CN116256786B - 一种利用vrs的高精度船舶差分定位方法、***及设备 - Google Patents

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Abstract

一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法、***及设备，方法包括：结合基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据。本发明通过设立虚拟参考站，使虚拟参考站与船舶RTK设备之间的距离控制在十几米以内，大大提高了船舶RTK差分定位的精度和可靠性。

Description

一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法、***及设备
技术领域
本发明涉及船舶交通与空间定位技术领域，尤其涉及一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法、***及设备。
背景技术
目前船舶定位多采用差分定位（RTK）技术，涉及双差载波相位观测值、整周模糊度等技术。然而，随着我国港口货物吞吐量快速攀升，各地港口的船舶交通流量不断增大，新建港区及航道数量不断增多，超大型深吃水船舶进出港日益频繁，通航环境越来越复杂，导致差分定位在远离基准站情况下定位精度不高，对港口引航提出了更高的要求，而引航员也仅能根据自身经验和直觉进行引航，可靠性较低。因此，现有技术存在如下缺陷：船舶在远离基准站情况下利用差分定位技术进行定位精度低，无法满足港口船舶引航精度要求，且在港区远离岸线的情况下建设基准站困难，成本高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的定位精度低，无法满足港口船舶引航精度要求的缺陷与问题，提供一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法、***及设备。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法，包括：
结合基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据。
对于两翼距离大于30米的船舶，在船舶驾驶台的两翼部位分别安装船舶RTK设备；
对于两翼距离小于等于30米的船舶，在船舶驾驶台外部中间位置安装一台船舶RTK设备，在船首或船舶中轴线上安装一台船舶RTK设备。
所述基准站网包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成的三角形有以下等式：
；
式中，为基准站数量；/>为基线数；/>为由基线构成的三角形数。
将距离概略坐标最近的基准站确定为主参考站，通过主参考站与船舶RTK设备之间的双差值整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值。
所述虚拟参考站的生成方法包括：
主参考站与船舶RTK设备之间的双差观测值为：
；
式中，为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为双差算子；
通过差分改正数和非差观测值对双差观测值进行修正：
；
式中，为修正后的双差观测值；/>为双差误差修正数；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；
求得基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值为：
；
根据基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值构建虚拟参考站。
所述虚拟参考站载波相位观测值的计算方法包括：
虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的近似值为：
；
式中，为信号发射出去时刻卫星在地固系的位置；/>为虚拟参考站的位置；/>为周期；
根据GNSS伪距观测值列出观测值的原始观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的伪距；/>为基准站/>到卫星/>的几何距离；/>为电离层、对流层误差的综合影响；
则虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的精确值为：
；
则虚拟参考站的几何距离的变化值为：
；
式中，为基准站/>到卫星的几何距离；
设基准站的载波相位观测方程为：
；
式中，为改正以后的非差观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>对卫星载波相位观测的整周模糊度；
则虚拟参考站的载波相位观测方程为：
；
求得虚拟参考站载波相位观测值为：
。
所述载波相位修正数据的计算方法包括：
根据GNSS载波相位观测值列出观测值的原始观测方程为：
；
式中，为卫星/>载波相位观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>到卫星的电离层延时；/>为基准站/>到卫星/>的对流层延时；/>为载波频率；/>为接收机时钟钟差；/>为卫星钟差；/>为基准站/>对卫星/>载波相位观测的整周模糊度；/>为载波相位的噪声误差；/>为卫星/>到基准站/>接收机的真实几何距离；
卫星到基准站/>接收机的真实几何距离的计算公式为：
；
式中，、/>、/>为卫星坐标；/>、/>、/>为接收机坐标；
假设基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值为：
；
将上式简化为：
；
基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值/>，将两个单差载波相位观测值作差可得双差载波相位观测值：
；
式中，为双差载波相位观测值；/>为双差真实几何距离；/>为双差整周模糊度；
