处理卫星导航系统导航数据以提供完整性区域地图的设备
专利汇可以提供处理卫星导航系统导航数据以提供完整性区域地图的设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种设备(PD)专用于处理与卫星 导航系统 中绕天体轨道运行的卫星有关的导航数据。这个设备(PD)包括处理装置(PM)，该处理装置被安排用于将代表卫星轨道 定位 和/或同步中的纠错的可靠性值的完整性数据(ID)与包括N个所选 阈值 的至少一个所选组相比较，其中N是大于或等于1的整数，从而递送至少一组地图数据，所述地图数据代表最多N+1个地理区域，所述地理区域是相对于所述天体而限定的，并且其中所述完整性数据小于所选组中的N个阈值、大于所选组Si中的N个阈值或在所选组的两个阈值之间。，下面是处理卫星导航系统导航数据以提供完整性区域地图的设备专利的具体信息内容。
1.一种用于处理与卫星导航系统中绕天体轨道运行的卫星有关的导 航数据的设备(PD)，其特征在于，所述设备包括处理装置(PM)，该 处理装置被配置为将代表所述卫星的同步和/或轨道定位中的纠错的可靠 性值的完整性数据(ID)与包括N个所选阈值的至少一个所选组相比较， 其中N是大于或等于一的整数，从而递送至少一组地图数据，该组地图数 据代表最多N+1个地理区域，所述地理区域是相对于所述天体而限定的， 并且其中所述完整性数据小于所述所选组中的所述N个阈值、大于所述所 选组Si中的所述N个阈值，或者在所述所选组中的两个阈值之间。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理装置(PM) 被配置为将完整性数据(ID)与包括Ni个所选阈值的至少两个所选组(Si) 相比较，其中Ni是大于或等于一的整数，从而递送至少两组(Gi)地图数 据，每组地图数据代表最多Ni+1个地理区域(Aj)，所述地理区域是相 对于所述天体而限定的，并且其中所述完整性数据小于所述所选组(Si) 中的所述Ni个阈值、大于所述所选组(Si)中的所述Ni个阈值，或者在 所述所选组(Si)中的两个阈值之间。
3.根据权利要求1和2之一所述的设备，其特征在于，所述阈值代表 相对于参考值的完整性容限，所述参考值本身是相对于所述卫星导航系统 的、具有卫星轨道定位和/或同步中的纠错的最坏可靠性值的用户而被定义 的。
4.根据权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，所述处理装置 (PM)被配置为根据最新的完整性数据(ID)确定每组地图数据(Gi)， 从而实现几乎实时的运转。
5.根据权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括 计算装置(CM；CSM)，所述计算装置被配置为至少根据i)代表包含于 所述卫星所广播的导航消息中的信息的第一数据(D1)，ii)代表所述卫 星的估计位置的第二数据(D2)和iii)代表所述卫星的时钟与基准时钟之 间的估计时差的第三数据(D3)，来确定所述完整性数据(ID)。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述计算装置(CM； CSM)被配置为根据所述第一(D1)、第二(D2)和第三(D3)参考数 据，并且根据代表所述卫星导航系统的所选结构的第四数据(D4)，来确 定所述完整性数据(ID)，从而实现预定运转和/或确定所述卫星导航系统 的设备的故障和/或维护行为的影响。
7.根据权利要求5和6之一所述的设备，其特征在于，所述处理装置 (PM)被并入所述计算装置(CM)中。
8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，所述设备包括 显示装置(DM)，该显示装置用于绘制相对于所述天体的表面上的相应 区域的、通过所确定的地图数据而限定的地理区域(Aj)。
