CN106054223A - 流动站定位方法、基准站和流动站定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流动站定位方法、基准站和流动站定位系统，其中定位方法包括获得原始观测数据；获得基准站的高精度坐标；根据高精度坐标的时刻在获得的原始观测数据中搜索到该时刻的原始观测数据，将该时刻的原始观测数据生成差分数据；基于流动站与基准站间的基准向量和所述差分数据计算得到流动站的坐标。采用该种技术方案，无需每个接收机都需要具备接收和处理增强信号的能力，只需能够进行传统RTK计算的接收机就能实时获取高精度的坐标，具备与接收和处理增强信号等价效果的功能，实现对增强服务有批量需求的用户只需一个或少量账号增强账号就能使剩余批量设备实时获取高精度坐标的功能，具有极高的效益。

Description

流动站定位方法、基准站和流动站定位系统

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及高精度定位技术领域，具体是指一种流动站定位方法、基准站和流动站定位系统。

背景技术

随着全球卫星导航的迅猛发展，促进了增强系统的发展与建设，增强系统主要分为星基增强系统和地基增强系统：

星基增强系统通过地球静止轨道卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，接收机直接通过通讯卫星获取增强信号，不受传统互联网传输不稳定的影响，在偏远地段(如海上、沙漠、森林等)无网络等限制，也不受电台传播距离的限制，真正实现在全球任何一个地点，任何一个时间都能实现高精度实时定位，最高可实现单机10厘米的实时定位精度；

地基增强系统则是利用地面基准站计算区域误差改正数通过互联网传送给用户，用户接收机通过互联网获取差分改正数进行定位，在地基增强系统覆盖范围内可实现厘米级的实时定位精度。星基增强系统在海洋应用、精准农业、陆地测量等领域得到了越来越广泛的应用，可以在钻探、物探油气、地矿勘探等领域，可以提供远海高精度定位解决方案；地基增强系统在传统地面测绘领域有着非常广泛的应用。

但是星基增强系统和地基增强系统大多按照账号进行收费。星基增强的服务费用从每年几千到几万美元不等；配备星基增强功能的GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)接收机亦价格不菲，这对星基增强设备有批量使用需求的用户，是一笔非常大的花费，如海上物探，往往需要在几十公里的范围内需要上百台具有开通星基增强功能服务的GNSS接收机。地基增强的服务费用相对少一些每年几千至几万人民币不等，接收机也相对便宜，但地基增强的需求量远远大于星基增强。因此，降低对增强服务有批量需求的用户的使用成本是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种流动站定位方法、基准站和流动站定位系统，该系统和方法都能使得具有RTK功能的普通GNSS接收机获取高精度坐标，从而，降低对增强服务用批量需求的用户的使用成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种流动站定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：获得原始观测数据并向外传输该原始观测数据；获得增强系统数据和原始观测数据，基于增强系统数据和原始观测数据获得基准站的高精度坐标；接收高精度坐标和原始观测数据，根据高精度坐标的时刻在获得的原始观测数据中搜索到该时刻的原始观测数据，将该时刻的原始观测数据和高精度坐标生成差分数据；基于流动站与基准站间的基准向量和所述差分数据计算得到流动站的坐标。

较佳地，所述增强系统数据是星基增强系统数据或者地基增强系统数据。

较佳地，所述获得原始观测数据与所述获得增强系统数据和原始观测数据是通过不同的设备获得。

较佳地，所述计算得到流动站的坐标，包括以下步骤：

根据双差观测方程和所述的差分数据得到基线向量dX＝[dx,dy,dz]^T；

根据如下公式计算得到流动站的坐标：

${\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right]}_{Ti}={\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\end{array}\right]}_{Ti}+{\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]}_{Ti}$

