CN116859423B - Gnss观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备，所述方法包括确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星；观测站对通过任意两个观测站组成；基于同步观测卫星确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；根据同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。本发明通过得到独立基线选择基准为两个观测站之间不同观测次数与基线长度的比值，表示每单位距离观察到的卫星数量，本申请技术方案通过只寻找最大观测值或最短基线来克服基线精度下降的问题，提高了独立基线定位精度且计算步骤简便。

Description

GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备。
背景技术
全球GNSS观测网解算在大地测量中具有重要作用，特别是大地测量参数估计、高精度产品生成、基准点维护和地球动力学应用。双差（Double-Differenced，DD）模型被广泛应用到各种GNSS数据处理软件，如Bernese、GAIMIT/GLOBK。为了在保证GNSS网解的整体定位精度的同时减少计算量，测站间的独立基线选取用于调整基线网。其中，独立基线是指在GNSS网络中任何两个测站之间只有一条路径，并能够将所有测站连接。N台GNSS 接收机同步观测所解算的基线中，总共存在n * (n + 1) / 2条基线，其中只有(n-1)条是线性无关的独立基线，独立基线选择的目的是优化基线网的结构以提高解算的整体精度。
相关技术中，独立基线选取是GNSS观测网解算的前提条件，独立基线选取方法有两种，即观测最大值（OBS-MAX）和最短路径（SHORTEST）。SHORTEST方法是选取（n-1）独立基线的总长度最短确定基线选取。当测站间的距离越短，同步观测卫星的数量就越多，因此，可以获得冗余的DD观测值便于后期的网平差。较短的基线有助于更好地消除或减小相邻测站的对流层和电离层延迟误差。SHORTEST的本质是通过增加同步观测卫星的数量来提高定位精度，但是SHORTEST只追求短基线，可能引入同步观测卫星较少的低精度基线；而最大观测方法（OBS-MAX）是使用测站间能观察到的最大同步观测卫星数量作为标准。但是OBS-MAX只追求更多的同步观测卫星，有可能引入对流层和电离层误差差异较大的长基线。因此，提出了一种能在SHORTEST和OBS-MAX之间设置权重（WEIGHT）的方案。WEIGHT方法比SHORTEST和OBS-MAX方法具有更高的定位精度。但是如何设置权重缺乏理论支持，只能通过经验确定。例如，分别基于这两种方法的最优基线解的后验精度来确定权重；在先验的基础上，除了OBS-MAX作为选项之外，Bernese软件还可以使用SHORTEST的30%的权重。而设置经验权重或者利用基于后验精度的权重会对独立基线选取带来超计算负荷。
综上所述，现有的独立基线选择方法存在定位精度不足以及计算繁琐的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备，以解决现有技术中独立基线选取存在定位精度不足以及计算繁琐的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法，包括：
确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目；所述观测站对由任意两个观测站组成；
基于所述同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
进一步的，所述确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数量，包括：
获取所有观测站的历史观测数据；
根据所述历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星。
进一步的，所述同步观测矩阵为
其中，M obs为同步观测矩阵，同步观测矩阵中的每个元素表示每个观测站对对观测卫星的同步观测次数。
进一步的，所述距离矩阵为
其中，M sho为距离矩阵，距离矩阵中的每个元素表示每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离。
进一步的，所述根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准，包括：
分别对所述同步观测矩阵和所述距离矩阵进行归一化处理；
利用归一化处理后的同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
进一步的，采用以下方式确定独立基线选择基准，
。
进一步的，还包括：
根据独立基线选择基准选择独立基线，并通过所述独立基线调整GNSS基线网结构；
其中，所述独立基线选择基准以观测总次数最大化为目标。
本申请实施例提供一种GNSS观测网解算中独立基线的确定装置，包括：
确定模块，用于确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星；所述观测站对通过任意两个观测站组成；
构建模块，用于基于所述同步观测卫星确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
选择模块，用于根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
本申请实施例提供一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项GNSS观测网解算中独立基线的确定方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述任一项GNSS观测网解算中独立基线的确定方法的步骤。
本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
本发明提供一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备，通过观测站的历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目，然后，基于同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵，根据同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。本申请以两个观测站之间不同观测次数与基线长度的比值作为独立基线选择的标准，也就是通过每单位距离观察到的卫星数量，寻找最大观测值或最短基线来提高基线精度，同时考虑了较短的路径和更多的同步观测卫星。弥补了SHORTEST和OBS-MAX的不足，并且不需要经验加权。还可用于各种类型的全球GNSS网解，计算方式简单便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明GNSS观测网解算中独立基线的确定方法的步骤示意图；
图2为本发明GNSS观测网解算中独立基线的确定方法的流程示意图；
图3为本发明GNSS观测网解算中独立基线的确定装置的结构示意图；
图4为本发明GNSS观测网解算中独立基线的确定方法涉及的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法。
如图1所示，本申请实施例中提供的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法，包括：
S101，确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目；所述观测站对由任意两个观测站组成；
一些实施例中，所述确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数量，包括：
获取所有观测站的历史观测数据；
根据所述历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星。
具体的，通过获取所有观测站的所有观测文件，也就获得了历史观测数据，通过观测数据检索任意两个观测站之间每个历元的同步观测卫星数目，需要说明的是，重复的同步观测卫星均记录在内。
S102，基于所述同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
具体的，根据一天中的历元数即可计算一天中每个观测站对的同步观测次数。例如，两个观测站之间每个历元的同步观测卫星数目为6，一天中的历元数为1200，则同步观测次数为6*1200=7200次。其中，7200次中包括重复的观测卫星数目，例如卫星M观测到6次，即为6次。
一些实施例中，所述同步观测矩阵为
其中，M obs为同步观测矩阵，同步观测矩阵中的每个元素表示每个观测站对对观测卫星的同步观测次数。
一些实施例中，所述距离矩阵为
其中，M sho为距离矩阵，距离矩阵中的每个元素表示每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离。
S103，根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
