CN114935768B - 一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法 - Google Patents

一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法 Download PDF

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CN114935768B CN202210821844.7A CN202210821844A CN114935768B CN 114935768 B CN114935768 B CN 114935768B CN 202210821844 A CN202210821844 A CN 202210821844A CN 114935768 B CN114935768 B CN 114935768B
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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Abstract

本发明公开了一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法。它包括如下步骤，步骤一：在流动站概略位置附近选定一虚拟基准站位置，计算虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差；步骤二：根据虚拟基准站位置、基准站位置，采用对流层延迟模型，计算虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟；步骤三：进而计算卫星射线方向的对流层斜延迟；步骤四：进一步计算相同卫星的对流层延迟之差；步骤五：将基准站对应的卫星观测值改正上述的几何距离之差和对流层斜延迟之差，即生成虚拟参考站观测站。本发明具有能实现单基站RTK虚拟基准站的生成，提高大高差情形下的单基准站RTK精度的优点。

Description

一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法
技术领域
本发明涉及一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法。
背景技术
通常，在网络RTK中，为消除流动站处的相关误差（包括对流层延迟、电离层延迟、残余轨道误差等），可以在流动站附近生成一虚拟参考站，虚拟参考站的精确坐标已知，GNSS观测值通过网络RTK技术，基于周围的多个GNSS基准站计算而来。相关计算细节可参考Wanninger (1995, 1997)，姚宜斌等(2016)。虚拟参考站技术的本质是在流动站附近生成一组与流动站具有相似误差的观测值，相关误差必须通过周围站点计算得到；
然而，也存在单基站情况下可能出现需要生成虚拟参考站的情况：（1）在短距离大高差单基站RTK作业时，需要基于单基站和相关对流层延迟信息，生成一组与流动站相同（或相近）高程的虚拟参考站。（2）在网络RTK服务中，若生成的虚拟参考站高程与流动站高程差异较大，也需要生成与流动站相同（或相近）高程的虚拟参考站。（3）在单基准RTK作业时，若基准站坐标涉密，无法以明文方式传输，需要对观测站进行加偏，生成虚拟参考站对外提供服务；
当采用单基站为流动站提供服务时，因为只有一个基准站，无法采用常规的虚拟参考站计算方法生成虚拟参考站。此外，现有公开号为CN105929424A，一种基于GNSS基准站的虚拟化算法，其由于只对几何距离进行了改正，没有考虑对流层延迟的改正，只适用于基准站与虚拟基准站对流层延迟差异较小的情况；
因此，开发一种适用于大高差环境的基于单基站的虚拟参考站很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法，实现单基站RTK虚拟基准站的生成，解决网络RTK或单基站RTK中需要生成虚拟参考站的问题，提高大高差情形下的采用虚拟基准站进行RTK定位的精度。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其不同之处在于：包括如下步骤，
步骤一：在流动站概略位置附近选定一虚拟基准站位置，计算虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差；
步骤二：根据虚拟基准站位置、基准站位置，采用对流层延迟模型，计算虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟；
步骤三：进而计算卫星射线方向的对流层斜延迟；
步骤四：进一步计算相同卫星的对流层延迟之差；
相同卫星的对流层延迟之差的计算公式为：
