专利名称：改进的星基增强系统接收器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及改进的星基增强系统(SBAS)接收器，且更具体地涉及改进的 欧洲地球同步卫星导航覆盖服务(EGNOS)接收器。
背景技术：
众所周知，全球定位系统(GPS)是由卫星星座(constellation of satellite)和相应
的地面站形成的全世界无线电导航系统。每个卫星连续地广播它在空间中的位置以及来 自内部时钟的传输时间。GPS接收器能够通过接收和分析从GPS卫星发送来的信号来确 定GPS接收器的位置。特别地，对于来自GPS卫星的每个信号，GPS接收器计算发送时间和信号被接 收时间之间的差值，假设GPS信号传播速度已知，然后基于该差值来计算GPS接收器与 GPS卫星之间的距离。该距离被称为伪距离。GPS接收器通过对涉及几个GPS卫星的 伪距离进行几何三角测量来确定GPS接收器的位置。二维的位置能够通过使用涉及三个 GPS卫星的伪距离来确定，而三维的位置能够通过使用涉及四个或更多个GPS卫星的伪 距离来确定。尽管当前的GPS已经成功了，但有几个缺点影响了定位计算的精度。事实 上，GPS卫星信号受制于电离层和对流层干扰、卫星时钟漂移和卫星轨道偏差所引起 的误差。例如，电离层和对流层折射可以减缓卫星信号并且引起载波信号和编码偏离 (diverge)。因为电离层干扰从位置到位置变化很大，所以这些误差很难用民用型GPS接 收器修正。这些缺点使GPS本身不可用于安全关键服务，比如空中导航。事实上，例如， GPS信号被太多误差和不可靠性影响而不能满足强制空中导航精度要求。由此原因，最近，已经开发了不同的GPS增强技术，即，针对通过将外部信息 整合到计算处理中来改进GPS的精度、可靠性、有效性和完整性的技术。特别地，星基增强系统(SBAS)是通过使用附加的卫星广播消息来支持广 域或区域性增强的系统。SBAS的例子有在美国由美国联邦航空管理局(FAA)开发 的广域增强系统(WAAS)，在欧洲由欧洲空间局(ESA)、欧洲委员会和欧洲空管局 (EUR0C0NTR0L)开发的欧洲地球同步卫星导航覆盖服务(EGNOS)和日本的多功能的 卫星增强系统(MSAS)。
图1示意性地示出世界上正在开发的几个SBAS的位置。航空无线电委员会(RTCA)档案号DO-229D，被称为用于全球定位系 统/广域增强系统机载设备的最低运行性能规范(Minimum Operational Performance Standards (MOPS) for Glob al Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment),并且由RTCA特别委员会159制订，该档案包括针对使用由WAAS增强的 GPS的机载导航设备(2D和3D)的最低运行性能规范(MOPS)，并且该档案代表由所有 政府机构应用的国际SBAS标准。这样，所有SBAS服务提供商将确保信号兼容性和系 统互通性，从而贡献于真正的全世界无缝导航服务。
具体地，符合RTCA/DO-229D MOPS的接收器将与任何SBAS —起工作，例如 WAAS、EGNOS、MSAS 等。详细地，SBAS改进了 GPS的性能，目标是使GPS可用于安全关键服务，比如 空中导航。这是通过利用分离的信号提供一组修正来完成的，该修正对由用户卫星接收 器进行的定位计算的精度进行改进。特别地，EGNOS不仅为GPS，也为全球导航卫星 系统(GLONASS)提供这些修正。一般来说，SBAS是基于测量误差的空间和时间相关性的原理，当从空间产生源 (space born source)进行距离测量时，出现测量误差。可以发现在已知位置进行的理论 测量和实际测量之间的差值，与在已知位置的附近进行的其它理论测量和实际测量之间 的差值具有相似的值。换句话说，该原理说明小地理区域中进行的距离测量可以受到相 同的误差影响。所以，一旦知道一个位置的测量误差，就可以将该误差作为对于在附近 位置进行的距离测量的修正来使用。在几个基准点可用的情况中，可以得出模拟距离测 量差值的广域相关性定律。处理由基准站的网络收集的这些数据，然后利用对地静止的 卫星、在具有与GPSCLl = 1575.42MHz)相同的频率和不同数据格式的信号上传输给用 户。SBAS消息包括用于计算伪距离修正的信息和完整性参数，用来估算位置计算的可信 度。包含于在Ll上调制的导航消息中的信息、由对地静止卫星提供的附加的测距能 力和地面处理及检查的复杂性，能够改进GPS的精度、完整性和可靠性。如上所述且如所有SBAS，已将EGNOS设计为满足空中导航性能要求的需要， 特别考虑着陆航空器·精度将通过广域差分(WAD)修正的广播被垂直地改进大约2-4米和水平地改 进1-3米；·如果EGNOS、GPS或GLONASS发生系统降级则通过系统中的高度冗余以及
