所接收的原始卫星信号测量值的所述相应的测量时间标记与所述当前时间之间的差值小于阈值时间范围，数据源选择器将测量值数据源从存储的所接收的原始卫星信号测量值无缝切换到现场、实时原始卫星信号测量值。
附图说明
图1A是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的一个实施例的框图，其中卫星校正信号是通过通信卫星提供的。
图1B是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图，其中卫星校正信号是通过无线通信系统提供的。
图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以适中延迟收集测量值。
图2B是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以比图2A的测量值更低的延迟收集测量值。
图3是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图。
图4更详细地示出了图3的校正数据估算器的说明性示例。
图5是说明慢时钟过程(例如，适中延迟时钟过程)和快时钟过程(例如，低延迟时钟过程)的并行操作的图。
图6是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的一个示例性方法的流程图。
图7，集合地指图7A和图7B，是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的另一实施例的流程图。
图8A提供了用于提供慢时钟解的计算时间与GNSS时间对应的说明性图表。
图8B提供了用于提供低延迟时钟解的计算时间与GNSS时间对应的说明性图表。
图9示出了用于提供具有热启动(warm start)的卫星校正信号的系统的一个实施例的框图。
图10示出了用于提供具有热启动的卫星校正信号的系统的另一个实施例的框图。
图11示出了用于提供具有热启动的卫星校正信号的方法的一个实施例。
图12示出了用于提供具有热启动的卫星校正信号的方法的另一个实施例。
图13示出了用于提供具有热启动的卫星校正信号的方法的又一个实施例。
图14示出了用于提供具有热启动的卫星校正信号的方法的再一个实施例。
具体实施方式
如本文中所使用的，模块或估算器可以指代软件、硬件或两者。如果模块被实现为软件，则它可以存储在数据存储装置24中以供数据处理器20处理。适于、配置或被布置成意味着模块、估算器或其它装置能够执行在说明书中描述的功能或支持特征。例如，适于、配置或被布置成可以包括用软件指令编程的模块，该软件指令存储在数据存储装置24中，以用于由数据处理器20处理以执行本文中阐述的特定功能。
除非另有明确规定，否则大约或约应表示任何值、数量或数值的正负25％的公差。
诸如全球导航卫星系统(GNSS)接收器之类的位置确定接收器或***(12、30)能够接收载波相位测量值，所述载波相位测量值在接收的卫星信号的周期的数量或分数周期方面受到模糊度，例如整周模糊度的影响。历元或测量时间意味着导航卫星系统的特定时刻或时间间隔，在该特定时刻或时间间隔期间，移动接收器(例如，以某个相应的频率或速率)测量载波相位。接收器(12、30)确定或解析载波相位测量值的模糊度，以准确地估算接收器的精确位置或坐标。虽然GNSS接收器(12、30)的代码相位(代码)或伪距测量值与接收的卫星周期中的整周模糊度无关，但代码相位测量值不能提供某些应用所需的厘米级位置准确度。如本文件中所使用的，模糊度通常专用于特定方程的情况，该方程涉及来自一个或多个卫星的载波相位信号的一个或多个接收器的观测。因此，可能具有宽巷(WL)模糊度、窄巷(NL)模糊度、零差(ZD)模糊度、单差(SD)模糊度、双差(DD)模糊度、实时-运动(RTK)模糊度和折射校正(RC)模糊度，折射校正(RC)模糊度与来自一个或多个接收器或一个或多个卫星的相位测量值有关。此外，某些模糊度将专用于某些模块，因为不同的模块或这些模块内的预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器)适应滤波器的不同更新速率和滤波器的状态，以及不同模块的滤波器之间的数据的通信或状态。在本文中，对模糊度的任何引用都可以指单一的模糊度或多个模糊度。
如果卫星导航接收器可以接收至少两个频率，例如L1和L2频率，则可以组合L1和L2载波相位测量值的差值以形成宽巷(WL)测量值(例如，具有用于GPS的大约86.25厘米的波长)，并且可以组合L1和L2载波相位测量值的总和以形成窄巷(NL)测量值(例如，具有大约10.7厘米的波长)。宽巷测量值有助于快速有效地解析宽巷整周模糊度，而窄巷测量值有助于精确和准确地解析具有最小的相位噪声的窄巷模糊度。折射校正过的模糊度补偿了第一级的大气延迟。
通常相对于一个卫星、参考接收器30和漫游接收器(12)形成(例如，载波相位或代码相位(代码)的)单差测量值。或者，可以相对于一个接收器(参考接收器30或漫游站12)和一对卫星形成单差测量值。
相比之下，通常相对于两个卫星、参考接收器30和漫游接收器(12)，或者通过减去两个单差测量值以形成双差测量值。然而，可以利用在两个不同时间的、来自相同参考接收器的并且与一对卫星相关联的两个单差测量值形成某些双差测量值，如稍后将在图6中描述的那样。
参照图1A、图1B、图3和图4，一种方法或系统提供具有精确的、低延迟的卫星时钟估算值的卫星校正信号。电子数据处理中心18被布置成从位于已知的相应位置(例如，三维坐标)处的多个参考接收器30收集原始相位测量值。测量值预处理(MPP)模块(图3中的36)或数据处理中心18的数据处理器20确定用于每个卫星的收集的相位测量值的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差，以为有效或快速解析窄巷模糊度提供帮助或适当的约束条件。轨道解模块38或数据处理器20根据收集的原始相位测量值和代码测量值以及所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差，以轨道校正速率确定轨道解中的用于每个卫星的卫星校正数据16，所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差可以通过所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差的辅助而被估算。有利地，在实施例中，由测量值预处理模块36确定的宽巷模糊度和相应的宽巷偏差可以在校正数据估算器34的其他模块(38、44、42)中的一个或多个预测滤波器(39、43、412)之间共用和利用。时钟解模块44或数据处理器20基于卫星轨道校正数据50、收集的原始相位测量值和代码测量值、以及时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差，以慢速更新速率(或适中的更新速率)确定慢卫星时钟校正(例如，适中延迟卫星时钟校正)，时钟窄巷模糊度和相应的卫星窄巷偏差可以在所确定的宽巷模糊度和宽巷偏差的帮助下被估算。低延迟时钟模块42或数据处理器20基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值以快速更新速率来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据16或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的所收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。在一个实施例中，快速更新速率是大于慢速更新速率或轨道速率(例如，轨道更新速率)的固定速率。然而，在可替换的实施例中，可以基于以下内容(动态地)改变快速更新速率：(1)来自特定卫星或参考站的原始载波相位测量值的可用性、可靠性或质量(例如，信号强度、准确度因子或其他质量度量)，或(2)主动选择卫星测量值或参考站的子组以用于基于原始载波相位测量值的可用性、可靠性或质量不时地估算校正数据。
数据处理中心18将卫星轨道校正数据50和具有低延迟的时钟校正数据16合并到校正数据16中，该校正数据16具有用于GNSS的全球有效性，以用于传输(例如，卫星或无线传输)到一个或多个移动接收器12，该一个或多个移动接收器12以精确定位模式，例如精确点定位(PPP)模式工作。例如，数据处理中心18将卫星宽巷偏差、卫星轨道校正数据、来自慢时钟解的卫星窄巷偏差和具有低延迟的时钟校正数据合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，该校正数据具有全球有效性，以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器。精确定位模式(例如，PPP模式)使用用于卫星的接收信号的精确的时钟和轨道解以及卫星偏差来提供精确的校正数据16，该精确的校正数据16是全球有效的或不依赖于本地有效的差分数据，例如，实时运动(RTK)校正数据16，该实时运动(RTK)校正数据16对于参考站和移动站之间的短基线是本地有效的、准确的(例如，对于需要大于可靠的分米级准确度的应用或越野车辆)。
在一个实施例中，轨道速率(例如，轨道更新速率)小于(例如，或者小于或等于)慢速更新速率；应用轨道零差滤波器404以便于通过轨道窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)基于收集的原始相位测量值以轨道更新速率估算轨道窄巷模糊度和相应窄巷卫星偏差。在另一个实施例中，快速更新速率大于慢速更新速率或轨道速率；可以应用时钟零差滤波器408以便于通过时钟窄巷估算器43(例如，窄巷滤波器)基于收集的原始相位测量值以慢速更新速率估算时钟窄巷模糊度和相应的窄巷卫星偏差。
根据图1A所示，该系统能够实时提供以卫星校正信号编码的校正数据16，校正数据16具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟解或精确的、低延迟时钟数据。最终卫星时钟解包括精确的低延迟时钟数据，该精确的低延迟时钟数据代表用于估算GNSS卫星时钟估算值的两个同时或并行过程的积分解：(1)慢时钟解，和(2)低延迟时钟解或中低延迟解。
可以基于与卫星信号的相位测量值在一个或多个参考接收器30处的的收集相关联的较早测量时间(例如，历元)与在移动接收器12或漫游站处接收处理的测量值的稍后测量时间(例如，历元)之间的时间差值来测量延迟。例如，图2A和图2B将上述延迟差值划分成不同的时间段以用于额外的分析，这将在后面描述。低延迟意味着比时钟解模块44的慢时钟解的适中延迟更低的延迟。(例如，低延迟时钟模块42的)较低延迟解可被称为(例如，来自快时钟过程的)快时钟解，然而(例如，时钟解模块44的)适中延迟解可以称为(例如，来自慢时钟过程的)慢时钟解。低延迟时钟模块42或数据处理器20基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。具有较低延迟的时钟校正数据16指的是总的平滑时钟校正数据，具有比慢时钟解更低的延迟，总的平滑时钟校正数据包含来自具有较低延迟的卫星时钟校正数据和慢卫星时钟校正数据的贡献。
低延迟时钟数据或低延迟时钟解可以指示以下任一者或两者：(1)与低延迟过程相关联的时钟数据，或(2)最终卫星时钟解，最终卫星时钟解由基于慢时钟解和中低延迟解的积分解而产生。低延迟时钟数据提高了卫星时钟的准确度并且实时地减少了最终解的延迟(或增加了及时性)，这被结合到校正数据16中以便分配给移动接收器12或漫游站。
在一个实施例中，慢时钟过程可以利用大多数或所有可能的测量值(例如，来自参考接收器30的参考数据网络32的载波相位测量值)来估算慢时钟解，但具有与以下相关联的慢时钟延迟、慢时钟延期或适中延迟(例如，大约6秒至大约10秒)：(1)由数据处理中心18和相关参考数据网络32估算绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和卫星窄巷模糊度(例如，经折射校正的窄巷模糊度)，或(2)由数据处理中心18和相关参考数据网络32收集来自参考接收器30的原始相位测量值，(3)以上估算和收集。在一个实施例中，慢时钟解用于进行模糊度解析并估算每个参考接收器的对流层偏差和梯度，以便于确定时钟窄巷模糊度和相应的窄巷偏差的折射校正。可以在低延迟时钟解中共用或使用来自慢时钟过程的已解析的模糊度和/或估算的对流层偏差。例如，可以基于先验模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来估算对流层偏差。慢时钟过程支持收集和分析比低延迟过程更多的测量值，以便于时钟估算值的精确的或绝对的准确度以及更精细的慢时钟模型。在一个实施例中，慢时钟过程具有比低延迟时钟过程更大的数据处理能力或吞吐量要求，使得慢时钟解的计算可花费大约一秒到大约两秒，即使数据处理中心18支持并行数据处理环境。
同时，低延迟时钟过程使用比慢时钟过程更少的测量值(例如，来自参考数据网络32的载波相位测量值)，并且低延迟过程具有低延迟或低延迟时钟延期(例如，大约一秒到两秒)，以低延迟率收集卫星时钟变化、或收集和计算卫星时钟变化，该低延迟率大于慢时钟速率或适中延迟的速率。数据处理器20或数据处理中心18以低延迟率将低延迟时钟数据与慢时钟数据和轨道数据积分，以提供一组一致的、准确的和及时的校正数据16。