9.一种对根据前述权利要求之一所述的导航数据处理设备(PD)的 使用，所述使用是针对卫星导航系统的完整性服务的，所述卫星导航系统 是从至少包括GALILEO、GPS、EGNOS和WAAS以及其变型和等价物 的一个组中选出的。
技术领域
本发明涉及卫星导航系统，具体地涉及代表在这种系统的卫星同步和/ 或轨道定位中的纠错的可靠性值的完整性信息。
这里，术语“卫星导航系统”是指专用于广域导航的任何系统，例如 称作GPS、EGNOS和WAAS的现有系统，或将来的GALILEO系统， 以及其等价物和衍生物。
背景技术
由于导航信息可能对一些用户较为重要，例如飞机驾驶员，因此也选 择完整性数据，该完整性数据代表了用于产生所述信息的纠错可靠性值。 这个完整性数据被发送给用户以便他们可以相应地动作。
例如，在EGNOS系统中，两种完整性数据被选择：一个称为UDRE (用户差分距离误差，User Differential Range Error)并且关联于卫星， 另一个称为GIVE(格网电离层垂直误差，Grid Ionospheric Vertical Error) 并且关联于电离层。
当绘制显示卫星导航系统的用户随轨道和同步定位误差而变化的曲线 时，结果大致上是一平形线条，其拐角之一对应于由于其定位而访问最不 可靠的导航信息的用户(所谓的“最坏用户”)。按照定义，UDRE是具 有增加最坏用户的轨道定位和同步误差的固定概率的轨道定位和同步误差 的值。其因而构成随最坏用户的完整性容限而变化的参考值。除最坏用户 外的所有用户因而都具有大于所述最坏用户的完整性容限的完整性容限 (关于UDRE而被定义)。
为了计算完整性数据，使用例如称作SREW(最坏用户的卫星残差， Satellite Residual Error for the Worst user)的工具。
如本领域技术人员已知的那样，完整性数据不是固定的。它随时间而 变化，特别地取决于卫星导航系统的结构的状态。为此，只要系统中丢失 信息，或者只要位于最坏用户附近的卫星导航系统设备(例如用于收集由 卫星发送的导航消息以及执行其与可见卫星相隔的伪距离有关的测量的监 控站)出故障或处于维护中，计算中心就遗失信息，这使得UDRE与最坏 用户的轨道定位和同步误差值不再相差固定的距离(随增加概率而变化)。 换言之，最坏用户的完整性容限被减小。
如今，只要这种情形出现，监控卫星导航系统运转的人员就中断提供 导航消息给用户以维持物理完整性。然而，完全是针对一些用户而验证的 这种中断妨碍了其初始完整性容限远大于最坏用户的初始完整性容限且可 继续使用卫星导航系统而实际上不会增加危险的大多数其他用户。
发明内容
为此，本发明公开了一种用于处理与卫星导航系统中的绕天体轨道运 行的卫星有关的导航数据的设备，所述设备包括处理装置，该处理装置被 安排用于将代表卫星定位和/或同步中的纠错的可靠性值的完整性数据与 包括N个所选阈值的至少一个所选组相比较，其中N是大于或等于一的整 数，从而递送至少一组地图数据，该组地图数据代表最多N+1个地理区域， 所述地理区域是相对于所述天体而限定的，并且其中完整性数据小于所选 组中的N个阈值、大于所选组中的N个阈值或在所选组中的两个阈值之间。
本发明的设备可以包括其他特征，所述其他特征可以分离地或组合地 特别包括：
-其处理装置可以被安排用于将完整性数据与包括Ni个所选阈值的至 少两个所选组相比较，其中Ni是大于或等于一的整数，从而递送至少两组 地图数据，每组地图数据都代表最多Ni+1个地理区域，所述地理区域是相 对于所述天体而限定的，并且其中所述完整性数据小于所选组中的Ni个阈 值、大于所选组中的Ni个阈值或在所选组中的两个阈值之间；
-所述阈值可以例如代表相对于参考值(例如UDRE)的完整性容限， 所述参考值本身是相对于具有在卫星定位和/或同步中的纠错的最坏可靠 性值的卫星导航系统的用户而被定义的；
-其处理装置可以被安排用于基于最新完整性数据确定每组地图数据 从而实现几乎实时的运转；
-其可以包括计算装置，该计算装置被安排用于至少基于：代表包含 于卫星分发的导航消息中的信息的第一数据、代表卫星的估计位置的第二 数据以及代表卫星时钟与基准时钟之间的估计时差的第三数据，来确定所 述完整性数据；
