CN110146908A - 一种虚拟参考站观测数据的生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫星定位技术领域，公开了一种虚拟参考站观测数据的生成方法：根据与虚拟参考站的距离，确定主参考站和关联基线；获取关联基线的共视卫星，筛选基准星；计算关联基线的共视卫星的双差误差改正数，生成相应的双差误差改正数队列；对双差误差改正数队列进行平滑处理；计算每条关联基线的误差系数；根据误差系数和平滑后的双差误差改正数生成虚拟参考站的观测数据。本发明的一些技术效果在于：提高了虚拟参考站技术的定位精度。

Description

一种虚拟参考站观测数据的生成方法
技术领域
本发明属于卫星定位***和定位测量技术领域，特别涉及一种虚拟参考站观测数据的生成方法。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System，可理解为“全球导航卫星***”)接收机为了获得实时的厘米级定位精度，通常会采用RTK技术。
RTK(Real-Time Kinematic，可理解为“实时动态定位”)是一种利用载波相位观测值、在流动站(或接收机)和参考站之间进行的实时动态相对定位技术。具体地，接收机可接入CORS(Continuously Operating Reference Stations，可理解为“连续运行参考站”)网络差分服务做RTK解算，以此来获得高精度的定位。
VRS(Virtual Reference Station，可理解为“虚拟参考站”)技术，是网络RTK技术的一种，它实时地在流动站附近虚拟一个参考站为流动站提供差分电文和参考站位置信息。虚拟参考站的定位原理是数据中心实时接收参考站网络的各个参考站的观测数据和流动站的概略坐标，在概略坐标附近生成一个虚拟参考站，并对该虚拟参考站处的对流层，电离层延迟等空间距离相关的误差进行建模，生成虚拟参考站的虚拟观测值，再将虚拟参考站处的观测数据发给流动站，从而实现流动站的实时高精度定位。虚拟参考站的观测值由三部分组成：主参考站的观测值、虚拟参考站与主参考站的卫地距单差、虚拟参考站与主参考站的双差综合误差。
发明内容
本发明的一个方面，提出了一种新的虚拟参考站观测数据的生成方法，可提高使用虚拟参考站技术的定位精度。
虚拟参考站观测数据的生成方法，包括以下步骤：根据与虚拟参考站的距离，确定主参考站和关联基线；获取关联基线的共视卫星，筛选基准星；计算关联基线的共视卫星的双差误差改正数，生成相应的双差误差改正数队列；对双差误差改正数队列进行平滑处理；计算每条关联基线的误差系数；根据误差系数和平滑后的双差误差改正数生成虚拟参考站的观测数据。
优选地，选择距离虚拟参考站最近的参考站作为主参考站；关联基线是主参考站在CORS网中的基线。
优选地，当关联基线数量超过3条，选择距离虚拟参考站最近的3条基线作为关联基线。
优选地，共视卫星是所有关联基线相关的卫星集合取交集获得。
优选地，筛选基准星包括步骤：计算共视卫星的高度角；选取高度角大于阈值的卫星作为备选基准星；选取备选基准星中高度角最小且高度角在增加的卫星作为基准星。
优选地，高度角阈值设置可以是：GPS卫星的高度角阈值范围≥40°；GLONASS卫星的高度角范围≥30°；Galileo卫星的高度角范围≥40°；BDS卫星的高度角范围≥40°。
优选地，双差误差改正数是每条关联基线的每个共视卫星与基准星的双差误差改正数；
其中，关联基线AB关于卫星i，j的双差误差改正数为：
其中，A为主参考站，B为关联基线AB限定的另一关联参考站，卫星i为基准星，卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星，为关联基线AB关于卫星i和卫星j的相位观测值双差，为关联基线AB的模糊度双差，为关联基线AB的卫地距双差。
优选地，对双差误差改正数队列进行平滑处理是通过：设A为主参考站，B为关联基线AB限定的另一关联参考站，卫星i为基准星，卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星；关联基线AB关于卫星j对应历元时刻t的双差误差改正数为滑动窗口大小为m，则卫星在连续的历元时刻t1到时刻tm的双差误差改正数为:对应的权重为：w1,w2,…,wm；
第ti时刻的权重计算如下：
平滑后的双差误差改正数：
优选地，滑动窗口m等于10。
优选地，通过最小二乘配置法计算每条关联基线的误差系数：
设参考站与虚拟参考站的协方差矩阵Cvn:
其中v为虚拟参考站，n为主参考站；
各参考站间的自协方差矩阵Cv为：
其中Ci,n是参考站i与主参考站n的空间协方差函数，
采用线性模型：
Ci,n＝lmax-li,n
其中li,n为两个参考站之间的距离，lmax为最长基线的距离
则误差系数α为：
本发明所提出的方法能可生成虚拟参考站的所有共视卫星的观测数据，可提高使用虚拟参考站技术的定位精度。
附图说明
为更好地理解本发明的技术方案，可参考下列的、用于对现有技术或实施例进行辅助说明的附图。这些附图将对现有技术或本发明部分实施例中，涉及到的产品或方法有选择地进行展示。这些附图的基本信息如下：
图1为一些实施例中，虚拟参考站观测数据生成方法示意图。
图2为一些实施例中，参考站和基线的示意图
具体实施方式