基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差/>为：
；
式中，为基线向量；/>为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差为/>，将一次差/>和/>作差再代入双差载波相位观测值的计算公式得到双差载波相位观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
若颗不同卫星同时被基准站/>和船舶RTK设备/>观测，则/>个单差载波相位观测值产生/>个相互独立的双差载波相位观测方程，/>个双差载波相位观测方程组成如下的矩阵方程组：
；
通过上式求出各个双差整周模糊度，从而解出基线向量/>，获得载波相位修正数据。
一种利用VRS的高精度船舶差分定位***，包括：
基准站网，包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成三角形；
船舶RTK设备，安装在船舶上，用以获取船舶定位数据；
数据处理中心，用于收集基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，并通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
差分定位模块，用于结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据。
一种利用VRS的高精度船舶差分定位设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如上述所述的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法、***及设备中，根据船舶尺度状况安装RTK设备，结合多个基准站形成的基准站网和船舶概略坐标在船舶附近设立虚拟参考站，计算得出虚拟观测值，并基于虚拟观测值，进行RTK差分定位。虚拟参考站技术极大地改善了常规RTK的弊端，与常规RTK相比，利用虚拟参考站进行定位的方法具有覆盖面广、携带便捷、操作简单、定位精度高、可靠性强等优点，解决了船舶在远离基准站情况下差分定位精度不高的问题，可以实现港区的远距离高精度定位，提供稳定的、准确的定位结果。
附图说明
图1是本发明一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法的流程图。
图2是本发明中虚拟参考站构建示意图。
图3是本发明中站星间双差模型的几何示意图。
图4是本发明一种利用VRS的高精度船舶差分定位***的结构框图。
图5是本发明一种利用VRS的高精度船舶差分定位设备的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
参见图1，一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法，包括：
S1、结合基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
本发明使用的RTK设备体积小，内置两块高容量电池（可热切换），且支持多种无线传输方式，包括WiFI、UHF电台等，避免了繁琐的线缆插拔。根据定位测向原理，测量精度与设备之间的距离成正比，接近于线性关系，而基线之间长度越长，姿态测量精度效果越好，因此，为提高测量精度，两台RTK设备安装时需要保持足够的距离（多次实验所得30米距离可保证0.1度航向误差），采用如下安装方案以最大程度减少航向误差；
对于两翼距离大于30米的大型船舶，在船舶驾驶台的两翼部位分别安装船舶RTK设备，即可满足测向精度要求；
对于两翼距离小于等于30米的小型船舶，在船舶驾驶台外部中间位置安装一台船舶RTK设备，在船首或船舶中轴线上安装一台船舶RTK设备。
参见图2，所述基准站网包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成的三角形有以下等式：
；
式中，为基准站数量；/>为基线数；/>为由基线构成的三角形数。
基准站网的构成将直接影响 VRS 技术的作业效率，其中 Delaunay三角网因具有外接圆内不包含其它点、通常情况下选择最短的边、拥有最大的最小内角、三角形是彼此内插、三角形数等于独立三角形限制数、随着载体数的增加被选的边与三角形数是线性地增加等性质，保证了 Delaunay三角网是最接近等角或等边的三角网，被认为是所有三角组网里最出色的，能最大程度地节约成本和提高网络 RTK 解算效率。
参见图2、图3，将距离概略坐标最近的基准站确定为主参考站，通过主参考站与船舶RTK设备之间的双差值整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值。
概略坐标是对船舶大概坐标的估计，可直接通过安装在船舶上的RTK设备定位模型获取；一般情况下，导航定位模块得到的定位结果误差在10m内，概略坐标和船舶距离很近，由此确定虚拟参考站大概建设位置。
针对小型船舶，当纵向布置设备间距大于50米时，受限于WiFi传输距离，需要将设备数据传输方式切换成作用距离更远、穿透力强的UHF电台模式，船舶RTK设备与参考站技术指标如下表：
所述虚拟参考站的生成方法包括：
主参考站与船舶RTK设备之间的双差观测值为：
；
式中，为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为双差算子；
通过差分改正数和非差观测值对双差观测值进行修正：
；
式中，为修正后的双差观测值；/>为双差误差修正数；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；
求得基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值为：
；
根据基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值构建虚拟参考站；上式表示了改正后的非差观测值，为了使传输的数据看起来是来自构建的虚拟参考站所播发出来的，需对数据进行几何上的移动，得出虚拟参考站位置。
