一种基于边缘计算的PPP-RTK定位方法及系统与流程

一种基于边缘计算的ppp-rtk定位方法及系统
技术领域
1.本发明涉及卫星定位领域，具体涉及一种基于边缘计算的ppp-rtk定位方法及系统。


背景技术：

2.ppp-rtk定位技术已经成熟，ppp-rtk技术融合了网络rtk技术与ppp技术的优势，可以极大地提高用户静态和动态ppp定位的精度和收敛速度；同时也克服了网络rtk技术仍存在覆盖范围受限于参考网内部、数据通信负担大等缺陷，利用卫星通信网络，ppp-rtk技术可以实现广域乃至全球的精密定位服务。
3.随着低轨卫星星座的快速发展与建设组网,利用低轨卫星、gnss卫星共同进行ppp-rtk 定位可以进一步提高定位的精度与收敛速度，但在现有技术中，定位解算都是在用户端完成，这种方法对用户端本身要求极高，不利于ppp-rtk的大规模推广使用。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是对用户端的硬件性能要求高，不利于ppp-rtk大规模推广，目的在于提供一种基于边缘计算的ppp-rtk定位方法及系统，解决了对用户端的硬件性能要求高的问题。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种基于边缘计算的ppp-rtk定位方法，包括以下步骤：
7.a1、低轨星座接收低轨导航增强信息，并对低轨导航增强信息进行解析，得到低轨导航增强格式数据信息；
8.用户端接收导航卫星的测距信号和低轨星座的测距信号，产生原始观测数据，将原始观测数据进行格式转换，得到用户观测格式数据；
9.a2、将用户观测格式数据发送至低轨星座，确定执行解算任务的低轨卫星；
10.a3、在确定的低轨卫星中执行上述解算任务，上述解算任务是根据用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息进行计算，得到定位结果，上述低轨卫星将定位结果发送至用户端。
11.上述低轨卫星作为用户端和地表地形的边缘结点，在数据产生源附近分析、处理数据，没有数据的流转，进而减少网络流量和响应时间，提高了响应效率。
12.上述解算任务是在低轨卫星中完成，降低了用户端或模块对算力的要求，使得终端设备或ppp-rtk模块能够使用更低性能的处理机进行实现以降低对用户端或模块数据质量的要求，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
13.进一步的，在将上述原始观测数据进行格式转换之前，还需对原始观测数据进行预处理，上述预处理包括以下步骤：剔除卫星高度角中不属于卫星高角度阈值范围的原始观测数据；对原始观测数据进行周跳探测，剔除发生周跳的原始观测数据。
14.上述卫星高度角阈值范围为10
°
～15
°
，上述卫星高度角过低，虽然可以提高可观
测的卫星数目，但是低高度角的卫星信号在传播过程中不仅多路径误差大，而且对流层折射偏差也大，同时容易产生多路径效应，造成观测数据质量的整体下降，进而影响定位的精度；卫星高度角过高，虽然提高了接收数据的质量，但是会导致接收机至空间卫星的角度十分相似和几何图形的不稳定，进而导致gdop(几何精度因子)的数值过大，使得定位精度较差；
15.上述周跳将使周跳发生后的所有观测数据包含相同的整周计数错误，使得定位精度较差；剔除上述影响定位精度的原始观测数据，以此来提高定位精度。
16.进一步的，在将上述用户观测格式数据发送至低轨星座之前，还包括以下步骤：将用户观测格式数据根据低轨卫星传输协议进行分组编排，由于低轨卫星的无线信道具有空间复用特性，且存在用户端频率复用和干扰等问题，容易引发分组冲突，致使信道利用率下降，根据低轨卫星传输协议对用户端的用户观测格式数据进行分组传输，解决分组冲突的问题，合理利用低轨卫星的信道，提高了传输效率。