以低延迟率与轨道解和慢时钟解一起工作，数据处理中心18可以以及时的方式(例如，以相对于慢时钟过程减少的延迟或低延迟)传输一致的一组校正数据16，该组校正数据16包括卫星轨道、时钟(例如，绝对时钟估算值)、宽巷卫星偏差、窄巷卫星偏差和质量信息。特别地，数据处理中心18可以通过图1A中的卫星信号(例如，L波段信号)、通过无线通信系统135(在图1B中)、或通过无线通信系统57(在图3中)(例如，通过因特网56)将校正数据16实时地传送到具有校正无线装置14的一个或多个移动接收器。在一个实施例中，校正数据实时传送而没有(在参考接收器30处的测量时间或原始相位测量值与移动接收器12处的校正数据的可用性之间的)重大延迟，该重大延迟会倾向于在移动接收器12处将具有大约5厘米的水平(例如，航道至航道)准确度或更好准确度的位置估算值的准确度降低，该位置估算值具有大约百分之九十五的可靠性，并且具有小于一个的变化标准偏差。
在图1A中，在一个实施例中，该系统包括(例如，具有卫星发射器10)的卫星的集群，至少包括在一个或多个参考***(例如，参考GNSS接收器)的视野或接收范围内的那些卫星。实际上，参考接收器30(例如，GNSS参考站)全球地分布在具有良好卫星几何形状和对一组卫星来说可见的位置处。
每个参考接收器30具有接收器的数字部分，该数字部分包括电子数据处理系统，该电子数据处理系统包括电子数据处理器、数据存储装置、数据端口和支持该数据处理器、数据存储装置和数据端口之间的通信的数据总线。此外，接收器包括测量模块，以用于测量来自导航卫星发射器10的一个或多个接收的卫星信号。在一个实施例中，测量模块(例如，载波相位测量模块)与基带相关联或在接收器30的数字部分内的数据存储装置中被中间频率处理或存储为软件指令。
每个参考接收器30具有测量模块，该测量模块测量可观测量，例如来自每个卫星的一个或多个接收的卫星信号的载波相位。参考接收器30的测量模块还可以测量在一个或多个载波信号上被编码的伪随机噪声代码的伪距或代码相位。此外，参考接收器30的解调器或解码器(例如，存储为数据存储装置中的软件指令)可以解码导航消息，例如星历数据，该导航信息在接收的卫星信号上结合伪随机噪声代码或以其它方式编码。参考接收器30实时地接收和发送测量值、星历数据、其他可观测量和从可观测量得到的任何信息，并将以上各项发送到数据处理中心18或具有类似处理能力的枢纽。
在图1A中，一组参考接收器和通信链路被称为参考数据网络32。在一个实施例中，每个参考接收器30(例如，经由通信链路、通信网络、无线信道、通信信道、通信线路。传输线或其他方式)发送所接收的卫星信号的一组载波相位测量值、以及相关的卫星标识符和星历数据到电子数据处理中心18(例如，参考数据处理枢纽)。
在一个实施例中，数据处理中心18包括电子数据处理器20、数据存储装置24、以及联接到数据总线22的一个或多个数据端口26。数据处理器20、数据存储装置24和一个或多个数据端口26可以经由数据总线22彼此通信。存储在数据存储装置24中的软件指令和数据可以由数据处理器20执行以实现在本公开文件中描述的任何块、组件或模块(例如，电子模块、软件模块或两者)中的任何一个。数据处理器20可以包括微控制器、微处理器、可编程逻辑阵列、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器或用于处理数据、操纵、访问、检索和存储数据的另一装置。数据存储装置24可以包括电子构件、非易失性电子存储器、光学存贮装置、磁存储装置、或用于在有形存储介质(例如光盘、磁盘、电子存储器)上存储数字或模拟数据的另一装置。数据端口26可以包括缓冲存储器、收发器或两者，以用于与其他网络元件接口连接，其他网络元件例如为参考接收器30或地面卫星上行链路站28。
在一个实施例中，数据处理中心18、数据处理器20或校正数据估算器34从参考接收器30接收相位测量值和相应的卫星标识符、参考接收器标识符(或相应的坐标)并处理相位测量值以估算用于每个卫星，或更确切地说用于每个卫星信号的时钟偏差或对应的时钟解，以用于结合到校正数据16中。例如，校正数据估算器34包括软件指令或模块，该软件指令或模块用于基于从参考数据网络32或参考接收器30接收的相位测量值确定校正数据16。如图1A所示，时钟解、时钟偏差或校正数据16被提供给地面上行链路站28或另一通信链路。例如，地面上行链路将时钟解、时钟偏差或校正数据16通信或传输到通信卫星35(例如，中继器)。
反过来，通信卫星35适于使校正数据16可用或将校正数据16发送到校正无线装置14。校正无线装置14联接到移动接收器12(例如，移动GNSS接收器或移动***)或漫游站。移动接收器12还接收来自一个或多个卫星发射器10(例如，GNSS卫星)的卫星信号，并测量来自卫星发射器10的接收的卫星信号的载波相位。结合移动接收器12的相位测量值，移动接收器12可以使用校正数据16中的精确时钟解或时钟偏差来估算移动接收器12或其天线的精确位置、姿态或速度。例如，移动接收器12可以使用精确定位估算器，例如精确点定位(PPP)估算器，精确定位估算器使用精确时钟和轨道解以用于卫星发射器10的接收的信号。
本文中，该方法和实时全球导航卫星系统(GNSS)接收器导航技术可以通过使用实时全球差分校正数据16来实现厘米级准确度定位。该校正数据16借助于以下各项中的一个或多个而是全球可获得的且有效的：(1)图1A中的卫星通信(例如，L波段地球静止通信卫星)，(2)图1B中的无线通信系统135(例如，蜂窝通信)，或者(3)无线通信系统57(例如，联接到因特网56的蜂窝无线系统或WiFi系统，以用于从服务器54接收校正数据16)。与本地参考站校正相比(例如，通过实时运动(RTK)基站或某些不严格遵守全球可用PPP模型的广域校正)，全球差分校正消除了对本地参考站和无线电通信的需要，否则本地参考站和无线电通信将用于在参考接收器30和漫游站之间建立(例如，小于20公里到30公里的)短基线，以获得精确的位置准确度。
图1B的系统类似于图1A的系统，除了图1A的地面上行链路站28、通信卫星35和校正无线装置14分别地被图1B的无线通信装置128、无线通信系统135和校正无线装置114代替。此外，校正无线装置14可以包括***，而校正无线装置114可以包括蜂窝收发器、无线接收器或另一无线通信装置。在图1A和图1B中的类似的附图标记指示类似的元件。
在图1B中，数据处理中心18或校正数据估算器34直接或间接地通过一个或多个通信网络(例如，因特网)、通信链路、数据包网络或通信信道将校正数据16提供给无线通信装置128。反过来，无线通信装置128将数据发送到一个或多个无线通信系统135。如果使用多个无线通信系统135，则通信网络、通信链路、数据包网络、交换网络、移动电话交换局、微波链路、通信线路、光纤链路或通信信道可以互连无线系统136以支持校正数据16的从无线通信装置128到校正无线装置114的通信。因此，移动接收器12从校正无线装置114获得具有可接受的延迟水平的校正数据。
图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中在测量值收集时间期间以适中延迟收集测量值。图2A是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有校正数据16的校正信号，校正信号可以包括一组用于对应卫星的时钟误差。沿着水平轴线60测量延迟时间。校正延迟是影响向终端用户或订户提供GNSS校正数据服务的整体系统性能的关键因素之一。例如，校正延迟可以被定义为在接收来自参考数据网络32的处理后的测量值的参考接收器30或一组参考接收器30处的测量历元(或者用于该组参考接收器的测量值预处理模块37中的预处理完成历元)和校正数据16在一个或多个移动接收器12中被施加或应用的参考历元之间的时间差值。在一个实施例中，校正数据16的校正延迟或校正信号的校正延迟是下述三个基本源的组合：1)用于参考接收器30测量值(例如，来自参考接收器30的GNSS数据，其可以在地理上位于全球)的到达数据处理中心18(或者服务器)的测量值收集时间段62(例如，从T0到T1)；(2)数据处理中心18的处理时间段或时钟估算处理时间段64(例如，从T1到T2或T1到T3)；和(3)在移动接收器12处传送给终端用户的校正传送时间段66(例如，T3至T4)。
在替代实施例中，附加的延迟源是处理时间段和校正传递时间段之间的时钟消息传送时间段65(例如，T2到T3)。
如图2A所示，第一延迟或测量值收集时间62在参考接收器30或一组参考接收器30的测量时间与电子数据处理中心18处的接收时间之间。第一延迟与如下因素相关联，如参考接收器30的位置和数据处理中心18之间的距离，以及电信号或电磁信号在参考接收器30(在可能遍及全世界的不同的位置)和数据处理中心18之间的传输相关联的传播延迟。在某些实施例中，第一延迟可以包括预处理时间，以用于位置估算、模糊度、对流层延迟、大气延迟、时钟偏差、接收器偏差或由一个或多个参考接收器30或者由测量值预处理(MPP)模块36或参考接收器30和MPP模块36两者提供的其他预处理估算值。例如，当载波相位测量值和来自参考数据网络32的代码相位测量值到达数据处理中心18时，载波相位测量值和来自参考数据网络32的代码相位测量值被收集并预处理。
数据处理中心18可以在一定范围内调节测量值收集时间段62以有利于准确度或速度。数据处理中心18在处理测量值数据之前等待从参考网络32收集测量值数据(和预处理数据)的时间越长，数据处理中心18可以收集的测量值越多，以支持轨道、时钟和卫星偏差的改进的准确度以及网络模糊度解析的可靠性。然而，因为当校正数据16最终在移动站12处被接收时它将是陈旧的或过时的，并因为在评估校正数据16是否在移动站12处是陈旧的或足够及时时，必须考虑除测量值收集时间之外的其他延迟或延期，所以如果测量值收集时间段62超过最大阈值或者太长，则较长的数据收集时间会降低校正数据16的准确度。
第二延迟或时钟处理时间段64在数据处理中心18处的接收时间和数据处理中心18处的处理时间之间，这可能受到如下因素的影响，即数据处理器20的吞吐量或能力、数据处理器20的时钟速度、数据处理器20的每个时间单元内执行的规范或操作。数据处理中心18或校正数据估算器34(例如，创新时钟轨道实时估算器(iCORE))的处理时间必须尽可能地最小化，以便允许数据处理器20以1Hz(Hz)或更高的速率输出校正数据16，并使漫游站侧的最终校正延迟最小化。
第三延迟或时钟消息传送时间段65与数据处理中心18处的数据处理器20完成数据处理和数据到地面上行链路站28、通信卫星35或其他通信装置(例如，无线通信网络)的传输之间的时间相关联。例如，第四延迟或校正传递时间段66与来自通信卫星35或其他通信装置的校正数据16消息的传递相关联。尽管第一延迟(62)在图2A中被列为大约6秒；第二延迟(64)列为大约两秒；第三延迟(65)被列为大约零到三秒，第四延迟(66)被列为大约一秒到两秒；延迟的其他持续时间是可能的，并且可以落在权利要求的范围内。由于卫星信道带宽(例如，L波段带宽)的限制和地理同步卫星的传播延迟，需要一些时间(例如，大约4秒)以向来自数据处理中心18的移动接收器12或漫游站提供全套校正。根据位置准确度的某些模型，时钟校正的高于总的目标延迟(例如，从测量时间到漫游站处的接收时间)的每个额外的第二延迟或目标延迟范围可能使用于漫游站导航的路径到路径准确度降低达到5％。
图2B是示出与校正信号的提供相关联的延迟的图，并且更具体地，示出具有用于对应卫星的一组时钟误差的校正信号，其中以比图2A的测量值更低的延迟收集测量值。除了图2B的第一延迟162和第二延迟164与图2A的第一延迟62和第二延迟64相比分别缩短，图2A类似于图2B。在图2A和图2B中的类似的附图标记指示类似的元件。
如图2B中所示，除了第一延迟器162具有大约两秒或更短的持续时间之外，第一延迟162或测量值收集时间类似于图2A的第一延迟62。第一延迟162可以通过以下因素中的一个或多个而相对于第一延迟62减小：(1)在较短的时间段内从一组参考接收器30收集测量值数据，(2)通过数据处理中心18忽略来自卫星、卫星信号或参考接收器的测量值数据，这些测量值数据未通过质量检查或统计分析，例如用于宽巷模糊度的模糊度解析的标准偏差、一个或多个参考接收器30处的窄巷模糊度或折射校正后的模糊度，以及(3)通过更高的时钟速度、并行数据处理、校正数据估算器34内的改进的有效软件指令等来增强数据处理中心18的吞吐量或数据处理能力。
类似地，除了第二延迟164具有大约十毫秒或更短的持续时间之外，第二延迟164或时钟处理时间类似于图2A的第二延迟64。第二延迟164可以通过以下因素中的一个或多个而相对于第二延迟64减小：(1)在较短的时间段内从一组参考接收器30收集测量值数据，(2)通过数据处理中心18忽略来自卫星、卫星信号或参考接收器的测量值数据，这些测量值数据未通过质量检查或统计分析，例如用于宽巷模糊度的模糊度解析的标准偏差、一个或多个参考接收器30处的窄巷模糊度或折射校正后的模糊度，以及(3)通过更高的时钟速度、并行数据处理、校正数据估算器34内的改进的有效软件指令等来增强数据处理中心18的吞吐量或数据处理能力。
图3是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的系统的另一实施例的框图。除了数据存储装置24存储或支持校正数据估算器34且提供了校正数据16到移动接收器12的终端用户的流动的两个可选的路径，图3的系统类似于图1A或图1B的系统。在图1A、图1B和图3中的类似的附图标记指示类似的元件。
校正数据估算器34(例如，创新时钟轨道实时估算器(iCORE))包括可由数据处理器20执行的模块或软件指令，以用于基于载波相位测量值的输入和来自一个或多个参考接收器30的相关数据提供作为输出的校正数据16。该相关数据可包括诸如卫星标识符、卫星信号标识符(例如，频率或频带)的数据，或与接收的卫星信号相关联的星历数据、参考站标识符(例如，或参考站坐标)、与测量的载波相位相关的测量时间标记，以及其他辅助数据。此外，在其他实施例中，该相关数据可以包括用于具有已知或固定位置(例如，三维坐标)的任何参考接收器30或参考站的预处理数据、解析的宽巷模糊度、解析的窄巷模糊度或解析的折射校正后的模糊度。