下文将对本发明涉及的技术手段或技术效果作进一步的展开描述，显然，所提供的实施例仅是本发明的部分实施方式，而并非全部。基于本发明中的实施例以及图文的明示或暗示，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本发明保护的范围之内。
在总体思路上，本发明公开了一种虚拟参考站观测数据的生成方法，包括如下步骤根据与虚拟参考站的距离，确定主参考站和关联基线；获取关联基线的共视卫星，筛选基准星；计算关联基线的共视卫星的双差误差改正数，生成相应的双差误差改正数队列；对双差误差改正数队列进行平滑处理；计算每条关联基线的误差系数；根据误差系数和平滑后的双差误差改正数生成虚拟参考站所有共视卫星的观测数据。
本发明的一些技术效果在于：通过共视卫星筛选基准星，为计算共视卫星的双差误差改正数提供基础；对每条关联基线的每个共视卫星的双差误差改正数队列进行平滑，避免了数据波动造成的影响；采用最小二乘配置法计算每条关联基线的误差系数；并最终根据误差系数和关联基线平滑后的双差误差改正数，更好地生成虚拟参考站所有共视卫星的观测数据，从而提高了定位精度。
在一些实施例中，所述虚拟参考站的生成方法，采用如下步骤：根据与虚拟参考站的距离，确定主参考站和关联基线；获取所有关联基线的所有共视卫星，筛选基准星；计算所有关联基线的每颗共视卫星的双差误差改正数，分别生成相应的双差误差改正数队列；分别对双差误差改正数队列进行平滑处理；计算每条关联基线的误差系数；根据误差系数和每条关联基线平滑后的每颗卫星的双差误差改正数生成虚拟参考站的相应观测数据。这里说的共视卫星是所有基线相关的参考站均能观测到的卫星。
在一些实施例中，获取虚拟参考站的位置，通过计算附近的物理参考站距离虚拟参考站的距离，选择距离最小的物理参考站作为主参考站；并把主参考站定义的基线作为关联基线。
在一些实施例中，当主参考站相关的基线数量超过3条时，选择距离参考站最近的3条基线作为关联基线。具体可以通过计算基线所限定的另一参考站与虚拟参考站的距离，选择最近的3个参考站，选择它们和主参考站所定义的基线作为关联基线。
在一些实施例中，通过获得每条关联基线对应的参考站所能观测到的卫星集合，并求交集，获得共视卫星。
需要说明的是，本发明中提到的关联基线的共视卫星、参考站的共视卫星，说的同一个卫星集合。如，主参考站为A，关联基线AB，关联基线AB限定的另一参考站B，则主参考站A的共视卫星、关联基线AB的共视卫星、参考站B的共视卫星，均为同一个卫星集合。
在一些实施例中，通过计算所有共视卫星的高度角，选取高度角大于阈值的卫星作为备选基准星，对筛选出的备选基准星按照高度角大小进行升序排序，选择高度角最小且高度角在增加的卫星作为基准星。判断某一卫星的高度角是否增加，可以通过比较该卫星在不同时刻的高度角大小来进行判断。这里选取高度角在增加的卫星是为了获取更长时段的服务时长。
在一些实施例中，如无高度角最小且高度角在增加的卫星，则选择高度角最小的卫星作为基准星。
在一些实施例中，针对不同的全球卫星导航***，设置相应的基准星高度角的阈值：GPS卫星的高度角阈值范围≥40°；GLONASS卫星的高度角范围≥30°；Galileo卫星的高度角范围≥40°；BDS卫星的高度角范围≥40°。这里，GPS指的是美国的全球定位***(Global Positioning System，通常简称GPS)，GLONASS指的是俄罗斯的格洛纳斯***，Galileo指的是欧盟的伽利略定位***，BDS指的是我国的北斗卫星导航***。
在一些实施例中，有主参考站A，关联基线AB，关联基线AB限定的另一关联参考站B，共视卫星i，共视卫星j，其中共视卫星i为基准星，共视卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星。针对共视卫星i和共视卫星j，分别获取主参考站A和的相位观测值、模糊度、卫地距离，计算关联基线AB的共识卫星j与基准星i的双差误差改正数。计算方法如下：关联基线AB关于卫星i，卫星j的双差误差改正数为：
其中，A为主参考站，B为关联基线AB限定的另一关联参考站，卫星i为基准星，卫星j可以是除基准星外的其它任意一颗共视卫星，为关联基线AB关于卫星i和卫星j的相位观测值双差，为关联基线AB的模糊度双差，为关联基线AB的卫地距双差。
在一些实施例中，有主参考站A，关联基线AB，关联基线AB限定的另一关联参考站B，共视卫星i，共视卫星j，其中共视卫星i为基准星，共视卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星。计算关联基线AB关于卫星j对应历元时刻t的双差误差改正数滑动窗口大小为m。并通过计算连续历元时刻t1到时刻tm的双差误差改正数为:从而生成双差误差改正数队列。分别计算对应的权重为：w1,w2,…,wm；
第ti时刻的权重计算如下：
平滑后的双差误差改正数：
在一些实施例中，通过最小二乘配置法计算每条关联基线的误差系数：
设参考站与虚拟参考站的协方差矩阵Cvn:
其中v为虚拟参考站，n为主参考站；
各参考站间的自协方差矩阵Cv为：
其中Ci,n是参考站i与主参考站n的空间协方差函数，
采用线性模型：
Ci,n＝lmax-li,n
其中li,n为两个参考站之间的距离，lmax为最长基线的距离；
