CN101295014A - 基于gnss的远距离高精度实时/快速定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GNSS卫星的定位导航系统及方法，其中方法包括在定位区域或周边建立稀疏连续运行卫星定位基准站网，基准站进行连续高采样率观测，将观测数据通过通信链路传输到系统中心；然后系统中心通过对基准站网提供的数据进行处理，可得高精度实时相关系统误差改正信息；最后根据基准站网的相关误差内插/外推用户的相关系统误差，并进行相关改正和处理，得到用户的准确三维坐标。本发明具有定位精度高、覆盖范围广、使用方便等优点，适合特殊情况下的高精度实时/快速定位应用。

Description

基于GNSS的远距离高精度实时/快速定位方法和系统

技术领域

本发明涉及利用卫星进行导航定位的技术领域，尤其涉及一种利用全球导航卫星系统实现远距离高精度的实时/快速定位方法与系统。

背景技术

全球卫星定位技术是一种利用全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite Systems，GNSS)进行的高科技现代定位方法，具有全球性、全天候、连续、精确和实时的导航、定位、授时的功能，为军事、交通、测绘、水利、建设、农林、旅游、资源调查和环境监测等部门或行业带来极大方便。全球导航卫星系统是由多个相互兼容的全球定位导航系统组成的全球联合定位导航系统。我国用户目前或未来几年可以使用的卫星定位系统主要包括美国的GPS(Global Positioning System，即全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System，即全球导航卫星系统)、欧洲的Galileo(即伽利略卫星导航系统)以及我国的北斗卫星导航定位系统等。

不同卫星定位系统间的兼容具有使可用卫星资源成倍增加的巨大优势，已成为未来全球卫星定位系统发展的方向。在所述GNSS卫星导航系统中，目前已经成熟并大规模广泛应用的主要是GPS系统，其它系统与其类似，只是分属于不同国家或地区，因此下面以GPS为例进行说明。GPS定位的基本原理是距离交会，从原理上来说，只要知道了待定点与三颗卫星之间的距离以及这三颗卫星的位置，便可以交会出该点的三维坐标。待定点与卫星间的距离是通过光速乘以信号从卫星传播到接收机的时间得到的，在这个过程中，会受到接收机钟差、卫星钟差、卫星轨道误差、电离层和对流层折射误差、多路径效应等多种系统误差的影响或干扰，其中影响最大的就是接收机的钟差，通常的解决方法是将其作为未知数，同待定点的三维坐标一起解算。因此，若忽略(或消弱)其它系统误差，只需同时观测四颗GPS卫星，便可解算出用户位置和用户钟差。这种方法称为绝对定位或单点定位。

但由于上述其它系统误差的影响，这种绝对定位精度较差，目前一般为10米左右。为了克服上述其它系统误差造成的影响，通常采用差分方法，即在待定点周围建一个位置已知的基准点(一般称为基准站或参考站)，与待定点同时观测，由于基准站的坐标已知，便可估算出系统误差的大小，又因为待定点与基准站同时观测且相距较近(常规差分方法一般相距15公里以内)，所以近似认为二者的相关系统误差是相同的，通过这种方法可得到待定点相对于基准站的精确位置。因此差分方法属于相对定位。

GPS有两种最主要的观测量，一种是伪距，一种是载波相位。二者各有优缺点：伪距具有处理简单的优点，但观测精度较低，一般为米级；载波相位具有精度高的优点，一般为毫米级，但处理复杂，因为含有模糊度问题。以载波相位观测量为主要观测量，同时解算待定点坐标和模糊度的实时差分方法称为RTK(Real-Time Kinematic)。由于RTK技术具有定位快，精度高的优点，因此发展较快，应用也较广。

目前的RTK技术可分为两种：一种是单站RTK(或称为常规RTK)，另一种是多站RTK(或称为网络RTK)。常规RTK是二十世纪九十年代初出现并很快成熟和广泛应用的相对定位技术，它是以一个基准站数据估算待定点处的相关系统误差，因此待定点距离基准站的距离不能过远，一般为15公里以内；网络RTK技术是在常规RTK技术的基础上，于2000年左右开始出现的相对定位技术，它是在一个区域建立多个基准站(通称基准站网)，利用基准站网的观测数据估算基准站网内及其周边的待定点处的相关系统误差，因此具有作用范围广的优点。

由于网络RTK与常规RTK相比具有作用范围广、定位精度和可靠性高，并可提供多种服务的优点，因此自出现到目前一直是快速高精度定位的研究热点。我国已有多个城市或地区建立了基于网络RTK技术的GPS定位综合服务系统，如深圳、北京、江苏、昆明、武汉等，它们的基准站距离一般不超过50公里，可在基准网内和周边几十公里范围内为用户提供厘米级的实时定位。