校正数据估算器34生成校正数据16，该校正数据16能够在经由校正无线装置接收校正数据16的一个或多个移动接收器12或漫游站上进行模糊度解析。校正数据估算器34采用创新的模糊度解析算法来产生低延迟时钟数据和卫星偏差。例如，校正数据估算器34或数据处理中心18的架构非常适合于支持许多(例如，一百个或更多个)参考接收器30或参考站的处理测量值数据(和相关联的预处理数据)，包括所有必要的在几分之一秒内的计算，例如测量值预处理、轨道和时钟确定、模糊度解析和最终校正数据16生成。
在一个实施例中，校正数据估算器34包括测量值预处理(MPP)模块36、轨道解模块、时钟解模块44、低延迟时钟模块42和校正分配模块，以提供全球差分校正数据16。在一个实施例中，测量值预处理(MPP)模块36从一个或多个参考***的参考数据网络32接收参考网络数据46。参考网络数据46可以包括以下各项中的一个或多个：原始测量值、来自每个参考***的原始载波相位测量值、来自每个参考***的原始代码相位测量值、参考***标识符、参考接收器30离其已知位置的位置偏移或位置偏移矢量、对应于参考接收器30的位置偏移的相位偏移、大气偏差数据、卫星偏差数据、接收器偏差数据、接收器时钟偏差数据、卫星时钟偏差数据或其他数据。原始测量值可以指来自一个或多个参考***的原始载波相位测量值，或来自一个或多个参考***的原始代码相位测量，或两者。
在一个实施例中，校正数据估算器34可以基于来自参考数据网络32的参考网络数据46或收集的测量值数据实时生成校正数据16或校正信号，其中校正数据16被生成以提供厘米级准确度估算值，该厘米级准确度估算值包括：(1)卫星轨道估算值、(2)卫星时钟估算值、以及(3)卫星相位偏差及其质量信息。
在一个实施例中，测量值预处理模块36接受参考网络数据46作为输入数据并应用宽巷估算器37(例如，模糊度解析估算器(ARE))以输出宽巷模糊度和相应的宽巷偏差。例如，预处理模块36或宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器或卡尔曼滤波器)可以输出固定的宽巷模糊度和相关的宽巷偏差(48)。
测量值预处理模块36将宽巷模糊度和相应的宽巷偏差数据传送到轨道解模块38和时钟解模块44。轨道解模块38接收宽巷模糊度的输入和相应的宽巷偏差数据并应用轨道窄巷估算器39(例如，窄巷ARE(模糊度解析估算器))以提供预测的卫星轨道数据50(例如，O2C数据)输出。预测的卫星轨道数据50可用于校正慢时钟和低延迟解中的轨道误差，并产生轨道校正信号以便结合到校正数据16中以提供给终端用户。
轨道解模块38将预测的卫星轨道数据传送到时钟解模块44。时钟解模块44接收预测的卫星轨道数据50、以及宽巷模糊度和相关的宽巷偏差(48)的输入。时钟解模块44应用时钟窄巷估算器43(例如，窄巷(模糊度解析估算器)，窄巷滤波器或卡尔曼滤波器)并输出预测的轨道数据50、时钟卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(52)。例如，在一个实施例中，时钟解模块44输出以下各项中的一个或多个：预测轨道数据、时钟卫星偏差数据、卫星偏差质量数据、卫星慢时钟校正、卫星宽巷偏差校正和卫星窄巷偏差校正。
低延迟时钟模块42与时钟解模块44通信以接收预测的轨道数据50、时钟卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(52)，其中时钟卫星偏差数据可包括卫星宽巷偏差校正，和卫星窄巷偏差校正。此外，在一个实施例中，低延迟时钟模块42接收卫星慢时钟校正。低延迟时钟模块42输出包括以下各项中的一个或多个的低延迟校正数据16：用于相应卫星的低延迟的精确的卫星轨道校正数据50、用于相应卫星的低延迟的精确的时钟数据、宽巷卫星偏差、和窄巷卫星偏差。在一个实施例中，以比由时钟解模块44提供的类似的较高延迟数据更大的数据传输速率提供低延迟数据，其中低延迟数据定期更新，与更大的数据传输速率相对应，以提供准确的和当前的校正数据16。
在某些配置中，数据处理中心18可以经由通信链路与地理上(例如，在全球基础上)分布的一个或多个辅助数据处理枢纽(未示出)通信，其中每个辅助数据处理枢纽配置有类似于具有校正数据估算器34的数据处理中心18的硬件和软件，并且数据处理中心18可以控制一个或多个辅助数据处理枢纽。
例如，校正管理器40可以单独地或者与一个或多个辅助数据处理枢纽组合地选择由数据处理中心18提供的校正数据16(例如，最佳校正数据16或最可靠的校正数据16)以用于分配到终端用户。此外，校正管理器40可以选择测量值数据的地理范围或卫星的身份(例如，可以忽略来自故障卫星的异常值或不可靠的测量值)以用于经由卫星或无线通信系统57分配到终端用户的校正数据16中。
校正管理器40能够监视校正数据16以进行误差校正，并将数据分配给数据校正数据16服务的终端用户或订户。校正管理器40可以经由卫星通信网络、无线网络(例如，WiFi，802.11或蜂窝网络)或两者来分配校正数据16。广播系统能够从多个校正生成服务器54(例如数据处理中心18和一个或多个辅助数据处理枢纽)向用户接收器传输最佳的全球差分校正。例如，可以选择该组全球差分校正，并通过陆地地球站(LES)上行到INMARSAT通信卫星，如图3所示。
校正管理器40能够将校正数据16传送或分配给卫星上行链路通信装置或经由卫星通信网络分配卫星数据。反过来，卫星上行链路通信装置利用收发器、发射器和接收器的组合，向通信卫星35提供信号，以通过电磁或卫星信号(例如，L波段信号)将校正数据16传送到配置有校正无线装置14的移动接收器12或漫游站。在某些实施例中，可以对具有校正数据16的电磁或卫星信号进行加密或编码，使得仅订户或被许可者可以访问、解码或解密校正数据16，或者某些准确度等级的校正数据16(例如，SF3校正数据16)。
校正管理器40能够将校正数据16传送或分配到可以访问诸如因特网56之类的电子通信网络的服务器54。例如，服务器54可以包括通过因特网服务供应商访问因特网56的计算机，以使校正数据16能够在一个或多个数据包55(例如，因特网协议数据包)中传送。该数据包可以由无线通信网络57(例如WiFi无线系统，本地无线网络，广域无线网络或经由校正无线装置14的蜂窝通信系统)处理，校正无线装置14可以包括智能电话、WiFi启用通信收发器，或用于接收校正数据16并将接收到的校正数据16提供给移动接收器12或漫游站的另一装置。如在具有校正数据16的卫星信号的情况下，由服务器54发送的校正数据16、数据包55或两者可以被加密或编码，使得仅订户或被许可者可以访问、解码或解密校正数据16，或者某些准确度水平的校正数据16。
终端用户的移动接收器12能够接收校正数据16，校正数据16包括全球差分校正。移动接收器12或漫游站能够基于接收的校正数据16解析模糊度并实现厘米级导航。
图4更详细地示出了图3的校正数据估算器34的说明性示例。在图3和图4中的类似的附图标记指示类似的元件、模块或特征。
校正数据估算器34包括测量值预处理模块36、轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42。测量值预处理(MPP)模块通过校正数据估算器34和它的其它模块准备“净化的”测量值并提供宽巷固定模糊度和宽巷偏差乘积。轨道解模块38提供精确的卫星位置和速度估算，以帮助在特定参考接收器30和相应卫星之间进行适当的几何估算或距离估算。提供轨道解或精确轨道数据以供校正数据估算器34及它的其它模块使用。时钟解模块44以低速率、慢时钟速率或慢速更新速率提供卫星慢时钟解估算值和窄巷偏差乘积。低延迟时钟模块42以低延迟更新速率(例如，大约1Hz(Hz)或更高)、快速速率或快速更新速率提供快速卫星时钟估算值，快速更新速率大于慢时钟速率。此外，低延迟模块积分、管理和传送状态数据并过滤结果以在模糊度解析滤波器之间共享，以使MPP模块、轨道解模块38和慢时钟解模块44能够实时输出或生成一组一致的校正数据16或信号。
MPP模块、轨道解模块38和时钟解模块44中的每一个包括两个部分：(1)零差滤波器和(2)网络模糊度解析模块或滤波器。在一个实施例中，每个零差(ZD)滤波器(例如，卡尔曼滤波器)执行以下各项中的一个或多个：(a)处理ZD测量值，(b)限定或形成ZD滤波器的状态变量，(c)和(例如，基于限定的状态变量和状态)执行或处理ZD滤波器的更新和/或动态更新。在一个实施例中，网络模糊度解析估算(ARE)模块通过一个或多个预测滤波器执行或进行模糊度解析，该一个或多个预测滤波器例如为宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)、窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)、或另一种预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器)。网络模糊度解析估算模块能够解析宽巷模糊度和窄巷模糊度。因为不同模块的更新速率和数据状态可以是不同的，所以不同的ZD滤波器和ARE模块(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)、窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)或两者)用于不同模块，例如MPP模块、轨道解模块38和时钟解模块44。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42可以仅使用载波相位测量值来导出两个不同历元之间的时钟变化。为了提高计算效率，时间和卫星之间的双差分方法用于减小估算状态的大小，例如模糊状态和接收器时钟估算值。使用先前模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。低延迟时钟模块42估算卫星时钟变化，而不是参考接收器30时钟变化。数据处理中心18的计算非常有效。例如，如果数据处理中心18在提交本公开时在现有台式计算机上实现，则数据处理中心18可能针对任何历元花费几毫秒来完成处理许多位置或参考接收器30(例如，六十个或更多个参考接收器30)的用于任何历元的所有测量值。
测量值预处理模块
如图所示，测量值预处理模块36还包括测量值预处理零差滤波器400和网络宽巷模糊度解析估算器(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器))。测量值预处理零差滤波器400支持精确点定位(PPP)。可选的测量值预处理零差滤波器400可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的、与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值)相关联的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态。零差滤波器在图4中以虚线示出，示出了零差滤波器是可选的，并且在可替换的实施例中可以包括在宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)内。例如，可以基于包含来自参考接收器30的网络或组的卫星偏差信息的校正数据16来确定零差模糊状态。
在测量值预处理模块36从参考数据网络32的每个参考接收器30接收原始测量值之后，测量值预处理模块36以规则间隔或采样间隔处理、预处理和“净化”测量值，并且解析宽巷(WL)模糊度，该宽巷模糊度在每个参考接收器30的视野内与每个卫星的接收的载波相位测量值相关联。通过提供“净化”的载波测量值、以及相应的固定宽巷模糊度、以及各自的卫星WL偏差，测量值预处理模块36为轨道/时钟解和低延迟时钟提供支持。
在一个实施例中，测量值预处理模块36使用线性组合作为零差(ZD)测量值来估算以下状态变量：
1)每个可见卫星和参考位置(参考接收器30)的ZD浮动WL模糊度，其组合了接收器宽巷偏差和WL整周模糊度。
2)每个卫星一个宽巷偏差。
3)每个跟踪位置一个GLONASS IFB WL系数。
使用ZD浮动WL模糊度作为宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)(例如，卡尔曼滤波器)的约束条件或搜索限制约束条件，测量值预处理模块36或者是宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)以双差(DD)和单差(SD)形式解析WL模糊度，其中接收器WL偏差被抵消。
在跟踪GLONASS卫星的参考接收器30的替换实施例中，测量值预处理模块36确定每个跟踪位置的GLONASS IFB WL系数，其中GLONASS IFB WL系数的灵敏度系数是卫星频率的数量。此状态变量仅适用于GLONASS情况，而不适用于GPS等其他GNSS系统。
为了使计算有效，如果没有检测到周跳，则测量值预处理模块36以诸如60秒的间隔对每个位置的ZD测量值进行平均。例如，参考接收器30包括周跳探测器，以用于检测来自给定卫星或可靠地跟踪参考接收器30的三维位置所需的最小组的卫星(例如，五个卫星)的每个接收信号的载波相位测量值中的载波周跳。对于每个采样间隔，测量值预处理模块36或ZD滤波器(例如，ZD卡尔曼滤波器)在逐个位置的基础上处理平滑的ZD 测量值。以每个测量值更新间隔，ZD卡尔曼滤波器动态更新且测量值更新被处理以更新状态变量。
在替代实施例中，GPS和GLONASS系统具有与测量值预处理模块36相关联的两个单独的宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)。因为参考接收器30的偏差不用于用户接收器导航，所以参考接收器30的偏差不是期望的全球差分乘积。因此，为了减小滤波器尺寸和计算复杂度，参考接收器30的WL偏差未被明确地估算并且替代地被组合到ZD浮动模糊状态中。