Figure 104137DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式（1）中：
Figure 678338DEST_PATH_IMAGE002
为虚拟基准站对流层斜延迟；
Figure 893419DEST_PATH_IMAGE003
为基准站对流层斜延迟；
Figure 654701DEST_PATH_IMAGE004
表示虚拟基准站对流层斜延迟与基准站对流层斜延迟之差；
步骤五：将基准站对应的卫星观测值改正上述的几何距离之差和对流层斜延迟之差，即生成虚拟参考站观测站，
虚拟基准站的载波相位测量与伪距测量的生成公式如下：
Figure 246220DEST_PATH_IMAGE005
（2）
Figure 674927DEST_PATH_IMAGE006
（3）
式（2）、式（3）中：
Figure 60909DEST_PATH_IMAGE007
表示卫星，下标
Figure 840646DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 206162DEST_PATH_IMAGE009
分别表示基准站与虚拟基准站；
Figure 489376DEST_PATH_IMAGE010
表 示虚拟基准站的相位观测值；
Figure 311838DEST_PATH_IMAGE011
表示虚拟基准站的伪距观测值；
Figure 313292DEST_PATH_IMAGE012
为虚拟基准站与卫星 的几何距离；
Figure 246613DEST_PATH_IMAGE013
为虚拟基准站、基准站与卫星的几何距离之差；
Figure 118754DEST_PATH_IMAGE014
为虚拟基准站对流层 斜延迟与基准站对流层延迟之差；
Figure 112118DEST_PATH_IMAGE015
为光速；
Figure 600868DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 72301DEST_PATH_IMAGE017
分别为虚拟基准站接收机钟差和 卫星钟差；
Figure 330107DEST_PATH_IMAGE018
为虚拟基准站对流层延迟；
Figure 228793DEST_PATH_IMAGE019
为载波波长；
Figure 939260DEST_PATH_IMAGE020
为模糊度参数；
本发明的改正方法为：先计算
Figure 214383DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 90810DEST_PATH_IMAGE014
, 再改正到基准站的两个观测值上，本发明对单基站的对流层延迟改正，顾及了对流层延迟的改正（对流层延迟改正的作用是改正因基准站和流动站因高差过大引起的两个站对流层延迟不一致），适用于基准站与流动站高差较大的情况。本发明中的对流层延迟的改正数
Figure 160397DEST_PATH_IMAGE014
，在步骤二-步骤四计算出来，在步骤五中进行改正。
在上述技术方案中，在步骤一中，虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差的计算方法，包括如下步骤：
假设已知，第i测站基准站的真实坐标
Figure 358160DEST_PATH_IMAGE021
，第i测站虚拟基准站的真实坐标
Figure 171396DEST_PATH_IMAGE022
，卫星的精确位置为
Figure 403794DEST_PATH_IMAGE023
，广播星历中已知的卫星位置为
Figure 644282DEST_PATH_IMAGE024
；因为S2未知，卫星星历误差在信号传播路径上的投影
Figure 594921DEST_PATH_IMAGE025
为：
Figure 946268DEST_PATH_IMAGE026
（4）
基准站到卫星的几何距离
Figure 33172DEST_PATH_IMAGE027
为：
Figure 710141DEST_PATH_IMAGE028
（5）
虚拟基准站到卫星的几何距离
Figure 882497DEST_PATH_IMAGE029
为：
Figure 37534DEST_PATH_IMAGE030
（6）
几何距离之差
Figure 244525DEST_PATH_IMAGE031
为：
Figure 826816DEST_PATH_IMAGE032
（7）。
在上述技术方案中，在步骤二中，对流层延迟模型可以采用多种方式，对流层延迟模型采用的方式包括：在测区内部署多个地面气象观测站，进行实测的对流层延迟建模；
或基于经验对流层延迟模型，如GPT2w、UNB3等；
或基于虚拟基准站和基准站高程，利用气象参数垂直递减模型得到；
或在基准站和流动站配备气象观测，通过实测气象参数对流层延迟模型得到；
