一种步进式移动地基增强方法与流程

本发明涉及一种卫星导航定位技术，特别是一种步进式移动地基增强方法。

背景技术：

目前，卫星导航定位只能提供最高3米左右的水平定位精度，通过差分定位技术，能够大幅度提高定位精度，但需要有已知准确位置的基准站作为辅助。由基准站提供差分数据，终端接收差分数据进行高精度定位的技术虽然已经成熟，但国内外主要采用建设地基增强系统、连续运行参考站系统(cors)等固定基准站的方式，长时间积累数据进行计算来获取基准站的准确坐标，从而提供差分数据服务。在非固定式基准站方面，目前国内外尚处于研究阶段，未有成熟的产品推出。非固定式基准站自身坐标的获取，一般需有长期观测数据的累积进行计算或者直接采用已有坐标的控制点进行架设的方式。

发名内容

本发明提供一种步进式移动地基增强方法，该方法可以为各作战单元提供高精度位置服务从而建立一种临时移动基准站系统，同时采用步进式的方法保证对服务区域的完全覆盖。

实现本发明的目的的技术方案为：一种步进式移动地基增强方法，包括

选取移动基准站的初始架设点和步进点，计算初始架设点的高精度坐标和高精度坐标与卫星导航数据间的载波相位差分改正数，依次计算步进点的高精度坐标；

与初始架设点最近的步进点的高精度坐标由初始架设点获取的载波相位差分改正数和该步进点卫星导航数据获得；

后一步进点的高精度坐标由前一步进点高精度坐标和卫星高航数据间的载波相位差分改正数和该步进点的卫星导航数据获得。

采用上述方法，若步进点的一定距离范围内存在固定基准站，则以该固定基准点的计算得到的载波相位差分改正数获取该步进点的高精度坐标。

采用上述方法，若一步进点在一定时间内未移动位置，采用精密单点定位计算该步进点的高精度坐标。

本发明无需控制点，可临时架设于任何适宜观测卫星导航信号的区域，满足临时所需区域高精度定位需求；根据高精度定位需求范围，通过步进式移动基准站的部署，大大提升了卫星导航系统高精度定位服务的范围；在短时间内完成自身高精度定位并切换为基准站工作模式，更能满足各类局域高精度定位应用的快速响应需求；无需天线固定墩、无需传统基准站的定期维护，大大节约了人力和资金成本。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种步进式移动地基增强系统及方法的原理示意图。

图2为本发明一种组成部分及相互关系示意图。

图3为本发明步进式移动地基增强站基准站、流动站及用户终端之间的数据流向及工作流程示意图。

具体实施方式

本发明初始架设点处移动基准站采用该精度快速定位技术(rt-ppp)。1997年，美国喷气推进实验室(jpl)的研究人员zumberge等利用igs精密星历和gipsy软件，成功验证了精密单点定位技术的可行性。随后几年，国内外众多学者对ppp技术的观测模型、误差分析及相关算法进行了研究。鉴于实时精密单点定位技术在地震、海啸监测与预警的应用前景，国内外学者开展了对实时ppp的研究。美国jpl提出了全球实时ppp的概念，并利用实时计算的高精度轨道和钟差信息，进行gpsppp定位，在全球范围内可望实现1-2dm的实时定位。navcom的hatchetal.通过运用实时定轨软件rtg生成改正信息，得到了2.4dm的gps实时动态定位。igs于2002年成立工作组，确定2007年实施实时计划，即rtpp(real-timepilotproject)计划，全球36家机构参与，分别负责提供测站数据服务、提供分析服务、网络管理服务、用户管理服务等。2009年，igs工作组确定了实时产品的发布格式，即基于internet以ntrip协议按rtcm-ssr格式播发，提供基于广播星历的轨道和钟差改正数，2013年4月，正式提供实时服务(real-timeservice)(gps/glonass)，约130多个站能正常提供实时数据，10个分析中心能提供实时轨道及钟差产品，3个综合分析中心提供最终实时综合产品。此后，一些学者以事后精密产品作为参考对实时产品精度进行了评估，结果表明，gps实时轨道精度在5cm左右，实时钟差精度约为0.3ns。igs实时计划实施以来，用户可通过bnc软件实时获取精密轨道和钟差产品进行gps实时ppp，实时ppp收敛后能够达到亚米级甚至厘米级定位精度。随着igmas和北斗地基增强系统的建设，各分析中心可实时解算北斗轨道、钟差、电离层改正数，用户通过接收实时精密星历可实现北斗实时精密单点定位。

本发明涉及的流动站高精度定位技术(单基站rtk)，是一种基于高精度载波相位观测值的实时动态差分定位技术，也可用于快速静态定位。进行rtk测量时，需配备基准站接收机、流动站接收机、数据通讯设备，基准站将自己所获得的载波相位观测值及站坐标通过数据通信链实时播发给周围流动站，流动站使用动态差分定位的方式确定出相对基准站的位置，然后根据基准站的坐标得到自己的绝对位置。由于单基站rtk定位精度随着流动站和基准站间距离地增加而降低，在作业区域和规模上有较大限制，国内外提供rtk设备的主要有美国的天宝公司，瑞士的徕卡公司、中国的华测、中海达、南方科力、司南等，在基线长度小于30km情况下，大致标称精度为：水平：±10mm+1ppmrms；垂直：±20mm+1ppmrms。满足厘米级高精度的需求。