具体地，预处理模块36或网络宽巷模糊度滤波器使用等式(1)中的零差(ZD)线性组合作为输入测量值以估算每个可见卫星的一个宽巷浮动模糊状态。宽巷卫星偏差可以在校正数据16或者校正信号内实时播送到移动接收器12，并且将使用等式(2)补偿该项。
在一个实施例中，可以应用于PPP确定的宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)使用下面描述的以下等式。给定来自两个频率的代码和相位测量值，例如用于GPS的L1和L2，用于GLONASS的G1和G2，可以形成如下所示的线性组合
通过展开上述等式(1)，可以示出几何距离相关项被抵消，几何距离相关项包括距离、接收器和卫星时钟、电离层和对流层误差以及相位结束项。它可以用等式(2)表示为
其中：
λWL是宽巷波长，对于GPS约为86.4厘米，且c是光速，
是卫星j的整周宽巷模糊度，
bWL是宽巷接收器偏差(每个接收器一个，集群用于所有可见卫星)，它是L1和L2接收器代码偏差和相位偏差的组合，如公式(5)所示：
其中代码测量值中的大多数GLONASS频率间偏差和通常被假定为GLONASS卫星频率数量的线性函数或三角函数；对于所有可见卫星而言，其与CDMA信号(如GPS)的情况不同；
其中IFBj是卫星j的频率间偏差，卫星j例如GLONASS卫星；
其中是宽巷卫星j偏差(每个卫星一个)；和
其中是卫星j的宽巷测量误差，并包括白噪声、多路径和剩余的未建模误差。
关于每个卫星的频率间偏差，对于GLONASS集群，线性模型可以近似为等式(6)：
IFBj≈k·nj (6)
其中k是接收器代码偏差的IFB系数。IFB从接收器至接收器而变化，从一个选址(天线和布线设置)到另一个选址也有所不同。以这种方式建模，通常k小于0.1。
宽巷卫星j偏差(每个卫星一个)是L1和L2卫星码偏差和卫星相位偏差的组合，如公式(7)所示；卫星偏差随时间缓慢变化；卫星和接收器宽巷偏差都会随着时间而变化：
其中是代码相位的卫星j的卫星偏差或在频率L1(f1)上被编码或合并的伪距信号，其中是代码相位的卫星j的卫星偏差或频率L2(f2)上的伪距，其中是频率L1上的载波相位的卫星j的卫星偏差，其中是频率L2上的载波代码的卫星j的卫星偏差。
轨道解模块
轨道解模块38涉及轨道确定。在校正数据估算器34中，包括慢时钟估算模块和低延迟时钟模块42的其他主要模块不估算卫星轨道。其他模块完全依赖于来自轨道解的相应有效轨道时间段(例如，几分钟)内的预测轨道。因为GNSS卫星轨道是平滑的，所以轨道解模块38以轨道校正速率或较低速率运行，该较低速率例如为每次迭代300秒或轨道解的每次更新300秒。在校正数据估算器34中，包括测量值预处理模块36、轨道模块、时钟模块和低延迟时钟模块42的模块可以并行运行。
轨道解使用来自全球参考站网络的折射校正代码和载波相位测量值。在轨道解模块38及其相关滤波器中要考虑三种类型的状态变量，例如轨道零差滤波器404和用于模糊度解析的网络NL滤波器：
1)依赖于卫星的状态变量，包括卫星位置、速度、卫星时钟、卫星窄巷偏差、偏航速率和经验太阳辐射力建模参数。
2)依赖于接收器的状态变量，包括参考位置、接收器时钟、残余对流层偏差和梯度、载波相位模糊度。
3)常见状态变量，包括诸如极地运动和UT1-UTC等地球定向参数。
为了提供全球差分定位服务，例如STARFIRETM校正数据16服务，必须估算精确的卫星时钟和轨道并将精确的卫星时钟和轨道实时传送给终端用户接收器。STARFIRE校正数据16服务是伊利诺伊州莫林的迪尔公司(Deere&Company)的商标。通常，因为在几分钟内预测的卫星轨道(例如，称为O2C数据)的误差相当小且稳定并且甚至可以被估算的时钟吸收，所以这些预测轨道在时钟估算中被认为是已知的。校正数据估算器34可以使用预测的轨道数据来校正慢时钟解和低延迟解中的轨道错误并且实时地生成校正数据16。
在一个实施例中，轨道解模块38可以包括轨道零差滤波器404和网络窄巷模糊度解析估算器(ARE)。利用预处理零差滤波器400的结果(例如，浮动模糊状态)的益处，轨道零差滤波器404可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态，无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值、或载波相位的L1/L2组合的窄巷差值)相关联。
利用与原始载波相位测量值或原始载波相位测量值的窄巷差值和由测量值预处理模块36提供的解析后的WL模糊度相关的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态的益处，网络窄巷模糊度估算器(与轨道解模块38相关联)可以估算用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的窄巷模糊度(例如，固定整周NL模糊度)或折射校正后的窄巷模糊度。解析的WL模糊度可以用作搜索过程中的约束或者用于辅助NL模糊度估算器(例如，NL滤波器)快速收敛于用于载波相位测量值的整周模糊度解。
时钟解模块
在一个实施例中，时钟解模块44可以包括时钟零差滤波器408和网络窄巷模糊度解析估算器(ARE)。利用预处理零差滤波器400的结果(例如，浮动模糊状态)的益处，时钟零差滤波器可用于确定用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态，无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态与原始载波相位测量值(例如，L1原始载波相位、L2载波相位、载波相位的L1/L2组合的宽巷差值、或载波相位的L1/L2组合的窄巷差值)相关联。虽然ZD模糊浮动状态和其他滤波器状态可以在共用的滤波器状态是及时的程度上共用，但是时钟ZD滤波器可以以与校正数据估算器34中的其他ZD滤波器不同的、用于状态的更新速率操作。
利用与原始载波相位测量值或原始载波相位测量值的窄巷差值和由提供约束的测量值预处理模块36提供的WL模糊度相关的无差值或零差(ZD)模糊状态或浮动模糊状态的益处，网络窄巷模糊度估算器(与时钟解模块44相关联)可以估算用于参考数据网络32中的一个或多个参考接收器30的窄巷模糊度(例如，折射校正的、固定整周NL模糊度)。
慢时钟解模块
来自参考数据网络32的所有或大多数测量值(例如，载波相位测量值)在它们到达数据处理中心18时被收集、预处理并且被批量处理。数据处理中心18或校正数据估算器等待的时间越长，收集的可用于处理的测量值越多，但是延期越长并且时钟解在到达终端用户的移动接收器12s时可能变得陈旧的可能性越大。在某些实施例中，慢时钟解模块44或校正数据估算器34通常估算数千个状态以确定时钟解。例如，数据处理中心18可能花费几秒来完成慢时钟解的计算过程。为了减少校正延迟并利用更多测量值，校正数据估算器34使用两个时钟解，包括慢时钟解和低延迟时钟解。在慢时钟解模块44中，只要它们在固定延迟，例如6-15秒，之前到达，就对所有测量值进行批处理。
除了几个主要差值之外，慢时钟解模块44测量值和时钟零差(ZD)滤波器(例如，ZD卡尔曼滤波器)使用与轨道解模块38类似的测量值。首先，慢时钟解模块44以不同的速率(例如每30秒或60秒)运行或提供对慢时钟解的更新。相比之下，因为时钟校正比轨道校正更快地变化，所以轨道解模块38每300秒运行或提供对轨道数据或轨道解的更新。其次，在慢时钟解模块44中，除了卫星轨道相关状态之外，所有或大多数状态变量保持与轨道解模块38中的对应状态变量相同或相似。不估算与卫星轨道相关的状态，而是使用来自轨道解模块38的轨道解的轨道估算结果。
在一个实施例中，慢时钟解模块44可输出一组完整的全球差分校正或校正数据16，其包括以下校正中的一个或多个：卫星轨道校正、卫星时钟校正、卫星WL偏差、卫星NL偏差和质量信息。慢时钟解模块44可以将校正数据16和估算的对流层参数传送到低延迟时钟模块42。如本文所使用的，未被认定为卫星或接收器偏差的“偏差”将涉及诸如卫星WL和NL偏差之类的卫星偏差。全球差分校正乘积对参考接收器30的偏差不感兴趣或不关注，并且因此在参考接收器30中未被求解，而移动接收器12的偏差可以在移动接收器12中被处理。
慢时钟解模块44使用无差值折射校正代码和载波相位观测来估算卫星和接收器时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差。在一个实施例中，轨道数据的轨道更新速率非常低(例如，5分钟的更新速率)，慢时钟的速度更新速率(例如，30秒)甚至更长。因为必须与接收器和卫星时钟参数一起估算大量模糊度，所以尤其在模糊度解析和卫星偏差估算的情况下，数据处理中心18的计算是耗时的。数据处理中心18或校正数据估算器34可以等待更长的时间以确保在它们到达StarFire数据处理中心18s时收集和处理来自参考数据网络32(例如，全球网络)的足够的测量值。数据处理中心18等待的时间越长，数据处理中心18收集的测量值越多，这也导致时钟校正的更长延迟，以及时地实时到达终端用户的移动接收器12。数据处理中心18和校正数据估算器34实时地足够及时地保持数据校正以供漫游接收器使用，使得卫星时钟与卫星偏差一起保持漫游接收器的模糊度解析的整周性质。模糊度固定可以减少收敛时间并提高移动接收器12或漫游站的导航的准确度。
如图4所示，在一种配置中，低延迟时钟模块42还包括时钟增量滤波器412。尽管在图4的框图中将模块示为单独的方框，但是可以理解，图3和图4中所示的校正数据估算器34可以由一个或多个预测滤波器实现，例如卡尔曼滤波器，并且这些方框表示可以用于促进或执行本公开中描述的方法和系统的说明性软件的一种可能的解释。
图5是说明慢时钟过程500(例如，适中延迟时钟过程)和快时钟过程502(例如，低延迟时钟过程)的并行操作的图。图5中的两个平行轴线示出了向右将增加时间到相同的时间刻度。时钟解模块44支持或执行慢时钟过程500(例如，以慢时钟更新间隔或适中的更新间隔)，而低延迟时钟模块42支持或执行快时钟过程502或低延迟时钟过程(例如，以快时钟更新间隔或低延迟更新间隔)。在一个实施例中，时钟解模块44以规则的时间间隔(例如，在T0、T30和T60处)，诸如以慢时钟更新间隔(例如，如图所示，大约30个时间单位，例如大约30秒)，向低延迟时钟模块42提供慢时钟数据(504、506)、卫星宽巷偏差校正数据、卫星窄巷偏差校正数据，慢时钟数据(504、506)例如为卫星慢时钟校正数据。在一个实施例中，轨道解模块38可以以轨道校正速率单独提供卫星轨道校正数据50，而在另一个实施例中，时钟解模块44提供卫星轨道校正数据50以及卫星慢时钟校正数据16。例如，时钟解模块44以规则的时间间隔，例如在时间T0、T30和T60处，提供慢时钟数据，如图4所示。
同时，低延迟时钟模块42利用或使用慢时钟数据(504、506)作为基础数据或输入数据，从而以低延迟更新间隔或快时钟更新间隔计算对于慢时钟校正数据16的时钟增量调节(508、510)。低延迟时钟模块42以低延迟更新间隔输出校正数据16或时钟增量调节(508、510)，该低延迟更新间隔以比慢时钟更新间隔更大的速率或更短的更新时间间隔更新。例如，低延迟时钟模块42以低延迟速率(或快时钟速率)产生低延迟校正数据16，低延迟校正数据16可以是慢时钟更新速率的整数倍。此外，低延迟时钟模块42或估算器可将有效时间段分配给校正数据16(例如，低延迟时钟数据)或与慢时钟更新间隔相当(例如，近似等于)的时钟增量调节。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42或时钟增量滤波器412使用(例如，仅使用)载波相位测量值来计算时钟变化(时钟增量增量)，如图5中所示。缓慢变化的参数，例如对流层和卫星窄巷偏差，固定到、同步于慢时钟解模块44的估算值，或由慢时钟解模块44的估算值提供。慢时钟模块以慢时钟更新速率，例如每30秒一次，周期性地从慢时钟模块向低延迟模块提供更新(例如，从慢时钟过程到低延迟时钟过程)。低延迟时钟模块42使用T0和当前历元Ti之间的增量载波相位来估算时钟增量数据。当慢时钟模块提供诸如T30历元的新参考历元时，低延迟时钟模块42将参考历元从T0改变到T30。
图6是用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的一个实施例。图6的方法开始于方框600。
在方框600中，数据处理器20、校正数据估算器34或轨道解模块38基于从一个或多个参考接收器30接收的参考网络数据46(例如，用于时间或历元Ti的批数据或原始测量值数据)和来自轨道解模块38或存储在数据存储装置24(例如，寄存器、电子存储器或非易失性随机存取存储器)中的先前预测的轨道数据(例如，用于时间T)，来确定用于相应测量时间(例如，历元Ti)的预测轨道数据或对预测轨道数据的更新。测量时间或历元(例如，Ti)可以是之前的历元或第一历元(例如，T0)之后的下一个历元。此外，轨道解模块38可基于宽巷模糊度和对应的宽巷模糊度偏差数据提供预测的轨道数据(例如，用于测量时间或历元Ti的预测轨道数据)或对预测轨道数据的更新，其中，宽巷模糊度和相应的宽巷模糊度偏差数据由测量值预处理模块36提供。
在执行方框600的一个示例中，校正数据估算器34或轨道解模块38基于轨道解在低延迟时钟模块42中固定的时间，以轨道更新速率(例如每300秒一次)在几分钟内估算预测的轨道数据(例如，O2C数据)。
在方框602中，数据处理器20、校正数据估算器34或时钟解模块44基于预测的轨道数据(例如，在测量时间或历元Ti或历元T0处)并且基于从一个或多个参考接收器30接收的参考网络数据46(例如，用于时间或历元T0的批数据或原始测量值数据)，来确定时钟输入数据或在测量时间或历元T0处的时钟输入的更新、慢时钟解数据、宽巷偏差和窄巷偏差数据。如这里所使用的，测量时间或历元Ti在测量时间或历元T0之后。
