CN101909070B - 卫星实时精密定位产品的播发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于卫星导航技术领域，提供了一种卫星实时精密定位产品的播发方法，主要通过服务器端将卫星定位信息在百米位上下拆分成“大数”与“小数”；用户端通过广播星历获得“大数”与接收来之服务器播发的“小数”恢复完全一致的精密定位产品。它能解决服务器与用户端广播星历更新不一致、服务器与用户端软件算法模型及截断误差不一致而引起的高精度差分产品无法使用或精度降低等问题。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体的说是一种卫星实时精密定位产品的播发方法。
背景技术
目前，分米级广域实时精密定位***技术是GNSS应用领域的前沿技术与研究热点。该***通过少量分布均匀的实时连续运行基准站与先进的实时精密定位信息处理***，通过星基增强方式播发实时精密定位产品信息，可以大幅度提高卫星导航***在增强信号覆盖区域的导航服务精度、可用性、连续性和完好性。
其中，精密定位产品(包括实时轨道和钟差)的播发是广域实时精密定位***中的重要一环，目前普遍采用同步卫星的通信方式，采用这种通信方式导致播发带宽成为一种重要的资源，因此在设计精密定位产品播发格式时，需要考虑在不减少播发信息及减弱信息精度的前提下，尽量减少播发字段长度以减少服务成本。针对此种情况，目前美国WASS、欧洲EGNOS、日本MSAS***采用的RTCA格式以及美国JPL全球产分GPS格式等均选取与广播星历进行差分的方式，通过播发相对于广播星历的差分改正数，以减少播发字段的要求。
上述格式虽然在信息量上可以减少对带宽的压力，但保证精度与可靠性的前提是需要播发端即服务器的数据处理中心与接收端即用户端通过广播星历解算的卫星轨道钟差的值相同，这就隐含着两个限制条件：
1.保证播发端与接收端计算的同步钟差采用同一组广播星历参数；
2.基于广播星历计算的轨道与钟差的方法一致，包括截断误差。
为确保条件1，上述几种方法采用比较播发端与接收端广播星历中的数据龄期，确保采用同一组广播星历。虽然此方法在一般情况下可行，但实际上，在GPS广播星历中同一颗卫星有可能在同一时段内有两组星历数据，两组参数的参考时刻相距16秒。这种情况下，播发端与接收端有可能分别接收到其中的一组数据，并一直使用到下一组星历数据的更新(约2小时后)，由此通过数据龄期作比较，用户端在这2小时内就存在无法找到与播发端一致的广播星历，而无法使用播发端播发的高精度差分信息。相同的问题同样会出现在广播星历更新时刻，有可能出现播发端比接收端更新早，在此情况下接收端同样无法使用高精度差分信息。
关于条件2，由于服务器端与用户端所用的软件往往不是同一组织或单位开发，由此在模型及数值精度上很难保持严格的一致，因此也会引入误差，影响定位精度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种卫星实时精密定位产品的播发方法，它能解决服务器与用户端广播星历更新不一致、服务器与用户端软件算法模型及截断误差不一致而引起的高精度差分产品无法使用或精度降低等问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种卫星实时精密定位产品的播发方法，所述精密定位产品包括精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre，该方法包括以下步骤：
(1)服务器对在当前历元获取的精密定位产品进行质量检验，如果检验不通过，在下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；该步骤是为了判断当前获取的精密定位产品其精度是否符合发送要求。
(2)服务器截取精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，并将该数值作为差分改正数播发给用户端。
(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，再加上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1的百米位及以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0。
(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，如果检验不通过，则校正精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。
在上述技术方案中，该方法所述服务器是指具有精密定位产品生成、广播星历接收、数据处理、数据播发功能的播发端；所述用户端是指具有广播星历接收、数据处理、服务器播发数据接收功能的接收端。
在上述技术方案中，步骤(1)中所述的质量检验是将获取的精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre与同一时刻从广播星历中计算得到的轨道信息ORBbrd及钟差信息CLKbrd利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB＝|ORBpre-ORBbrd|
ΔCLK＝|CLKpre-CLKbrd|×C
如果差分数ΔORB、差分数ΔCLK大于30.0，则判断差分数无效，检验不通过；如果差分数ΔORB、差分数ΔCLK小于等于30.0，则判断差分数有效，检验通过。判断依据是正常情况下采用6小时内的广播星历计算的轨道与获取的精密轨道之间的差别在10米量级，这个依据是目前对大量数据分析后得出的结论。