通过在6秒钟内警告用户来改进完整性(安全性)；·连续性将被改进以便保持系统在从任何指定操作的开始起下一个150秒期间 内工作；·将通过广播来自对地静止卫星的类似GPS信号(GPS look-alike signal)改进可用性。EGNOS测量已经确认在欧洲民航会议(ECAC)区域内部精度将是垂直地2_4米 以及水平地1-3米的数量级。更详细地，EGNOS提供了欧洲范围的、标准化的和品质保证的定位系统，该定 位系统适用于不同的应用范围。该定位系统与GPS高度兼容，所以单独的天线和接收器 既可以处理GPS信号又可以处理EGNOS信号，消除了用另外的无线电来接收修正的需要。图2示意性地示出了 EGNOS架构。特别地，部署了 34个基准完整性监视站 (RIMS)来监视卫星星座(satellite constellation satellites)。在生成修正和完整性消息之前
每个卫星必须由多个RIMS监视。四个任务控制中心(MCC)处理来自这些RIMS的数据 以为每个卫星生成修正和完整性消息。特别地，MMC为欧洲生成单独的完整性数据集 合和GPS修正，包括为每个卫星时钟和星历误差修正以及归因于电离层的误差的项。
这些MCC中仅有一个是活动的和工作的，其它MCC是热备件，如果发生问题 则可以被激活。导航陆上地球站(NLES)将修正和完整性消息上载至卫星，用于向前广播给用 户。系统将为三个对地静止卫星中的每个部署两个NLES(—个主要的和一个备份)，并 部署另外的NLES用于测试和确认目的。EGNOS空间段由三个具有全球地面覆盖对地静止卫星组成。EGNOS操作系统 是基于使用两个INMARSAT-3卫星(AOR-E和IOR)以及ESAARTEMIS卫星。完整性数据和修正被调制到类似GPS信号上并从三个对地静止卫星广播给用 户。产生的性能(跨欧洲接近1米)独立于用户/基准站距离。由于三个附加范围， EGNOS用户将受益于加强的可用性。此外，EGNOS用户应该能够追踪至少两个对地静止卫星。一旦被RIMS网络监 视，将花费少于六秒的时间用卫星星座之一向用户通报问题。EGNOS在由对地静止卫星覆盖的区域的不同部分提供不同水平的服务。在核心 覆盖区域中获得最佳性能，如图2所示。尽管通过与日本、美国和加拿大系统的互通性 有一些潜力进行改进，但是在核心区域之外仍然具有降级的性能。如前所述，EGNOS使用与GPS相同的频率(Li)和测距编码，但具有不同的数 据消息格式。消息每秒钟出现一次，且由250个比特组成，其中212个比特是增强数据，
8个比特用于获取和同步，6个比特用于识别消息类型且剩下的24个是奇偶校验比特用来 抵制使用被破坏的数据。64个不同的消息类型到目前为止被定义为广播完整性数据和修正，一些类型如
下表所示
权利要求
1.一种星基增强系统接收器(51 ； 81)，被配置成接收包括增强数据的星基增强系 统消息，并且基于从接收到的星基增强系统消息提取的增强数据给一个或多个被服务的 全球定位系统接收器(55 ； 85)提供增强信息；其特征在于，所述星基增强系统接收器 (51 ； 81)被设计成实现打算对所有被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85)共用的有限 状态机(53 ； 83)，并且所述星基增强系统接收器(51 ； 81)被配置成基于所述接收的星 基增强系统消息进行演变以及存储包括在所述接收的星基增强系统消息中的所述增强数 据；共用有限状态机(53 ； 83)进一步被配置成与数量等于被服务的全球定位系统接收器 (55 ； 85)的数量的修正模块(54 ； 84)合作，每个修正模块(54 ； 84)被配置成接收来自 相应的被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85)的全球定位系统数据，并且基于相应的全 球定位系统数据和从所述共用有限状态机(53 ； 83)获取的增强数据，为所述相应的被服 务的全球定位系统接收器(55 ； 85)计算增强位置。
2.根据权利要求1所述的星基增强系统接收器，其中，所述修正模块(54;84)被 实现在所述星基增强系统接收器(51 ； 81)中，并且由所述星基增强系统接收器(51 ； 81)提供给每个被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85)的增强信息是由相应的修正模块 (54 ； 84)计算的增强位置。
