CN105445769A - 一种基于cors的gnss单点定位坐标修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，通过CORS系统获取参考站坐标及观测值，基于GNSS终端用单点定位方式得到的初始概略坐标及定位时所采用的卫星列表，计算坐标修正量；将此坐标修正量施加于概略坐标，可获得与伪距差分相当的精度。本发明不需要GNSS终端提供自身原始观测值，并解决了传统坐标差分技术中星座不一致的问题，因而具有非常广阔的应用前景。

Description

一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法

技术领域

本发明属于测绘地理信息技术领域，具体涉及一种基于CORS(连续运行参考站系统)的GNSS单点定位坐标修正方法，可以不依靠GNSS终端的原始观测值而提高单点定位精度。

背景技术

GNSS(全球卫星导航系统)是GPS、GLONASS、BDS等各类卫星定位系统的统称，目前在国民经济建设的各个领域都得到了广泛运用。在地球上的任意位置，只要能同时接收到4颗以上卫星的信号，便可根据空间距离交会的原理确定出GNSS终端的坐标。由于卫星轨道误差、电离层延迟、对流层延迟、伪距噪声等误差的存在，GNSS单点定位的精度通常在10m-50m。为提高定位精度，通常采用相对定位(或称差分，如RTK和RTD)的方式进行高精度定位。其原理在于导航卫星轨道很高，因而如果地面相距较近的两台终端进行同步观测，其观测值中所包含的误差具有极强的空间相关性，通过求差能消除大部分误差。然而差分方式要求GNSS终端提供原始的相位或伪距观测值，这在很大程度上限制了RTK或RTD的应用范围，如目前流行的智能手机，一般都带有GNSS定位功能，但绝大部分只能输出坐标结果，而无法提供原始的相位或伪距观测值。传统的坐标差分则要求两台GNSS终端必须接收到一模一样的卫星，否则其差分效果不明显。而精密单点定位(PPP)方法不仅要求GNSS终端输出伪距、相位观测值，还需要精密星历和钟差，其适用范围受到进一步限制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种对GNSS单点定位的坐标进行修正方法，既不依赖于GNSS终端的原始观测值、又能避免卫星星座不同所造成的不利影响，而能达到米级乃至亚米级的定位精度，将具有十分广阔的应用前景，能产生较大的经济价值。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标参考站t时刻的伪距观测值；

步骤3：根据GNSS终端获取时所采用卫星的列表，从差分电文中挑选相应的伪距观测值，结合GNSS终端获取到的导航电文进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

作为优选，步骤3中所述导航电文的获取，是GNSS终端自身接收到的，或是从网络地址下载得到的。

本发明还提供了一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将和t时刻所用卫星列表Γ通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标Γ中所列卫星的导航电文及伪距观测值；

步骤3：根据Γ，从差分电文中挑选相应的伪距观测值进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

作为优选，所述参考站为虚拟参考站。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：不需要GNSS终端提供原始观测值即可达到与伪距差分相当的精度，从而极大地扩展了本算法的应用范围，如一般的携带GNSS定位功能的智能手机均可适用；且计算模型简单，算法不复杂，易于实施。

附图说明

图1为实施例中实现本发明方法的系统架构示意图。

图2为本发明的第一实施例的数据处理流程图。

图3为本发明的第二实施例的数据处理流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本实施例的CORS包含若干个参考站，如参考站121、122、123；参考站配备有GNSS接收设备，接收其可视GNSS卫星的信号，所述卫星如卫星130、131、132、133、134；参考站通过通信信道112与CORS服务器120进行通讯，所述通信信道可以选择局域网、专线、光纤、数传电台等多种方式；CORS服务器接收各参考站发送来的原始观测数据和导航电文，为CORS有效覆盖范围内的GNSS终端提供差分电文，所述CORS服务器一般通过IP地址和端口提供服务，所述原始观测数据可能包含但不限于伪距观测值、相位观测值，所述导航电文用于计算任意时刻各颗卫星的坐标，所述差分电文中包含的伪距观测值、导航电文、坐标，可以来源于一个真实的参考站，也可以来源于综合多个参考站拟合得到的一个虚拟参考站；差分电文的格式可以自定义，也可以采用国际通用的RTCM2.x、RTCM3.x、CMR、CMR+等格式。

第一实施例：

请见图2，本实施例提供的一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标参考站t时刻的伪距观测值；

步骤3：根据GNSS终端获取时所采用卫星的列表，从差分电文中挑选相应的伪距观测值，结合GNSS终端获取到的导航电文进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标此处导航电文的获取，可以是GNSS终端自身接收到的，也可以是从网络地址下载得到的(如通过IGS数据处理中心的服务器)；