所述虚拟参考站载波相位观测值的计算方法包括：
由于船舶的位置时刻在发生变化，信号传播的时间也会随之发生改变，相应的地球自转量也会改变，因此虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的近似值为：
；
式中，为信号发射出去时刻卫星在地固系的位置；/>为虚拟参考站的位置；/>为周期；
根据GNSS伪距观测值列出观测值的原始观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的伪距；/>为基准站/>到卫星/>的几何距离；/>为电离层、对流层误差的综合影响；
对于没有误差改正过的卫星位置，精度达不到厘米级，而伪距的精度是米级与之相近，所以可以用这个距离近似为虚拟参考站位置的伪距，则虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的精确值/>为：
；
则虚拟参考站的几何距离的变化值为：
；
式中，为基准站/>到卫星的几何距离；
设基准站的载波相位观测方程为：
；
式中，为改正以后的非差观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>对卫星载波相位观测的整周模糊度；
由于虚拟参考站是根据基准站求出，所以虚拟参考站的电离层、对流层等误差的综合影响和整周模糊度与基准站相同，因此虚拟参考站的载波相位观测方程为：
；
求得虚拟参考站载波相位观测值为：
。
S2、结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据；
所述载波相位修正数据的计算方法包括：
根据GNSS载波相位观测值列出观测值的原始观测方程为：
；
式中，为卫星/>载波相位观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>到卫星的电离层延时；/>为基准站/>到卫星/>的对流层延时；/>为载波频率；/>为接收机时钟钟差；/>为卫星钟差；/>为基准站/>对卫星/>载波相位观测的整周模糊度；/>为载波相位的噪声误差；/>为卫星/>到基准站/>接收机的真实几何距离；
卫星到基准站/>接收机的真实几何距离的计算公式为：
；
式中，、/>、/>为卫星坐标；/>、/>、/>为接收机坐标；
假设基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值为：
；
式中，下标和/>分别表示基准站和船舶RTK设备，进行单差处理后，变量下标会带有两测站；
通过对同一个卫星进行单差处理后，可以完全实现对卫星钟差的消除，在短基线情况下，由于大气误差的强相关性，还可以基本消除电离层和对流层误差的影响，所以上式可简化为：
；
基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值/>，将两个单差载波相位观测值作差可得双差载波相位观测值：
；
式中，为双差载波相位观测值；/>为双差真实几何距离；/>为双差整周模糊度；
通过双差处理后，可以完全实现对卫星钟差和接收机钟差的消除；
卫星到基准站和船舶RTK设备的距离远大于基准站和船舶RTK设备之间的距离，可将船舶RTK设备到卫星和基准站到卫星的单位观测向量在方向上看作近似相等，则基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差/>为：
；
式中，为基线向量；/>为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差为/>，将一次差/>和/>作差再代入双差载波相位观测值的计算公式得到双差载波相位观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
若颗不同卫星同时被基准站/>和船舶RTK设备/>观测，则/>个单差载波相位观测值产生/>个相互独立的双差载波相位观测方程，/>个双差载波相位观测方程组成如下的矩阵方程组：
；
通过上式求出各个双差整周模糊度，从而解出基线向量/>，获得载波相位修正数据。
船舶差分定位精度会受到船舶RTK设备和基准站之间距离的影响，随着距离的增长，定位精度会逐渐衰减，如果需要获得较高的定位精度，需要在区域内密集地布设基准站，减小基准站和参考站之间的距离，但是投资成本会大大增加。而本发明通过设立虚拟参考站，使虚拟参考站与船舶RTK之间的距离控制在十几米以内，大大提高了船舶RTK差分定位的精度和可靠性。
各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给数据处理中心，根据这些站发来的信息，整体的改正卫星的轨道运行误差、电离层误差、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给船舶RTK设备。这个差分信号的效果相当于在船舶旁边，生成一个虚拟的参考基站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。具有的优势是：它允许服务器应用整个网络的信息来计算电离层和对流层的复杂模型；虚拟参考站***的显著优点就是它的成果的可靠性、信号可利用性和精度水平在***的有效覆盖范围内大致均匀，同离开最近参考站的距离没有明显的相关性。
实施例2：
参见图4，一种利用VRS的高精度船舶差分定位***，包括：
基准站网，包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成三角形有以下等式：
；
式中，为基准站数量；/>为基线数；/>为由基线构成的三角形数；
船舶RTK设备，安装在船舶上，用以获取船舶定位数据；
对于两翼距离大于30米的船舶，在船舶驾驶台的两翼部位分别安装船舶RTK设备；对于两翼距离小于等于30米的船舶，在船舶驾驶台外部中间位置安装一台船舶RTK设备，在船首或船舶中轴线上安装一台船舶RTK设备；
数据处理中心，用于收集基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，并通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