-所述计算装置因而可以被安排用于基于所述第一、第二和第三参考 数据以及代表所选卫星导航系统结构的第四数据来确定所述完整性数据， 这实现了卫星导航系统的预定运转和/或确定卫星导航系统设备的故障和/ 或维护行为的影响；
-所述处理装置可以被并入所述计算装置中；
-其可以包括显示装置，该显示装置被安排用于绘制相对于所述天体 表面上的相应区域的、通过所确定的地图数据而限定的地理区域。
本发明特别(尽管不只)适合于卫星导航系统的完整性服务，所述卫 星导航系统例如是GALILEO、GPS、EGNOS和WAAS以及其变型和等 价物。
附图说明
参考附图，通过阅读下面的详细描述，本发明的其他特征和优点将变 得显而易见，其中：
-图1概略地在功能上显示了本发明的处理设备的第一示例性实施例， 所述处理设备耦合到用于计算完整性数据的工具；
-图2概略地在功能上显示了本发明的处理设备的第二示例性实施例， 所述处理设备包括用于计算完整性数据的装置；
-图3概略地在功能上显示了图2所示的处理设备的第二实施例的变 型；
-图4示出了卫星导航系统的用户数目(NU)随轨道定位和/或同步 (ESP)中的误差而变化的曲线，以及借助于本发明的处理设备而限定的 两个(服务)区域，其中完整性数据的值分别大于和小于所选阈值；和
-图5概略地示出了图4的两个(服务)区域相对于部分欧洲地图的 位置。
附图不仅用于完善本发明，如果必要也有助于限定本发明。
具体实施方式
在下文中，作为非限制性实例而假设卫星导航系统是“增强的”(或 SBAS(星基增强系统，Satellite-Based Augmentation System))EGNOS 系统。然而，本发明不限于SBAS卫星导航系统。其一般涉及专用于广阔 地区(或区域)中的卫星导航的任何系统，例如现有的GPS(特别是GPS III)和WAAS系统，或将来的GALILEO系统，以及它们的所有等价物 和衍生物。
如本领域技术人员已知的那样，卫星导航系统包括卫星星座、一组(陆 地的或空间的)监控站和计算中心。
示意性地，星座的卫星绕例如地球的天体的轨道运行，并且特别地被 安排用于发射信号以能够测量伪距离并且向地球E广播由任务地面部分发 送给它们的导航消息，从而使得其包含的信息可以由用户的导航接收器以 及监控站所使用。
监控站位于地球上的所选位置或例如卫星的航天器中。它们特别地首 先被安排用于收集由星座卫星发送的导航消息，其次被安排用于进行与它 们与可见卫星相隔的伪距离有关的测量从而将其传送至计算中心。
计算中心通常安装在地球上。它一般包括一致性检查设备，该一致性 检查设备特别地被安排用于检查由监控站传送给它的(卫星所广播的)导 航消息中包含的信息与伪距离之间的一致性。计算中心也可以被安排用于 基于由监控站确定的伪距离来预测卫星的轨道及内部时钟与系统基准时钟 之间的差异。
这些轨道和时差(同步)预测被用于生成将来的导航消息，该导航消 息被发送至卫星以使得该卫星能够广播该导航消息。它们引入了导言部分 中介绍的纠错。此外，它们通过完整性数据而被完善，该完整性数据代表 纠错的可靠性值并且被发送给用户以便其能够相应地动作。例如，这个完 整性数据可以利用例如SREW的工具而被确定。
本发明具体地涉及对组成导航数据一部分的完整性数据的处理。
首先，图1描述了本发明的设备PD的第一示例性实施例，该设备专 用于处理导航数据。这种设备PD可以例如安装在计算中心中。然而，这 并不是强制性的。
在本发明中，处理设备PD包括至少一个处理模块，该处理模块特别 地被安排用于将代表星座卫星轨道定位和/或同步中的纠错的可靠性值的 完整性数据ID与包括N个所选阈值的至少一个所选组相比较。这里N是 大于或等于1的整数(N＞0)。
在图1所示的实例中，完整性数据ID由外部计算工具CM来提供， 例如SREW工具。然而，在图2所示的一个变型中，处理设备PD既可以 包括用于递送完整性数据ID的计算工具CM，也可以构成包括耦合到处理 模块PM的、用于计算完整性数据的模块CM的高级计算工具。在图3所 示的另一变型中，处理设备PD可以包括计算模块CM，该计算模块包括 互相耦合的完整性数据计算子模块CSM和处理模块二者。