因为基准站之间的距离较近，本方法忽略电离层延迟的差异。
在上述技术方案中，在步骤二中，虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟的计算方法，具体包括如下步骤：
当选取GPT2w模型，计算第i测站基准站（该测站基准站的真实坐标为
Figure 722353DEST_PATH_IMAGE033
）与第i测站虚拟基准站（该测站虚拟基准站的真实坐标为
Figure 681082DEST_PATH_IMAGE022
）的对流层延迟；通过转换可知基准站纬度dlat 1 ，基准站海拔高度h 1 ，虚拟基准站纬度dlat 2 ，基准站海拔高度h 2 ；
计算得到基准站对流层延迟为：
Figure 742579DEST_PATH_IMAGE034
（8）
Figure 761350DEST_PATH_IMAGE035
（9）
计算得到虚拟基准站对流层延迟为：
Figure 642719DEST_PATH_IMAGE036
（10）
Figure 139559DEST_PATH_IMAGE037
（11）
式（8）、（9）、（10）、（11）中：
Figure 55562DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 245235DEST_PATH_IMAGE039
分别为基准站静力学延迟和湿延迟；
Figure 879479DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 914431DEST_PATH_IMAGE041
分别为虚拟基准站静力学延迟和湿延迟；
Figure 684941DEST_PATH_IMAGE042
、k 3 为大气折射率常数,
Figure 45515DEST_PATH_IMAGE042
的值为16.529 k•mb -1 ，k 3 取值3.776×105 k•mb -1 ；
Figure 167055DEST_PATH_IMAGE043
和
Figure 504233DEST_PATH_IMAGE044
为基准站和虚拟基准站处的大气加权平均温度，单位为K；g m 为重力加速度；Rd为干空气比气体常数；
Figure 129250DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure 660725DEST_PATH_IMAGE046
为水汽压递减率，由利用测站处的气象廓线数据拟合而来，或由GPT2w模型给出；e 1 和e 2 为基准站和虚拟基准站处的水汽压，单位为Pa；P 1 和P 2 为基准站和虚拟基准站处的大气压，单位为Pa；
其他未知量可由GPT2w模型计算得，GPT2w模型可输出气压、温度、下降率、水气压以及VMF1映射函数系数；GPT2w模型利用最小二乘法估计平均值A0、年度值（A1,B1）、半年度值（A2,B2）的变化；参数r(t)由如下公式推导：
Figure 3982DEST_PATH_IMAGE047
（12）
式（12）中：
Figure 911895DEST_PATH_IMAGE048
代表年积日，
Figure 656997DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 93794DEST_PATH_IMAGE050
为格网化系数；
各气象参数的高度改正如下：
Figure 924347DEST_PATH_IMAGE051
（13）
式（13）中：T 0 和P 0 为格网点参考高度的温度与气压；T和P是归化到测站高度的温度 与气压；dT为温度下降率；dZ为待求高度与各网点参考高度之间的高差；Q为比湿；e为水气 压；g m =9.80665m/s2为重力加速度；
Figure 839214DEST_PATH_IMAGE052
为干燥空气摩尔质量，其值为28.965×10-3 kg/mol；
Figure 704401DEST_PATH_IMAGE053
为通用气体常数；e 0 为格网点水气压；λ为水汽压递减率；
从GPT2w模型提供的格网文件中获取临近四个格网点的系数；在格网点数据归化到测站高处后，使用采用双线性内插将格网点处气象参数内插到测站处，便可得到测站处的气象参数；双线性内插公式为：
Figure 577680DEST_PATH_IMAGE054
（14）
式（14）中：Q 0 为待插值点气象参数；(x 1 , y 1 )和(x 2 , y 2 )为临近格网的左下角和右上角格网点坐标，(x, y)为待插值点坐标；Q 11 、Q 21 、Q 12 、Q 22 为GPT2w模型提供的四个格网点不同参数的值。
在上述技术方案中，在步骤三中，卫星射线方向的对流层斜延迟包括静力学延迟和湿延迟，具体计算方法如下：
Figure 895528DEST_PATH_IMAGE055