对于远距离的差分定位技术，除了目前正在迅速发展的网络RTK外，我国有的部门还在使用单站差分技术，如交通部海事局建立的中国沿海RBN-DGPS系统，其单站有效作用距离为海上300公里，在系统服务范围之内，亚米级接收机(如型号为MX9 400N的接收机)利用该系统播发的差分信号进行GPS定位，实时定位精度优于5米(95％的置信度)。

这两种远距离差分技术各有优缺点：前一种以载波相位为主要观测量，实时定位精度厘米级，但处理较复杂，需处理模糊度问题，且用户不能离基准站网过远(目前约30公里)，主要应用于陆地；后一种以伪距为主要观测量，处理较简单，有效作用范围大，但实时定位精度不是很高，通常精度为5米左右，主要应用于海洋。

然而对远离海岸300～400公里的海洋区域或者沙漠腹地区域如何进行高精度的实时/快速卫星定位呢？例如对于上述地区进行1∶5000和1∶10000、甚至更大比例尺的航空摄影测图。这种情况下，即使在沿海/岛屿或者沙漠边缘上建立基准站，但由于作业区域距离基准站网较远，也难以实现远距离的精确快速定位。

进一步地，随着其它GNSS卫星导航系统的发展，如何在其它卫星导航系统下，以及适应多种GNSS卫星联合进行远距离卫星定位/导航都是需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于GNSS的远距离高精度实时/快速定位方法和系统，用于解决现有技术中网络RTK以及单站差分技术无法同时满足高精度与远距离定位的问题，实现远距离高精度快速定位。

为实现上述技术目的，本发明提供一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位系统，该系统包括：GNSS卫星、基准站网、系统中心、系统用户终端和通信链路组成，其中：

GNSS卫星，用于向系统用户终端和基准站网中的基准站发送定位信息，所述定位信息包括伪距信息及星座信息；

所述基准站网，包括至少3个基准站，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心；

系统中心，用于接收基准站网的基准站的定位信息，并根据其中的伪距信息以及基准站的实际位置数据获得基准站网的相关系统误差；根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差；用于接收用户终端的定位信息，根据其中的伪距信息以及用户终端的相关系统误差获得用户终端的准确位置信息；

用户终端，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心，从系统中心接收用户终端的准确位置信息。

进一步地，所述定位信息进一步包括载波相位。

进一步地，所述系统中心，根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程、或单差伪距观测方程、或双差伪距观测方程得到，所得相关系统误差分别为非差相关系统误差、或单差相关系统误差、或双差相关系统误差，所述相关系统误差包括频率相关误差和频率无关误差。

进一步地，所述系统中心根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差时，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

进一步地，所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；所述系统中心利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

进一步地，若用户采用双差定位模式，则系统中心根据所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

进一步地，所述系统中心进一步还利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

本发明还提供另一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位系统，包括：GNSS卫星、基准站网、系统中心、系统用户终端和通信链路组成，其中：

GNSS卫星，用于向系统用户终端和基准站网中的基准站发送定位信息，所述定位信息包括伪距信息及星座信息；

所述基准站网，包括至少3个基准站，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心；

系统中心，用于接收基准站网的基准站的定位信息，并根据其中的伪距信息以及基准站的实际位置数据获得基准站网的相关系统误差，将所述基准站网的相关系统误差发送给用户终端；

用户终端，用于接收GNSS系统定位信息及所述基准站网的相关系统误差，根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差；用于根据用户终端的定位信息中的伪距信息以及用户终端的相关系统误差获得用户终端的准确位置信息。

进一步地，所述定位信息进一步包括载波相位。

进一步地，所述系统中心，根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程、或单差伪距观测方程、或双差伪距观测方程得到，所得相关系统误差分别为非差相关系统误差、或单差相关系统误差、或双差相关系统误差，所述相关系统误差包括频率相关误差和频率无关误差。

进一步地，所述用户终端，根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差时，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

进一步地，所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；所述用户终端利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

进一步地，若用户采用双差定位模式，则所述用户终端根据所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

进一步地，所述系统中心和用户终端进一步还用于利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

本发明还提供一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位方法，包括如下步骤：

A、由系统用户终端和基准站网的基准站接收GNSS卫星的定位信息，所述定位信息包括伪距和卫星星历；

B、根据基准站网的定位信息中的伪距，利用基准站网中基准站的实际位置信息，从伪距中获得基准站网的相关系统误差；

C、根据所述基准站网的相关系统误差利用内插/外推算法估算得到用户处的相关系统误差；

D、根据用户终端的定位信息中的伪距，利用所述用户处的相关系统误差，从伪距中获得所述用户终端的实际位置信息。

进一步地，所述定位信息进一步还包括载波相位。

进一步地，步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程得到，对每一基准站的每一频率建立非差伪距观测方程如下：

$L1:\mathrm{\ρ}1=R+\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}1---\left(1\right)$

$L2:\mathrm{\ρ}2=R+\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}2---\left(2\right)$