例如，在方框602中，数据处理器20、校正数据估算器34或时钟解模块44确定时钟输入数据，或以慢时钟速率或以慢时钟间隔更新的时钟输入的更新。因此，从测量时间T0到测量时间Ti的转变不一定触发时钟输入数据的更新，除非Ti与慢时钟过程的下一个更新间隔一致。例如，对于方框604，来自测量值预处理模块36的预处理测量值被批处理并在几秒(例如1-2秒)的等待窗口之后发送至低延迟时钟模块42。同时，经过预处理的测量值在较长时间段后(例如6-15秒)发送到轨道/时钟解模块。
在方框602之后，该方法在方框604中继续。在方框604中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟模块为参考网络的每个位置选择参考卫星，或者为参考网络的每个参考接收器30选择一对参考卫星。例如，在一个实施例中，校正数据估算器34或低延迟模块选择没有周跳的、具有最高高程的卫星作为每个参考位置的参考卫星。对于对流层偏差补偿，应考虑参考接收器30和移动接收器12之间的任何高度差。使用先前模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。
在方框606中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟模块确定在该对卫星和测量时间或历元T1和T0处的载波相位测量值或窄巷载波相位测量值之间的双差。例如，在测量时间或历元Ti和T0处以及该对卫星处确定每个参考接收器30处的载波相位测量值的双差。解析双差(DD)窄巷模糊度以确定精确的折射校正的载波相位测量值，其中对于精确的折射校正的载波相位测量值，某些偏差被抵消。例如，在双差分技术中，以下偏差中的一个或多个可以被抵消：接收器代码相位偏差(例如，接收器代码相位偏差和卫星代码相位偏差)、载波相位偏差(例如，接收器相位偏差和卫星相位偏差)和时钟偏差(例如，接收器时钟偏差和卫星时钟偏差)，这些偏差在卫星和接收器之间是共用的，并且可以通过卫星和接收器之间的双差分操作来抵消。一些电离层传播延迟偏差在双差方程中抵消。在不同时间，在相同参考接收器30之间的双差分的双差分之后，可以忽略包括电离层和对流层延期的剩余大气误差。然而，由长基线分开的不同参考接收器30之间的电离层误差可以由校正数据估算器34估算和使用。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42减少校正延迟，以利用来自慢时钟解的绝对时钟来改善时钟准确度。为了提高计算效率，使用时间和卫星之间的双差分测量值，使得消除诸如模糊度和接收器时钟之类的一些不必要的状态。低延迟模块或时钟增量滤波器412仅估算卫星时钟的状态变化，以便为移动接收器12提供校正数据16的处理效率和增强的快速可用性/减少的延迟。
在一个示例中，时钟解模块44基于解析的双差分折射校正的窄巷模糊度确定预测的轨道数据、卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(例如，方差-协方差数据)。
在方框608中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟时钟模块42基于解析后的、被双差分和折射校正的窄巷模糊度接收预测的轨道数据、卫星偏差数据和卫星偏差质量数据(例如，方差-协方差数据)，并提供时钟增量滤波器412的更新。在方框602中以慢速更新速率进行时钟解模块44的下一次更新之前，低延迟时钟模块42仅估算卫星时钟增量，以便可以用比轨道解模块38的轨道更新速率和时钟解模块44的慢速更新速率大的低延迟速率更新计算。
在图6的方法的一个示例中，在每个位置或参考接收器30的方框604、606和608的每次迭代之后，该方法继续执行方框604，直到已经为参考数据网络32中的所有位置或参考接收器30进行方框604、606和608的所有计算。此外，方框604、606和608的每次迭代与以低延迟间隔或低延迟数据速率提供低延迟校正数据16一致。
在方框610中，数据处理器20、校正管理器40或低延迟时钟将RAIM(接收器自主完整性监视)算法应用于时钟增量滤波器412。RAIM算法包括使用超定的解或冗余计算以检查卫星测量值的一致性的软件，卫星测量值例如为网络中的每个参考接收器30的一个或多个卫星的载波相位测量值和代码相位测量。RAIM算法在接收范围内需要至少五个卫星来检测集群中的任何卫星的时钟校正中的重大载波相位误差测量值或重大误差。校正管理器40或数据处理器20可以删除、暂停或标记(作为可疑或不可靠)被确定为错误或不可靠的用于一个或多个卫星的低延迟时钟校正数据16，使得移动接收器12或漫游站可以忽略已被标记为可疑或不可靠的低延迟时钟校正数据16，或向已被标记为可疑或不可靠的低延迟时钟校正数据16提供较低权重。
在执行方框610的一个示例中，所接收的卫星信号、低延迟时钟模块42或时钟增量滤波器412使用来自广播星历的先验卫星时钟速率来估算卫星时钟增量以作为错误检查机制，例如支持RAIM算法。在低延迟时钟模块42内，可以使用附加预测滤波器(例如，卡尔曼滤波器或最小二乘估算器)来估算RAIM算法的时钟增量。此外，可以将从广播星历得到的估算的卫星时钟增量和与预测滤波器或最小二乘估算器相关联的估算的卫星时钟增量进行比较。估算的状态变量或未知量的数量等于有效卫星的数量。RAIM算法用于确保使用周跳检测和移除任何测量值。
在方框612中，数据处理器20、校正数据估算器34或低延迟时钟模块42累加时钟增量数据并计算对应于测量时间或历元Ti的时钟数据，以便并入校正数据16或低延迟校正数据16。例如，低延迟校正数据16包括基于一个卫星接一个卫星的、精确的轨道校正数据50、精确的低延迟时钟数据、精确的低延迟时钟质量数据、以及宽巷卫星偏差数据和窄巷卫星偏差数据，这些数据可以应用于在移动接收器12的视野或可靠接收范围中的特定卫星。在一种配置中，针对每个相应的测量时间或历元且针对其所适用的每个卫星，校正数据16可以在GNSS系统中是全球有效的。
图7公开了用于提供具有精确的、低延迟的全球导航卫星系统(GNSS)卫星时钟的卫星校正信号的方法的另一实施例的流程图。图7的方法开始于步骤S800。
在步骤S800中，多个参考接收器30或多个参考接收器30的测量模块位于已知的相应位置处(例如，地理上分布的位置，例如全世界范围内的位置，以接收来自一个或多个GNSS系统的卫星信号)，且参考接收器30测量用于相应位置的原始相位测量值、代码相位测量值或两者。测量模块在称为历元的测量时间进行原始相位测量。例如，参考接收器30可以在指示全球导航卫星系统(GNSS)系统时间的一个或多个测量时间或历元处收集原始相位测量值和代码相位测量值(例如，伪距测量值)。代码相位测量值是在一个或多个接收的卫星信号或接收的卫星信号的载波上编码的代码(例如，伪随机噪声代码)的测量值。参考接收器30将收集的原始相位测量值发送或传送到数据处理中心18，以便估算校正数据16，例如精确点定位(PPP)的校正数据16。
在步骤S802中，数据处理中心18从多个参考接收器30收集原始相位测量值、代码相位测量值或两者以及相应的参考接收器30标识符或位置标识符。数据处理中心18可以使用原始相位测量值和代码相位测量值以用于估算校正数据16。除了原始相位测量值、代码相位测量值之外，参考接收器30可以提供包括以下任何一项的预处理数据或其他参考网络数据46：宽巷模糊度、窄巷模糊度、模糊度、来自由接收的卫星信号所得到的其已知位置的参考站的估算的位置误差、对流层偏差、卫星时钟偏差、卫星发射器10的偏差、星历数据和导航数据。
在步骤S804中，测量值预处理模块36或校正数据估算器34确定用于每个卫星的收集的相位测量值的宽巷模糊度和卫星宽巷偏差。例如，测量值预处理模块36或校正数据估算器34确定用于每个卫星的收集的相位测量值的固定整周宽巷模糊度和卫星宽巷偏差以辅助(例如，为快速或有效收敛提供约束条件)估算校正数据估算器34的一个或多个模块内的窄巷模糊度。
在执行步骤S804的一个示例中，测量值预处理模块36包括预测滤波器(例如，宽巷估算器37(例如，宽巷滤波器)或卡尔曼滤波器)，以单独地基于收集的原始相位测量值和代码相位测量值，或基于与作为约束的辅助数据结合的收集的原始相位测量值和代码相位测量值，用于估算用于每个参考接收器30的所接收的卫星信号的宽巷模糊度或其位置。此外，所确定的宽巷模糊度促进用于确定轨道解和慢时钟解的一个或多个窄巷估算器39(例如，窄巷滤波器)(例如，卡尔曼滤波器)的有效且快速的收敛，其在图7的方法的其他步骤中描述。
在步骤S806中，基于所收集的原始相位测量值和代码测量值，针对轨道解中的每个卫星的收集的相位测量值，轨道解模块38、窄巷模糊度解析估算器或校正数据估算器34确定(或应用先前确定的)轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差，该轨道窄巷模糊度和轨道卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致。在一个示例中，在时间周期内在没有周跳和重大对流层延期改变的情况下，固定的窄巷模糊度可能不需要更新，但是针对轨道解以轨道校正速率(例如，大约每300秒一次)更新该组载波相位测量值和代码相位测量值，轨道校正速率可以与慢时钟解的该组载波相位测量值和代码相位测量值的慢速更新速率(例如，大约每30秒至60秒一次)不同。在存在载波相位的周跳或任何载波信号失锁或任何卫星的被接收的信号的低信号质量的情况下，轨道窄巷模糊度可以用轨道校正速率凭借输入状态或时钟窄巷模糊度而被更新，轨道校正速率可以不同于慢时钟解的慢速更新速率。
在步骤S808中，轨道解模块38或校正数据估算器34基于收集的原始相位测量值和代码测量值来(例如，以轨道校正速率)确定卫星轨道校正，该卫星轨道校正与所确定的轨道窄巷模糊度和相应的轨道卫星窄巷偏差一致。
在步骤S810中，基于所收集的原始相位测量值和代码测量值，针对慢时钟解中的每个卫星的收集的相位测量值，时钟解模块44、窄巷模糊度解析估算器或校正数据估算器34确定(或应用先前确定的)时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差，该时钟窄巷模糊度和相应的时钟卫星窄巷偏差与所确定的宽巷模糊度和相应的卫星宽巷偏差一致。在一个示例中，在时间周期内在没有周跳和重大对流层延期改变的情况下，固定的窄巷模糊度可能不需要更新，但是针对慢时钟解以慢速更新速率(例如，大约每30秒至60秒一次)更新该组载波相位测量值和代码相位测量值。在存在载波相位的周跳或任何载波信号的失锁或任何卫星的被接收的信号的低信号质量的情况下，时钟窄巷模糊度可以用慢速更新速率凭借输入状态而被更新，慢速更新速率可以不同于轨道解的轨道校正速率。
在步骤S812中，基于收集的原始相位测量值和代码测量值(例如，先前收集的原始数据和以慢速更新速率更新的代码测量值)和来自原始相位和代码测量值的导出数据，时钟解模块44或校正数据估算器34确定每个参考接收器30的慢卫星时钟校正(例如，和对流层延迟偏差和梯度)，其中该导出数据包括以下各项中的一个或多个：所确定的卫星轨道校正数据50、所确定的宽巷整周模糊度和相应的卫星宽巷偏差、所确定的时钟窄巷整周模糊度和各自的卫星窄巷偏差数据。
在步骤S814中，低延迟时钟模块42或校正数据估算器34基于收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值(例如，以大于慢速更新速率的快速更新速率或低延迟更新速率更新)来确定用于慢卫星时钟的具有较低延迟的卫星时钟校正数据16或时钟增量调节量，以提供具有较低延迟的时钟校正数据16，所收集的原始相位测量值的新近或最近更新的测量值比用于慢卫星时钟校正的收集的原始相位测量值的多个先前的测量值更加靠近当前值。在一些实施例中，低延迟时钟模块42或时钟解模块44可以将时钟增量调节量应用于慢时钟解。
可以根据各种技术来执行步骤S814，这些技术可以被单独地或累积地应用。
在第一技术下，时钟解模块44、低延迟时钟模块42或校正数据估算器34针对较低延迟校正数据(例如，选择没有周跳的、具有最高高程的卫星作为每个位置的参考卫星)使用双差技术(例如，在时间Ti和To之间以及在本地参考站的每个参考位置的参考卫星之间)以第一速率(例如，相对较高的速率(例如，大约1Hz或更大))估算相对时钟误差。
在第二技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解，且较高延迟校正数据16(例如，适中延迟校正数据16)包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34在积分周期(例如，大约30秒)内对快时钟解和慢时钟解进行积分，以提供绝对的卫星时钟估算值(例如，GPS参考系统时间)。
在第三技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34为慢时钟解提供较长的延迟，该较长的延迟包括用于更多GNSS原始数据的更长的GNSS原始数据收集时间(例如，大约6秒到大约10秒)和用于复杂的慢时钟解的几秒或数秒的数据处理时间。
在第四技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34为具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)提供低延迟，该低延迟包括较短的GNSS原始数据收集时间(例如，大约1秒到大约2秒)和(例如，几毫秒的)数据处理时间，以用于非常高效地估算具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)。