数据处理中心将由多个基准站组成的基准站网的观测数据进行整合，同时接收船舶RTK设备发送的概略坐标，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给用户。依据船舶实时定位坐标，模拟生成一个实际上不存在、距离船舶很近的（一般直接是船舶的单点定位的坐标位置）基准站（观测数据），生成虚拟站观测值。由于虚拟参考站离船舶很近，一般仅相距数米至数十米。故只需采用常规RTK技术就能与虚拟参考站进行实时相对定位，将所得的虚拟参考站位置数据结合船舶定位数据进行差分定位，得到高精度定位坐标。且由于生成的虚拟参考站和船舶RTK之间的距离可以控制在十几米以内，大大提高了船舶RTK差分定位的精度和可靠性。
所述虚拟参考站的生成方法包括：
主参考站与船舶RTK设备之间的双差观测值为：
；
式中，为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为基准站/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备/>和卫星/>的原始载波相位观测值；/>为双差算子；
通过差分改正数和非差观测值对双差观测值进行修正：
；
式中，为修正后的双差观测值；/>为双差误差修正数；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；/>为基准站/>对卫星/>的非差观测值；
求得基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值为：
；
根据基准站对卫星/>、卫星/>的非差观测值构建虚拟参考站；
所述虚拟参考站载波相位观测值的计算方法包括：
虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的近似值为：
；
式中，为信号发射出去时刻卫星在地固系的位置；/>为虚拟参考站的位置；/>为周期；
根据GNSS伪距观测值列出观测值的原始观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的伪距；/>为基准站/>到卫星/>的几何距离；/>为电离层、对流层误差的综合影响；
则虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的精确值为：
；
则虚拟参考站的几何距离的变化值为：
；
式中，为基准站/>到卫星的几何距离；
设基准站的载波相位观测方程为：
；
式中，为改正以后的非差观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>对卫星载波相位观测的整周模糊度；
则虚拟参考站的载波相位观测方程为：
；
求得虚拟参考站载波相位观测值为：
；
差分定位模块，用于结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据；
所述载波相位修正数据的计算方法包括：
根据GNSS载波相位观测值列出观测值的原始观测方程为：
；
式中，为卫星/>载波相位观测值；/>为载波的实际波长；/>为基准站/>到卫星的电离层延时；/>为基准站/>到卫星/>的对流层延时；/>为载波频率；/>为接收机时钟钟差；/>为卫星钟差；/>为基准站/>对卫星/>载波相位观测的整周模糊度；/>为载波相位的噪声误差；/>为卫星/>到基准站/>接收机的真实几何距离；
卫星到基准站/>接收机的真实几何距离的计算公式为：
；
式中，、/>、/>为卫星坐标；/>、/>、/>为接收机坐标；
假设基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值为：
；
将上式简化为：
；
基准站和船舶RTK设备/>同时对卫星/>进行观测，可得单差载波相位观测值/>，将两个单差载波相位观测值作差可得双差载波相位观测值：
；
式中，为双差载波相位观测值；/>为双差真实几何距离；/>为双差整周模糊度；
基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差/>为：
；/>
式中，为基线向量；/>为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
基准站和基准站/>到卫星/>的集合距离的一次差为/>，将一次差/>和/>作差再代入双差载波相位观测值的计算公式得到双差载波相位观测方程：
；
式中，为基准站/>到卫星/>的电离层延时；
若颗不同卫星同时被基准站/>和船舶RTK设备/>观测，则/>个单差载波相位观测值产生/>个相互独立的双差载波相位观测方程，/>个双差载波相位观测方程组成如下的矩阵方程组：
；
通过上式求出各个双差整周模糊度，从而解出基线向量/>，获得载波相位修正数据。
实施例3：
参见图5，一种利用VRS的高精度船舶差分定位设备，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法。
一般来说，用以实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。
计算机可读存储介质例如可以是，但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAn）、只读存储器(ROn)、可擦式可编程只读存储器(EKROn或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROn)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可以以一个或多个程序设计语言或其组合来编写用以执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Snalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Kython语言和基于TensorFlow、KyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意个类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。