其中，ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

进一步地，步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用单差伪距观测方程得到，在所有观测卫星中选择一颗参考卫星p，并与另外一颗卫星q的非差伪距观测方程之间求差，对每一基准站的每一频率建立单差伪距观测方程如下：

$L1:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}^{\mathrm{pq}}---\left(3\right)$

$L2:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}^{\mathrm{pq}}---\left(4\right)$

其中，Δ(^*)^pq为单差运算符，有Δ(^*)^pq＝(^*)^p-(^*)^q，ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

进一步地，步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用双差伪距观测方程得到，在所有观测卫星中选择一颗参考卫星p，并与另外一颗卫星q的非差伪距观测方程之间求差，对每一基准站的每一频率建立单差伪距观测方程，若在所有基准站中选择一个参考基准站i，并与另外一个基准站j的单差伪距观测方程进一步求差，得到如下的双差伪距观测方程：

$L1:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(5\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(6\right)$

其中，

为双差运算符， $\▿\mathrm{\Δ}{(*)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}={(*)}_i^p-{(*)}_i^q-{(*)}_j^p+{(*)}_j^q,$ ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

进一步地，步骤C中，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

进一步地，步骤C中，所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

进一步地，步骤D中，若用户采用双差定位模式，则根据步骤C中所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

进一步地，若用户初值取的不够准确时，进一步对步骤D进行迭代运算。

进一步地，步骤D中，若用户采用非差定位模式，则根据步骤C中所得用户非差相关系统误差，利用所述非差观测方程进行改正，获得精确三维位置；

若用户采用单差定位模式，则根据步骤C中所得用户单差或非差相关系统误差，利用所述单差观测方程进行改正，获得精确三维位置。

进一步地，步骤A中进一步包括：利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

本发明的定位方法及定位系统采用网络差分方式，网络差分以伪距观测值(C/A码、P码)为主，以载波相位观测值为辅，甚至在特定要求下可以不考虑相位因素；而网络RTK则是以载波相位观测值为主，以伪距观测值为辅。因网络差分不需要解算整周模糊度，其数据的计算处理要简单得多，而网络RTK因需要进行复杂的相位处理则相对要复杂得多。同时，与网络RTK相比网络差分的基准站的有效距离可以更大，有效作用范围可以更远，因此还具有建站投资少，适用范围广的优点。但作为以伪距观测值为主的代价就是实时/快速定位精度没有网络RTK的高，难以达到厘米级。但对于远海测绘中，只要能满足1∶10000和1∶5000比例尺地形图测绘控制点要求，就可发挥重要作用。

同时相比于单站差分技术，网络差分因采用多个基准站协作定位，所以提供的差分信息精度更高，并通过实验验证本发明具有如下优点：

●实时定位结果的水平和垂直分量精度(RMS)都优于2米；

●快速静态定位结果的水平分量精度最大值5分钟优于1米(平均0.61米)；20分钟可优于0.5米(平均0.29米)，可分别满足远海1∶10000和1∶5000比例尺测图控制点要求；

●快速静态观测一般20分钟即可收敛，时间再长对精度提高效果不明显。

因此本发明的网络差分方法具有定位精度高、覆盖范围广、使用方便等优点，适合特殊情况下的高精度实时/快速定位应用，对特殊应用类型的作业设计、系统建设和用户使用都具有一定的参考作用。除此之外，也可广泛应用于海洋测绘、航道测量、航道疏浚、航标定位、海洋资源勘探、海上救助、海洋渔业等其它海上作业。

附图说明

图1是基于GNSS的远距离网络差分系统示意图；

图2是利用网络差分实现远距离定位的流程图；

图3是用于验证所述远距离定位方法的基准站网与用户终端位置图；

图4a是用户动态实验轨迹图；

图4b是用户动态实验轨迹图的局部放大图；

图5a是B地B1站北分量动态定位误差变化图；

图5b是B地B1站东分量动态定位误差变化图；

图5c是B地B1站垂直分量动态定位误差变化图；

图6a是B地B1站北分量静态定位精度变化图；

图6b是B地B1站东分量静态定位精度变化图；

图6c是B地B1站垂直分量静态定位精度变化图。

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，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明采用网络差分法来实现远距离定位，所述网络差分法的基本思路是：首先在定位区域或周边建立稀疏连续运行卫星定位基准站网(基准站间的距离可达到200～300公里)，基准站进行连续高采样率(一般为1Hz)观测，将观测数据通过通信链路传输到系统计算与控制中心(简称系统中心)；然后系统中心通过对基准站网提供的数据进行处理，可得到该地区及周边300～400公里范围内的高精度实时相关系统误差改正信息；最后根据基准站网的相关误差内插/外推用户的相关系统误差，并进行相关改正和处理，得到用户的准确三维坐标。