其中，为流动站的坐标，为基准站的高精度坐标。

更佳地，所述的双差观测方程为：

Δ▽L＝Δ▽ρ+dρ+Δ▽N+ε

其中，Δ▽L为原始双差观测值，Δ▽ρ为双差站星距离，dρ为改正值，Δ▽N为双差模糊度，ε为残余误差。

本发明还涉及一种基准站，其特征在于，包括第一接收装置、第二接收装置和处理装置，其中，所述第一接收装置获得增强系统数据和原始观测数据，并基于增强系统数据和原始观测数据获得高精度坐标，传输该高精度坐标至所述处理装置；所述第二接收装置获得原始观测数据，传输该原始观测数据至所述处理装置；所述处理装置根据高精度坐标的时刻在获得的原始观测数据中搜索到该时刻的原始观测数据，将该时刻的原始观测数据和高精度坐标生成差分数据。

较佳地，所述第一接收装置和第二接收装置之一是具备增强系统数据接收和处理功能的GNSS接收机。

更佳地，所述增强系统数据是星基增强系统数据或者地基增强系统数据。

较佳地，所述基准站还包括GNSS天线和功分器，其中，所述功分器的输入端连接于所述GNSS天线，所述第一接收装置和第二接收装置分别连接于功分器的输出端。

本发明还涉及一种流动站定位系统，其特征在于，包括前述任何一项所述的基准站，还包括流动站接收机，其中，所述流动站接收机基于所述差分数据和该流动站与基准站间的基准向量计算得到该流动站的坐标。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

1、由于在获取原始观测数据和基于增强系统数据获得高精度坐标后，根据高精度坐标的时刻在获得的原始观测数据中搜索得到该时刻的原始观测数据，并将该时刻的原始观测数据生成差分数据，将该差分数据分发给每个流动站，流动站接收机基于该差分数据而得到该流动站的坐标，对增强服务有批量需求的用户来说，只需要一个或者很少的账号来获得增强系统数据，就能使得每个流动站基于差分数据和基准向量获得自身的坐标，具备传统RTK(Real-time kinematic，载波相位差分)计算功能的GNSS接收机就能实时获取高精度的坐标，具备与接收和处理增强信号等价效果的功能，实现对增，在无需对现有设备进行升级的情况下即可获得高精度坐标，降低了使用成本。

2、由于第一接收装置和第二接收装置通过功分器连接同一GNSS天线、这样，实现了同一位置点的实时高精度坐标与原始观测数据的同时获取并合成差分数据，使得该差分数据具备使流动站接收机直接计算得到高精度坐标的功能，提高精度。

附图说明

图1为本发明定位系统的第一实施方式的结构示意图。

图2为本发明定位系统的第二实施方式的结构示意图。

图3为本发明的高精度坐标和原始观测数据的差分数据生成方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

为了实现上述目的，本发明提供了一种流动站定位方法、基准站和流动站定位系统。本发明所述的流动站比如是海上物探的作业船等，在本实施例中，具体提供了一种适用于基于增强系统的基准站实时获取高精度坐标以及生成差分数据，并根据差分数据进行高精度定位的办法，该方法的主要技术构思是：本技术方案包含二部分，一是基准站通过增强系统获取实时高精度坐标并存储另一台接收机的原始观测数据；二是将实时高精度绝对坐标与原始观测数据时间同步编码合成生成完整的差分数据，并通过通讯链路将差分数据发送给流动站接收机，流动站以获取实时高精度定位坐标。

请参阅图1和图3，在GNSS基准站载体上(该载体可以是动态的也可以是静态的)布设两台接收装置，第一接收装置和第二接收装置。第一接收装置具备接收增强系统数据，图1所示接收来自星基增强系统的星基增强信号卫星的数据。第二接收装置用于缓冲原始观测数据。为了使第一接收装置的观测数据和第二接收装置的观测数据为同一位置点，该两台接收装置使用功分器连接同一个GNSS天线，如图1所示。第一接收装置(具备接收增强系统数据的GNSS接收机)实时获取实时高精度绝对坐标，第二接收装置(另一台接收机)实时存储原始观测数据，两者数据实时发送到处理装置，处理装置将实时高精度绝对坐标与原始观测数据进行时间对齐后按照标准编码格式或自定义格式编码成差分数据，并将此差分数据通过通讯链路发送至周围流动站接收机群，流动站接收机群接收到差分数据后实时获取高精度定位坐标。

