CN106125110A - 基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，包括，将一待观测区域划分为复数个观测区，并在每一观测区内设置复数个观测站；通过处理观测数据获取每一观测站的残差数据；根据观测残差数据获取各观测站的钟差均值数据；根据残差数据获取各观测区的模糊度归算值数据；根据残差数据和模糊度归算值数据获取各观测区的分区改正数数据；通过网络或者卫星链路向用户提供分区改正数数据调用服务。本发明的基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，通过对观测站进行广域的分区设计，并且基于观测站计算用于网络和星基播发的分区改正数，精化了用户定位中的误差改正，从而能够提高用户定位精度，具有精度高、适用范围广的优点。

Description

基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法

技术领域

本发明涉及广域星基增强领域，尤其涉及一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法。

背景技术

全球导航卫星定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)提供的服务包括基本导航以及星基增强。其中星基增强为了提高系统实时服务的精度，基本思想是对卫星轨道误差、卫星钟差及电离层延迟等主要误差源进行区分，建立每一种误差源的模型，用于修正基本导航中这些参数的误差。计算得到的这些改正数称为广域差分改正数，卫星电文上注系统则将广域差分改正数通过卫星链路广播给用户。

目前的导航增强系统主要由美国的WAAS(Wide Area Augmentation System，广域增强系统)系统，欧洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service，欧洲地球同步导航覆盖服务)系统，日本的MSAS(Multi-functional SatelliteAugmentation System，多功能卫星增强系统)系统以及俄罗斯的SDCM(DifferentialCorrections and Monitoring，差分修正与监测)系统等。这些系统独立于GPS或GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，全球卫星导航系统)的运行控制系统，基于地面测站的观测数据计算各种差分改正数，用于改正导航电文中的误差。

对导航系统卫星的观测值包括了伪距和相位，理论上，相位观测值的精度比伪距要高100倍左右。相位观测数据包含了卫星和地面测站的测距信息以及未知的整周模糊度。实时处理模式下，模糊度的连续处理存在较长的收敛时间，在数据中断或者周跳的情况下，模糊度需要重新收敛。考虑到以上相位数据处理的复杂性，GPS/GLONASS星基增强系统通常采用伪距观测值计算以上轨道、钟差以及格网电离层等广域差分改正数。我国区域卫星导航系统采用了卫星等效钟差的算法。等效钟差基本思想如下所述：首先对若干测站位置已知的接收机伪距观测数据进行各项公共误差改正，得到新的距离观测量；在此基础上，计算距离观测量和测站卫星理论距离的差值组成残差观测量；将此残差观测量认为完全是测站、卫星钟差的误差，求解卫星钟差改正数。由于以上计算过程忽略了卫星轨道误差的影响，因此被称为等效钟差改正数。

星基增强技术在卫星导航定位系统广播电文的基础上，计算更为精确的差分改正信息，并且通过卫星链路向用户进行广播。我国区域卫星导航系统采用了基本导航以及星基增强一体化的设计，其中星基增强系统在北斗服务区内面向授权用户提供更高精度的服务。

北斗系统播发的差分信息包括等效钟差以及电离层格网改正数。其中等效钟差主要用于改正卫星钟差的快变误差，电离层格网改正数则是为了进一步提高单频接收机用户的电离层改正的精度。北斗授权用户采用系统播发的广域差分改正数后的定位精度约为5米，相对于基本导航10米的服务精度有明显改善。

但现有星基增强系统的处理技术存在以下问题：(1)只采用伪距观测量，广域差分改正数受伪距精度的影响，对定位精度的提高存在限制；(2)若采用相位观测量，由于相位观测值中存在模糊度以及周跳，导致相应的数据处理存在收敛时间较长的问题；(3)空间传播段的改正(主要是电离层)也是基于伪距观测值，对定位精度的提高存在限制。

由于目前星基增强处理只采用伪距观测数据，因此其服务精度仅限于米级，其定位精度最高只能达到1m左右，无法满足广域用户更高精度的定位需求。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，通过对观测站进行广域的分区设计，并且基于观测站计算用于网络和星基播发的分区改正数，精化了用户定位中的误差改正，从而能够提高用户定位精度，具有精度高、适用范围广的优点。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，包括步骤：