17.进一步的，生成上述低轨导航增强信息的步骤如下：地面导航增强数据处理模块接收地面低轨、导航卫星基准站的观测数据，生成低轨导航增强信息。
18.进一步的，上述低轨导航增强信息包括导航卫星精密轨道、精密钟差、载波相位偏差，低轨卫星精密轨道、精密钟差、载波相位偏差，根据低轨导航增强信息中导航卫星和低轨卫星各自的精密轨道、精密钟差和载波相位偏差，以及用户观测格式数据进行精密单点定位。
19.进一步的，上述确定执行解算任务的低轨卫星，包括以下步骤：
20.b1、判断低轨卫星接收此次解算任务后的任务量是否超过该低轨卫星的任务量负载；
21.b11、若低轨卫星接收此次解算任务后的任务量未超过该低轨卫星的任务量负载，则在该低轨卫星进行解算任务；
22.b12、若低轨卫星接收此次解算任务后的任务量超过该低轨卫星的任务量负载，则通过星间链路将解算任务分配给链路节点中最近的空闲低轨卫星。
23.低轨卫星过负载运作时，可能导致用户观测格式数据丢失或损坏，影响定位精度；或者，计算效率降低，降低用户体验。
24.上述确定执行解算任务的低轨卫星在接收此次解算任务后仍未超过低轨卫星的任务量负载，避免了低轨卫星的过负载运作，提高了定位精度；或者，提高了计算效率，进而提高了用户体验。
25.进一步的，上述解算任务的解算步骤包括：
26.c1、上述低轨卫星根据接收到的用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息构建 ppp-rtk解算方程；
27.c2、根据构建的ppp-rtk解算方程进行ppp-rtk定位解算。
28.上述用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息目前是处于低轨卫星中；上述 ppp-rtk解算方程是根据用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息构建的，且也处于该低轨卫星中；上述ppp-rtk定位解算是根据用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息解算的，且该解算过程在该低轨卫星中完成；上述过程均在该低轨卫星完成，采用了边缘计算，减少了用户观测格式数据和低轨导航增强格式数据信息在网络中传输的过
程，提高了服务效率。
29.一种基于边缘计算的ppp-rtk定位系统，包括
30.用户端数据接收模块，用于接收导航卫星的测距信号和低轨星座的测距信号，产生原始观测数据；或者，接收定位结果；
31.用户端数据处理模块，用于判断并剔除用户端数据接收模块中不符合要求的原始观测数据，并对符合要求的原始观测数据进行格式转换，得到用户观测格式数据；
32.用户端数据发送模块，用于对用户观测格式数据分组编排发送至低轨星座；
33.低轨卫星数据接收与解析模块，用于接收用户观测格式数据和低轨导航增强信息，并对低轨导航增强信息进行解析，得到低轨导航增强格式数据信息；
34.任务控制调节模块，用于确定执行解算任务的低轨卫星；
35.定位解算模块，用于在低轨卫星构建ppp-rtk解算方程，并执行解算任务；
36.低轨卫星数据发送模块，用于将上述定位解算模块解算出的定位结果发送至用户端。
37.上述定位解算模块在低轨卫星进行解算，降低了用户端对算力的要求，使得对用户端的硬件性能要求降低，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
38.进一步的，包括用户端和低轨卫星，
39.上述用户端包括依次连接的用户端数据接收模块、用户端数据处理模块和用户端数据发送模块；
40.上述低轨卫星包括依次连接的低轨卫星数据接收与解析模块、任务控制调节模块、定位解算模块和低轨卫星数据发送模块；
41.上述用户端的用户端数据接收模块与上述低轨卫星的低轨卫星数据发送模块连接；上述低轨卫星的低轨卫星数据接收模块与上述用户端的用户端数据发送模块连接。