由于采用了多个基准站的观测数据进行区域定位误差实时估算，因此网络差分与单站差分相比精度更高，作用范围更广；同时，由于该网络差分方法以伪距观测量为主要观测量，载波相位观测量为辅助观测量，无需处理模糊度问题，所以与网络RTK相比计算更简单稳健。正是由于网络差分的这些优点，所以可以用于远海测绘或沙漠测绘等特殊的远距离高精度定位应用。

如图1所示显示了基于GNSS的网络差分实现远距离定位的系统结构图，由GNSS卫星、基准站网、系统中心、系统用户终端和通信链路组成，其中：

●GNSS卫星，用于向系统用户终端和基准站网中的基准站发送定位信息；所述GNSS卫星可以是美国的GPS卫星、俄罗斯的GLONASS卫星、欧洲的Galileo卫星以及我国的北斗II卫星，其数量根据各个卫星系统的实际需要来确定，但应至少满足能够为地面基准站和用户终端提供定位数据，尤其是能够提供伪距信息。

●基准站网(Base Station Network-BSN)

基准站网的主要功能是从GNSS卫星接收定位数据，为系统中心提供实时GNSS卫星定位数据和气象数据等。所述基准站网，其包括至少3个基准站，用于接收GNSS系统定位信息。所有的基准站必须建设在稳固的基础上，并且要求有良好的卫星信号接收环境，远离强电磁干扰源，另外要求交通、通信便利，水电齐全，便于运行和维护。每个基准站还需要配备GNSS接收机、计算机、UPS、路由器等网络设备，观测室、观测墩、水电、空调等观测条件，以及防雷电、防病毒、防火防盗等防护设备和措施。

●计算与控制中心(Calculation and Control Center-CCC)

系统计算与控制中心简称系统中心，是系统的中枢，主要功能是系统数据的存储与处理、系统和用户的管理与服务，用于负责系统管理、数据接收、存储、管理、计算和发播等功能。系统中心要有专门的工作室，可根据具体需要设立一个总中心，或一个总中心与多个分中心来分担部分计算与通信的任务。系统中心需要配备多台高性能的计算机(或服务器)，用于实现数据的计算、存储、备份、管理、查询、播发和下载等不同的功能，除此之外，还需要UPS、机柜、交换机等网络设备，水电、空调等必要办公资源和设备，以及防雷电、防电涌、防病毒、防火防盗等防护设备和措施。另外，为了节约建设和便于管理，系统中心也可兼备基准站的功能，即设立观测墩、配备GNSS接收机(当然系统中心要符合上述GNSS基准站观测要求)。

●数据通信链路(Data Communication links-DCL)

系统通信部分负责系统各部分间的数据和指令传输，用于实现基准站网与系统中心之间、系统中心与系统用户终端之间的信息传输，包括有线和无线两种传输方式；该系统可使用多种通信手段，包括无线电数据链、电话固网、GSM流动网以及NTRIP(Internet RTK)等方式播发实时差分改正信息。系统中心与各基准站之间一般采用双向有线连接的方式，基准站向系统中心传送采集到的各种信息，系统中心向各基准站发送控制和管理指令；系统中心与系统用户之间可根据具体情况选用单向或双向通信模式，或者二者有机组合的模式，一般实时用户采用GSM/GPRS等无线连接的方式，后处理用户采用电话固网、Internet等有线连接方式。

●系统用户(System Client Section-SCS)

系统用户是系统的使用终端，通过注册登录来有偿/无偿使用系统的全部或部分服务。按要求定位精度的不同可分为一般用户和高精度用户，一般用户如车辆监控与管理、旅游服务等，高精度用户如国土测绘、工程施工和灾害监测等；按定位要求的实时性不同可分为实时用户和后处理用户，实时用户如交通工具的定位与导航，后处理用户如地壳板块监测等。另外还包括其它行业的应用，如气象、农业、林业等。

在上述GNSS系统中利用网络差分方式进行远距离卫星定位时，如图2所示包括如下步骤：

第一步：获取GNSS卫星定位信息。基准站网和系统用户同时接收GNSS卫星的定位信息得到各自伪距、载波相位等观测信息和卫星星历。部分基准站可根据需要安装气象仪器，接收气温、气压和相对湿度等气象信息；

第二步：计算基准站网相关系统误差。系统中心接收基准站网传送来的观测数据，首先对其进行储存，然后进行处理。对于每一个基准站，都可以建立如下L1和L2频率的非差伪距观测方程：

$L1:\mathrm{\ρ}1=R+\left(\frac{I}{{f1}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}1---\left(1\right)$

$L2:\mathrm{\ρ}2=R+\left(\frac{I}{{f2}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}2---\left(2\right)$

其中ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率；T为接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差等与频率无关系统误差；ε为观测噪声。若系统卫星提供更多频率数据，则可得到与方程(1)或(2)类似的相应频率观测方程。当基准站观测了n(n≥4)颗GNSS卫星，就可得到2n个上述观测方程。由于基准站卫星的位置是精确已知的，卫星的位置也是已知的，所以R是可以计算出来的，所以可以得到基准站网的发散误差和非发送误差，即方程(1)和(2)等号右边的第二和第三项。基于方程(1)和(2)得到相关系统误差，称为非差相关系统误差。