（15）
Figure 879665DEST_PATH_IMAGE056
（16）
式（15）、（16）中：
Figure 835245DEST_PATH_IMAGE057
为基准站与虚拟基准站位置的对流层斜延迟；
Figure 879424DEST_PATH_IMAGE058
为基准站与虚拟基准站位置的映射函数；
Figure 684569DEST_PATH_IMAGE059
为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层静力学延迟；
Figure 472397DEST_PATH_IMAGE060
为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层湿延迟。
本发明适用于短距离大高差环境；本发明适用的短距离是指最大不超过10km，一般在5km以内；本发明适用的大高差是指：高差大于100m，结合地球地表高差实际情况，一般为100m-1000m；
在短距离大高差情形下本发明的RTK定位精度可以提高到厘米级。
上述*表示数学符号乘号。
本发明具有如下优点：
(1)常规虚拟参考站技术基于多个GNSS基准站求解生成，不适用于单基准站的情况；本发明基于单基准站生成，适用于只有一个基准站对外提供服务的情况；本发明适用于单基准站（只需要一个基准站）情形下的虚拟基准站生成，且能提高单基准站RTK精度(大高差情形下)；
(2)基于单基站生成虚拟参考站需要解决两个问题虚拟参考站位置与基准站位置不同导致的卫星几何距离差异在观测值中的改正，以及虚拟参考站位置与基准站位置不同导致的空间误差（主要是对流层误差）差异在观测值中的改正；本发明考虑了几何位置变化、以及位置变化引起的对流层延迟的变化（步骤一中计算了几何距离变化，步骤四中计算了对流层延迟变化，且都在步骤五中进行了改正（分别是delta_rho， delta_Ti）），提高了单基准站RTK精度；克服了现有的虚拟化技术，只考虑了几何位置便宜，未顾及位置变化引起的对流层延迟的变化的缺陷；
(5)本发明适用于短距离大高差环境，且RTK定位精度高（本发明的适用距离最大不超过10km，一般在5km以内；本发明适用的高差大于100m，结合地表高差实际，一般为100m-1000m；本发明的RTK定位精度为cm级），解决上述短距离大高差RTK定位精度差的问题（常规的RTK技术不适用于短距离大高差环境（如，距离小于10km、高差大于100m的环境），且高差越大，精度越差，常规的RTK技术定位精度一般在分米级）。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明应用于大高差单基站RTK的虚拟基准站服务的流程图；
图3为本发明应用于网络RTK中虚拟基准站的高程改正的流程图；
图4为本发明应用于单基站坐标加偏RTK服务方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
参阅附图1可知：一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法，包括如下步骤，
步骤一：在流动站概略位置附近选定一虚拟基准站位置，虚拟基准站位置坐标精确已知，同时，基准站坐标精确已知；计算虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差；
步骤二：根据虚拟基准站位置、基准站位置，采用对流层延迟模型，计算虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟；
步骤三：进而计算卫星射线方向的对流层斜延迟；
步骤四：进一步计算相同卫星的对流层延迟之差；
相同卫星的对流层延迟之差的计算公式为：
Figure 781018DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式（1）中：
Figure 996099DEST_PATH_IMAGE002
为虚拟基准站对流层斜延迟；
Figure 22961DEST_PATH_IMAGE003
为基准站对流层斜延迟；
Figure 614479DEST_PATH_IMAGE004
表示二者之差；
步骤五：将基准站对应的卫星观测值（包括伪距和相位）改正上述的几何距离之差和对流层斜延迟之差，即生成虚拟参考站观测站，
虚拟基准站的载波相位测量与伪距测量的生成公式如下：
Figure 777607DEST_PATH_IMAGE061
（2）
Figure 163589DEST_PATH_IMAGE006
（3）
式（2）、式（3）中：
Figure 943326DEST_PATH_IMAGE007
表示卫星，下标
Figure 72956DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 356170DEST_PATH_IMAGE009
