CN111694030A - 一种基于格网虚拟观测值的bds局域差分方法及系统 - Google Patents

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CN111694030A CN202010337603.6A CN202010337603A CN111694030A CN 111694030 A CN111694030 A CN 111694030A CN 202010337603 A CN202010337603 A CN 202010337603A CN 111694030 A CN111694030 A CN 111694030A
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陈冲
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Abstract

本发明公开了一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法及系统，采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；根据用户端发出的坐标确定用户端所在格网；根据用户端所在格网的中心点坐标和用户端高程确定虚拟站点，根据基准站的观测数据获得基准站伪距改正数；通过反距离权重插值法获得虚拟站点的伪距综合改正数；根据虚拟站点的坐标、卫星坐标和虚拟站点的伪距综合改正数计算虚拟站点的伪距观测值；采用RTCM3.2的数据传输格式将伪距观测值和虚拟站点的坐标播发给用户端。本发明采用与用户端高程接近的差分信息数据进行差分定位，提高了定位精度。

Description

一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域，特别是涉及一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法及系统。
背景技术
伪距差分定位是差分全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)定位技术的一种，它是在基准站上利用坐标真值求出观测站至卫星的距离，然后将其与接收机测量的伪距进行对比，求出伪距改正数及其变化率，然后将所有卫星的伪距改正数及其变化率传输到用户站，用户利用此伪距改正数及其变化率改正相应伪距，解算高精度用户站坐标。
常规伪距差分定位中，可以分为使用单一基站进行差分模式(单基站模式)，也可以由多基站构成的网络中，使用多个基站数据共同差分模式(多基准站模式)，同时，根据用户概略位置，可以虚拟出一个距离用户位置很近的参考站提供给用户进行差分定位(虚拟参考站技术)。
其中，单基准站模式：即一个参考站为多个用户提供差分服务。单基站差分存在的主要问题是：其定位精度随着终端与基站距离的增加，定位精度逐渐衰减，尤其在高程方向更为明显，因此由于移动站与基站之间的距离决定着伪距差分定位的精度，即这种伪距差分方式受到距离的限制，所以不适合大区域的高精度定位。
多基准站模式：即根据用户提供的概略位置，从多个基站中选择距离用户最近的基站作为参考站。相对于单基站差分，该方法的作业区域有所扩大。但是在动态定位中，由于流动站位置的变动，流动站与基站距离也随之改变，就有面临着变换基站的问题，当基站距离较远时，两站之间变换时会出现误差跳跃。因此这种方式在高精度定位中存在因参考站变换而导致定位不稳定的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于格网虚拟观测值的中国北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)局域差分方法及系统，通过采用与用户高程接近的差分信息数据进行差分定位，提高了定位精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，所述方法包括：
采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；
确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；
根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程；
根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程；
根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数；
根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；
根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；
采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端；
所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
可选的，所述确定各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站具体包括，将距离各格网中心点预定范围内的卫星导航定位基准站作为各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站。
可选的，其特征在于，所述基准站伪距改正数表示为：
Figure BDA0002467246630000021
Figure BDA0002467246630000022
为基准站Bi与卫星j之间的伪距改正数，
Figure BDA0002467246630000023
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure BDA0002467246630000024
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差，εBi为基准站Bi的残余误差，j表示卫星编号，i表示基准站编号。
可选的，所述根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数具体包括：
基准站Bi内插格网中心点GK所占权重ai的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000031
其中di为基准站Bi与格网中心点GK的距离，bi为di的倒数，b为所有距离倒数值之和，(XGk,YGk,ZGk)为所述虚拟站点的坐标，(XBi,YBi,ZBi)为基准站Bi的坐标；
所述虚拟站点的伪距综合改正数的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000032
其中n表示基准站个数，i<n，其中ai满足