3.根据权利要求1所述的星基增强系统接收器，其中，所述修正模块(54;84)各自 被实现在相应的被服务的全球定位系统接收器(55; 85)中，并且由所述星基增强系统接 收器(51 ； 81)提供给所述被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85)的所述增强信息是存 储于所述共用有限状态机(53 ； 83)中的增强数据。
4.根据任一前述权利要求所述的星基增强系统接收器，其中，所述共用有限状态机 (53； 83)包括多个专用有限状态机，每个专用有限状态机与可由所述星基增强系统接收 器(51 ； 81)接收的相应类型的星基增强系统消息相关联，且每个专用有限状态机被配置 成基于所接收的相应的星基增强系统消息进行演变以及存储包括在所述接收的相应的星 基增强系统消息中的增强数据。
5 根据权利要求4所述的星基增强系统接收器，其中，每个专用有限状态机被配置成 提供关于相应的增强数据的可用性或不可用性的信息，并且在可用时存储相应的增强数 据。
6.根据权利要求5所述的星基增强系统接收器，其中，与特定类型的星基增强系统消 息相关联的专用有限状态机进一步被配置成在为被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85) 计算所述增强位置的期间存储与不同应用条件相关联的不同增强数据集合。
7.根据权利要求6所述的星基增强系统接收器，其中，修正模块(54;84)被配置成 在为被服务的全球定位系统接收器(55 ； 85)计算所述增强位置的期间应用其应用条件被 满足的增强数据集合。
8.根据权利要求7所述的星基增强系统接收器，其中，应用条件包括在计算所述增强 位置的期间，所述相应的增强数据集合的应用时间。
9.根据任一前述权利要求所述的星基增强系统接收器，还包括天线(52； 82)以接收 所述星基增强系统消息。
10.根据任一前述权利要求1至8所述的星基增强系统接收器，还包括第一基于分组 的网络输入接口(52; 82)以接收所述星基增强系统消息。
11.根据任一前述权利要求所述的星基增强系统接收器，其中，所述共用有限状态机 (53 ； 83)和所述修正模块(54 ； 84)是软件实现的。
12.根据任一前述权利要求所述的星基增强系统接收器，还包括第二基于分组的网络 输入接口以接收来自所述被服务的全球定位系统接收器(55; 85)的所述全球定位系统数据。
13.根据任一前述权利要求所述的星基增强系统接收器，其中，所述星基增强系统接 收器与全球定位系统接收器(55 ； 85)整合。
14.一种软件程序产品，可加载于电子处理器的存储器中并且包括软件代码部分，当 所述计算机程序产品在所述电子处理器上运行时，所述软件代码部分用于实现如任一前 述权利要求所保护的所述星基增强系统接收器(51 ； 81)。
全文摘要
在此处公开的是一种星基增强系统(SBAS)接收器(81)。SBAS接收器(81)被配置成接收包括增强数据的SBAS消息，并且基于从接收的SBAS消息提取的增强数据给一个或多个被服务的GPS接收器(85)提供增强信息。该SBAS接收器(81)被设计成实现打算对所有被服务的GPS接收器(85)共用的有限状态机(FSM)(83)，并且被配置成基于接收的SBAS消息进行演变以及存储包括在接收的星基增强系统消息中的增强数据。共用FSM(83)进一步被配置成与数量等于被服务的GPS接收器(85)的数量的修正模块(84)合作。每个修正模块(84)被配置成接收来自相应的被服务的GPS接收器的GPS数据，并且基于相应的GPS数据和从共用FSM(83)获取的增强数据，为相应的被服务的GPS接收器(85)计算增强位置。如果在SBAS接收器(81)中实现修正模块(84)，则由SBAS接收器(81)提供给每个被服务的GPS接收器(85)的增强信息是由相应的修正模块(84)计算的增强位置。如果修正模块(84)在相应的被服务的GPS接收器(85)中各自实现，则由SBAS接收器(81)提供给被服务的GPS接收器(85)的增强信息是存储于共用FSM(83)中的增强数据。
文档编号G01S1/00GK102016619SQ200880128973
公开日2011年4月13日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者菲利波·罗德里格斯, 詹·保罗·普拉亚 申请人:电视广播有限公司