專利名稱：用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于修正被各種不可控的系統(tǒng)效應干擾的隨時間變化的信號值的預測的方法。
背景技術(shù)：
由全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(例如(ialileo，GPS等)發(fā)送的導航消息，隨著全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有增加了他們的完整性的自身增加的系統(tǒng)(EGNOS，WAAS等)，還包括用于這些衛(wèi)星的軌道預測信息和參考時間信息。利用這些預測，這些導航服務的用戶基于偽距離測量值來計算他們的估計位置。影響這些預測結(jié)果的任何誤差導致以此方式確定的用戶的地理位置的值的誤差。 在服務以安全為首要問題的情況中，設置完整性監(jiān)控字段，通過檢查預測的有效性來監(jiān)控用戶的完整性，并且廣播完整性信息(完整性指示器，例如針對felileo的SISA/SISMA或針對EGN0S/WAAS的UDRE，其為用于GPS系統(tǒng)的歐洲超級層)。用戶考慮這些指示器以估計影響所標示的位置的誤差大于警報閾值的風險。這些指示器以及用于實現(xiàn)他們的算法的標準化和驗證當前正在進行中。衛(wèi)星導航專家們所提出的一個主要問題是，在現(xiàn)有標準下，僅在誤差的分布不受系統(tǒng)效應特別是偏置的影響的強制的數(shù)學條件下才可以獲得測量的完整性。如果不是此情況，即使通過到使用者的允許級別廣播來分別控制每個衛(wèi)星的誤差，所得到的使用者級別的誤差也不能被控制。假定導航數(shù)據(jù)廣播信道的帶寬是嚴格受限的，則廣播一個以上的軌道和時鐘預測誤差表征參數(shù)是不可能的。為了解決該問題，試圖人工增加完整性指示器以便提高預測誤差的分布的允許級別。然而，此人工增加對完整性服務的可用性有很大影響，因為這導致很多假警報。因此需要提高軌道和時鐘數(shù)據(jù)的修正質(zhì)量。不總是能清楚地確定預測的質(zhì)量中所固有的限制。很多因素可能造成該限制。這些因素特別包括-地球重力場模型不準確，-忽視了更高階潮汐效應或多體效應(例如，太陽系中的其他行星)，-沒有充分嘗試和測試將觀測推斷為預測的算法，-機載導航信號產(chǎn)生硬件不穩(wěn)定，-太陽輻射壓力效應的建模不準確，-衛(wèi)星質(zhì)量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星的重心位置等不準確，-以及當前未確定的其他因素。上面所列的因素中的大部分是現(xiàn)有技術(shù)的限制所固有的(前四個)，或者在衛(wèi)星的使用壽命期間參數(shù)偏移所造成的(后三個)。所實施的用于減少這些因素的沖擊的當前技術(shù)方案主要如下
3
-提高地球物理數(shù)據(jù)的準確性，例如提高地球重力場或潮汐的模型質(zhì)量，-提高與衛(wèi)星的當前狀態(tài)有關的數(shù)據(jù)的準確性，-提高計算電路的性能級別以使得他們能夠針對更長的交互過程以更高的準確性計算更大量的數(shù)據(jù)，-提高機載硬件的穩(wěn)定性(通過電子電路的熱控制、細化等)。所有這些已知的技術(shù)方案展現(xiàn)了局限性，特別在于-從科學任務的分析結(jié)果，只能以相對慢的步幅來提高地球物理數(shù)據(jù)的準確性，-與衛(wèi)星的設備和組件有關的數(shù)據(jù)的準確性非常受限，因為在衛(wèi)星發(fā)射之后對他們進行觀測的可能性非常受限。例如有如下情況，例如衛(wèi)星的光反射率的參數(shù)跟隨其反射外涂層不可避免地衰減，這在太陽輻射壓力效應中占據(jù)了主要位置，-不可能比提高集成電路的性能等級而更快地提高計算性能等級，當他們的小型化到達原子量級時，這可能很快到達他們的最大等級。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是一種用于修正被各種不可控的系統(tǒng)效應干擾的隨時間變化的信號值的預測的方法，一種不受上述限制并且容易實施的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，包括如下步驟來修正接收的信號中包括的并隨時間變化的參數(shù)的預測值-構(gòu)造預測誤差的歷史，這是基于在確定時間段內(nèi)估計的具有足夠的準確性的第一批值(這里稱為“恢復值”)，并將這些恢復值與先前針對相同的確定時間段預測的一批值相比較來實現(xiàn)的，-通過用于處理信號和分離系統(tǒng)效應的貢獻的方法，分析預測誤差的預測時間導向序列，-將在所關心的時間段(E1)內(nèi)識別的系統(tǒng)效應的貢獻的行為推斷到新時間段，并且利用該適時推斷的值來修正所述預測。