在第五技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用来自快时钟解中的慢时钟解的对流层估算。(例如，基于先验模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来估算对流层偏差)。
在第六技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34在慢时钟解和低延迟卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)中使用来自轨道解的轨道校正数据50(例如，共用轨道校正数据50)。
在第七技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用来自具有较低延迟的卫星时钟校正数据16(例如，快时钟解)的时钟增量来更新慢时钟解。例如，校正数据估算器34以更新间隔或慢速更新速率更新慢时钟解，慢速更新速率例如为大约30秒至大约60秒(例如，以预测慢时钟解中的卫星时钟动态或来自快时钟解的累加的时钟增量或改变。)与对慢时钟解进行任何时钟增量调节的同时，慢时钟解、快时钟解或两者都由轨道解或轨道校正数据50以例如大约每300秒一次的轨道校正速率更新，以预测与轨道解相关的卫星时钟动态。
在第八技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34使用较低延迟校正，该较低延迟校正包括主要基于原始载波相位测量值(例如，仅GNSS载波相位数据)的卫星时钟校正的改变。
在第九技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且较高延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34估算适中延迟数据以包括绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和窄巷模糊度解。
在第十技术下，较低延迟校正数据包括快时钟解且适中延迟校正数据16包括慢时钟解；时钟解模块44或校正数据估算器34估算校正数据16，校正数据16包括卫星轨道校正数据50、具有较低延迟的卫星时钟校正数据16、卫星宽巷偏差数据、卫星窄巷偏差数据的校正数据16、具有较低延迟的时钟和窄巷偏差的卫星质量指标。校正数据16可以表示在具有较低延迟的卫星校正信号内可用的积分和绝对的卫星时钟数据。
在步骤S816中，校正管理器40或校正数据估算器34将卫星轨道校正数据50和低延迟时钟校正数据16合并到校正数据16中，该校正数据16在全球卫星差分校正信号上被编码，具有全球有效性以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器12。例如，校正数据估算器34或数据处理器将卫星宽巷偏差、卫星轨道校正数据、来自慢时钟解的卫星窄巷偏差和低延迟时钟校正数据合并到在全球卫星差分校正信号上编码的校正数据中，该校正数据具有全球有效性，以用于GNSS传输到一个或多个移动接收器。
在步骤S818中，校正管理器40、无线通信系统57或校正数据估算器34通过校正数据16消息(例如，通过卫星L波段信号或与因特网56馈送/校正数据16通信的蜂窝网络)将具有较低延迟的卫星校正数据16(例如，用于每个卫星的卫星轨道、时钟、卫星宽巷和窄巷偏差和质量信号)发送到一个或多个移动接收器12。
如本文中所用，延迟基于如下的时间差值，该时间差值为与用于处理的测量值的收集(和参考站处的观察)相关联的较早历元和在移动漫游接收器中应用所处理的测量值时在后历元之间的时间差值。
图8A提供了用于提供慢时钟解的典型的时间间隔或延期与GNSS时间对应的说明性图表。如图8A所示，竖直轴线700提供慢时钟延迟时间或慢时钟更新间隔的指示。
同时，水平轴线702提供GNSS时间，例如相应卫星的GPS时间。在一个实施例中，为一个或多个参考站(例如，大约60个参考接收器30)和在视野或可靠范围内的至少五个卫星的群提供说明性图表。在图8A的说明性示例中，慢时钟解花费大约2秒到3秒来完成一个历元的测量处理。在完成每个历元的测量处理之后，卫星时钟改变(例如，时钟增量数据)与来自慢时钟解的绝对时钟积分，以得到用于任何历元的精确的绝对时钟。最后，这些具有质量信息的轨道、时钟校正和卫星宽巷(WL)、窄巷(NL)偏差乘积通过卫星信道(例如，L波段信道)或无线通信网络(例如，通过因特网56)实时传送至用户。
图8B提供了提供低延迟时钟解与GNSS时间相对的时间滞后或延期的说明性图表。如图8B中所示，竖直轴线704提供低延迟时钟延迟时间或快时钟更新间隔或低延迟更新间隔的指标。同时，水平轴线706提供GNSS时间，例如相应卫星的GPS时间。在一个实施例中，为一个或多个参考站和在视野或可靠范围内的至少五个卫星的群提供说明性图表。如果数据处理中心18包括台式计算机或服务器54，则数据处理中心18可能花费几毫秒来完成处理图8B中的低延迟解的所有测量值，低延迟解比图8A的慢时钟解快300多倍。低延迟的计算非常有效。
图8B的说明性示例示出了来自实时接收器的用于校正数据16的典型校正时期大约是4秒，其包括网络数据到达数据处理中心18(例如，计算机或服务器54)的时间，数据处理中心18的网络处理时间；以及将校正数据16或校正数据16消息从数据处理中心18传送到终端用户的移动接收器12的校正传输时间。无论是否存在任何相反的语言，但是图8A和图8B中所示的校正数据16的结果或延期仅出于说明性目的而示出，并且即使在采用本公开中阐述的方法、系统或信息时，现实世界的延期可能与基于许多可能因素所示的那些延期不同。
根据图9所示的一个实施例，用于提供卫星校正信号的系统911包括用于接收一系列原始卫星信号测量值的***。图9的系统911类似于图1A的系统11，其中相同的附图标记表示相同的元件。
在图9中，数据处理中心118类似于图1A的数据处理中心18，除了图9的数据处理中心118包括数据收集器19、数据源选择器15和离线数据23或存储的数据。数据收集器19、数据源选择器15和数据存储装置24可以耦合到数据总线22，以用于彼此通信、与电子数据处理器20和一个或多个数据端口26通信。
在其他实施例中，例如，数据收集器19、数据源选择器15、数据端口26和数据存储装置24之间的虚拟数据通信路径、物理数据通信路径或两者是可能的。例如，虚拟数据通信路径可以通过软件、链接或调用来表示逻辑通信路径。物理数据通信路径可以包括传输线、电缆、数据总线、带状线、微带、电路板迹线或其他物理通信路径，以在数据处理中心118的模块或部件之间传递信号或数据。
在一个实施例中，数据收集器19可以经由数据端口26与参考数据网络32或一个或多个参考接收器30通信。反过来，数据收集器19可以存储或促进在数据存储装置24中存储所记录的离线数据、历史测量值数据和相关的星历数据，以在启动模式或热启动模式期间用于后续参考，以减少达到收敛的启动时间。记录的离线数据23可以包括以下中的一个或多个：来自一个或多个参考接收器30的历史测量值数据，来自一个或多个参考接收器30的原始测量值数据，以及来自相同测量历元或采样时间间隔的作为测量值数据的相关星历数据。
在一个实施例中，数据存储装置24针对当前时间(例如，当前GNSS测量时间)之前的一系列时间窗口存储所记录的离线数据23或所接收的原始卫星信号测量值。可以根据可以累积或交替使用的各种技术来选择时间窗口。在第一种技术下，一系列时间窗口基于用于热启动的收敛可用数据和目标时间。在第二种技术下，一系列时间窗口的持续时间累计至少为24小时。在第三种技术下，一系列时间窗口的持续时间在累积或完整的约24小时至约48小时的范围内。
卫星信号测量值中的每一个(例如，与在相应参考接收器30处的每个所接收的卫星信号相关联的载波相位信号测量值)与相应的存储的测量时间标记相关联。在启动模式或热启动模式期间，估算器34适于基于从存储的所接收的原始卫星信号测量值或记录的离线数据23得到的卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据来估算卫星校正数据或卫星校正信号。在一些配置中，校正数据或卫星校正信号在全球基础上对于精确点定位是有效的，而在其他配置中，卫星校正信号可以对于小于全世界的规定的地理区域是有效的。
在一个实施例中，数据源选择器15可以通过数据端口26与一个或多个参考接收器30通信。此外，数据源选择器15可以通过数据总线22或通过另一个虚拟数据路径或物理数据路径与数据存储装置24通信。如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记接近或达到所述当前时间，其中对应的被最后处理的存储的所接收的原始卫星信号测量值的所述相应的测量时间标记与所述当前时间之间的差值小于阈值时间范围，则数据源选择器15将测量值数据源从存储的所接收的原始卫星信号测量值(例如，记录的离线数据23)无缝切换到或改变到现场、实时原始卫星信号测量值。
如图9所示，校正数据估算器或多个估算器34存储在数据存储装置24中。例如，估算器34可包括软件指令，该软件指令用于由电子数据处理器20解释或处理，以估算校正数据，该校正数据是例如卫星轨道数据、卫星时钟数据、卫星偏差数据或其他偏差数据。在一种配置中，估算器34适于利用模糊度解析确定何时卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据(例如，宽-窄巷偏差数据)已经收敛到可靠的卫星校正数据。
一旦校正数据估算器34利用模糊度解析估算或确定校正数据，卫星上行链路站28或卫星上行链路发射机就可以在卫星通信信道上经由通信卫星35和无线校正装置14(例如卫星下行链路接收器)将可靠的校正数据发送给终端用户。
在另一个实施例中，一旦数据估算器34利用模糊度解析估算或确定校正数据，无线通信系统(例如蜂窝系统、码分多址(CDMA)系统或时分多址系统(TDMA))就可以经由无线通信系统通过通信信道将可靠的校正数据发送给终端用户。
在另一个替代实施例中，一旦数据估算器34估算或确定校正数据，服务器就可以经由虚拟专用网络、加密通信信道或另一通信信道通过因特网向授权用户分发或提供校正数据。
在一个实施例中，数据处理中心118以至少1Hz或更大的速率更新或刷新校正数据。在一个实施例中，如图10所示，数据处理系统218包括用于提供慢时钟估算值的时钟解模块44和用于提供低延迟时钟估算值的低延迟时钟模块42，其中数据处理系统对两个并行时钟估算过程进行积分，两个并行时钟估算过程包括慢时钟估算和低延迟时钟估算。
数据处理系统(118或218)可以在启动模式或热启动模式或正常模式下操作。在启动模式期间，数据存储装置24或数据处理器20将大约六小时的存储的数据测量值馈送到慢时钟模块44(例如，慢时钟估算模块)以达到稳态时钟估算值。然而，在启动模式期间，不需要将历史存储的数据测量馈送到低延迟时钟模块42。在正常操作模式期间，估算器34适于基于实时现场接收的原始测量值，利用卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据来估算差分校正信号。
首先，数据收集器19可以便于存储大约24到大约48小时的历史测量值数据和星历数据。其次，在一个示例中，估算器34或数据处理器20将所存储的历史测量值数据和相关的所存储的星历数据(单独地或集合地，记录的离线数据23)的第一部分(例如，大约24到大约48小时)输入到MPP模块36和轨道解模块38。第三，估算器34或数据处理器20将所存储的历史测量值数据和相关的所存储的星历数据(单独地或集合地，记录的离线数据23)的第二部分(例如，大约最后两小时)输入到低延迟时钟模块42，其中第二部分的数据少于第一部分，或者在比第一部分的更长时间段更短的时间段内收集第二部分。第四，估算器34或数据处理器20仅将实时测量值数据和相关的星历数据输入到低延迟时钟模块42。第五，当从记录的离线测量值数据或存储的测量值数据馈送的最新GNSS测量时间标记到达或接近实时GNSS测量时间标记，估算器34将测量值的输入源从记录的离线数据23无缝切换到从一个或多个参考接收器30或全球GNSS参考数据网络收集的实时数据32。
在一个实施例中，估算器34(例如创新的时钟轨道实时估算器34(iCORE))估算全球导航卫星系统(GNSS)轨道数据和时钟数据，其中估算器34通常需要长达24小时至48小时的测量值以达到或引入参考接收器30的位置估算值和相关的校正数据(例如，差分校正数据或精确点定位数据)的稳定且可靠的状态。在一种配置中，当启动估算器34软件时，将最后24到48小时的离线测量值存储在数据收集器19(例如，数据收集器19服务器)中的每小时文件中，并且首先将其馈送到估算器34中以进行数据处理。
当从离线数据读取的最新GNSS测量时间标记在最小滞后的情况下到达或接近实时GNSS测量时间标记时，数据选择器将测量值输入源从数据存储装置24中的离线数据或历史测量值数据切换到从全球GNSS参考站网络接收器收集的实时数据。在估算器34或其质量模块确定轨道和时钟解的收敛之后，估算器34或数据处理中心(118或218)可以以及时的方式通过无线通信(诸如L波段卫星信道、蜂窝信道、码分多址(CDMA)通信信道、时分多址(TDMA)信道、因特网)实时提供或传送一组一致的校正信号(例如，StarFireTM校正信号)，这些校正信号包括卫星轨道、时钟、宽-窄卫星偏差和质量信息。热启动可以将校正信号启动时间从大约24-48小时显著降低到大约1.5-3小时，以支持提高运行效率和生产率。
StarFire是一种实时全球导航卫星增强系统(GNSS)，其通过使用实时全球差分校正实现厘米级精度定位。这种校正可通过因特网协议(IP)或L波段地球静止通信卫星在全球范围内获得。与本地参考站校正相比，全球差分校正消除了对本地参考站和无线电通信的需求。