分别表示基准站与虚拟基准站；
Figure 411589DEST_PATH_IMAGE010
表 示虚拟基准站的相位观测值；
Figure 413043DEST_PATH_IMAGE011
表示虚拟基准站的伪距观测值；
Figure 80784DEST_PATH_IMAGE013
为虚拟基准站、基准站 与卫星的几何距离之差；
Figure 484084DEST_PATH_IMAGE012
为虚拟基准站与卫星的几何距离；
Figure 211868DEST_PATH_IMAGE014
为虚拟基准站对流层斜 延迟与基准站对流层延迟之差，由公式（1）计算而来；
Figure 435039DEST_PATH_IMAGE015
为光速；
Figure 172051DEST_PATH_IMAGE016
与
Figure 429857DEST_PATH_IMAGE062
分别为虚拟基准 站接收机钟差和卫星钟差；
Figure 328543DEST_PATH_IMAGE018
为虚拟基准站对流层延迟；
Figure 304589DEST_PATH_IMAGE019
为载波波长；
Figure 314134DEST_PATH_IMAGE020
为模糊度参 数。
进一步地，在步骤一中，虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差的计算方法，包括如下步骤：
假设已知，第i测站基准站的真实坐标
Figure 426446DEST_PATH_IMAGE021
，第i测站虚拟基准站的真实坐标
Figure 761613DEST_PATH_IMAGE022
，卫星的精确位置为
Figure 472559DEST_PATH_IMAGE023
，广播星历中已知的卫星位置为
Figure 551374DEST_PATH_IMAGE024
；因为S2未知，卫星星历误差在信号传播路径上的投影
Figure 518193DEST_PATH_IMAGE025
为：
Figure 758681DEST_PATH_IMAGE026
（4）
基准站到卫星的几何距离
Figure 709320DEST_PATH_IMAGE027
为：
Figure 326246DEST_PATH_IMAGE028
（5）
虚拟基准站到卫星的几何距离
Figure 413150DEST_PATH_IMAGE029
为：
Figure 824540DEST_PATH_IMAGE030
（6）
几何距离之差
Figure 731316DEST_PATH_IMAGE031
为：
Figure 151933DEST_PATH_IMAGE032
（7）。
进一步地，在步骤二中，对流层延迟模型可以采用多种方式，对流层延迟模型采用的方式包括：在测区内部署多个地面气象观测站，进行实测的对流层延迟建模；
基于经验对流层延迟模型，如GPT2w、UNB3等；
基于虚拟基准站和基准站高程，利用气象参数垂直递减模型得到；
在基准站和流动站配备气象观测，通过实测气象参数对流层延迟模型得到；
因为距离较近，本方法忽略电离层延迟的差异。
进一步地，在步骤二中，虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟的计算方法，具体包括如下步骤：
假设选取GPT2w模型，计算第i测站基准站
Figure 93345DEST_PATH_IMAGE033
与第i测站虚拟基准站
Figure 941215DEST_PATH_IMAGE022
的对流层延迟；通过转换可知基准站纬度dlat1，基准站海拔高度h1，虚拟基准站纬度dlat2，基准站海拔高度h2；
计算得到基准站对流层延迟为：
Figure 600866DEST_PATH_IMAGE034
（8）
Figure 792551DEST_PATH_IMAGE035
（9）
计算得到虚拟基准站对流层延迟为：
Figure 854048DEST_PATH_IMAGE036
（10）
Figure 872820DEST_PATH_IMAGE037
（11）
式（8）、（9）、（10）、（11）中：
Figure 754188DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 516608DEST_PATH_IMAGE039
分别为基准站静力学延迟和湿延迟；
Figure 167032DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 356705DEST_PATH_IMAGE041
分别为虚拟基准站静力学延迟和湿延迟；
Figure 725369DEST_PATH_IMAGE042
、k 3 为大气折射率常数,
Figure 25900DEST_PATH_IMAGE042