42.上述低轨卫星数据发送模块发送的低轨卫星的测距信号或定位结果被用户端数据接收模块接收；上述用户端数据发送模块发送的原始观测格式数据被低轨卫星数据接收模块接收，实现定位。
43.上述用户端包括使用ppp-rtk的所有终端设备。
44.进一步的，上述低轨卫星的低轨卫星数据接收模块与地面导航增强数据处理模块连接。
45.上述地面导航增强数据处理模块提供的低轨导航增强格式数据信息被低轨卫星数据接收模块接收，用于构建ppp-rtk解算方程和解算，实现精密单点定位。
46.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
47.1.上述低轨卫星作为用户端和地表地形的边缘结点，在低轨卫星附近分析、处理数据，没有数据的流转，进而减少网络流量和响应时间，提高了服务效率。
48.2.上述在确定的低轨卫星中执行上述解算任务，上述解算任务在低轨卫星中完成，降低了用户端对算力的要求，使得终端设备或ppp-rtk模块能够使用更低性能的处理机进行实现，以降低对用户端数据质量的要求，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要
ppp-rtk定位解算方程的构建和解算；
70.s5、确定执行解算任务的低轨卫星2；
71.s6、在确定的低轨卫星2中执行上述解算任务，上述解算任务是根据用户观测格式数据 10和低轨导航增强格式数据信息进行计算，得到定位结果8；
72.s7、上述低轨卫星2将定位结果8发送至用户端3。
73.上述解算任务是在低轨卫星2中完成，降低了用户端3或模块对算力的要求，使得用户端3或模块能够使用更低性能的处理机进行实现，以降低对终端设备或ppp-rtk模块数据质量的要求，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
74.上述卫星高度角过低，虽然可以提高可观测的卫星数目，但是低高度角的卫星信号在传播过程中不仅多路径误差大，而且对流层折射偏差也大，同时容易产生多路径效应，造成观测数据质量的整体下降，进而影响定位的精度；卫星高度角过高，虽然提高了接收数据的质量，但是会导致接收机至空间卫星的角度十分相似和几何图形的不稳定，进而导致gdop(几何精度因子)的数值过大，使得定位精度较差；
75.上述信噪比较小的原始观测数据噪声信号大，使得定位精度较差；
76.上述周跳将使周跳发生后的所有观测数据包含相同的整周计数错误，使得定位精度较差；剔除上述影响定位精度的原始观测数据，以此来提高定位精度。
77.具体的实施例，上述确定执行解算任务的低轨卫星2，包括以下步骤：
78.b1、判断低轨卫星2接收此次解算任务后的任务量是否超过该低轨卫星2的任务量负载；
79.b11、若低轨卫星2接收此次解算任务后的任务量未超过该低轨卫星2的任务量负载，则在该低轨卫星2进行解算任务；
80.b12、若低轨卫星2接收此次解算任务后的任务量超过该低轨卫星2的任务量负载，则通过星间链路将解算任务分配给链路节点中最近的空闲低轨卫星2。
81.低轨卫星2过负载运作时，可能导致用户观测格式数据10丢失或损坏，影响定位精度；或者，计算效率降低，降低用户体验。
82.上述确定执行解算任务的低轨卫星2在接收此次解算任务后仍未超过低轨卫星2的任务量负载，避免了低轨卫星2的过负载运作，提高了定位精度；或者，提高了计算效率，进而提高了用户体验。
83.具体的实施例，上述解算任务的解算步骤包括：
84.c1、上述低轨卫星2根据接收到的用户观测格式数据10和低轨导航增强格式数据信息构建ppp-rtk解算方程；
85.c2、根据构建的ppp-rtk解算方程进行ppp-rtk定位解算。
86.上述用户观测格式数据10和低轨导航增强格式数据信息目前是处于低轨卫星2中；上述 ppp-rtk解算方程是根据用户观测格式数据10和低轨导航增强格式数据信息构建的，且也处于该低轨卫星2中；上述ppp-rtk定位解算是根据用户观测格式数据10和低轨导航增强格式数据信息解算的，且该解算过程在该低轨卫星2中完成；上述过程均在该低轨卫星2完成，采用了边缘计算，减少了用户观测格式数据10和低轨导航增强格式数据信息在网络中传输的过程，提高了服务效率。