具有校正估算器34的热启动的校正系统非常适合于最小化或减少软件更新和维护的停机时间。校正系统的性能可以基于启动时间的评估。启动时间可以定义为如下的时间段：从开始计算校正估算值和服务器软件准备就绪到将校正信号实时无线地广播或传送到配备有无线校正装置14(例如，***或蜂窝收发器)的(终端用户或订购用户的)卫星移动接收器12的所需时间段。启动时间主要受长GNSS轨道和时钟收敛时间的影响，尤其是GNSS轨道估算值。
在快速启动时间和校正估算值的可靠稳态性能之间通常存在冲突。稳定可靠的GNSS轨道和时钟估算值需要比实现快速启动时间所需的测量值更多的GNSS测量值。例如，在实践中，为了可靠的稳态性能，需要至少24小时的历史测量值数据的累积数据窗口。然而，使用的GNSS测量值越多，估算器34将花费更长的时间来处理这些测量值以获得可靠的时钟数据估算值和轨道数据估算值。
根据图10，在一种配置中，校正系统1011的架构如下构造：GNSS参考接收器30在具有良好的卫星几何形状和可见性的情况下全球分布。参考接收器30与卫星上行链路站28或其他通信系统相关联，以用于实时地将测量值和星历数据(单独和集合地，离线数据23)发送到数据收集器19或数据处理中心118。数据收集器19可以将测量值数据和星历数据(单独地和集合地，离线数据23)存储在数据存储装置24中。
在一个实施例中，数据存储装置24可以包括磁盘、光盘、电子存储器、非易失性随机存取存储器或任何其他数据存储装置24。收集的数据存储在数据存储装置24中以便在热启动模式被访问，以用于离线处理或重新处理。在一个实施例中，数据收集器19单独或与数据源选择器15一起，既可以在数据存储装置24中记录数据，又可以将实时数据实时发送到数据处理中心118的估算器34。。
在一个实施例中，当GNSS测量值到达数据处理中心(118或218)时，数据处理中心(118或218)或多个数据处理中心收集、存储和预处理来自参考接收器30的GNSS测量值。数据处理器20或估算器34在处理测量值之前等待的时间越长，收集的测量值就越多。通过收集更多测量值，数据处理器20或估算器34可以提高轨道、时钟和卫星偏差的准确度以及网络模糊度解析的可靠性。如果数据处理中心(118或218)在全世界范围内与参考接收器30一起分布，则达到收敛解的总处理时间可能很长；特别是对于利用模糊度解析的多GNSS位置解估算而言。多个GNSS位置解估算值需要针对不同GNSS卫星系统(例如全球定位系统GPS(美国)；GALILEO(欧洲)、Quazi-Zenith卫星系统，QZSS(日本)；北斗导航卫星系统，BDS(中国)；全球导航卫星系统，GLONASS(俄罗斯)等))的模糊度解析。
因为校正数据是通过卫星通信提供的，这种L波段卫星信道具有相关的带宽限制，所以在向终端用户的移动接收器12提供校正数据时可能存在延迟。估算器34被配置为减少估算器34的处理时间，以最小化在向移动接收器12提供校正数据时的延迟，以允许处理器20以1Hz操作用于启动的至少24小时的数据。估算器34最小化处理时间以生成校正信号，该校正信号使得能够在用户接收器上进行模糊度解析。估算器34使用创新的模糊度解析算法来生成时钟和卫星偏差。此外，估算器34有助于处理来自以下数据源的一个或多个数据源的多达一百个参考接收器30的数据：(a)来自活动的GNSS参考接收器30的现场或实时GNSS测量值(例如，实时测量值数据流)，(b)来自GNSS参考接收器30的存储的、历史的或离线记录的GNSS测量值(例如，记录的测量值数据流)(例如，在最后或之前的24小时至48小时期间)，(c)实时GNSS测量值和记录的GNSS测量值的任何混合或组合。
根据如图14的步骤S914所示的一个示例，如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记还未接近或达到当前时间(例如，当前GNSS测量时间)，其中对应的被最后处理的存储的所接收的原始卫星信号测量值的所述相应的测量时间标记与所述当前时间之间的差值大于阈值时间范围，数据源选择器15适于使用多个测量值数据源的混合或组合，多个测量值数据源包括存储的所接收的原始卫星信号测量值和现场、实时原始卫星信号测量值。在一个实施例中，估算器34可以在几分之一秒内提供所有必要的计算，例如测量值预处理、轨道和时钟确定、模糊度解析和最终校正生成。
在一个实施例中，估算器34包括时钟解模块44和低延迟时钟模块42，使得估算器34提供两个并行时钟估算过程的集成时钟解(例如，时钟解模块44的慢时钟和低延迟时钟模块42的低延迟时钟)。时钟解模块44和低延迟时钟模块42在使用校正数据的位置估算中共同提高绝对时钟估算值的准确性和减少时钟延迟。在一个实施例中，时钟解模块44确定慢时钟解，这将使用所有可能的GNSS测量值(来自参考接收器30)，这样GNSS测量值包括来自参考接收器30或相关网络的更长延迟测量值(例如，长达6秒)以估算绝对卫星时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差和模糊度，以及进行模糊度解析。在一些示例中，时钟解模块44需要密集计算来确定慢时钟估算值，其可能花费几秒来处理。
相反，低延迟时钟模块42仅采用具有较短延迟的最新可用测量值(诸如具有延迟(该延迟限制为大约1至2秒)的接收器测量值)来以高速率计算卫星时钟变化。低延迟时钟模块42、数据处理器20或估算器34以低速率将低延迟时钟估算值与慢时钟估算值和轨道估算值进行积分，从而以及时的方式通过L波段无线信道，无线通信系统，电子通信网络或因特网实时分发一组一致的校正信号，这些校正信号包括卫星轨道、时钟、宽-窄卫星偏差和质量信息。
在一个实施例中，数据处理中心(118或218)包括中心导航算法软件，例如时钟轨道实时估算器34，其可被称为创新的时钟轨道实时估算器(iCORE)。估算器34包括测量值预处理(MPP)模块36、轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42，它们是全球差分校正的关键部件。数据处理中心(118或218)或估算器34产生校正信号以提供厘米级精度估算值，这些估算值包括：(1)卫星轨道估算值、(2)卫星时钟估算值、以及(3)卫星相位偏差及其相关质量信息。
当估算器34的估算软件启动时，将测量值的历史收集数据(如果可用)和相关的星历数据(例如大约24到大约48小时的收集数据或测量值数据)馈送到MPP模块36和轨道解模块38中，以用于增强或加速GNSS轨道估算值的收敛。此外，最后六小时的历史收集数据也被馈送到估算器34或估算慢时钟估算值的时钟解模块44。通常，估算器34需要大约24到48小时的历史测量值数据来达到稳态、可靠的轨道估算值，且需要大约6小时的历史测量值数据以用于慢时钟估算值。因为低延迟时钟不需要时间来引入稳定状态，所以低延迟时钟模块42不需要历史测量值数据或收集的数据来估算低延迟时钟解。
在一个实施例中，当从离线数据馈送的最新GNSS测量时间达到当前时间或实时GNSS测量时间时，估算器34将所有模块的测量值输入源从数据存储装置24中的离线数据23或存储的数据无缝地切换到从全球GNSS参考站网络接收器收集的实时数据。校正系统使用通信系统或广播系统从分布在世界各地的一个或多个数据处理中心(118或218)向移动***12提供全球差分校正。例如，可以选择该组全球差分校正数据，并通过卫星上行链路发射机或陆地地球站(LES)将其传送到通信卫星35(例如，INMARSAT通信卫星)。在一个实施例中，用户卫星移动接收器12能够接收这组全球差分校正、解析模糊度、并在用于导航的位置估算中实现厘米级精度。
图10示出了与数据处理中心218和估算器134相关联的数据校正系统1011。估算器134包括以下模块：实时数据收集器19、测量值预处理器模块36、轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42。在一些配置中，实时数据收集器19还包括数据源选择器15(在图9中)，但是在其他配置中，数据源选择器15可以是单独的模块。
如图所示，数据收集器19(例如，实时数据收集器)与数据处理中心218中的数据存储装置24和一个或多个参考接收器30通信。数据收集器19或数据存储装置24可以将测量值数据、星历数据或两者(例如，离线数据23)提供到MPP模块36。例如，数据收集器19可以经由数据源选择器15向MPP模块36提供测量值数据、星历数据或两者。反过来，MPP模块36可以将测量值数据和从测量值数据得到的预处理数据提供给以下中的一个或多个：轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42。例如，MPP模块36可以经由数据总线22、虚拟通信路径、物理通信路径或上述路径的组合与轨道解模块38、时钟解模块44和低延迟时钟模块42通信。
在一个实施例中，实时数据收集器19可以实时地从卫星参考接收器30收集测量值数据，并且可以便于将收集的测量值数据存储在数据存储装置24中。此外，在一些实施例中，实时数据收集器19可以包括数据选择器模块15，其将收集的数据或测量值数据分发到数据处理系统1011中的其他模块。在其他实施例中，数据收集器19可以将收集的数据或测量值数据分发到其他模块或数据处理服务器。
在一种配置中，测量值预处理(MPP)模块36基于一个或多个数据源准备“净化的”测量值并提供宽巷固定模糊度和宽巷偏差乘积，其中是例如实时数据测量值、离线的或存储的数据测量值(例如，存储的最后24-48小时数据测量值)、或者离线数据(例如，存储的最后24-48小时数据测量值)或存储的数据测量值和实时数据测量值(例如，实时的数据测量值流)的混合。
如图所示，轨道解模块38适于基于一个或多个数据源提供准确的卫星位置估算值和卫星速度估算值，其中一个或多个数据源是例如实时数据测量值、离线的或存储的数据测量值(例如，存储的最后24-48小时数据测量值)、或者离线数据(例如，存储的最后24-48小时数据测量值)或存储的数据测量值和实时数据测量值(例如，实时的数据测量值流)的混合。
在一个实施例中，时钟解模块44适于基于一个或多个数据源以低速率提供卫星慢时钟解估算值和窄巷偏差乘积，其中一个或多个数据源是例如实时数据测量值、离线的或存储的数据测量值(例如，存储的最后6小时数据测量值)、或者离线数据(例如，存储的最后6小时数据测量值)或存储的数据测量值和实时数据测量值(例如，实时的数据测量值流)的混合。
低延迟时钟模块42或估算器134适于以1Hz的速率提供快速卫星时钟估算值，并且对输出的MPP解、轨道解和慢时钟解进行积分，以实时地生成一组一致的校正数据信号。在一种配置中，仅从实时测量值流接受低延迟时钟模块42的数据源。
在一个实施例中，低延迟时钟模块42仅使用载波相位测量值来导出两个不同历元之间的时钟变化。为了提高计算效率，时间和卫星之间的双差分方法用于减小估算状态的大小，例如模糊度和接收器时钟。使用模型(例如，先验模型)和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。低延迟时钟模块42估算卫星时钟变化，而不是时钟数据的绝对值。因此，低延迟时钟计算非常有效。例如，在几毫秒或更短的时间内，低延迟时钟模块42可以针对任何历元确定或估算所有参考接收器30的相关测量值的卫星时钟变化或低延迟数据。
在一个实施例中，MPP模块36、轨道解模块38和时钟解模块44中的每一个包括两个部分或组件：(1)零差(ZD)卡尔曼滤波器或数据处理器20；(2)网络ARE(例如，模糊度解析估算器(ARE))模块。每个零差卡尔曼滤波器处理所接收的测量值数据以形成ZD测量值，以定义状态变量，以及更新(例如，动态地)卡尔曼滤波器测量值。网络ARE模块处理测量值数据以执行模糊度解析。在一个实施例中，测量值预处理模块接受来自参考数据网络32的测量值数据作为输入数据，并应用宽巷估算器34以输出宽巷模糊度和相应的宽巷偏差。
测量值预处理模块
在一个实施例中，测量值预处理模块36以规则间隔(例如，每秒一次)基于实时或现场测量值数据、离线记录的或存储的测量值数据、或两者来预处理和净化来自一个或多个卫星参考接收器30或参考站网络32的原始测量值数据。此外，MPP模块36可以解析宽巷(WL)模糊度。在一种配置中，MPP模块36将经滤波的或已“净化”的测量值，固定的宽巷模糊度和卫星WL偏差提供给低延迟时钟模块42、时钟解模块44和轨道解模块38。
在某些配置中，MPP模块36使用线性组合作为零差(ZD)测量值来估算以下状态变量：
·每个可见卫星和位置的ZD浮动WL模糊度，其组合了接收器宽巷偏差和WL整周模糊度。以双差(DD)和单差(SD)形式解析模糊度，其中接收器WL偏差被抵消；
·每颗卫星一个宽巷偏差；和
·每个跟踪位置一个GLONASS频率间偏差(IFB)WL系数。GLONASS IFB WL系数的灵敏度系数是卫星频率的数量。此状态变量仅适用于GLONASS情况。
为了使计算有效，如果没有检测到周跳，则以诸如60秒的间隔对每个位置的ZD测量值进行平均。例如，周跳指的是对于任何卫星信号的载波相位的锁定或引入的丢失。对于每个时间间隔，对于每个卫星参考接收器，在ZD卡尔曼滤波器中逐个位置地对已滤波的或已平滑的ZD测量值进行处理。在每个测量值更新间隔，在MPP模块36中，ZD卡尔曼滤波器动态更新，且测量值更新被处理以更新状态变量。
在一个实施例中，每个GNSS系统卫星可以用单独且不同的宽巷滤波器建模。例如，具有Quazi-Zenith卫星系统(QZSS)的GPS、GLONASS、GALIEO和北斗系统均具有单独的宽巷滤波器。QZSS是一种基于卫星的增强系统，可为亚洲地区补充GPS。请注意，参考接收器偏差不是所期望的全球差分乘积，因为它不用于用户接收器导航。因此，在某些实施例中，为了减小滤波器尺寸和计算复杂度，不明确地估算参考接收器的WL偏差；相反，WL偏差被组合到ZD浮点模糊度状态中。
轨道解模块
轨道解模块38是估算器34的估算GNSS卫星的一个或多个集群或组的卫星轨道的主要模块。时钟解模块44和低延迟时钟模型42依赖于来自轨道解模块38且在时间间隔(例如，每几分钟)内提供的预测轨道。轨道解模块38以较低速率(例如每300秒)提供轨道解，因为GNSS卫星轨道通常是平滑的。