S1：将一待观测区域划分为复数个观测区，并在每一所述观测区内设置复数个观测站；

S2：所述观测站观测至少一观测目标并获得观测数据；

S3：根据所述观测数据计算获取每一观测站的残差数据，所述残差数据包括伪距观测残差数据和相位观测残差数据；

S4：根据所述伪距观测残差数据计算获取各所述观测站的钟差均值数据；

S5：根据所述相位观测残差数据计算获取各所述观测区的模糊度归算值数据；

S6：根据所述残差数据和所述模糊度归算值数据计算获取各所述观测区的分区改正数数据，所述分区改正数数据包括伪距分区改正数数据和相位分区改正数数据；

S7：通过网络或者卫星链路向用户站提供分区改正数数据调用服务，所述用户站通过调用所述分区改正数数据获取所述用户站的三维坐标。

进一步地，所述步骤S3中，通过所述观测数据并利用公式(1)计算一第i观测站对一第j观测目标的伪距观测残差和所述第i观测站对所述第j观测目标的相位观测残差获取所述残差数据：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_i^j-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+v_i^j\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，i和j为大于零的自然数；f为频率，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的距离观测误差，c为光速，dt_i为第i观测站的观测站钟差，dt^j为第j观测目标的目标钟差，Δdt^j为第j观测目标的目标钟差误差影响造成的观测误差；为模糊度参数，为与频率有关的电离层模型延迟改正误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的对流层路径延迟，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的对流层模型延迟改正误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的第一剩余误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的第二剩余误差。

进一步地，在所述步骤S4中，根据所述伪距观测残差数据并利用公式(2)获取所述第i观测站的钟差均值

$c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)}{n}---\left(2\right)$

其中，n为所述第i观测站观测到的所述观测目标的总数。

进一步地，在所述步骤S5中，根据所述相位观测残差数据并利用公式(3)获取各所述观测区的模糊度归算值数据

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t=\frac{{\Σ}_{i=1}^m\left({\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\right(f){|}_t-{\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}(f\left){|}_{t-1}\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+v_i^j\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，为扣除所述观测站钟差后的相位残差改正数，m为当前观测区内的所述观测站个数，为所述第i观测站的钟差概略值,t为历元编号。

进一步地，在所述步骤S6中，根据所述残差数据和所述模糊度归算值数据并利用公式(4)获取各所述伪距分区改正数数据ΔP^j(f)和相位分区改正数数据ΔL^j(f)|_t：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}^j\left(f\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}^j\left(f\right){|}_t={\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_{t-1}+{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t\\ {\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+{\mathrm{\δ}}_i^j\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，t为历元编号，为所述观测站的钟差均值。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

本发明中通过特定算法获取的分区改正数数据在发送给转发服务器后可向用户提供调用服务，用户根据需要通过对分区改正数数据的调用和使用，精化了用户定位中的误差改正，从而提高用户实现星基增强系统定位精度的提高。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法的流程图；

图2为本发明实施例的复数个观测区的划分示意图。

具体实施方式

下面根据附图1-2，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。

请参阅图1，本发明的一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，包括步骤：

S1：将一待观测区域划分为复数个观测区，并在每一观测区内设置复数个观测站；

S2：观测站观测至少一观测目标获得观测数据；

S3：通过处理观测数据获取每一观测站的残差数据，残差数据包括伪距观测残差数据和相位观测残差数据；

具体地，在步骤S3中，通过观测数据并利用公式(1)计算一第i观测站对一第j观测目标的伪距观测残差和第i观测站对第j观测目标的相位观测残差获取残差数据：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_i^j-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+v_i^j\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，i和j为大于零的自然数；f为频率，为第i观测站与第j观测目标间的距离观测误差，c为光速，dt_i为第i观测站的观测站钟差，dt^j为第j观测目标的目标钟差，为模糊度参数，为与频率有关的电离层模型延迟改正误差，为第i观测站与第j观测目标间的对流层路径延迟，为第i观测站与第j观测目标间的对流层模型延迟改正误差，为第i观测站与第j观测目标间的第一剩余误差，为第i观测站与第j观测目标间的第二剩余误差。

S4：根据伪距观测残差数据获取各观测站的钟差均值数据；

具体地，在步骤S4中，根据伪距观测残差数据并利用公式(2)获取第i观测站的钟差均值

$c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)}{n}---\left(2\right)$

其中，n为第i观测站观测到的观测目标的总数。

S5：根据相位观测残差数据获取各观测区的模糊度归算值数据；

具体地，在步骤S5中，根据相位观测残差数据并利用公式(3)获取各观测区的模糊度归算值数据

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t=\frac{{\Σ}_{i=1}^m\left({\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\right(f){|}_t-{\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}(f\left){|}_{t-1}\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+v_i^j\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中，为扣除观测站钟差后的相位残差改正数，m为当前观测区内的观测站个数，为第i观测站的钟差概略值,t为历元编号。