若在所有观测卫星中选择一颗参考卫星(假设为p)，并与另外一颗卫星(假设为q)的非差伪距观测方程之间求差，可消除接收机钟差影响，并消弱其它相关系统误差影响，得到如下的单差伪距观测方程：

$L1:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}^{\mathrm{pq}}---\left(3\right)$

$L2:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}^{\mathrm{pq}}---\left(4\right)$

其中Δ(^*)^pq为单差运算符，有Δ(^*)^pq＝(^*)^p-(^*)^q。由方程(3)和(4)可得到基准站网的单差相关系统误差。

若在所有基准站中选择一个参考基准站(假设为i)，并与另外一个基准站(假设为j)的单差伪距观测方程进一步求差，可进一步消除卫星钟差影响，并且进一步消弱其它相关系统误差影响，得到如下的双差伪距观测方程：

$L1:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(5\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(6\right)$

其中

为双差运算符，有 $\▿\mathrm{\Δ}{(*)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}={(*)}_i^p-{(*)}_i^q-{(*)}_j^p+{(*)}_j^q.$ 由方程(5)和(6)可得到基准站网的双差相关系统误差。

需要说明的是：上述非差、单差和双差三种定位模式，在实际使用时任选一种，只要与后面的用户定位模式一致或兼容即可。这里的兼容指的是求差之前的兼容求差之后的，反过来则不兼容。具体地说是：非差相关系统误差可用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差可用于单差和双差用户定位模式；而双差相关系统误差只能用于双差用户定位模式。

第三步：估算用户相关系统误差。由于用户与基准站网同步观测GNSS卫星定位信息，因此可以得到与方程(1)和(2)类似的非差伪距观测方程，或者与方程(3)和(4)类似的单差伪距观测方程，再或者与方程(5)和(6)类似的双差伪距观测方程。与第二步不同的是：由于用户坐标未知，所以这里的R为未知量。当选用了与基准站网一致的定位模式后，便可根据基准站网的相关系统误差估算用户处的相关系统误差，这里使用的主要是内插/外推算法，由于涉及具体算法多种多样，有线性内插、曲面拟合、最小二乘配置等，并且都很成熟，可根据具体的使用情况进行选择，如基准站的数量和计算量大小。这里给出一个内插/外推用户相关系统误差的概括公式

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

该步的计算可由系统中心完成，也可由用户完成，这与用户是采用双向通信还是单向通信有关。当用户采用双向通信模式，则用户在第一步完成后，需进行单点定位，得到用户当前的概略位置，并将概略位置或连同观测信息发送到系统中心，然后由系统中心完成上述的第三步工作内容，得到当前用户的相关系统误差，并将其连同其它基准站信息(与用户定位模式有关)发送给用户；若用户采用单向通信模式，即只接收信息，则系统中心将第二步得到的基准站网相关系统误差信息连同基准站坐标等信息一起发送给用户，由用户完成上述的第三步工作内容。这两种通信模式各有优缺点：前一种优点是数据通信量少，用户端计算量少，甚至不需要计算。缺点是用户设备要求具备收发功能，并且理论上系统用户有数量限制；与前一种相反，后一种的优点是系统用户数量无限，设备简单，只需接收信息，不需发送信息。缺点是数据传输量较大，用户的计算量较大。实际应用时，可根据具体情况选择适合的通信模式。

第四步：计算用户的精确三维位置。将用户相关系统误差用第三步中的估值进行改正，以用户采用双差定位模式为例，可得到如下的观测方程：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中下标u表示用户站；e为残余系统误差；其它符号含义同前面。当忽略残余系统误差和观测噪声的影响，最终只剩下用户的三维坐标是未知的。然后取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开，即线性化。通过对观测方程组进行最小二乘解算，可得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。若用户初值取的不够准确，该步中的过程可以进行迭代，一般1～2次即可收敛。

在上述方法流程中，网络差分的算法根据所采用的定位模型和通信模式不同，其形式会有所不同，但其实质都是利用基准站网的定位误差估算用户站的定位误差，然后消除/消弱用户站的定位误差，提高用户的定位精度。因此其算法和流程也大同小异。

另外，为了提高伪距观测值的精度，可先使用相应的载波相位观测值对伪距进行平滑，然后再代入上述相应公式中，可得到更好的定位效果。

需要说明的是，网络差分与网络RTK的系统构成可以完全一样，但二者的最大区别在于网络差分是以伪距观测值(C/A码、P码)为主，以载波相位观测值为辅，甚至在特定要求下可以不考虑相位因素；而网络RTK则是以载波相位观测值为主，以伪距观测值为辅。这也就是说，网络差分不需要解算整周模糊度，因此其数据的计算处理要简单得多，而网络RTK因需要进行复杂的相位处理则相对要复杂的多。同时，与网络RTK相比网络差分的基准站的有效距离可以更大，有效作用范围可以更远，因此还具有建站投资少，适用范围广的优点。但作为以伪距观测值为主的代价就是实时/快速定位精度没有网络RTK的高，难以达到厘米级。但对于远海测绘中，只要能满足1∶10000和1∶5000比例尺地形图测绘控制点要求，就可发挥重要作用。