上述设备和非临时性计算机可读存储介质，可以参见对多频多GNSS精密单点定位方法及有益效果的具体描述，在此不再赘述。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，应当理解的是，上述实施例是示例性的，不能解释为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法，其特征在于，包括：
结合基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，将距离概略坐标最近的基准站确定为主参考站，通过主参考站与船舶RTK设备之间的双差值整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
对于两翼距离大于30米的船舶，在船舶驾驶台的两翼部位分别安装船舶RTK设备；对于两翼距离小于等于30米的船舶，在船舶驾驶台外部中间位置安装一台船舶RTK设备，在船首或船舶中轴线上安装一台船舶RTK设备；
所述基准站网包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成的三角形有以下等式：
式中，n为基准站数量；l为基线数；m为由基线构成的三角形数；
所述虚拟参考站的生成方法包括：
主参考站与船舶RTK设备之间的双差观测值为：
式中，为基准站r和卫星p的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备i和卫星p的原始载波相位观测值；/>为基准站r和卫星j的原始载波相位观测值；/>为船舶RTK设备i和卫星j的原始载波相位观测值；/>为双差算子；
通过差分改正数和非差观测值对双差观测值进行修正：
式中，为修正后的双差观测值；/>为双差误差修正数；/>为基准站r对卫星p的非差观测值；/>为基准站r对卫星j的非差观测值；
求得基准站r对卫星p、卫星j的非差观测值为：
根据基准站r对卫星p、卫星j的非差观测值构建虚拟参考站；
所述虚拟参考站载波相位观测值的计算方法包括：
虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的近似值为：
式中，xn为信号发射出去时刻卫星在地固系的位置；xk为虚拟参考站的位置；T为周期；
根据GNSS伪距观测值列出观测值的原始观测方程：
式中，为基准站r到卫星p的伪距；/>为基准站r到卫星p的几何距离；δr为电离层、对流层误差的综合影响；
则虚拟参考站到卫星的几何距离随时间变化的精确值rk(t)为：
则虚拟参考站的几何距离的变化值Δr为：
Δr＝rk-rr；
式中，rr为基准站r到卫星的几何距离；
设基准站的载波相位观测方程为：
式中，为改正以后的非差观测值；λ为载波的实际波长；Nr为基准站r对卫星载波相位观测的整周模糊度；
则虚拟参考站的载波相位观测方程为：
求得虚拟参考站载波相位观测值为：
结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据。
2.根据权利要求1所述的一种利用VRS的高精度船舶差分定位方法，其特征在于，所述载波相位修正数据的计算方法包括：
根据GNSS载波相位观测值列出观测值的原始观测方程为：
式中，为卫星p载波相位观测值；λ为载波的实际波长；/>为基准站r到卫星p的电离层延时；/>为基准站r到卫星p的对流层延时；f为载波频率；δtr为接收机时钟钟差；δtp为卫星钟差；/>为基准站r对卫星p载波相位观测的整周模糊度；εφ为载波相位的噪声误差；为卫星p到基准站r接收机的真实几何距离；
卫星p到基准站r接收机的真实几何距离的计算公式为：
式中，xp、yp、zp为卫星坐标；xr、yr、zr为接收机坐标；
假设基准站r和船舶RTK设备i同时对卫星p进行观测，可得单差载波相位观测值为：
将上式简化为：
基准站r和船舶RTK设备i同时对卫星j进行观测，可得单差载波相位观测值将两个单差载波相位观测值作差可得双差载波相位观测值：
式中，为双差载波相位观测值；/>为双差真实几何距离；/>为双差整周模糊度；
基准站r和基准站i到卫星p的集合距离的一次差为：
式中，rri为基线向量；为基准站r到卫星p的电离层延时；
基准站r和基准站i到卫星j的集合距离的一次差为将一次差/>和/>作差再代入双差载波相位观测值的计算公式得到双差载波相位观测方程：
式中，为基准站r到卫星j的电离层延时；
若N颗不同卫星同时被基准站r和船舶RTK设备i观测，则N个单差载波相位观测值产生N-1个相互独立的双差载波相位观测方程，N-1个双差载波相位观测方程组成如下的矩阵方程组：
通过上式求出各个双差整周模糊度从而解出基线向量rri，获得载波相位修正数据。
3.一种利用VRS的高精度船舶差分定位***，其特征在于，该***应用于权利要求1或2所述的方法，***包括：
基准站网，包括至少三个基准站，基准站之间的基线构成三角形；
船舶RTK设备，安装在船舶上，用以获取船舶定位数据；
数据处理中心，用于收集基准站网的原始GNSS数据和船舶RTK设备获得的概略坐标，并通过双差修正，整体改正GNSS的轨道误差以及电离层、对流层和大气折射引起的误差，生成虚拟参考站，求出虚拟参考站载波相位观测值；
差分定位模块，用于结合虚拟参考站载波相位观测值和船舶RTK设备的GNSS观测数据进行RTK差分定位，求取载波相位修正数据进行修正，得到船舶高精度定位数据。
4.一种利用VRS的高精度船舶差分定位设备，其特征在于，
包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序代码，并将所述计算机程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1或2所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的方法。
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