S6：根据残差数据和模糊度归算值数据获取各观测区的分区改正数数据，分区改正数数据包括伪距分区改正数数据和相位分区改正数数据；

具体地，在步骤S6中，根据残差数据和模糊度归算值数据并利用公式(4)获取各伪距分区改正数数据ΔP^j(f)和相位分区改正数数据ΔL^j(f)|_t：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}^j\left(f\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}^j\left(f\right){|}_t={\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_{t-1}+{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t\\ {\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+{\mathrm{\δ}}_i^j\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，t为历元编号，为观测站的钟差均值。

S7：将分区改正数数据发送给一转发服务器并通过网络或者卫星链路向用户站提供调用服务，用户站通过对分区改正数数据的调用提高了其三维位置求取的精度。

下面对本发明的一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，做进一步描述。

本发明的内容包括星基增强相位分区改正数的计算模型以及适用于星基增强系统的分区设计。

(1)首先，对于任意历元观测站i对观测目标(如：卫星)j在频点f的伪距、相位观测值为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_i^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_i^j+c\·({\mathrm{dt}}_i-{\mathrm{dt}}^j)+I_i^j\left(f\right)+D_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ L_i^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_i^j+c\·({\mathrm{dt}}_i-{\mathrm{dt}}^j)+N_i^j\left(f\right)-I_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+v_i^j\end{array}\right.---\left(5\right)$

公式(5)中，为观测站i对观测目标j的伪距观测值，为观测站i对观测目标j的相位观测值；f为频点标识；为观测目标j与观测站i间的理论几何距离；c为光速；dt_i为第i观测站的观测站钟差，dt^j为第j观测目标的目标钟差，为观测站i对观测目标j的相位观测值的模糊度，为与频率有关的电离层模型延迟改正误差，其对伪距、相位观测分别起到延迟和缩短观测时间的效果；为基于理论模型的对流层斜路径延迟；为第i观测站与第j观测目标间的第一剩余误差，为第i观测站与第j观测目标间的第二剩余误差，包含了多路径误差等噪声信息。

在公式(5)中，观测站已知坐标和广播星历求得的观测目标轨道、钟差，并利用实测的气象数据以及经验模型对大气延迟(电离层和对流层)进行改正，可求得第i观测站对第j观测目标的伪距观测残差和第i观测站对第j观测目标的相位观测残差

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_i^j-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+v_i^j\end{array}\right.---\left(1\right)$

公式(1)中，Δdt^j分别为观测站i受观测目标j轨道、钟差误差影响造成的观测误差。分别为电离层、对流层模型改正的剩余误差。观测残差中观测站钟差dt_i和模糊度参数是最大的项。为观测站上的残差改正，可作为局域/广域的增强信息提供给用户使用。

在相同历元，一用户站u对观测目标j在频点f的伪距、相位观测值为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^j+c\·({\mathrm{dt}}_u-{\mathrm{dt}}^j)+I_u^j\left(f\right)+D_u^j+{\mathrm{\δ}}_u^j\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^j+c\·({\mathrm{dt}}_u-{\mathrm{dt}}^j)+N_u^j\left(f\right)-I_u^j\left(f\right)+D_u^j+v_u^j\end{array}\right.---\left(6\right)$

公式(6)中变量含义与公式(5)相同，只是测站由观测站i变成了用户站u。

其中，表示用户站对流层斜路径延迟；表示用户站与第j观测目标间的第一剩余误差；

表示用户站的电离层模型改正误差；

表示用户站u对观测目标j的相位观测值的模糊度；

dt_u表示用户站钟差。

利用广播星历求得观测目标j轨道、钟差代入公式(6)，并利用实测的气象数据以及经验模型对大气延迟(电离层和对流层)进行改正，得到：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+{\mathrm{d\ρ}}_u^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j+{\mathrm{\δ}}_u^j\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+{\mathrm{d\ρ}}_u^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j+v_u^j\end{array}\right.---\left(7\right)$

公式(7)中，为基于广播星历计算的星地距离，为用户站u受卫星轨道误差影响造成的观测误差。对公式(7)引入该历元观测站i上的残差改正写为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_i^{\′j}+{\mathrm{d\ρ}}_u^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\δ}}_u^j\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+{\mathrm{d\ρ}}_u^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)+v_u^j\end{array}\right.---\left(8\right)$