Figure BDA0002467246630000033
可选的，所述虚拟站点的伪距观测值的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000034
Figure BDA0002467246630000035
为所述虚拟站点伪距观测值，(Xj，Yj，Zj)为卫星j的坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure BDA0002467246630000036
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000037
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
本发明还公开了一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，所述系统包括：
覆盖区域划分模块，用于采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；
基准站确定模块，用于确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；
用户端所在格网确定模块，用于根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程；
虚拟站点确定模块，用于根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程；
基准站伪距改正数获取模块，用于根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数；
虚拟站点的伪距综合改正数获取模块，用于根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；
虚拟站点的伪距观测值计算模块，用于根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；
播发模块，用于采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端；
定位模块，用于所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
可选的，所述确定各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站具体包括，将距离各格网中心点预定范围内的卫星导航定位基准站作为各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站。
可选的，所述基准站伪距改正数表示为：
Figure BDA0002467246630000041
Figure BDA0002467246630000042
为基准站Bi与卫星j之间的伪距改正数，
Figure BDA0002467246630000043
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure BDA0002467246630000044
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差，εBi为基准站Bi的残余误差，j表示卫星编号，i表示基准站编号。
可选的，所述根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数具体包括：
基准站Bi内插格网中心点GK所占权重ai的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000051
其中di为基准站Bi与格网中心点GK的距离，bi为di的倒数，b为所有距离倒数值之和，(XGk,YGk,ZGk)为所述虚拟站点的坐标，(XBi,YBi,ZBi)为基准站Bi的坐标；
所述虚拟站点的伪距综合改正数的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000052
其中n表示基准站个数，i<n，其中ai满足
Figure BDA0002467246630000053
可选的，所述虚拟站点的伪距观测值的计算公式为：
Figure BDA0002467246630000054
Figure BDA0002467246630000055
为所述虚拟站点伪距观测值，(Xj，Yj，Zj)为卫星j的坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure BDA0002467246630000056
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000057
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：
本发明采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程；根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数；通过反距离权重插值法获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端；通过用户端平面坐标确定格网的中心坐标，通过格网的中心坐标和用户端高程确定虚拟观测点，从而采用与用户端高程接近的差分信息数据进行差分定位，提高了定位精度。
另外，本发明采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端避免涉密的同时统一差分数据的格式，使差分定位的数据规范化。
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为本发明实施例一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法流程示意图；
图2为本发明实施例一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统结构示意图；
图3为本发明实施例基于格网中心点虚拟观测站的伪距差分定位示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法及系统，通过采用与用户高程接近的差分信息数据进行差分定位，提高了定位精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法：所述方法包括：
步骤101：采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分。