另外，对于GLONASS和Galileo等其它GNSS卫星系统，与GPS类似，也可以采用类似的定位方法。我国的北斗定位系统也将在I代的基础上升级完善，最终实现与其它系统的兼容。至于系统间的部分差异并不影响所述方法的使用，例如GLONASS采用的频分多址(FDMA)技术与GPS采用的码分多址(CDMA)技术之间的差异。总之，只要可以得到定位卫星的伪距观测量和载波相位观测量以及卫星星历等必要信息，即可使用上述方法进行远距离高精度实时/快速用户定位。

由于GPS连续运行站在我国逐步建立，并开始得到广泛应用，因而对于距离基准站较远，且位于基准站网一侧的情况下，例如远洋、沙漠、戈壁等建立基准站不易的情况下，本发明给出了一种基于GNSS系统的网络差分方法，通过该方法可实现诸如远海的高精度实时/快速GNSS卫星定位。最后，通过实验也证明：在基准站距离200～300公里的情况下，用户在距离基准站网400公里一侧的范围内，采用双频机可实现优于2m的实时高精度定位，观测20分钟可到达优于0.5米的定位精度。

验证时，选取了3个运行中的基准站构成了站间距离二百多公里的条状基准站网，并在距离此基准站网300～400公里的A地和B地设立用户站即用户终端，进行网络差分实时动态和静态实验；验证示意图如图3所示。

1动态实验

动态实验是将流动站设于汽车顶部，从C地沿高速公路经过A地到达B地，然后再按原路返回。往返时间大约3.5小时，数据采样率为1Hz。按上述算法对动态数据进行处理，流动站的动态轨迹如图4所示，其中横坐标表示东方向，纵坐标表示北方向，单位为米。

2静态实验

由于动态实验难以测试用户的定位精度，因此实验期间分别在A地和B地进行了3次静态定位实验(参见图3)，每次实验时间约2小时，采样率1Hz，卫星高度截止角13°。

(1)动态处理模式

数据采集后，首先将用户站即用户终端和3个基准站的静态数据用GAMIT软件进行精确处理，可得到用户站的精确坐标(精度1～2cm)，作为用户站的真值；然后将静态数据按上述算法进行实时动态处理，定位结果与已知真值进行比较，可得实时定位误差。对这3个站的动态定位结果进行概率统计分析，可得各测站实时动态定位误差的RMS(Root-Mean-Square)值，如表1所示。为了便于分析和应用，同时将北分量误差和东分量误差转换为水平方向误差，列于表1的最后一列。并且以B地的第一个站B1为例，给出各分量动态定位误差变化图，如图5所示。为了显示真实的网络差分后定位情况，结果未采用任何滤波处理。其中横坐标表示时间，单位为分钟；纵坐标表示各分量实时定位误差值，单位为米。其余2个站的结果与图5类似，这里不再给出。

表1实时动态定位误差表(单位：米)

测站名	北分量误差	东分量误差	垂直分量误差	水平分量误差
					B1	0.918	0.590	1.235	1.091
A	1.140	0.586	1.732	1.282
					B2	0.950	0.649	1.263	1.151

(2)静态处理模式

为了测试网络差分在静态，特别是快速静态中的定位精度，对上述3站的静态数据采用静态模式进行处理，并与真值比较，可得静态定位精度。同样以B1站为例，给出其静态定位各分量精度变化情况，如图6所示。其中横坐标表示时间，单位为分钟；纵坐标表示静态定位误差值，单位为米。

为了更全面地分析静态情况下的定位精度收敛情况，将3个静态站的2小时观测数据分为4个测段，分别采用静态模式进行处理，给出这些站不同时间的定位精度，结果如表2所示。为了便于分析和应用，表2直接给出了不同定位时间水平和垂直方向的定位误差。

表2静态定位精度随时间变化表(单位：米)

需要说明的是：①表2中的结果不是指定收敛时间结束时的真实误差，而是从收敛时间结束开始到测段结束这段时间内的最大误差。例如表2中B1的第1测段的垂直分量精度(参见图6c)，它收敛到5分钟时的真实误差为+0.15米，这样的精度具有一定的偶然性，所以取的是从5分钟到120分钟这段时间内的最大误差，即50分钟时的-0.46米。②个别时段由于卫星分布较差，可能造成收敛较慢的情况，如A站的第1测段的垂直方向。