轨道解模块38的数据源可以来自实时测量值、离线数据23(例如，记录的测量值或存储的测量值，例如大约24到大约48小时的离线历史测量值数据)、或实时测量值和离线数据23(例如存储的大约24到大约48小时的测量值)的任何混合。在一个实施例中，MPP模块36需要至少24小时的离线数据23以使得轨道解到到稳定状态。在一种配置中，在估算器34中，MPP模块36、轨道解模块38、慢时钟解模块44和低延迟时钟模块42可以根据并行数据处理过程并行运行。
在一个实施例中，轨道解模块38使用来自一个或多个参考接收器30或全球参考站网络32的折射校正代码和载波相位测量值。轨道解模块38可以被配置为处理的三种类型的滤波器状态变量，例如以下一项或多项：
(1)依赖于卫星的状态变量，包括卫星位置、速度、卫星时钟，卫星窄巷偏差、偏航速率和经验太阳辐射力建模参数；
(2)依赖于接收器的状态变量，包括参考位置、接收器时钟、残余对流层偏差和梯度、载波相位模糊度；和
(3)常见状态变量，包括诸如极地运动和世界时间-世界协调时间(UT1-UTC)等地球定向参数。
为了提供全球差分定位服务的校正数据，轨道解模块38估算精确轨道，并且上行链路站28或其他无线通信设备实时地向终端用户移动接收器12发送精确轨道。通常，在时钟估算值中认为在一定的最大时间间隔(例如，几分钟)内预测的卫星轨道(例如，称为o2c数据)是已知的，因为这些预测轨道的误差相当小并且稳定并且甚至可以被估算的时钟吸收。预测的卫星轨道(例如，轨道o2c数据)可用于产生轨道校正值以用于估算的精确轨道。此外，预测的卫星轨道可用于校正慢时钟解模块44和低延迟时钟模块42中的轨道误差，例如通过向慢时钟解模块44、低延迟时钟模块42或两者提供轨道校正或校正的估算的精确轨道。
时钟解模块
在一个实施例中，来自参考接收器30的测量值被收集，被预处理并且被批量化以在它们到达一个或多个数据处理中心218时被校正系统1011处理。数据处理中心218等待的时间越长，收集的测量值越多，这延迟了校正数据的输出和分布。时钟解模块44估算许多状态以确定或估算时钟解，这可能导致计算过程中的滞后。为了减少校正延迟并利用更多测量值，我们考虑了包括慢时钟解和低延迟时钟解的两种时钟解。在慢时钟解中，只要所有测量值在固定的延迟(例如在大约6秒到大约15秒的时间范围内)之前到达，所有测量值都被批量处理。
时钟解模块44从数据源确定或估算慢时钟解，所述数据源是例如参考接收器30的实时测量值，离线记录的测量值或存储的测量值(例如，2-3小时的离线存储)，或实时测量值数据和离线记录的测量值或流的组合或混合。时钟解模块44通常需要至少6小时来达到慢时钟解的稳定状态。在一个示例中，慢时钟解模块44使用与轨道解模块38类似的测量值和ZD卡尔曼滤波器，除了几个主要差异之外：首先，时钟解模块44以不同的速率运行，例如大约30秒或60秒，与轨道解模块38的大约300秒速率不同，因为时钟校正比轨道校正更快地变化。其次，在慢时钟解模块44中，所有状态变量保持与轨道解模块38中的相同，除了未估算的卫星轨道相关状态，但使用来自轨道解的轨道估算结果。第三，慢时钟解模块44或估算器34输出一组完整的全球差分校正，包括卫星轨道校正、卫星时钟校正、卫星WL偏差、NL偏差和质量信息。上述校正和估算的对流层参数将被发送到低延迟时钟模块42。注意，所有偏差都指卫星WL和NL偏差，因为分配给移动接收器12的全球差分校正乘积对接收器的偏差不感兴趣或不关注。
在时钟解模块44中，使用无差值折射校正代码和载波相位观测来估算卫星和接收器时钟、对流层偏差、卫星窄巷偏差。更新速率通常较低，例如较低的更新速率(例如，用于轨道的5分钟的更新速率或用于慢时钟的30秒，或甚至更长)。因为必须与接收器参数和卫星时钟参数一起估算大量模糊度，所以时钟解模块44利用模糊度解和卫星偏差估算以低更新速率确定和更新慢时钟解。估算器34或慢时钟解模块44可以在进行批量计算或慢时钟解的计算之前等待更长的时间，以确保从参考接收器30或参考网络收集足够的测量值，并且在测量值到达一个或多个数据处理中心218时被处理。时钟解模块44等待的时间越长，数据收集器19收集的测量值越多，用于产生时钟校正的延迟越长。在一种配置中，时钟解模块44被配置为确定实时卫星时钟以及卫星偏差以保持移动接收器12的模糊度的整周性质。模糊度固定例如可以减少收敛时间并提高导航的准确度。
低延迟时钟模块
低延迟时钟模块42确定对慢卫星时钟的改变或调整以减少校正延迟。为了利用一致的卫星偏差乘积来提高时钟精度并且还减少校正延迟，时钟解模块44和低延迟时钟模块42彼此协作地运行两个并行时钟过程。低延迟时钟模块42仅使用载波相位测量值来计算时钟变化(增量时钟)。诸如对流层和卫星窄巷偏差之类的缓慢变化的参数被固定到来自慢时钟解模块44的估算值，这些参数以从慢时钟过程到低延迟时钟过程的更新时间间隔(例如每隔30秒的更新间隔)定期地(例如，周期性地)更新。
低延迟时钟模块42可以使用历元T0(在零秒)和当前历元Ti之间的增量载波相位来估算增量时钟。当慢时钟提供新的参考历元(例如T30历元(在30秒时))时，低延迟时钟将参考历元从T0改变为T30。
在一个实施例中，在到达轨道解之后几分钟，例如300秒，低延迟时钟在低延迟时钟解中固定预测的轨道(O2C数据)。低延迟时钟仅估算增量卫星时钟，从而可以以非常高的速率更新(增量卫星时钟的)计算。来自MPP模块36的预处理测量值被批处理并在几秒等待窗口(例如1到2秒)之后发送到低延迟时钟模块42。同时，轨道解模块38和时钟解模块44分别在较长时段(例如6秒至15秒)之后提供轨道解和时钟解。低延迟时钟解旨在通过慢时钟解的绝对时钟来减少校正延迟并提高时钟精度。为了提高计算效率，使用时间和卫星之间的双差测量值，以便去除一些不必要的状态，例如模糊度和接收器时钟。在一种配置中，视野中的(例如，在可靠的接收范围内并且具有足够的方位角)没有周跳的(例如，在参考卫星的一个或多个接收的载波相位信号的相位中)、最高高程的卫星被选择作为每个相应的参考接收器30或相应的位置的参考卫星。
使用先验模型和来自慢时钟解的残余对流层偏差估算值来校正对流层偏差。估算卫星时钟变化的唯一状态。来自广播星历的先验卫星时钟速率被广泛用于估算增量卫星时钟。当然，RAIM(接收器自主完整性监视)算法用于确保检测和移除任何具有周跳的测量值。
数据处理器20，校正管理器40或低延迟时钟将RAIM算法应用于增量时钟滤波器412。RAIM算法包括如下的软件，其使用过度确定的解或冗余计算来检查卫星测量值的一致性，例如网络中每个参考接收器30的一个或多个卫星的载波相位测量值和代码相位测量值。
在一种配置中，卡尔曼滤波器或最小二乘方法可用于估算增量时钟。估算的状态变量或未知数的数量等于活动的卫星的数量。数据处理中心218通常可以在几毫秒或更短的时间内处理低延迟时钟的测量值，这比提供慢时钟解的时钟解模块44更快(例如，快几百倍)。
在一些配置中，慢时钟解模块44可花费两秒到三秒来完成一个历元的测量值处理。在第一个历元之后，低延迟时钟模块42提供与来自慢时钟解的绝对时钟进行积分的卫星时钟变化，以导出任何历元的绝对时钟。对于低延迟时钟模块42，仅接受参考接收器30的实时数据源以用于实时处理，因为低延迟时钟解没有引入时间(pull-in time)。最后，轨道数据、时钟校正数据和具有质量信息的卫星WL/NL偏差乘积通过卫星L波段，无线通信系统或因特网实时地发送给移动接收器12处的用户。
图11示出了用于提供卫星校正信号的方法的一个实施例的流程图。图11的方法开始于步骤S900。
在步骤S900中，一个或多个参考接收器接收一系列原始卫星信号测量值。原始卫星信号测量值被从一个或多个参考接收器30发送或传送到数据处理中心(118、218)(例如，数据处理中枢)。例如，参考接收器30可以与数据处理系统的一个或多个数据端口26通信。
在步骤S902中，数据存储装置24针对当前时间(当前GNSS测量时间)之前的一系列时间窗口(或时间间隔)存储所接收的原始卫星信号测量值。卫星信号测量值中的每一个与相应的存储的测量时间标记相关联。可以通过使用各种持续时间的时间窗口或时间间隔来执行步骤S902。在一个示例中，数据存储装置24根据时间窗口存储所接收的原始卫星信号测量值，其中时间窗口的持续时间累计为至少24小时。在另一个例子中，时间窗口的持续时间在大约24小时到大约48小时的范围内累积。
在步骤S904中，在热启动模式期间，数据处理器20、数据处理中心118或估算器34基于从存储的所接收的原始卫星信号测量值得到的卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据来估算或确定卫星校正信号。在热启动模式或启动模式期间，数据处理器20或估算器34将大约六小时的存储的数据测量值馈送到慢时钟估算模块以达到稳态轨道估算值。在启动模式或热启动模式期间，不需要将历史存储的数据测量值馈送到低延迟时钟。
在步骤S906中，如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记接近或达到所述当前时间，其中对应的被最后处理的存储的所接收的原始卫星信号测量值的所述相应的测量时间标记与所述当前时间之间的差值小于阈值时间范围，那么数据处理中心118、数据处理器20或数据源选择器15(例如，开关)将测量值数据源从存储的所接收的原始卫星信号测量值无缝切换到现场、实时原始卫星信号测量值。例如，在热启动模式之后，在正常操作模式期间，如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记接近或达到所述当前时间，那么数据处理中心(118或218)、数据处理器20或数据源选择器15(例如，开关)将测量值数据源从存储的所接收的原始卫星信号测量值无缝切换到现场、实时原始卫星信号测量值。
图12示出了用于提供卫星校正信号的方法的一个实施例的流程图。除了图12的方法还包括步骤S908和S910之外，图12的方法类似于图11的方法。
在步骤S908中，数据处理中心(118或218)或数据处理器20利用模糊度解析确定何时卫星轨道数据，卫星时钟数据和卫星偏差数据(例如，宽-窄巷偏差数据)已经收敛到可靠的卫星校正数据。
在步骤S910中，数据处理中心(118或218)或数据处理器20利用模糊度解析通过卫星通信信道向终端用户提供可靠的校正数据。例如，数据处理中心(118或218)或数据处理器20以至少1Hz或更高的速率向移动***无线地提供和更新校正数据。卫星上行链路向通信卫星发送校正数据以及对校正数据的更新，该通信卫星重复或重传上行链路传输以被与移动接收器12相关联或共同定位的地面无线校正装置14接收。
图13示出了用于提供卫星校正信号的方法的一个实施例的流程图。除了图13的方法还包括步骤S912之外，图13的方法类似于图11的方法。
在步骤S912中，在正常操作模式期间，数据处理器20或数据处理中心118基于实时现场接收的原始测量值利用卫星轨道数据、卫星时钟数据和卫星偏差数据来估算差分校正信号。时钟数据和卫星偏差数据源自于对两个并行时钟估算过程的积分，两个并行时钟估算过程包括慢时钟解和低延迟时钟解，其中低延迟时钟解被估算为相对于慢时钟解的增量或变化。
校正系统和方法支持可靠、精确和快速的热启动，因为离线记录的数据和实时数据都被馈送到估算器或相关的服务器软件中以加速GNSS校正收敛。热启动与使用记录的离线测量值数据和相关的星历数据相关联，以减少启动时间，所述启动时间是向移动接收器或移动接收器的用户或终端用户提供和分配校正数据所需的。在一些示例中，对于具有单个位置数据处理中心的本地校正系统，热启动可以将启动时间(所述启动时间用于提供可靠的稳态精确校正数据)从大约24小时至大约48小时减少到大约1.5小时至大约3个小时。对于具有多个位置数据处理中心的校正全球校正系统，热启动可以将启动时间(所述启动时间用于提供可靠的稳态精确校正数据)从大约14天减少到大约2至3天。在轨道解和时钟解收敛后，一组一致的校正信号(包括卫星轨道、时钟、宽窄卫星偏差和质量信息)可以通过卫星L波段，无线通信或因特网以及时的方式无线地实时传输。
图14示出了用于提供卫星校正信号的方法的一个实施例的流程图。除了图14的方法用步骤S914代替步骤S906之外，图14的方法类似于图11的方法。
根据如图14的步骤S914所示的一个示例，如果或当存储的所接收的原始卫星信号测量值中的被最后处理的一个测量值的相应的测量时间标记还未接近或达到当前时间(例如，当前GNSS测量时间)，其中对应的被最后处理的存储的所接收的原始卫星信号测量值的所述相应的测量时间标记与所述当前时间之间的差值大于阈值时间范围，数据源选择器15适于使用多个测量值数据源的混合或组合，多个测量值数据源包括存储的所接收的原始卫星信号测量值和现场、实时原始卫星信号测量值。在一个实施例中，估算器34可以在几分之一秒内提供所有必要的计算，例如测量值预处理、轨道和时钟确定、模糊度解析和最终校正生成。有利地，步骤S914可以在每个数据处理中心218内使用并行处理技术来同时处理存储的信号测量值和当前实时信号测量值，其中测量值包括卫星载波相位测量值，以促进校正数据的热启动和/或潜在地减少与校正数据相关的模糊度解析的收敛时间。例如，并行处理可能需要数据处理中心218一次或同时使用多个服务器来执行数据处理中心218内的估算器(34或134)或多个电子数据处理器20(例如，多个微处理器核)的一个或多个模块，从而执行与估算器(24或134)的一个或多个模块相关联的软件指令。
出于说明的目的，已经参考特定实施例说明了前述描述。然而，上面的说明性讨论并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化都是可能的。实施例被选择和描述以最好地解释本发明的原理和其实际应用，从而能使在本领域的技术人员最好地利用本发明和具有适于特定预期用途的各种修改的多个实施例。