通過閱讀作為非限制性示例的，并由附圖描述的實施例的詳細說明，可更好地理解本發(fā)明，其中-圖1為描述了根據(jù)本發(fā)明的方法，從接收的測量值獲得的并且對應于預測值的一批值的簡化示例的時序圖，-圖2為與圖1的所述預測有關的預測誤差的變化的時序圖，以及-圖3為描述了導致所述預測誤差的系統(tǒng)效應在傅里葉面中的圖形。
具體實施例方式下面參照從無線電導航衛(wèi)星接收的信號來描述本發(fā)明，但顯然本發(fā)明不受限于此單個應用，其可以在各種應用中實現(xiàn)，其中接收的信號以至少部分非隨機方式隨時間變化， 且受各種系統(tǒng)原因干擾，并且存在這些干擾信號的變化的歷史。本發(fā)明基于如下事實，準確的軌道預測算法以批處理模式工作(處理在一時間段或“弧(arc)，，內(nèi)包含的大量連續(xù)值)，其第一步驟強制為準確估計沿著與過去有關的估計弧的衛(wèi)星的位置和軌道參數(shù)。然后針對預測期間來推斷所估計的位置以提供對軌道參數(shù)的預測。在當前情況中，用于預測的確定的時間段總是覆蓋預測處理的最后弧中使用的一個或多個估計弧。而且，恢復值的準確性比預測值高得多。這兩類值的比較(即他們的差) 表現(xiàn)出了預測方法的很多缺點。已知的信號處理方法可以應用于這些差的時間導向序列以推斷將所述缺點的行為并在它們能夠產(chǎn)生其效應之前修正他們。依靠過去的觀測，本發(fā)明的方法可以顯著地減少潛在的系統(tǒng)效應(上述那些類型)，這導致預測誤差分布更加適用于完整性計算標準的需要。如下實施本發(fā)明的方法令X(t)為取決于時間的任何參數(shù)，其可能與衛(wèi)星的時鐘或軌道有關。該參數(shù)X可以是該衛(wèi)星的軌道上的點，X = x，y或Z，其中x，y或Z為X的空間坐標，或者定義X = δ t， 也就是說衛(wèi)星的時鐘的偏移。本發(fā)明的方法包括如下三個主要步驟-估計預測誤差，-分析系統(tǒng)地影響預測誤差的因素，-修正所述預測。詳細地，這些步驟解釋如下。首先，基于兩批預測值來估計預測誤差。A-第一批預測值計算衛(wèi)星的軌道首先開始于從記錄在相對長(一般從幾天到幾周)的估計弧E1 = [tba, tea]上的測量值。該估計弧用于估計通過參數(shù)X的軌道測定和同步裝置的常規(guī)計算電路恢復的恢復值。令xri(t)為能夠獲得該參數(shù)在時間段t e E1內(nèi)的恢復值的函數(shù)。恢復方法的細節(jié)對于本發(fā)明的內(nèi)容是不重要的，且這只需要令的持續(xù)時間為弧仏。而且，這些恢復值能夠從不同于預測計算電路的源獲得?；謴椭当魂P聯(lián)到到某些參數(shù)(軌道參數(shù)，地球旋轉(zhuǎn)參數(shù)，衛(wèi)星反射率模型等)的估計，這些參數(shù)可以用于計算X在L1^1SP1的開始)之后的時刻的值。令)(pl(t)為以如下方式獲得的值t e P1 = [tea, tpa]在該表達式中，tp>1為最后預測時刻。)(pl(t)的這些值提供了所關心的參數(shù)的第一預測。這里還將注意到如何將預測方法實施的細節(jié)對于本發(fā)明是不重要的，并且只僅需令 Xpl (t)的持續(xù)時間為弧P115圖1顯示了估計弧(E1,E2,E3等)和相應的預測弧(P1,P2，P3等)的時間變化。在該時序圖中，實線曲線表示X的恢復值，而虛線段表示X的預測值。在圖2中，限定了實線曲線的點對應于X的預測誤差，這可以通過X的預測值和恢復值在相同時刻的差而獲得。B-第二批預測值對于下一批軌道預測值，針對第二預測弧& = [tb,2, te,2]重復前述操作，其中‘ 2 ^ tp,10而且，對于大部分時間tb,2 ^ tea,因為估計弧必須長于預測弧以獲得良好的預測質(zhì)量，那么P1 c E2。通常的，但是非限制方式，在本應用中，這些估計弧可以持續(xù)1小時至 48小時。在時間段E2中執(zhí)行的測量使得能夠獲得恢復的軌道或時鐘參數(shù)值X,,2(t)的集合，其對應于該時間段E2并且能夠在時間段P2 = [te,2,tp,2]內(nèi)被廣播，并且使得能夠獲得針對此時間段軌道或時鐘的預測)(p,2(t)。應注意到，對于時間SP1，因為P1 [E2，可得到X的兩個值，即針對[td，tpa]的 XpaW和Ut)。假定Xp,工和Xn2都是相同的軌道或時鐘參數(shù)在相同時刻的近似值，但是對于Xu有比xp“好得多的準確性，通過下式獲得針對時間段Pi的預測誤差的近似值6父(0=)(1),1(0-父12(0，對于[、1，％,1](1)通過將第一批中的X的預測值與第二批中的其恢復值相比較，以與SX(t)相同的方式建立下面的預測批次，可以獲得針對批次η的預測誤差的估計，這是通過將針對此批次η的)(p,n(t)的預測與恢復值\,n+1(t)相比較來實現(xiàn)的δ X ⑴=Xp, η (t) -Xr, n+1 (t)，對于[te, n，tp, η](2)圖2中表示了該連續(xù)估計和預測批次，以及預測誤差估計函數(shù)δ X(t)。