步骤101中，覆盖区域的划分采用单位间隔的经纬度划分成规则的格网。多个卫星导航定位基准站的覆盖区域是指连续运行参考站(Continuously Operating ReferenceStations，CORS)系统的覆盖区域，CORS网所覆盖区域由n个基准站Bi、等间隔经纬线划分的m个规则格网Gk和流动站M组成(1≤i≤n，1≤k≤m)，其中M位于其中一个格网Gq中(1≤q≤m)，流动站为用户端。
步骤102：确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站。
步骤102具体包括，搜索格网中心点周围符合条件(距离格网中心点100km以内)的卫星导航定位基准站用于格网内差分数据的计算。
步骤103：根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程。
步骤103中用户端发出的平面坐标为(经度，维度)。
步骤104：根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程。
步骤105：根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数。
步骤105中具体还包括：基准站εBi通过Internet将伪距观测值传输给数据处理中心。通过卫星与基准站的几何距离与伪距观测值作差，同时剔除接收机钟差，得到基准站的伪距改正数。
基准站的伪距定位观测方程如下所示：
Figure BDA0002467246630000071
式中，
Figure BDA0002467246630000072
为基准站Bi的伪距观测值；
Figure BDA0002467246630000073
为基准站Bi到卫星j的真实卫地距；
Figure BDA0002467246630000074
为基准站Bi的接收机钟差；cδtj为卫星钟差，
Figure BDA0002467246630000075
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure BDA0002467246630000081
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差；
Figure BDA0002467246630000082
基准站Bi的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000083
为基准站Bi的地球自转误差，
Figure BDA0002467246630000084
为基准站Bi的残余误差。
将大气相关误差与残余误差合并作为伪距综合改正数，主要包括对流层误差、电离层误差和残余误差，因此，基准站伪距改正数如下式所示：
Figure BDA0002467246630000085
步骤106：根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；
步骤106具体包括：将基准站计算的伪距综合改正数按照反距离权重插值法进行加权，内插出虚拟站点处伪距综合改正数。模型如下：
Figure BDA0002467246630000086
式中，di、bi分别为各基准站Bi与格网中心点Gk的距离与倒数；b为所有参与格网虚拟站点计算的反距离值之和；ai为Bi基准站内插格网中心点Gk所占权重。由上式可知，ai满足以下条件：
Figure BDA0002467246630000087
可得到虚拟站点的综合伪距改正数
Figure BDA0002467246630000088
为：
Figure BDA0002467246630000089
步骤107：根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；
步骤107具体包括：虚拟伪距观测值计算方法如下：
虚拟站点伪距综合改正数后，利用虚拟站点坐标与卫星坐标可准确求出虚拟站点与卫星的卫地距、卫星钟差、相对论效应、地球自转引起的误差，用户在定位的过程中一般将接收机钟差作为待估参数随位置参数一起估计，所以这里将接收机钟差置零处理。通过迭代计算可以恢复虚拟站点处伪距观测值，如下式所示:
Figure BDA0002467246630000091
式中：
Figure BDA0002467246630000092
为虚拟站点伪距观测值，
Figure BDA0002467246630000093
为虚拟站点坐标；Xj，Yj，Zj为j号卫星坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure BDA0002467246630000094
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000095
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
步骤108：采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端。
在播发阶段，采用广播式播发标准格式播发伪距观测值和虚拟站点的坐标，不受用户终端并发数限制。
步骤109：所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
步骤109具体包括：利用RTCM3.2格式播发伪距虚拟观测值与站点信息的基础上，用户在接收并解码，利用解析出来的观测值进行局域差分定位，流动站与虚拟观测站伪距观测方程为：
Figure BDA0002467246630000096
式中下标u表示用户站(用户端)与v表示虚拟站点(参考站)，
Figure BDA0002467246630000097
表示用户站的伪距观测值，
Figure BDA0002467246630000098
表示用户站到卫星j的真实卫地距离，cδtu表示用户站接收机钟差，cδtj表示卫星钟差，
Figure BDA0002467246630000099
表示用户站的对流层延时误差，
Figure BDA00024672466300000910
表示用户站的电离层误差，εu表示用户站的残余误差，
Figure BDA00024672466300000911
表示虚拟站点的伪距观测值，
Figure BDA00024672466300000912
表示虚拟站点到卫星j的真实卫地距离，cδtr表示虚拟站点接收机钟差，
Figure BDA00024672466300000913
表示虚拟站点的对流层延时误差，
Figure BDA00024672466300000914
表示虚拟站点的电离层误差，εr表示虚拟站点的残余误差。
单差伪距一般表示站间一次差，站间差分可以直接消除卫星钟差的影响，当基线距离较近时对流层与电离层的影响几乎相同，所以电离层与对流程误差也几乎消除。单差伪距观测方程为：
Figure BDA0002467246630000101
式中
Figure BDA0002467246630000102
表示用户站与虚拟站点伪距观测值之差；
Figure BDA0002467246630000103
表示用户与虚拟站点经地球自转修正后的卫地距之差；cδtur表示用户与虚拟站点的接收机钟差之差。