一些实施例中，所述根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准，包括：
分别对所述同步观测矩阵和所述距离矩阵进行归一化处理；
利用归一化处理后的同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
具体的，本申请中的同步观测矩阵中元素的单位为次数，距离矩阵中元素的单位为米，因此，本申请中首先对同步观测矩阵和距离矩阵进行归一化处理，然后采用以下方式确定独立基线选择基准，
。
通过同步观测矩阵和距离矩阵的比值，寻找让整体观测卫星的次数密度之和达到最大值的方案，即实现矩阵M den中的元素m den之和最大。
一些实施例中，本申请提供的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法，还包括：
根据独立基线选择基准选择独立基线，并通过所述独立基线调整GNSS基线网结构；
其中，所述独立基线选择基准以观测总次数最大化为目标。
具体的，本申请在得到独立基线选择基准选择独立基线后，再通过独立基线的具***置调整GNSS基线网结构。
GNSS观测网解算中独立基线的确定方法的工作原理为：参见图2，首先通过观测站的历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目，然后，基于同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵，根据同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。本申请以两个观测站之间不同观测次数与基线长度的比值作为独立基线选择的标准，也就是通过每单位距离观察到的卫星数量，寻找最大观测值或最短基线来提高基线精度，同时考虑了较短的路径和更多的同步观测卫星。弥补了SHORTEST和OBS-MAX的不足，并且不需要经验加权。还可用于各种类型的全球GNSS网解，计算方式简单便捷。
如图3所示，本申请实施例提供一种GNSS观测网解算中独立基线的确定装置，包括：
确定模块201，用于确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星；所述观测站对通过任意两个观测站组成；
构建模块202，用于基于所述同步观测卫星确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
选择模块203，用于根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
本申请提供的GNSS观测网解算中独立基线的确定装置的工作原理为，确定模块201确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星；所述观测站对通过任意两个观测站组成；构建模块202基于所述同步观测卫星确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；选择模块203根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
本申请提供一种计算机设备，包括：存储器1和处理器2，还可以包括网络接口3，所述存储器存储有计算机程序，存储器可以包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器（RAM）和/或非易失性内存等形式，如只读存储器（ROM）或闪存（flash RAM）。该计算机设备存储有操作***4，存储器是计算机可读介质的示例。所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行GNSS观测网解算中独立基线的确定方法，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图4所示的计算机设备上运行。
一些实施例中，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行以下步骤：确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目；所述观测站对由任意两个观测站组成；基于所述同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
本申请还提供一种计算机存储介质，计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
一些实施例中，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目；所述观测站对由任意两个观测站组成；基于所述同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
综上所述，本发明提供一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法、装置及设备，方法包括通过观测站的历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目，然后，基于同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵，根据同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。本申请以两个观测站之间不同观测次数与基线长度的比值作为独立基线选择的标准，也就是通过每单位距离观察到的卫星数量，寻找最大观测值或最短基线来提高基线精度，同时考虑了较短的路径和更多的同步观测卫星。弥补了SHORTEST和OBS-MAX的不足，并且不需要经验加权。还可用于各种类型的全球GNSS网解，计算方式简单便捷。
可以理解的是，上述提供的方法实施例与上述的装置实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种GNSS观测网解算中独立基线的确定方法，其特征在于，包括：
确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数目；所述观测站对由任意两个观测站组成；
基于所述同步观测卫星数目确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准；
所述同步观测矩阵为
其中，M obs为同步观测矩阵，同步观测矩阵中的每个元素表示每个观测站对对观测卫星的同步观测次数；
所述距离矩阵为
其中，M sho为距离矩阵，距离矩阵中的每个元素表示每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离；
所述根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准，包括：
分别对所述同步观测矩阵和所述距离矩阵进行归一化处理；
利用归一化处理后的同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星数量，包括：
获取所有观测站的历史观测数据；
根据所述历史观测数据确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下方式确定独立基线选择基准，
。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据独立基线选择基准选择独立基线，并通过所述独立基线调整GNSS基线网结构；
其中，所述独立基线选择基准以观测总次数最大化为目标。
5.一种GNSS观测网解算中独立基线的确定装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于确定所有观测站对之间每个历元的同步观测卫星；所述观测站对通过任意两个观测站组成；
构建模块，用于基于所述同步观测卫星确定一天中每个观测站对的同步观测次数并构建同步观测矩阵，以及根据每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离构建距离矩阵；
选择模块，用于根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准；
所述同步观测矩阵为
其中，M obs为同步观测矩阵，同步观测矩阵中的每个元素表示每个观测站对对观测卫星的同步观测次数；
所述距离矩阵为
其中，M sho为距离矩阵，距离矩阵中的每个元素表示每个观测站对的两个观测站之间的坐标距离；
所述根据所述同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准，包括：
分别对所述同步观测矩阵和所述距离矩阵进行归一化处理；
利用归一化处理后的同步观测矩阵和距离矩阵，确定独立基线选择基准。
6.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至4中任一项所述的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法。
7.一种计算机存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至4中任一项所述的GNSS观测网解算中独立基线的确定方法。
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