在上述技术方案中，步骤(4)中所述的质量检验是将精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0与同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB0＝|ORBpre0-ORBbrd1|
ΔCLK0＝|CLKpre0-CLKbrd1|×C
如果差分数ΔORB0、差分数ΔCLK0大于30.0，则判断差分数无效，检验不通过；如果差分数ΔORB0、差分数ΔCLK0小于等于30.0，则判断差分数有效，检验通过。判断依据是正常情况下采用6小时内的广播星历计算的轨道与获取的精密轨道之间的差别在10米量级。
在上述技术方案中，步骤(4)中所述对精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位进行校正是将百米位上的数值加1或减1，以满足差分数ΔORB0、差分数ΔCLK0小于等于30.0的要求。
本发明所述的卫星实时精密定位产品的播发方法相比较现有技术而言具有如下优点：
一，保证定位产品的截断误差精度
该方法由于采用的是“大数计算，小数替换”的模式，其中“大数”是指百米位及以上的数值，“小数”指百米位以下的数值，实际截断误差为“小数”最后一位所表示的单位，因此，在保证播发带宽满足要求的基础上可以精确到毫米级(钟差0.003纳秒)或厘米级(钟差0.03纳秒)的截断误差。
二，播发带宽要求大大降低
对于播发的定位产品来说，播发带宽与截断误差刚好是矛盾点，对于一个完整的轨道钟差数据来说，在保证毫米级的截断误差时，需要播发的带宽就比较大。在广域实时精密定位***中，使用地球同步卫星进行定位产品的发布，其播发带宽不超过1Kb，其中还要留出部分带宽用以播发电离层产品及冗余检验信息。因此，播发数据的压缩至关重要。
该方法中“大数部分”是由广播星历计算得到，因此其实际需要的带宽由“小数部分”所占的数据位数决定。经过处理后数据实际上是百米位以下数据：如果以1毫米为截断误差要求则单个分量数据只需要占用16个数据位；如果以1厘米为截断误差要求则单个分量数据只需要占用13个数据位，以单个历元32颗卫星为例，扣除时间等其它信息，考虑卫星号占用6个数据位，则分别需要280字节与232字节的播发带宽，大大缩减了对播发带宽的要求。
三，确保定位产品的可靠性
在传统的如RTCA等格式播发差分信息时，为了降低播发带宽，播发广播星历的轨道钟差的差值，其轨道参数是由广播星历计算结果加上差分改正数，但当播发端与接收端存在广播星历更新不同步或广播星历计算卫星轨道的算法软件及截断误差不一致的情况时，将使得精密定位产品精度降低或者无法使用。对于本发明方法而言，无需严格通过数据龄期进行比对，只需播发端与接收端在相邻6小时内有星历，不同星历块计算结果差异只在米级，不会影响到“大数”部分的匹配过程，因此，通过“大数计算，小数替换”的方法完全可以恢复播发端计算出来的轨道钟差参数，不损失任何精度。
四，缩短初始化时间
由于广播星历所固有的特性，当用户开机后接收完整的广播星历需要30秒的时间，为解决这个问题，一些播发端会在开机时将前次存储的星历发给用户使用，这样若采用差分改正数模式，就会存在前一节存在的星历不匹配的问题。从分米级的定位要求来看，必须要30秒-59秒获得新的星历数据后才能开始定位。采用本发明方法，当开机间隔时间(开机时刻相对上次关机时间)小于6小时，并且未更新的旧广播星历计算轨道钟差与精密轨道钟差比较仍可满足在30米内时，旧广播星历同样能满足精密定位恢复所需的“大数”的要求，可以不顾及获得新广播星历的时间而实现初始化。
附图说明
图1为本发明方法服务器端百米位以下数值的播发流程图。
图2为本发明方法用户端精密定位产品的恢复流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
卫星实时精密定位产品的播发方法，主要通过服务器端将卫星定位信息在百米位上下拆分成“大数”与“小数”；用户端通过广播星历获得“大数”与接收来之服务器播发的“小数”恢复完全一致的精密定位产品。其中服务器端播发流程如图1所示，用户端恢复流程如图2所示。具体实施步骤如下：
(1)服务器对在当前历元观测数据获取的精密定位产品进行质量检验，如果检验不通过，在下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；
(2)服务器截取精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，并将该数值作为差分改正数播发给用户端；
(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，再加上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1的百米位及以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0；
(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，如果检验不通过，则校正精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。
步骤(1)中所述的质量检验是将获取的精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre与同一时刻从广播星历中计算得到的轨道信息ORBbrd及钟差信息CLKbrd利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB＝|ORBpre-ORBbrd|