的值为16.529 k•mb -1 ，k 3 取值3.776×105 k•mb -1 ；
Figure 796410DEST_PATH_IMAGE043
和
Figure 156984DEST_PATH_IMAGE044
为基准站和虚拟基准站处的大气加权平均温度，单位为K；g m 为重力加速度；Rd为干空气比气体常数；
Figure 12945DEST_PATH_IMAGE045
和
Figure 117167DEST_PATH_IMAGE046
为水汽压递减率，由利用测站处的气象廓线数据拟合而来，或由GPT2w模型给出；e 1 和e 2 为基准站和虚拟基准站处的水汽压，单位为Pa；P 1 和P 2 为基准站和虚拟基准站处的大气压，单位为Pa；
其他未知量可由GPT2w模型计算得，GPT2w模型可输出气压、温度、下降率、水气压以及VMF1映射函数系数。GPT2w模型利用最小二乘法估计平均值A0、年度值（A1,B1）、半年度值（A2,B2）的变化；参数r(t)由如下公式推导：
Figure 243648DEST_PATH_IMAGE047
（12）
式（12）中：
Figure 775124DEST_PATH_IMAGE048
代表年积日，
Figure 118381DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 760715DEST_PATH_IMAGE050
为格网化系数；
各气象参数的高度改正如下：
Figure 240237DEST_PATH_IMAGE063
（13）
式（13）中：T 0 和P 0 为格网点参考高度的温度与气压；T和P是归化到测站高度的温度 与气压；dT为温度下降率；dZ为待求高度与各网点参考高度之间的高差；Q为比湿；e为水气 压；gm=9.80665m/s2为重力加速度；
Figure 942614DEST_PATH_IMAGE052
为干燥空气摩尔质量，其值为28.965×10-3 kg/mol；
Figure 773167DEST_PATH_IMAGE064
为通用气体常数；e 0 为格网点水气压；λ为水汽压递减率；
从GPT2w模型提供的格网文件中获取临近四个格网点的系数；在格网点数据归化到测站高处后，使用采用双线性内插将格网点处气象参数内插到测站处，便可得到测站处的气象参数；双线性内插公式为：
Figure 219192DEST_PATH_IMAGE054
（14）
式（14）中：Q 0 为待插值点气象参数，如气温、气压或水汽压；(x 1 , y 1 )和(x 2 , y 2 )为临近格网的左下角和右上角格网点坐标，(x, y)为待插值点坐标；Q 11 、Q 21 、Q 12 、Q 22 为GPT2w模型提供的四个格网点不同参数的值。
进一步地，在步骤三中，卫星射线方向的对流层斜延迟包括静力学延迟和湿延迟，具体计算方法如下：
Figure 84380DEST_PATH_IMAGE055
（15）
Figure 957658DEST_PATH_IMAGE056
（16）
式（15）、（16）中：
Figure 744348DEST_PATH_IMAGE065
为基准站与虚拟基准站位置的对流层斜延迟；
Figure 994064DEST_PATH_IMAGE066
为基准站与虚拟基准站位置的映射函数；
Figure 713758DEST_PATH_IMAGE067
为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层静力学延迟；
Figure 757938DEST_PATH_IMAGE068
为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层湿延迟。
实施例
实施例1：大高差单基站RTK的虚拟基准站服务
本实施例如图2所示，为本申请用于大高差情形下的实施例。首先，流动站接收机通过4G通信向服务端发送自身概略位置；其次，以基准站经纬度和流动站高程作为虚拟基准站位置坐标；再次，服务端利用基准站伪距和相位观测值，通过本申请方法计算虚拟基准站观测值，并通过4G通信联合虚拟基准站位置发送给流动站接收机；最后，流动站接收机接收到虚拟基准站观测值后，可以利用常规RTK定位；
结论：本实施例采用本发明方法按照上述先后执行的步骤，使传统RTK接收机（即流动站）不做任何改动，即可解决大高差引起的对流层延迟差异过大，导致的定位精度差的问题。
实施例2：网络RTK中虚拟基准站的高程改正
本实施例如图3所示，为本发明所述方法应用于网络RTK服务中的高程修正的实施例；常规的网络RTK服务首先获取流动站概略位置后，忽略高程因素在流动站服务生成虚拟基准站；对于流动站与虚拟基准站存在大高差的情况，会存在较大的对流层延迟误差；因此，可利用本发明方法根据流动站发来的概略位置，顾及虚拟基准站和流动基准站的高程差异，生成新的虚拟基准站；最后，将新的虚拟基准站数据通过4G通信发送给流动站；