计算(子)模块CM(或CSM)被安排用于至少基于第一D1、第二 D2和第三D3外部数据来确定完整性数据ID。
第一外部数据D1代表包含于由星座卫星广播的导航消息中的信息。 更确切地，它是来自空间的纠错信息，也称作“空间校正信号”。
第二外部数据D2代表对卫星位置的估计。这些估计更确切地说通常 称为卫星的真实位置。它们代表卫星的最准确的轨道位置。这种外部数据 D2可以通过本领域技术人员已知的任何方式而获得，具体地通过互联网 (例如来自IGS)或借助于能够提供卫星轨道时间的准确、可靠估计的系 统。
第三外部数据D3代表对卫星时钟与卫星导航系统的基准时钟之间的 时差的估计。这些估计更确切地说通常称为卫星的真实时差。它们代表卫 星的最准确的轨道位置。这种外部数据D3可以通过本领域技术人员已知 的任何方式而获得，具体地通过互联网(例如来自IGS)或借助于能够提 供卫星轨道和时间的准确、可靠估计的系统。
由计算(子)模块C(S)M递送的完整性数据ID可以例如通常称为 卫星轨道定位和/或同步ESP中的误差。
当卫星轨道定位和/或同步ESP中的这些误差和用户导航接收器的位 置为已知时，可以根据轨道定位和/或同步ESP中的误差而获知卫星导航 系统的用户数目NU的变化曲线。这种曲线的实例在图4中示出。
只要在给定时刻计算模块CM具有与其计算有关的所有信息，即当没 有信息丢失并且卫星导航系统中的所有设备都工作，特别是监控站工作， 曲线的右端点使之能够确定哪个用户具有轨道定位和/或同步ESP中的最 坏误差值。这个用户称为“最坏用户”。这个最坏值被用于确定(导言部 分中定义的)UDRE的值。监控人员可以根据系统针对区域中的最坏用户 而计算可靠UDRE(例如10-7/150秒)的能力来判定中断或允许导航数据 的使用。更确切地说，UDRE与上述最坏值间隔一固定距离。这个固定距 离定义了所谓的最坏用户的初始完整性容限IMWU(initial integrity margin of the worst user)，其是卫星导航系统的用户所拥有的所有完整性 容限中最低的那一个。
只要与计算完整性数据有关的信息在最坏用户所位于的区域中遗失， 最坏用户的完整性容限IMWU’就减小(IMWU’＜IMWU)，因为UDRE 的值被初始值IMWU固定。在这种情况下，曲线随着右移而下降，如图4 的实例所示。由于监控人员不能够辨别这种情形何时出现，因此假设监控 站网络的最低配置必须能够确保这个完整性容限。因此，切断系统的判定 是基于与完整性容限具有很低相关性的准则来做出的并且因而按照惯例地 被调整。
本发明旨在在进行与中断向用户提供导航数据有关的判定的过程中引 入灵活性。
实际上，如上文指出的，一旦处理模块PM访问完整性数据ID，例如 用户的完整性容限，它就可以将该完整性数据与包括Ni个所选阈值的所选 组Si相比较，其中i是大于或等于一的整数(i＞0)。这个比较由此使得 处理模块PM能够递送一组或多组地图数据Gi，该组地图数据代表最多 Ni+1个地理区域Aj(j＝1至Ni+1)，所述地理区域是相对于天体而限定的， 并且其中完整性数据(例如完整性容限)ID小于所选组Si中的Ni个阈值、 大于所选组Si中的Ni个阈值或在所选组Si中的两个阈值之间。
每个地理区域Aj由此构成其中完整性容限(例如)在指定值范围内的 (服务)区域。
这里，术语“地图数据”是指关于所选二维或三维参考点而给出一位 置的数据，以及代表相应区域Aj的标识符。这个标识符可以例如是指示特 定颜色或特定灰度阴影或特定纹理的一个信息。
在图4所示的实例中，两个阈值T1和T2被用于限定两个区域A1和 A2。区域A1对应于小于单个组(S1)中的两个(N＝2)阈值的完整性数 据(例如完整性容限)ID。区域A2对应于在组(S1)中的两个(N＝2) 阈值之间的完整性数据(例如完整性容限)ID。区域A1因而是其中完整 性容限较高的区域，而区域A2是其中完整性容限较低但对于许多用户而 言仍然可接受的区域。