请继续参阅图1和图3，对上述过程详述如下：

I)、第一接收装置和第二接收装置(两台GNSS接收机)连接同一个GNSS天线，这就使得两台接收机分别获取得到的增强的实时高精度绝对坐标和原始观测数据是同一位置点的数据，具有合并生成差分数据的可行性。其中实时高精度绝对坐标采用第一接收装置(具备接收增强系统信号的GNSS接收机)获取，该接收机可处于静态或动态条件下；第一接收装置获得星基增强数据(也称为增强系统数据)和原始观测数据(原始伪距、原始载波、星历钟差、星基增强改正数)，基于原始观测数据和星基增强数据根据公式1获得高精度绝对坐标。

如下式中，为T_i时刻通过增强获取的实时高精度绝对坐标，ρ_i,L_i,eph_i,S_i,G_i分别为T_i的原始伪距、原始载波、星历钟差、星基增强改正数，F_s为星基增强定位模型。

$p{(x,y,z)}_{T_i}=F_s({\mathrm{\ρ}}_i,L_i,S_i)---\left(1\right)$

第二接收装置(另一台接收机)存储原始观测数据实时(ρ_T,L_T)，T＝...,i-1,i,i+1,...。

第一接收装置和第二接收装置各自将与(ρ_T,L_T)这两种数据发送至处理装置。

II)、处理装置中接收到两种数据后，根据获取的高精度绝对坐标中各个坐标值的时刻T_i，从存储下来的原始观测数据序列T＝...,i-1,i,i+1,...中搜索T_i时刻的原始观测数据(ρ_i,L_i)，将原始观测数据和高精度坐标按照标准格式或自定义格式编码生成可供用户直接计算得到高精度坐标的差分数据，并通过通讯链路发送至流动站接收机群的每个流动站接收机。

每个流动站接收机收到差分数据后，按照差分定位模型，消除接收机钟差、卫星钟差、电离层对流层等误差，得到双差观测方程如下：Δ▽L＝Δ▽ρ+dρ+Δ▽N+ε

式中，Δ▽L为原始双差观测值，Δ▽ρ为双差站星距离，dρ为改正值，Δ▽N为双差模糊度，ε为其他残余误差。根据以上观测值可以获取流动站与基准站间高精度的基线向量dX＝[dx,dy,dz]^T，结合收到的基准站的高精度绝对坐标按照下式，可计算得到流动站高精度坐标

${\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right]}_{Ti}={\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\end{array}\right]}_{Ti}+{\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]}_{Ti}$

本发明中，通过采用两台接收装置(其中一台具备接收与处理增强信号的功能)连接同一GNSS天线、实现了同一位置点的实时高精度坐标与原始观测数据的同时获取并合成差分数据，使得该差分数据具备使流动站接收机直接计算得到高精度坐标的功能；这对流动站接收机而言，无需每个接收装置都需要具备接收和处理增强信号的能力，只需能够进行传统RTK(Real-time kinematic，载波相位差分)计算的接收装置就能实时获取高精度的坐标，具备与接收和处理增强信号等价效果的功能，实现对增强服务有批量需求的用户只需一个或少量账号增强账号就能使剩余批量设备实时获取高精度坐标的功能，具有极高的效益。

请参阅图2和图3，本发明流动站定位方法的第二实施方式，该实施方式与第一实施方式的区别在于：第一实施方式的增强系统数据来自于星基卫星增强系统数据，而本实施方式来自于地基增强系统，对该实施方式叙述如下：