结论：本实施例采用本发明方法按照上述先后执行的步骤，顾及了对流层延迟的改正，适用于基准站与流动站高差较大的情况，解决了传统网络RTK中，由于未顾及流动站高程与虚拟参考站高程差异过大引起的流动站定位精度差的问题。
实施例3：单基站坐标加偏RTK服务方式
本实施例如图4所示，为本发明应用于需要隐藏基准站真实坐标对外提供服务时对基准站坐标进行加偏的实施例。首先，基准站获取接收机伪距和相位观测值以及基准站坐标；其次，在基准站真实坐标上随机加上偏移数（考虑到RTK定位的适用距离和地表实际情况，水平偏移一般不超过5km，垂直偏移不超过1000m），得到虚拟基准站坐标；其次，利用本方法生成虚拟基准站处的伪距和相位虚拟观测值；最后，将生成的伪距和相位虚拟观测值及虚拟基准站坐标播发给流动站；
结论：本实施例采用本发明方法按照上述先后执行的步骤，可以实现加密基准站坐标对外服务，不仅可以对水平坐标加偏，还可以对高程坐标加偏；
与现有技术相比，本实施例采用本发明方法不仅可以对平面坐标进行加偏，还可以对高程进行加偏（即能实现立体加偏），彻底隐藏基准站坐标对外提供服务；克服了现有技术由于只对几何距离进行了改正，没有考虑对流层延迟的改正，只适用于基准站与虚拟基准站对流层延迟差异较小的情况，仅能对平面坐标进行加偏，无法实现立体加偏的缺陷。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (5)

1.一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其特征在于：考虑几何位置变化、以及位置变化引起的对流层延迟的变化，计算几何距离变化，计算对流层延迟变化，且都进行改正，分别是
Figure FDA0003852359210000011
ΔTi；适用于只需要一个基准站情形下的虚拟基准站生成；
具体方法，包括如下步骤，
步骤一：在流动站概略位置附近选定一虚拟基准站位置，计算虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差；
步骤二：根据虚拟基准站位置、基准站位置，采用对流层延迟模型，计算虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟；
步骤三：计算卫星射线方向的对流层斜延迟；
步骤四：进一步计算相同卫星的对流层延迟之差；
相同卫星的对流层延迟之差的计算公式为：
ΔTi＝Ti′-Ti (1)
式(1)中：Ti′为虚拟基准站对流层斜延迟；Ti为基准站对流层斜延迟；ΔTi表示虚拟基准站对流层斜延迟与基准站对流层斜延迟之差；
步骤五：将基准站对应的卫星观测值改正上述的几何距离之差和对流层斜延迟之差，即生成虚拟参考站观测站，
虚拟基准站的载波相位测量与伪距测量的生成公式如下：
Figure FDA0003852359210000012
Figure FDA0003852359210000013
式(2)、式(3)中：S1表示卫星，下标i和i′分别表示基准站与虚拟基准站；
Figure FDA0003852359210000014
表示虚拟基准站的相位观测值；
Figure FDA0003852359210000015
表示虚拟基准站的伪距观测值；
Figure FDA0003852359210000016
为虚拟基准站、基准站与卫星的几何距离之差；
Figure FDA0003852359210000017
为虚拟基准站与卫星的几何距离；ΔTi为虚拟基准站对流层斜延迟与基准站对流层延迟之差；c为光速；δti′与
Figure FDA0003852359210000018
分别为虚拟基准站接收机钟差和卫星钟差；Ti′为虚拟基准站对流层延迟；
Figure FDA0003852359210000021
为载波波长；
Figure FDA0003852359210000022
为模糊度参数；改正方法为：先计算
Figure FDA0003852359210000023
ΔTi,再改正到基准站的两个观测值上，对单基站的对流层延迟改正，顾及了对流层延迟的改正，改正因基准站和流动站因高差过大引起的两个站对流层延迟不一致，适用于基准站与流动站高差较大的情况，对流层延迟的改正数ΔTi，在步骤二-步骤四计算出来，在步骤五中进行改正。
2.根据权利要求1所述的基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其特征在于：在步骤一中，虚拟基准站、基准站与相同卫星的几何距离之差的计算方法，包括如下步骤：
假设已知，第i测站基准站的真实坐标(Xi，Yi，Zi)，第i测站虚拟基准站的真实坐标(X′i，Y′i，Z′i)，卫星的精确位置为
Figure FDA0003852359210000024
广播星历中已知的卫星位置为
Figure FDA0003852359210000025