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

本实施例中，设某GNSS终端接收到130、131、132、133四颗卫星的信号，卫星134的信号因为被遮挡而未能收到，采用单点定位方式得到GNSS终端在WGS84坐标系下的空间直角坐标为 ${\stackrel{\→}{X}}^{\′}=(-2273700.536,5008894.5589,3217892.7554);$ 将此通过互联网发送到CORS服务器，例如119.97.235.66:8108；CORS中的参考站121、122、123进行24小时连续观测，由于参考站的观测环境都经过慎重选择，因而其多个参考站所接收到卫星的数量通常较多，例如收到了130、131、132、133、134五颗卫星的信号，参考站的坐标均为精确已知，CORS服务器通过计算，发现GNSS终端离参考站122仅相距约3km，因此将参考站122的坐标 ${\stackrel{\→}{X}}_V=(-2271802.466,5010895.123,3219393.236)$ 连同其对五颗卫星的观测值，编码为差分电文发送给GNSS终端；GNSS终端解码接收到的差分电文得到五颗卫星的观测值，从中挑选出130、131、132、133四颗卫星的观测值，并从互联网的某数据中心例如ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/gnss/data/campaign/mgex/daily/rinex3处下载导航电文，进行单点定位，求得参考站的单点定位坐标为 ${\stackrel{\→}{X}}_V^{\′}=(-2271804.144,5010896.246,3219394.472);$ 进一步求得坐标修正量为 $\mathrm{\Δ}X={\stackrel{\→}{X}}_V-{\stackrel{\→}{X}}_V^{\′}=(1.678,-1.123,-1.236);$ 最终可得出修正后的GNSS终端坐标 $\stackrel{\→}{X}={\stackrel{\→}{X}}^{\′}+\mathrm{\Δ}X=(-2273698.858,5008893.436,3217891.519).$

本实施例中坐标修正量的计算基于CORS服务器所发送的基准站的观测值及精确坐标(均包含在差分电文中)，且选用的卫星与GNSS终端定位时所采用的卫星一致，而在CORS台站覆盖范围内，基站与流动站距离通常都不会超过100km，因此通过基站观测值计算的坐标修正量与GNSS终端单点定位的坐标误差具有很强的空间相关性。通过施加此修正量，可以将大部分的定位误差予以消除，达到与伪距差分(RTD)相当的精度。

实施例2：

请见图3，本实施例提供的一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将和t时刻所用卫星列表Γ通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标Γ中所列卫星的导航电文及伪距观测值；

步骤3：根据Γ，从差分电文中挑选相应的伪距观测值进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

本实施例中，设某GNSS终端接收到130、131、132、133四颗卫星的信号，卫星134的信号因为被遮挡而未能收到，采用单点定位方式得到GNSS终端在WGS84坐标系下的空间直角坐标为 ${\stackrel{\→}{X}}^{\′}=(-2273700.536,5008894.5589,3217892.7554);$ 将此及四颗卫星的PRN号通过互联网发送到CORS服务器，例如119.97.235.66:8108；CORS服务器综合多个参考站的数据，拟合出附近某处(称为虚拟参考站)对GNSS终端所收四颗卫星的观测值(称为虚拟观测值)及导航电文，连同虚拟参考站的坐标 一起编码为差分电文发送给GNSS终端；GNSS终端解码接收到的差分电文得到四颗卫星的观测值和导航电文，进行单点定位，求得参考站的单点定位坐标为 ${\stackrel{\→}{X}}_V^{\′}=$ $(-2273701.678,5008895.123,3217893.236);$ 进一步求得坐标修正量为 $\mathrm{\Δ}X={\stackrel{\→}{X}}_V-{\stackrel{\→}{X}}_V^{\′}=$ $(1.678,-1.123,-1.236);$ 最终可得出修正后的GNSS终端坐标 $\stackrel{\→}{X}={\stackrel{\→}{X}}^{\′}+\mathrm{\Δ}X=$ $(-2273698.858,5008893.436,3217891.519).$

本实施例中GNSS终端将其定位时所采用的卫星列表发送给CORS服务器，因而服务器只需发送这些特定的卫星的观测值和星历，避免不必要的数据流量；坐标修正量的计算基于CORS服务器所发送的基准站观测值及精确坐标(均包含在差分电文中)，由于选用的卫星与GNSS终端定位时所采用的卫星一致，且基站与流动站距离通常都不会超过100km，因此通过基站观测值计算的坐标修正量与GNSS终端单点定位的坐标误差具有很强的空间相关性。通过施加此修正量，可以将大部分的定位误差予以消除，从而显著提高定位精度，达到与伪距差分(RTD)相当的精度。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标参考站t时刻的伪距观测值；

步骤3：根据GNSS终端获取时所采用卫星的列表，从差分电文中挑选相应的伪距观测值，结合GNSS终端获取到的导航电文进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

2.根据权利要求1所述的基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于：步骤3中所述导航电文的获取，是GNSS终端自身接收到的，或是从网络地址下载得到的。

3.一种基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：GNSS终端利用接收到的伪距观测值进行单点定位，得到t时刻的概略坐标将和t时刻所用卫星列表Γ通过互联网发送给CORS服务器；

步骤2：CORS服务器通过互联网向GNSS终端发送差分电文，其中包含如下信息：参考站坐标Γ中所列卫星的导航电文及伪距观测值；

步骤3：根据Γ，从差分电文中挑选相应的伪距观测值进行单点定位，得到参考站t时刻的单点定位坐标

步骤4：计算t时刻坐标修正量

步骤5：计算t时刻修正后的GNSS终端坐标

4.据权利要求1、2或3所述的基于CORS的GNSS单点定位坐标修正方法，其特征在于：所述参考站为虚拟参考站。