本发明涉及的服务区内定位终端伪距差分定位技术(单基站rtd)是指利用某一区域的一个或多个已知坐标的基准站，独立计算伪距改正数，并通过数据传输技术发送至流动站，从而实现米级甚至亚米级定位精度。rtd主要系统组成包括三部分：基准站接收机、流动站接收机、数据传输链，rtd系统适用单频、多频卫星接收机，为降低接收机成本，可采用单频接收机，且只需要计算码差分改正数，常规gpsrtd技术目前已相当成熟，系统精度稳定，设备轻便灵活。国内外提供rtd设备的主要有美国的天宝公司，瑞士的徕卡公司、中国的华测、中海达、南方科力、司南等，在基线长度小于50km情况下，能实现1m左右精度。

结合图1，在服务区域内设置一个初始架设点和若干步进点，初始架设点和步进点应当确保对所需区域的全覆盖。初始架设点处的移动基准站具有一个“基准站”工作模式；步进点处的移动基准点具有“基准站”和“流动站”工作模式。所述“基准站”工作模式即根据本点的高精度坐标和卫星导航数据计算获得载波相位差分改正数；所述“流动站”工作模式即根据载波相位差分改正数和卫星导航数据计算获得高精度坐标。进点处的移动基准点可以在“基准站”和“流动站”工作模式之间切换。

结合图1，还要设立后台数据中心，存储精密星历产品。

结合图2，移动基准站包括多频高精度天线、高精度多模多频接收机、控制计算机和无线广播设备。多频高精度天线获取导航卫星信号；高精度多模多频接收机将导航卫星原始观测数据传输至控制计算机；控制计算机可以获取后台数据中心的精密星历，并根据精密星历修正原始观测数据中的星历数据；或者控制计算机根据载波相位差分改正数和导航卫星原始观测数据获得高精度坐标；最后控制计算机根据高精度坐标和卫星导航原始观测数据计算出伪距和载波差分改正数；无线广播设备播发两种差分改正数。

结合图3，一种步进式移动地基增强方法，包括以下步骤：

步骤s101，选取移动基准站初始架设点及步进点，站点数量根据需要提供高精度差分定位服务的区域以及通信环境决定，确保对所需区域的全覆盖；

步骤s102，获取初始架设点的高精度坐标和卫星导航数据；

步骤s103，初始架设点处的移动基准站根据高精度坐标和卫星导航数据计算载波相位差分改正数并播发；

步骤s104，在离初始架设点最近的步进点处设置移动基准站；

步骤s105，接收初始架设点处移动基准站发送的载波相位差分改正数和卫星导航数据；

步骤s106，根据载波相位差分改正数和卫星导航数据获得该步进点的高精度坐标；

步骤s107，步骤s106处的步进点处的移动基准站根据高精度坐标和卫星导航数据获得载波相位差改正数并播发；

步骤s108，以步骤s107的步进点为基准，寻找与其距离最近的步进点执行步骤s105-s107；

步骤s109，重复执行步骤s108，直至获得所有步进点高精度坐标，从而实现高精度差分信号的全覆盖。

步进式移动增强系统随着步进的次数增加，绝对定位精度会随之下降，根据辅助条件不同，主要有以下三种方式精度维持方式：

(1)15km以内有已知精确绝对坐标的固定基准站可提供数据，采用单站差分定位模式计算步进基准站坐标，并进行更新。

(2)某步进点两周内未移动位置，可获取事后精密星历(更新时间12～18天)对该步进点采用精密单点定位计算其精确绝对坐标，并进行更新。

(3)在无以上两种条件情况下，采用步骤s101-s109的过程计算基准站绝对坐标，并进行更新。

步进式移动增强系统的流动站接收差分信号进行高精度定位，首先自行判断模糊度是否固定，并存储已固定模糊度的定位结果，后根据应用需求统计结果生成最终高精度坐标，自动切换为“基准站”工作模式。有如下统计策略可进行配置：

统计结果：1)平均值；2)中间值；3)95％平均值；4)68％平均值。

统计时间：1)10秒；2)30秒；3)1分钟；4)5分钟。

步骤s103中，接收机在本地存储至少一小时以上原始观测数据，数据时段越长定位结果置信度越高。原始观测数据指接收机收到的导航卫星观测信号进行解码，得到包含卫星星历数据在内的的观测数据。将原始观测数据通过有线传输给计算终端。计算终端获取数据中心的快速精密星历产品，修正接收机原始观测数据计算出基准站的高精度坐标，并对基准站进行相应配置，输入坐标。快速精密星历修正产品包括卫星轨道、卫星钟差修正参数。获取修正参数后经过公式计算后可得到高精度的轨道和钟差数据，进一步通过高精度的轨道和钟差数据可计算出高精度位置坐标。其中，获取修正参数后经过公式计算后可得到高精度的轨道和钟差数据，该公式在《igs实时产品比较与分析》(尹倩倩、楼益栋、易文婷，大地测量与地球动力学,2012,32(6):123-128.)、《igsrtspreciseorbitsandclocksverificationandqualitydegradationovertime》(hadast、bosyj，gpssolutions,2015,19(1):93-105)文章中有所描述。通过高精度的轨道和钟差数据可计算出高精度位置坐标所用到的公式在《gps非差相位精密单点定位理论与实现》(叶世榕，2002.，武汉大学)、《gps单频精密单点定位软件实现与精度分析》(张小红、李星星、郭斐，武汉大学学报:信息科学版,2008,33(8):783-787)、《precisepointpositioningfortheefficientandrobustanalysisofgpsdatafromlargenetworks》(zumbergejf、heflinmb、jeffersondc，journalofgeophysicalresearchatmospheres,1997,102(b3):5005-5017)等文件中描述。