双差伪距表示在单差伪距的基础上进行星间差分，由式可得两颗卫星的单差伪距观测方程为：
Figure BDA0002467246630000104
式中上标j、i表示不同卫星。两式相减消去接收机相关误差得到双差伪距观测方程：
Figure BDA0002467246630000105
利用最小二乘或者卡尔曼滤波进行未知参数(用户站的定位坐标)估计，得出用户站的定位结果。
本发明提供一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法及系统，通过采用与用户高程接近的差分信息数据进行差分定位，实现分米级BDS差分定位，提高了定位精度。而且，待定位用户端附近的用户可以公用此差分数据，服务器压力恒定，适用于大量用户接入，为大量级分米级GNSS差分定位服务提供算法依据。
另外，目前，无论是单基准站模式还是多基准站模式普遍采用的都是RTCM2.3差分数据格式向用户提供服务，RTCM2.3未对BDS进行定义，即不支持BDS差分格式，导致BDS无法提供差分服务。但是若采用RTCM3.2格式向用户提供服务，需向用户播发卫星导航定位基准站的坐标，但根据国家测绘成果管理规定，该成果涉密，不能向用户播发，因此现用服务模式仍然不能向用户提供服务。此外，用户所处位置不一样若采用统一的差分数据，会对用户的定位精度带来不利影响。因此，本发明采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端能够避免涉密问题，同时用户端统一差分数据的格式，使用户端差分数据规范化，提高了用户端的定位精度。
如图2所示，本发明还公开了一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，所述系统包括：覆盖区域划分模块201、基准站确定模块202、用户端所在格网确定模块203、虚拟站点确定模块204、基准站伪距改正数获取模块205、虚拟站点的伪距综合改正数获取模块206、虚拟站点的伪距观测值计算模块207、播发模块208和定位模块209。
覆盖区域划分模块201，用于采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分。
覆盖区域划分模块201中具体还包括，覆盖区域的划分采用单位间隔的经纬度划分成规则的格网。多个卫星导航定位基准站的覆盖区域是指连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations，CORS)系统的覆盖区域，CORS网所覆盖区域由n个基准站Bi、等间隔经纬线划分的m个规则格网Gk和流动站M组成(1≤i≤n，1≤k≤m)，其中M位于其中一个格网Gq中(1≤q≤m)，流动站为用户端。其中，导航卫星包括地球静止轨道卫星(The geostationary orbit，GEO)、倾斜地球同步轨道卫星(InclinedGeoSynchronous Orbit，IGSO)和中圆地球轨道卫星(Middle earth orbit，MEO)三类卫星，如图3所示，图3包括三个基准站B1、B2和B3，格网中心G0，流动站M。
基准站确定模块202，用于确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站。
基准站确定模块202具体包括，将距离各格网中心点预定范围内的卫星导航定位基准站作为各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站。
用户端所在格网确定模块203，用于根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程。
虚拟站点确定模块204，用于根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程。
基准站伪距改正数获取模块205，用于根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数。
基准站伪距改正数获取模块205中具体还包括：基准站εBi通过Internet将伪距观测值传输给数据处理中心。
通过卫星与基准站的几何距离与伪距观测值作差，同时剔除接收机钟差，得到基准站的伪距改正数。
基准站的伪距定位观测方程如下所示：
Figure BDA0002467246630000121
式中，
Figure BDA0002467246630000122
为基准站Bi的伪距观测值；
Figure BDA0002467246630000123
为基准站Bi到卫星j的真实卫地距；
Figure BDA0002467246630000124
为基准站Bi的接收机钟差；cδtj为卫星钟差，
Figure BDA0002467246630000125
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure BDA0002467246630000126
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差；
Figure BDA0002467246630000127
基准站Bi的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000128
为基准站Bi的地球自转误差，
Figure BDA0002467246630000129
为基准站Bi的残余误差。
将大气相关误差与残余误差合并作为伪距综合改正数，主要包括对流层误差、电离层误差和残余误差，因此，基准站伪距改正数如下式所示：
Figure BDA00024672466300001210
虚拟站点的伪距综合改正数获取模块206，用于根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数。
虚拟站点的伪距综合改正数获取模块206具体包括：将基准站计算的伪距综合改正数按照反距离权重插值法进行加权，内插出虚拟站点处伪距综合改正数。模型如下：
Figure BDA0002467246630000131
式中，di、bi分别为各基准站Bi与格网中心点Gk的距离与倒数；b为所有参与格网虚拟站点计算的反距离值之和；ai为Bi基准站内插格网中心点Gk所占权重。由上式可知，ai满足以下条件：
Figure BDA0002467246630000132
可得到虚拟站点的综合伪距改正数
Figure BDA0002467246630000133
为：
Figure BDA0002467246630000134
虚拟站点的伪距观测值计算模块207，用于根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值。
虚拟站点的伪距观测值计算模块207具体包括：虚拟伪距观测值计算方法如下：
虚拟站点伪距综合改正数后，利用虚拟站点坐标与卫星坐标可准确求出虚拟站点与卫星的卫地距、卫星钟差、相对论效应、地球自转引起的误差，用户在定位的过程中一般将接收机钟差作为待估参数随位置参数一起估计，所以这里将接收机钟差置零处理。通过迭代计算可以恢复虚拟站点处伪距观测值，如下式所示:
Figure BDA0002467246630000135
式中：
Figure BDA0002467246630000136
为虚拟站点伪距观测值，
Figure BDA0002467246630000137
为虚拟站点坐标；Xj，Yj，Zj为j号卫星坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure BDA0002467246630000138
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure BDA0002467246630000139
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
播发模块208，用于采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端。
定位模块209，用于所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
定位模块209具体包括：利用RTCM3.2格式播发伪距虚拟观测值与站点信息的基础上，用户在接收并解码，利用解析出来的观测值进行局域差分定位，流动站与虚拟观测站伪距观测方程为：
Figure BDA0002467246630000141
式中下标u表示用户站(用户端)与v表示虚拟站点(参考站)，
Figure BDA0002467246630000142
表示用户站的伪距观测值，
Figure BDA00024672466300001414
表示用户站到卫星j的真实卫地距离，cδtu表示用户站接收机钟差，cδtj表示用户站的卫星钟差，
Figure BDA0002467246630000143
表示用户站的对流层延时误差，
Figure BDA0002467246630000144
表示用户站的电离层误差，εu表示用户站的残余误差，
Figure BDA0002467246630000145
表示虚拟站点的伪距观测值，
Figure BDA0002467246630000146
表示虚拟站点到卫星j的真实卫地距离，cδtr表示虚拟站点接收机钟差，
Figure BDA0002467246630000147
表示虚拟站点的对流层延时误差，
Figure BDA0002467246630000148
表示虚拟站点的电离层误差，εr表示虚拟站点的残余误差。
单差伪距一般表示站间一次差，站间差分可以直接消除卫星钟差的影响，当基线距离较近时对流层与电离层的影响几乎相同，所以电离层与对流程误差也几乎消除。单差伪距观测方程为：
Figure BDA0002467246630000149
式中
Figure BDA00024672466300001410
表示用户站与虚拟站点伪距观测值之差；
Figure BDA00024672466300001411
表示用户与虚拟站点经地球自转修正后的卫地距之差；cδtur表示用户与虚拟站点的接收机钟差之差。
双差伪距表示在单差伪距的基础上进行星间差分，由式可得两颗卫星的单差伪距观测方程为：
Figure BDA00024672466300001412
式中上标j、i表示不同卫星。两式相减消去接收机相关误差得到双差伪距观测方程：
Figure BDA00024672466300001413
利用最小二乘或者卡尔曼滤波进行未知参数(用户站的定位坐标)估计，得出用户站的定位结果。
在本发明提供一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，通过采用与用户高程接近的差分信息数据进行差分定位，实现分米级BDS差分定位，提高了定位精度。其中将CORS网所覆盖区域通过一定方法(例如单位间隔的经纬线)划分成规则的格网，CORS网中的各基准站首先通过Internet将伪距观测值传输给数据处理中心，数据处理中心利用与距离相关的内插模型融合各真实基准站的伪距改正数，得到各格网中心点的伪距改正数，然后转换为虚拟伪距改正数，最后将各格网中心点坐标与相应的虚拟伪距观测值编码生成RTCM3.2格式数据，流动站通过Internet/GPRS无线通讯网络获取该改正数，利用单点定位确定粗略位置，判断在哪个格网内并利用其格网中心点上的伪距改正数，实现差分定位。该系统将伪距差分改正信息通过格网进行划分，以广播形式进行播发，用户根据自身概略位置判断处于哪个格网之内，选择需要的改正数信息进行伪距差分改正。由于所有格网内地形相似的的用户都是采用一个差分信息数据，且需要哪个改正数信息在用户端进行判断，服务器仅需广播改正数即可，减少了服务器压力，不受终端用户数量限制，解决了用户并发上线的问题，为大量级分米级BDS差分定位服务提供算法依据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，其特征在于，所述方法包括：
采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；
确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；
根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程；
根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程；
根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数；
根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；
根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；
采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端；
所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
2.根据权利要求1所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，其特征在于，所述确定各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站具体包括，将距离各格网中心点预定范围内的卫星导航定位基准站作为各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站。
3.根据权利要求1所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，其特征在于，所述基准站伪距改正数表示为：
Figure FDA0002467246620000011
Figure FDA0002467246620000012
为基准站Bi与卫星j之间的伪距改正数，