87.具体的实施例，上述导航卫星4包括gnss(北斗导航卫星定位系统)、gps(美国的全
球定位系统)、欧洲航天局的伽利略卫星定位系统中的一种或多种。
88.具体的实施例，上述低轨导航增强信息7包括导航卫星4精密轨道、精密钟差、载波相位偏差、完好性信息、对流层格网参数信息和电离层格网参数信息，低轨卫星2的精密轨道、精密钟差、载波相位偏差、完好性信息、对流层格网参数信息和电离层格网参数信息；
89.根据低轨导航增强信息7中导航卫星4和低轨卫星2各自的精密轨道、精密钟差和载波相位偏差，以及用户观测格式数据10进行精密单点定位。
90.上述低轨卫星2基于对流层格网参数信息和电离层格网参数信息更新用户端3的位置信息。
91.具体的实施例，地面导航增强数据处理模块5接收地面低轨、导航卫星基准站的观测数据，生成低轨导航增强信息7。
92.实施例2
93.如图3和图4所示，本实施例2提供一种基于边缘计算的ppp-rtk定位系统，包括
94.用户端数据接收模块，用于接收导航卫星的测距信号9和低轨卫星的测距信号8，产生原始观测数据；或者，接收定位结果8；
95.用户端数据处理模块，用于判断并剔除用户端数据接收模块中不符合要求的原始观测数据，并对符合要求的原始观测数据进行格式转换，得到用户观测格式数据10；
96.用户端数据发送模块，用于对用户观测格式数据10分组编排发送至低轨星座1；
97.地面导航增强数据处理模块5，用于接收地面低轨、导航卫星基准站的观测数据，生成低轨导航增强信息7，并将低轨导航增强信息7发送至低轨星座1；
98.低轨卫星数据接收与解析模块，用于接收用户观测格式数据10和低轨导航增强信息7，并对低轨导航增强信息7进行解析，得到低轨导航增强格式数据信息；
99.任务控制调节模块，用于确定执行解算任务的低轨卫星2；
100.定位解算模块，用于在低轨卫星2构建ppp-rtk解算方程，并执行解算任务；
101.低轨卫星数据发送模块，用于将上述定位解算模块解算出的定位结果8发送至用户端3。
102.上述定位解算模块在低轨卫星2进行解算，降低了用户端3对算力的要求，使得对用户端3的硬件性能要求降低，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
103.具体的实施例，上述用户端3包括依次连接的用户端数据接收模块、用户端数据处理模块和用户端数据发送模块；
104.上述低轨卫星2包括依次连接的低轨卫星数据接收与解析模块、任务控制调节模块、定位解算模块和低轨卫星数据发送模块；
105.上述用户端3的用户端数据接收模块与上述低轨卫星2的低轨卫星数据发送模块连接；上述低轨卫星2的低轨卫星2数据接收模块与上述用户端3的用户端3数据发送模块连接；
106.上述低轨卫星2的低轨卫星2数据接收模块与地面导航增强数据处理模块5连接。
107.上述低轨卫星数据发送模块发送的低轨卫星的测距信号8或定位结果8被用户端数据接收模块接收；上述用户端数据发送模块发送的用户观测格式数据被低轨卫星数据接收模块接收，实现定位。
108.上述地面导航增强数据处理模块5提供的低轨导航增强格式数据信息被低轨卫星
数据接收模块接收，用于构建ppp-rtk解算方程和解算，实现精密单点定位，且定位解算在低轨卫星2进行，降低了对用户端3硬件性能的要求，节约了成本，有利于ppp-rtk大规模推广。
109.具体的实施例，地面导航增强数据处理模块5接收地面低轨、导航卫星4基准站的观测数据，生成低轨导航增强信息7，将低轨导航增强信息7传输至地面注入站6，地面注入站6将低轨导航增强信息7发送至低轨星座1。
110.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。