綜上所述，本發(fā)明的方法的第一步驟包括，針對預測值的批次η+l，構(gòu)造針對每個軌道或時鐘參數(shù)X的預測誤差的時間導向序列δ χ(t)，這是通過將獲得的批次的恢復值與在前一個或多個批次的預測值相比較來實現(xiàn)的。本發(fā)明的方法的下一個步驟包括，分離預測誤差中的系統(tǒng)效應。函數(shù)δ X(t)提供的預測誤差的時間導向序列，如以圖2中的簡化方式所示，包含所有與預測誤差有關的信息。如果該預測誤差只從測量誤差得到，表示SX(t)的曲線將具有隨機變化。在大部分情況中，這不是真的，并且例如，對預測誤差的時間導向序列的小波分析或傅里葉分析，如圖3 中所示，展現(xiàn)了誤差的這些時間導向序列的特征，這清楚地顯示了其不是純的隨機分布。這些特征對應于影響了預測處理的系統(tǒng)誤差，并且他們是由于用于預測軌道自身的模型中展現(xiàn)的誤差，或者由于預測處理的限制而導致的。圖3顯示了傅里葉分析的實例的圖形，其給出了根據(jù)規(guī)一化頻率f的功率 5X(f) I2的誤差的頻譜。在該實例中，其值顯著大于頻譜的平均值的頻譜的分量(可以在
圖中看到的五個窄脈沖)對系統(tǒng)效應有貢獻。這些分量在傅里葉分析的情況中對應于針對所關心的頻譜中的ω⑴的不同顯著值的貢獻δ^ ^α) =A(i)e>i(t)。綜上所述，本發(fā)明的方法的第二個主要步驟包括，利用合適的信號處理方法(傅里葉分析，小波分析，或其他信號處理方法)分析預測誤差的時間導向序列，并且分離系統(tǒng)效應的貢獻6XSji(t)0下一個步驟包括，執(zhí)行系統(tǒng)預測誤差的預測和修正。一旦系統(tǒng)效應δ I^t)的貢獻被確定，相對簡單地能推斷在未來的預測時間段Ρη+1內(nèi)他們的行為和時間。因此這些貢獻可以用于修正預測批次η+l中的預測，這是通過減去函數(shù)SX(t)的值的各種貢獻的效應來實現(xiàn)的。綜上所述，本發(fā)明的第三個主要步驟包括，在所關心的預測時間間隔內(nèi)推斷系統(tǒng)效應SXs,i(t)的貢獻的行為，并且用這些貢獻值修正預測值。將注意到，本發(fā)明的方法可以實施用于修正的或未修正的預測。此外，預測弧(對應于圖1中所示的時間SP1, p2，P3)有利地為相互覆蓋，但是這不是必須的。
權(quán)利要求
1.一種用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法，所述信號值受各種非可控的系統(tǒng)效應的干擾，其特征在于，該方法包括如下步驟來修正接收的信號中包括的并隨時間變化的參數(shù)的預測-基于在確定時間段內(nèi)后驗地估計的稱為恢復值的第一批值(E1),通過將這些恢復值與先前針對相同的確定時間段預測的一批值相比較，來構(gòu)造預測誤差的歷史，-通過用于處理信號和分離系統(tǒng)效應的貢獻的方法，分析預測誤差的預測時間導向序列，-將在所關心的時間段(E1)內(nèi)確定的系統(tǒng)效應的貢獻的行為推斷到新預測時間段，并且利用該適時推斷的值來修正所述預測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法，其特征在于， 所述信號處理方法為傅里葉變換或小波變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法，其特征在于，所述預測時間段(P1, p2，P3)相互覆蓋。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法， 其特征在于，所述方法被實施用于接收自無線電導航衛(wèi)星的信號，來針對這些衛(wèi)星和這些衛(wèi)星的參考時鐘來修正軌道預測信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于修正隨時間變化的信號值的預測的方法，特別是針對全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)出的導航消息，其特征在于，所述方法包括用于修正包含在接收信號中且隨時間變化的參數(shù)的預測的如下步驟基于在預定時間段內(nèi)所估計的第一批值，通過將所述值與先前在相同預定時間段內(nèi)預測的值相比較來估計預測誤差；通過處理信號和分離系統(tǒng)效應的貢獻的方法分析預測誤差的預測時間序列；推斷在所關心的時間段內(nèi)所述系統(tǒng)效應的貢獻的行為，以及利用適時推斷的值來修正所述預測。
文檔編號G01S1/00GK102216798SQ200980145749
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者M·范德博謝 申請人:泰勒斯公司