Figure FDA0002467246620000013
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure FDA0002467246620000014
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差，
Figure FDA0002467246620000015
为基准站Bi的残余误差，j表示卫星编号，i表示基准站编号。
4.根据权利要求3所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，其特征在于，所述根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数具体包括：
基准站Bi内插格网中心点GK所占权重ai的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000021
其中di为基准站Bi与格网中心点GK的距离，bi为di的倒数，b为所有距离倒数值之和，
Figure FDA0002467246620000022
为所述虚拟站点的坐标，
Figure FDA0002467246620000023
为基准站Bi的坐标；
所述虚拟站点的伪距综合改正数的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000024
其中n表示基准站个数，i<n，其中ai满足
Figure FDA0002467246620000025
5.根据权利要求4所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分方法，其特征在于，所述虚拟站点的伪距观测值的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000026
Figure FDA0002467246620000027
为所述虚拟站点伪距观测值，(Xj，Yj，Zj)为卫星j的坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure FDA0002467246620000028
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure FDA0002467246620000029
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
6.一种基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，其特征在于，所述系统包括：
覆盖区域划分模块，用于采用等间隔格网对多个卫星导航定位基准站的覆盖区域进行划分；
基准站确定模块，用于确定各格网用于差分计算的卫星导航定位基准站；
用户端所在格网确定模块，用于根据用户端发出的坐标确定所述用户端所在格网，所述用户端发出的坐标包括平面坐标和高程；
虚拟站点确定模块，用于根据所述用户端所在格网的中心点坐标和所述用户端高程确定虚拟站点，所述虚拟站点的平面坐标为所述用户端所在格网的中心点坐标，所述虚拟站点高程为所述用户端高程；
基准站伪距改正数获取模块，用于根据所述基准站从北斗导航卫星获取的观测数据获得所述基准站伪距改正数；
虚拟站点的伪距综合改正数获取模块，用于根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数；
虚拟站点的伪距观测值计算模块，用于根据所述虚拟站点的坐标、卫星坐标和所述虚拟站点的伪距综合改正数计算所述虚拟站点的伪距观测值；
播发模块，用于采用RTCM3.2的数据传输格式将所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标播发给所述用户端；
定位模块，用于所述用户端根据接收的所述伪距观测值和所述虚拟站点的坐标对所述用户端进行差分定位。
7.根据权利要求6所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，其特征在于，所述确定各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站具体包括，将距离各格网中心点预定范围内的卫星导航定位基准站作为各格网进行差分计算的卫星导航定位基准站。
8.根据权利要求6所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，其特征在于，所述基准站伪距改正数表示为：
Figure FDA0002467246620000031
Figure FDA0002467246620000032
为基准站Bi与卫星j之间的伪距改正数，
Figure FDA0002467246620000033
为基准站Bi与卫星j之间的对流层延迟误差，
Figure FDA0002467246620000041
为基准站Bi与卫星j之间的电离层延迟误差，
Figure FDA0002467246620000042
为基准站Bi的残余误差，j表示卫星编号，i表示基准站编号。
9.根据权利要求8所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，其特征在于，所述根据所述虚拟站点坐标和所述基准站坐标，将所述基准站伪距改正数按照反距离权重插值法进行加权、内插获得所述虚拟站点的伪距综合改正数具体包括：
基准站Bi内插格网中心点GK所占权重ai的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000043
其中di为基准站Bi与格网中心点GK的距离，bi为di的倒数，b为所有距离倒数值之和，
Figure FDA0002467246620000044
为所述虚拟站点的坐标，
Figure FDA0002467246620000045
为基准站Bi的坐标；
所述虚拟站点的伪距综合改正数的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000046
其中n表示基准站个数，i<n，其中ai满足
Figure FDA0002467246620000047
10.根据权利要求9所述的基于格网虚拟观测值的BDS局域差分系统，其特征在于，所述虚拟站点的伪距观测值的计算公式为：
Figure FDA0002467246620000048
Figure FDA0002467246620000049
为所述虚拟站点伪距观测值，(Xj，Yj，Zj)为卫星j的坐标；ctj为卫星群延时间参数修正后的卫星钟差；
Figure FDA00024672466200000410
为所述格网中心Gk位置与卫星j的相对论效应误差，
Figure FDA00024672466200000411
为所述格网中心Gk位置与卫星j的地球自转误差。
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