通过上述的实验结果，可以得出：在用户距离基准站网三百多公里的极其不利情况下，用户站的实时定位结果的水平和垂直分量精度(RMS)都优于2米；在快速静态定位情况下，5分钟水平方向精度可达到1米(最大值)，平均0.61米；20分钟可优于0.5米(最大值)，平均0.29米，且已基本稳定。

本发明对网络差分方法及系统构成和算法模型进行了说明，并以远海测绘的实际情况为例，即基准站距离200～300公里，且为条状分布；用户站距离基准站网300～400公里，且位于条状基准站网的一侧，进行了实验。通过实测验证，可得如下的结论：在上述条件下，

●实时定位结果的水平和垂直分量精度(RMS)都优于2米；

●快速静态定位结果的水平分量精度最大值5分钟优于1米(平均0.61米)；20分钟可优于0.5米(平均0.29米)，可分别满足远海1∶10000和1∶5000比例尺测图控制点要求；

●快速静态观测一般20分钟即可收敛，时间再长对精度提高效果不明显。

因此本发明的网络差分方法具有定位精度高、覆盖范围广、使用方便等优点，适合特殊情况下的高精度实时/快速定位应用，对特殊应用类型的作业设计、系统建设和用户使用都具有一定的参考作用。除此之外，也可广泛应用于海洋测绘、航道测量、航道疏浚、航标定位、海洋资源勘探、海上救助、海洋渔业等其它海上作业。

本文所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进以及更新等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (25)

1、一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位系统，其特征在于，包括：GNSS卫星、基准站网、系统中心、系统用户终端和通信链路组成，其中：

GNSS卫星，用于向系统用户终端和基准站网中的基准站发送定位信息，所述定位信息包括伪距信息及星座信息；

所述基准站网，包括至少3个基准站，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心；

系统中心，用于接收基准站网的基准站的定位信息，并根据其中的伪距信息以及基准站的实际位置数据获得基准站网的相关系统误差；根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差；用于接收用户终端的定位信息，根据其中的伪距信息以及用户终端的相关系统误差获得用户终端的准确位置信息；

用户终端，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心，从系统中心接收用户终端的准确位置信息。

2、如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，

所述定位信息进一步包括载波相位。

3、如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，

所述系统中心，根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程、或单差伪距观测方程、或双差伪距观测方程得到，所得相关系统误差分别为非差相关系统误差、或单差相关系统误差、或双差相关系统误差，所述相关系统误差包括频率相关误差和频率无关误差。

4、如权利要求3所述的定位系统，其特征在于，

所述系统中心根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差时，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

5、如权利要求1所述的定位系统，其特征在于，

所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；

所述系统中心利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·+a_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

6、如权利要求4所述的定位系统，其特征在于，

若用户采用双差定位模式，则系统中心根据所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

7、如权利要求2所述的定位方法，其特征在于：

所述系统中心进一步还利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

8、一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位系统，其特征在于，包括：GNSS卫星、基准站网、系统中心、系统用户终端和通信链路组成，其中：

GNSS卫星，用于向系统用户终端和基准站网中的基准站发送定位信息，所述定位信息包括伪距信息及星座信息；

所述基准站网，包括至少3个基准站，用于接收GNSS系统定位信息，并将所述包含伪距的定位信息通过通信链路发送给系统中心；

系统中心，用于接收基准站网的基准站的定位信息，并根据其中的伪距信息以及基准站的实际位置数据获得基准站网的相关系统误差，将所述基准站网的相关系统误差发送给用户终端；

用户终端，用于接收GNSS系统定位信息及所述基准站网的相关系统误差，根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差；用于根据用户终端的定位信息中的伪距信息以及用户终端的相关系统误差获得用户终端的准确位置信息。

9、如权利要求8所述的定位系统，其特征在于，

所述定位信息进一步包括载波相位。

10、如权利要求8所述的定位系统，其特征在于，

所述系统中心，根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程、或单差伪距观测方程、或双差伪距观测方程得到，所得相关系统误差分别为非差相关系统误差、或单差相关系统误差、或双差相关系统误差，所述相关系统误差包括频率相关误差和频率无关误差。

11、如权利要求10所述的定位系统，其特征在于，

所述用户终端，根据所述基准站网的相关系统误差通过内插/外推方法得到用户终端的相关系统误差时，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

12、如权利要求11所述的定位系统，其特征在于，

所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；

所述用户终端利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

13、如权利要求12所述的定位系统，其特征在于，

若用户采用双差定位模式，则所述用户终端根据所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

14、如权利要求9所述的定位方法，其特征在于：

所述系统中心和用户终端进一步还用于利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

15、一种基于全球导航卫星系统GNSS的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、由系统用户终端和基准站网的基准站接收GNSS卫星的定位信息，所述定位信息包括伪距和卫星星历；