则误差系数α为：
在一些实施例中，有主参考站A、关联基线AB、关联基线AC、关联基线AD，以及基线相关的参考站B、参考站C、参考站D，以及共视卫星j。通过误差系数与平滑后的双差误差改正数计算得到虚拟参考站V与主参考站A关于共视卫星的双差误差改正数；对于卫星j，基线AV的双差误差改正数为V为虚拟参考站，其他参考站B、C、D与主参考站A关联的基线AB、AC、AD的双差误差改正数分别为误差系数分别为：αAB，αAC，αAD，则虚拟参考站V与主参考站A之间关于卫星j的双差误差改正数为：
特殊地，当关联基线的条数不足三条时，减少相应的参数即可。本发明中，三条关联基线能得到足够的技术效果。当基线越多时，带来的改善不多，反而会给服务器造成过多的运行压力。故此，相应地，在只有两条关联基线AB、AC时，虚拟参考站V与主参考站A之间关于卫星j的双差误差改正数为：
仅有一条关联基线AB时，虚拟参考站V与主参考站A之间关于卫星j的双差误差改正数为：
在一些实施例中，对于每颗卫星，其相位观测值：CV＝CA+ρAV+UAV，其中CA为主参考站A的相位观测值，ρAV为虚拟参考站V与主参考站A的卫地距单差，UAV为对应的双差误差改正数。
在一些实施例中，针对所有的共视卫星，分别执行上述方法，即可生成虚拟参考站所有共视卫星的观测值。一般地，虚拟参考站的观测值由三部分组成：主参考站的观测值、虚拟参考站与主参考站的卫地距单差、虚拟参考站与主参考站的双差误差改正数。
在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。
最后再次强调，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。
因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟参考站观测数据的生成方法，其特征在于，包括：
根据与虚拟参考站的距离，确定主参考站和关联基线；
获取关联基线的共视卫星，筛选基准星；
计算关联基线的共视卫星的双差误差改正数，生成相应的双差误差改正数队列；
对双差误差改正数队列进行平滑处理；
计算每条关联基线的误差系数；
根据误差系数和平滑后的双差误差改正数生成虚拟参考站的观测数据。
2.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：选择距离虚拟参考站最近的参考站作为主参考站。
3.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于：所述的关联基线是主参考站在CORS网中的基线；当关联基线数量超过3条，选择距离虚拟参考站最近的3条基线作为关联基线。
4.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：所述的共视卫星是所有关联基线相关的卫星集合取交集获得。
5.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：
所述的筛选基准星包括步骤：
计算共视卫星的高度角；
选取高度角大于阈值的卫星作为备选基准星；
选取备选基准星中高度角最小且高度角在增加的卫星作为基准星。
6.根据权利要求5所述的生成方法，其特征在于：所述的高度角阈值：GPS卫星的高度角阈值范围≥40°；GLONASS卫星的高度角范围≥30°；Galileo卫星的高度角范围≥40°；BDS卫星的高度角范围≥40°。
7.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：所述的双差误差改正数是每条关联基线的每个共视卫星与基准星的双差误差改正数；
其中，关联基线AB关于卫星i，卫星j的双差误差改正数为：
其中，A为主参考站，B为关联基线AB限定的另一关联参考站，卫星i为基准星，卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星，为关联基线AB关于卫星i和卫星j的相位观测值双差，为关联基线AB的模糊度双差，为关联基线AB的卫地距双差。
8.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：对双差误差改正数队列进行平滑处理：
设A为主参考站，B为关联基线AB限定的另一关联参考站，卫星i为基准星，卫星j为除基准星外的其它任意一颗共视卫星；关联基线AB关于卫星j对应历元时刻t的双差误差改正数为滑动窗口大小为m，则卫星在连续的历元时刻t1到时刻tm的双差误差改正数为:对应的权重为：w1,w2,…,wm；
第ti时刻的权重计算如下：
平滑后的双差误差改正数：
9.根据权利要求8所述的生成方法，所述的滑动窗口m等于10。
10.根据权利要求1所述的生成方法，其特征在于：通过最小二乘配置法计算每条关联基线的误差系数：
设参考站与虚拟参考站的协方差矩阵Cvn:
其中v为虚拟参考站，n为主参考站；
各参考站间的自协方差矩阵Cv为：
其中Ci,n是参考站i与主参考站n的空间协方差函数，采用线性模型：
Ci,n＝lmax-li,n
其中li,n为两个参考站之间的距离，lmax为最长基线的距离则误差系数α为：
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