因为S2未知，卫星星历误差在信号传播路径上的投影δρ为：
Figure FDA0003852359210000026
基准站到卫星的几何距离
Figure FDA0003852359210000027
为：
Figure FDA0003852359210000028
虚拟基准站到卫星的几何距离
Figure FDA0003852359210000029
为：
Figure FDA00038523592100000210
几何距离之差
Figure FDA00038523592100000211
为：
Figure FDA00038523592100000212
3.根据权利要求2所述的基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其特征在于：在步骤二中，对流层延迟模型采用的方式包括：在测区内部署多个地面气象观测站，进行实测的对流层延迟建模；
基于经验对流层延迟模型；
基于虚拟基准站和基准站高程，利用气象参数垂直递减模型得到；
在基准站和流动站配备气象观测，通过实测气象参数对流层延迟模型得到。
4.根据权利要求3所述的基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其特征在于：在步骤二中，虚拟基准站、基准站位置的对流层延迟的计算方法，具体包括如下步骤：
当选取GPT2w模型，计算第i测站基准站与第i测站虚拟基准站的对流层延迟；通过转换可得基准站纬度dlat1，基准站海拔高度h1，虚拟基准站纬度dlat2，基准站海拔高度h2；
计算得到基准站对流层延迟为：
Figure FDA0003852359210000031
Figure FDA0003852359210000032
计算得到虚拟基准站对流层延迟为：
Figure FDA0003852359210000033
Figure FDA0003852359210000034
式(8)、(9)、(10)、(11)中：ZHD1和ZWD1分别为基准站静力学延迟和湿延迟；ZHD2和ZWD2分别为虚拟基准站静力学延迟和湿延迟；k′2、k3为大气折射率常数,k′2的值为16.529k·mb-1，k3取值3.776×105k·mb-1；Tm1和Tm2为基准站和虚拟基准站处的大气加权平均温度，单位为K；gm为重力加速度；Rd为干空气比气体常数；λ1和λ2为水汽压递减率，由利用测站处的气象廓线数据拟合而来，或由GPT2w模型给出；e1和e2为基准站和虚拟基准站处的水汽压，单位为Pa；P1和P2为基准站和虚拟基准站处的大气压，单位为Pa；
其他未知量由GPT2w模型计算得，GPT2w模型可输出气压、温度、下降率、水气压以及VMF1映射函数系数；GPT2w模型利用最小二乘法估计平均值A0、年度值(A1,B1)、半年度值(A2,B2)的变化；参数r(t)由如下公式推导：
Figure FDA0003852359210000041
式(12)中：doy代表年积日；A0、A1、B1、A2和B2均为格网化系数；
各气象参数的高度改正如下：
Figure FDA0003852359210000042
式(13)中：T0和P0为格网点参考高度的温度与气压；T和P是归化到测站高度的温度与气压；dT为温度下降率；dZ为待求高度与各网点参考高度之间的高差；Q为比湿；e为水气压；gm为重力加速度；e0为格网点水气压；λ为水汽压递减因子；dM0为干燥空气摩尔质量，其值为28.965×10-3kg/mol；Rg＝8.3143J/(K·mol)为通用气体常数；
从GPT2w模型提供的格网文件中获取临近四个格网点的系数；在格网点数据归化到测站高处后，使用采用双线性内插将格网点处气象参数内插到测站处，便可得到测站处的气象参数；
双线性内插公式为：
Figure FDA0003852359210000043
式(14)中：Q0为待插值点气象参数；(x1,y1)和(x2,y2)为临近格网的左下角和右上角格网点坐标，(x,y)为待插值点坐标；Q11、Q21、Q12、Q22为GPT2w模型提供的四个格网点不同参数的值。
5.根据权利要求3或4所述的基于单基站的虚拟参考站的构建方法，其特征在于：在步骤三中，卫星射线方向的对流层斜延迟包括静力学延迟和湿延迟，具体计算方法如下：
Ti＝(ZHDi+ZWDi)·mfi (15)
Ti′＝(ZHDi′+ZWDi′)·mfi′ (16)
式(15)、(16)中：Ti，Ti′为基准站与虚拟基准站位置的对流层斜延迟；mfi，mfi′为基准站与虚拟基准站位置的映射函数；ZHDi，ZHDi′为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层静力学延迟；ZWDi，ZWDi′为基准站与虚拟基准站位置的天顶对流层湿延迟。
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