B、根据基准站网的定位信息中的伪距，利用基准站网中基准站的实际位置信息，从伪距中获得基准站网的相关系统误差；

C、根据所述基准站网的相关系统误差利用内插/外推算法估算得到用户处的相关系统误差；

D、根据用户终端的定位信息中的伪距，利用所述用户处的相关系统误差，从伪距中获得所述用户终端的实际位置信息。

16、如权利要求15所述的定位方法，其特征在于：

所述定位信息进一步还包括载波相位。

17、如权利要求15所述的定位方法，其特征在于：

步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用非差伪距观测方程得到，对每一基准站的每一频率建立非差伪距观测方程如下：

$L1:\mathrm{\ρ}1=R+\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}1---\left(1\right)$

$L2:\mathrm{\ρ}2=R+\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)+T+\mathrm{\ϵ}2---\left(2\right)$

其中，ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

18、如权利要求17所述的定位方法，其特征在于：

步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用单差伪距观测方程得到，在所有观测卫星中选择一颗参考卫星p，并与另外一颗卫星q的非差伪距观测方程之间求差，对每一基准站的每一频率建立单差伪距观测方程如下：

$L1:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}^{\mathrm{pq}}---\left(3\right)$

$L2:\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}^{\mathrm{pq}}=\mathrm{\Δ}{R}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{T}^{\mathrm{pq}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}^{\mathrm{pq}}---\left(4\right)$

其中，Δ(^*)^pq为单差运算符，有Δ(^*)^pq＝(^*)^p-(^*)^q，ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

19、如权利要求18所述的定位方法，其特征在于：

步骤B中，所述根据基准站网的定位信息中的伪距ρ，利用基准站网中基准站的实际位置信息R，从伪距中获得基准站网的相关系统误差时，是利用双差伪距观测方程得到，在所有观测卫星中选择一颗参考卫星p，并与另外一颗卫星q的非差伪距观测方程之间求差，对每一基准站的每一频率建立单差伪距观测方程，若在所有基准站中选择一个参考基准站i，并与另外一个基准站j的单差伪距观测方程进一步求差，得到如下的双差伪距观测方程：

$L1:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{1}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}1}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(5\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\left(\frac{I}{f{2}^2}\right)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}---\left(6\right)$

其中，

为双差运算符， $\▿\mathrm{\Δ}{(*)}_{\mathrm{ij}}^{\mathrm{pq}}={(*)}_i^p-{(*)}_i^q-{(*)}_j^p+{(*)}_j^q,$ ρ为伪距观测量；R为卫星到基准站的接收机的几何距离；I为电离层折射常数；f为相应载波频率，L1和L2为对应的两个频率；T为包括接收机钟差、卫星钟差、对流层延迟误差、卫星轨道误差的与频率无关的系统误差；ε为观测噪声。

20、如权利要求17至19中任一项所述的定位方法，其特征在于：

步骤C中，所述非差相关系统误差用于非差、单差和双差用户定位模式；单差相关系统误差用于单差和双差用户定位模式；双差相关系统误差用于双差用户定位模式。

21、如权利要求20所述的定位方法，其特征在于：

步骤C中，所述内插/外推算法是线性内插、或曲面拟合、或最小二乘法；

利用所述内插/外推法获得的用户相关系统误差的概括公式为：

${\tilde{B}}_u=a_0+a_1{B}_1+a_2{B}_2+\·\·\·{+a}_n{B}_n---\left(7\right)$

其中，

为用户相关系统误差的估值；a₀，a₁，...a_n为内插/外推系数；B₁，B₂，...B_n为与所选定位模型相一致的基准站网的相关系统误差。

22、如权利要求21所述的定位方法，其特征在于：

步骤D中，若用户采用双差定位模式，则根据步骤C中所得用户相关系统误差得到如下的观测方程，利用所述双差观测方程进行改正，获得精确三维位置：

$L1:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ\ϵ}{1}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(8\right)$

$L2:\▿\mathrm{\Δ\ρ}{2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}=\▿\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{e2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ϵ}2}_{\mathrm{iu}}^{\mathrm{pq}}---\left(9\right)$

其中，下标u表示用户站；e为残余系统误差，忽略残余系统误差和观测噪声ε的影响，取用户的坐标初值，并在初值处按泰勒级数展开即线性化，通过对观测方程组进行最小二乘解算，得到用户初值的改正值，对用户初值进行改正，最终得到用户的准确三维坐标。

23、如权利要求22所述的定位方法，其特征在于：

若用户初值取的不够准确时，进一步对步骤D进行迭代运算。

24、如权利要求21所述的定位方法，其特征在于：

步骤D中，若用户采用非差定位模式，则根据步骤C中所得用户非差相关系统误差，利用所述非差观测方程进行改正，获得精确三维位置；

若用户采用单差定位模式，则根据步骤C中所得用户单差或非差相关系统误差，利用所述单差观测方程进行改正，获得精确三维位置。

25、如权利要求15所述的定位方法，其特征在于：

步骤A中进一步包括：利用载波相位观测值对于基准站网的基准站及用户的伪距进行平滑。

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