ΔCLK＝|CLKpre-CLKbrd|×C
如果ΔORB、ΔCLK大于30.0，则检验不通过；如果ΔORB、ΔCLK小于等于30.0，则检验通过。
步骤(4)中所述的质量检验是将精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0与同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB0＝|ORBpre0-ORBbrd1|
ΔCLK0＝|CLKpre0-CLKbrd1|×C
如果ΔORB0、ΔCLK0大于30.0，则检验不通过；如果数ΔORB0、ΔCLK0小于等于30.0，则检验通过。
步骤(4)中所述对精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位进行校正是将百米位上的数值加1或减1，以满足ΔORB0、ΔCLK0小于等于30.0的要求。
下面结合实施例对本发明方法作进一步描述。本实施例采用2009年1月28日0点0分0.0秒，2号卫星精密轨道X分量为例。如下，
一.服务器
获取精密轨道数值为：X precise＝13888099.393m。
第一步：自广播星历中计算同一时刻的卫星位置X分量：Xbroadcast＝13888101.188m；
第二步：质量检验，将上述两者求差dX＝1.795m＜30m，两者之差符合要求，质量检验通过；
第三步：自获取的精密轨道数值截取百米位以下数值并转换为毫米为单位，以整数形式发送X send＝99393mm＝X right。
二.用户端
接收到精密轨道钟差百米位以下数值X right＝99393mm。
第一步：自广播星历钟计算同一时刻的轨道钟差信息并提取百米位及以上的数值Xbroadcast1＝13888101.588m；X left＝138881；
第二步：组合得到精密卫星定位产品初值Xprecise0＝13888199.393m；
第三步：将Xprecise0与Xbroadcast1两者求差，Xdif＝Xprecise0-Xbroadcast1＝97.805m＞30m。检验不通过，需要校正Xprecise0的百米位，因此，这里应该将百米位数值减1，即可满足|Xdif|＜30，将校正后的Xprecise0再次组合后得到：Xprecise1＝13888099.393m，该值即为精密轨道X分量的最终值。
Claims (3)
1.卫星实时精密定位产品的播发方法，所述精密定位产品包括精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)服务器对在当前历元获取的精密定位产品进行质量检验，将获取的精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre与同一时刻从广播星历中计算得到的轨道信息ORBbrd及钟差信息CLKbrd利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB＝|ORBpre-ORBbrd|
ΔCLK＝|CLKpre-CLKbrd|×C
如果ΔORB、ΔCLK大于30.0，则检验不通过；如果ΔORB、ΔCLK小于等于30.0，则检验通过；如果检验不通过，在下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；
(2)服务器截取精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，并将该数值播发给用户端；
(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，再加上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1的百米位及以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0；
(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，将精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0与同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1利用下式进行比较，其中C表示光速，
ΔORB0＝|ORBpre0-ORBbrd1|
ΔCLK0＝|CLKpre0-CLKbrd1|×C
如果ΔORB 0、ΔCLK 0大于30.0，则检验不通过；如果数ΔORB 0、ΔCLK 0小于等于30.0，则检验通过；如果检验不通过，则校正精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。
2.根据权利要求1所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是：该方法所述服务器是指具有精密定位产品生成、广播星历接收、数据处理、数据播发功能的播发端；所述用户端是指具有广播星历接收、数据处理、服务器播发数据接收功能的接收端。
3.根据权利要求1所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是：步骤(4)中所述对精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位进行校正是将百米位上的数值加1或减1，以满足ΔORB 0、ΔCLK 0小于等于30.0的要求。
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