1、第一接收装置通过功分器和GNSS天线获得原始观测数据以及通过地基增强系统获得地基改正数；第一接收装置根据公式2计算得到高精度坐标并将该高精度坐标发送至处理装置，公式2具体如下：

$p{(x,y,z)}_{T_i}=F_G({\mathrm{\ρ}}_i,L_i,G_i)---\left(2\right)$

第二接收装置通过功分器和GNSS天线获得原始观测数据，将该原始观测数据发送至处理装置；

2、处理装置根据来自第一接收装置的高精度坐标和第二接收装置的原始观测数据获得差分数据，并将差分数据分发给每个流动站接收机；

3、步骤3和第一实施方式的步骤3相同，在此不再赘述。

该第二实施方式与第一实施方式具有相同的技术效果，在此不再赘述。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种流动站定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

获得原始观测数据，向外传输该原始观测数据；

获得增强系统数据和原始观测数据，基于增强系统数据和该原始观测数据获得基准站的高精度坐标；

接收高精度坐标和原始观测数据，根据高精度坐标的时刻在获得的所述原始观测数据中搜索到该时刻的原始观测数据，将该时刻的原始观测数据和高精度坐标生成差分数据；

基于流动站与基准站间的基准向量和所述差分数据计算得到流动站的坐标。

2.根据权利要求1所述的流动站定位方法，其特征在于，所述增强系统数据是星基增强系统数据或者地基增强系统数据。

3.根据权利要求1或2所述的流动站定位方法，其特征在于，所述获得原始观测数据与获得增强系统数据和原始观测数据通过不同的设备获得。

4.根据权利要求1所述的流动站定位方法，其特征在于，所述计算得到流动站的坐标，包括以下步骤：

根据双差观测方程和所述的差分数据得到基线向量dX＝[dx,dy,dz]^T；

根据如下公式计算得到流动站的坐标：

${\left[\begin{array}{c}{x}_m\\ y_m\\ z_m\end{array}\right]}_{Ti}={\left[\begin{array}{c}{x}_p\\ y_p\\ z_p\end{array}\right]}_{Ti}+{\left[\begin{array}{c}dx\\ dy\\ dz\end{array}\right]}_{Ti}$

其中，为流动站的坐标，为基准站的高精度坐标。

5.根据权利要求4所述的流动站定位方法，其特征在于，所述的双差观测方程为：

$\mathrm{\Δ}\▿L=\mathrm{\Δ}\▿\mathrm{\ρ}+d\mathrm{\ρ}+\mathrm{\Δ}\▿N+\mathrm{\ϵ}$

其中，为原始双差观测值，为双差站星距离，dρ为改正值，为双差模糊度，ε为残余误差。

6.一种基准站，其特征在于，包括第一接收装置、第二接收装置和处理装置，其中，

所述第一接收装置获得增强系统数据和原始观测数据，并基于增强系统数据和原始观测数据获得高精度坐标，传输该高精度坐标至所述处理装置；

所述第二接收装置获得原始观测数据，传输该原始观测数据至所述处理装置；

所述处理装置根据高精度坐标的时刻在获得的原始观测数据中搜索到该时刻的原始观测数据，将该时刻的原始观测数据和高精度坐标生成差分数据。

7.根据权利要求6所述的基准站，其特征在于，所述第一接收装置和第二接收装置之一是具备增强系统数据接收和处理功能的GNSS接收机。

8.根据权利要求7所述的基准站，其特征在于，所述增强系统数据是星基增强系统数据或者地基增强系统数据。

9.根据权利要求6所述的基准站，其特征在于，所述基准站还包括GNSS天线和功分器，其中，所述功分器的输入端连接于所述GNSS天线，所述第一接收装置和第二接收装置分别连接于功分器的输出端。

10.一种定位系统，其特征在于，包括权利要求6至9中任何一项所述的基准站，还包括流动站接收机，其中，所述流动站接收机基于所述差分数据和该流动站与基准站间的基准向量计算得到该流动站的坐标。