例如，位于区域A1中的所有用户可以使用导航数据而不管其用法是 什么，而仅仅是那些在区域A2中并且使用不要求最高可靠性的应用的用 户被允许使用导航数据。在区域A2之外，完整性容限被认为对于导航数 据的任何使用而言都过低。
这种情况可以例如对应于两种用户类型：使用导航数据驾驶飞机且最 高可靠性对其非常必要的那些用户(他们必须位于区域A1中)，以及使 用导航数据驾驶船只且中等级别的可靠性已经足够的那些用户(他们必须 位于区域A1或A2中)。
这里，术语“用户类型”是指针对不同应用而使用导航数据的用户。
这个情况也可以对应于单一用户类型，例如使用导航数据驾驶飞机并 且在着陆期间最高可靠性非常必要的那些用户(他们必须位于区域A1中)， 而在飞行期间中等级别的可靠性已经足够(此时他们必须位于区域A1或 A2中)。
应当指出，本发明的处理设备PD也可以用于获得用于不同类型用户 Ti的多组Gi(至少两组)地图数据。例如，一组地图数据G1可以针对使 用导航数据驾驶飞机的用户而被确定，而一组地图数据G2可以针对使用 导航数据驾驶船只的用户而被确定。在这种情况下，每组Gi都可以基于利 用包括Ni个所选阈值的组Si所进行的比较而被确定，所述组Si是由监控 人员针对给定类型的用户Ti而定义的。
所述地图数据可以在输出端OP被递送以便其可以被发送给一个或多 个所选位置，例如空中交通管制组织以便其通知航空团体，和/或控制卫星 导航系统的组织(例如对于EGNOS的PACF)，和/或星座的卫星以便其 以“空间信号”的形式向用户广播该地图数据。
所述地图数据也可以被递送给处理设备PD的显示模块DM，如图1 至3所示，以便其可以在显示屏(未示出)上、关于地球上的至少一个所 选部分、相对于所选参考来管理其绘制。图5示出了这种绘制的实例。在 这个实例中，上面介绍的两个(服务)区域A1和A2被绘制在一部分欧洲 地图上。
显示模块DM可以被配置为在区域Ai的显示地图上绘制地理形状， 例如椭圆形、圆形或环形。然而，这并不是强制性的。
此外，显示模块DM可以潜在地包括使得监控人员能够向其发送与显 示有关的指令Ins的输入端，例如选择地图的一部分或放大或查找机场。 为此，处理设备PD可以包括或连接到人机接口，该人机接口还可以被用 于向其传送包括Ni个所选阈值的组Si的定义。
在前文中，已经描述了本发明的关于几乎实时地处理导航数据的应用， 每组地图数据Gi都是基于最新完整性数据而被确定的。然而，本发明的处 理设备PD也可以被用于预测研究和/或旨在确定例如监控站的卫星导航系 统设备的故障和/或维护行为的影响的研究。
这些研究可以在情况发生前模拟它们以针对它们会导致的潜在损害而 进行补救或计划对策。
为此，首先为计算模块C(S)M提供旨在代表卫星导航系统的运转示例 的第一D1、第二D2和第三D3参考数据，其次为其提供代表卫星导航系 统的所选结构的第四数据D4。
这里，术语“所选结构”是指定义了卫星导航系统的一组设备，其数 据被计算模块C(S)M用来确定完整性数据ID。
例如，监控人员可以确定由于故障或维护行为而中断一个或多个监控 站的操作对一组或多组地图完整性数据Gi的影响。
本发明的处理设备PD，特别是其处理模块PM及其潜在的计算模块 CM(或CSM)和显示模块DM，可以以电子电路、软件(或计算机)模 块或电路和软件的组合的形式来构造。
本发明提供了若干优点，包括：
-其在判定中断导航数据的使用的过程中引入了灵活性，由此使之能 够限制受中断不利影响的用户数目，以及提高卫星导航系统在某些服务区 域中的操作性能；
-其使之能够确定其中用户可访问导航数据的整个服务区域，即不管 其相关完整性容限是什么，以及因此基于所确定的区域来适配服务提供。
本发明不限于上述仅作为实例而给出的处理设备的实施例，而是包括 本领域技术人员所能设想的、在下面的权利要求范围内的所有变型。
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