将公式(1)代入公式(8)，得到：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+({\mathrm{d\ρ}}_u^j-{\mathrm{d\ρ}}_i^j)+c\·({\mathrm{dt}}_u-{\mathrm{dt}}_i)+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_i^j+\mathrm{\δ}\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+({\mathrm{d\ρ}}_u^j-{\mathrm{d\ρ}}_i^j)+c\·({\mathrm{dt}}_u-{\mathrm{dt}}_i)+(N_u^j-N_i^j)+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_i^j+\mathrm{\ϵ}\end{array}\right.---\left(9\right)$

其中为伪距剩余误差及观测噪声，为相位剩余误差及观测噪声。

公式(9)中，卫星钟差误差c·Δdt^j得到了消除；用户站距离观测站如果小于2000公里，则的影响也在毫米级，可以忽略；观测站的站钟差c·dt_i可以被用户站站钟c·dt_u完全吸收，成为新的站钟在观测站和用户站都没有发生周跳的情况下将重新组合为新的模糊度参数通过以上分析，重新组合部分项，公式(9)可重新写为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+c\·d\stackrel{\‾}{t_u}+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_i^j+\mathrm{\δ}\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+c\·d\stackrel{\‾}{t_u}+\stackrel{\‾}{N_u^j}+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_u^j+\mathrm{\ϵ}\end{array}\right.---\left(10\right)$

与常规的观测方程相比，通过采用观测站提供的残差，公式(10)消除了观测目标钟差的影响；此外，公式(10)中对于离观测站千公里远的测站，电离层、对流层误差影响最大的公共部分得到了消除，从而降低了这两部分的影响。因此，基于观测站提供的残差改正，能够精化用户定位中的误差改正，提高用户定位精度。

(2)关于计算不同观测站钟差均值以及不同观测站公共卫星模糊度归算。

由于相位改正数中包含部分模糊度残余项，对同一颗卫星，不同历元的所能观测到的测站数量不一样，如果不进行公共卫星模糊度归算，这时相位综合改正数中所包含的模糊度残余项不一样，导致相位综合改正数不连续。

以上基于单个观测站能够提供相应的伪距相位改正信息。由于观测站残差中包含的观测站钟差能够被用户站钟差吸收，因此为了减少参数的位数,可在公式(1)残差中扣除钟差概略值，形成新的残差改正数：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+v_i^j\end{array}\right.---\left(11\right)$

公式(11)中，分别为扣除观测站钟差后的伪距相位残差改正数；为观测站的钟差概略值，可通过公式(1)中的伪距残差进行计算：

$c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j=1}^n{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)}{n}---\left(2\right)$

公式(2)中，n为观测站i观测到的观测目标总数。

单个观测站可能存在故障等问题，从而服务的连续性将受到影响。在一定的区域内可以建立多个观测站，可将单站模型拓展到多个观测站。参照公式(10)，在任意历元，用户站u接收观测站k的改正数之后，对观测目标j在频点f的伪距、相位观测值为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+c\·d\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{t_u}}+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_k^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_k^j+{\mathrm{\δ}}^{\′}\\ L_u^j\left(f\right)={\mathrm{\ρ}}_u^{\′j}+c\·d\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{t_u}}+\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{N_u^j}}+{\mathrm{\ΔI}}_u^j\left(f\right)-{\mathrm{\ΔI}}_k^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_u^j-{\mathrm{\ΔD}}_k^j+{\mathrm{\ϵ}}^{\′}\end{array}\right.---\left(12\right)$

公式12中，

表示用户站新的站钟；

表示组合的新的模糊度参数；

表示基于广播星历计算的星地距离；

表示用户站电离层模型改正的剩余误差；

表示观测站k电离层模型改正的剩余误差；

表示用户站对流层模型改正的剩余误差；

表示观测站k对流层模型改正的剩余误差；

δ′表示伪距剩余误差及观测噪声；

ε′表示相位剩余误差机观测噪声。

比较公式(10)、公式(12)，可见除了电离层、对流层改正信息有所差异之外，钟差、模糊度信息是组合了不同观测站相关项后的结果，存在差异。站钟由于是每个历元进行求解，因此不同观测站引起的钟差跳变会直接影响用户站钟差，而不会影响用户定位结果。模糊度信息在相邻历元的变化将导致用户的周跳，从而造成用户定位结果的跳变。因此在一个观测站存在故障需要切换至另外一个观测站时，为保证用户定位的平稳、连续，需要保证用户模糊度参数的连续，要求不同观测站对相同观测目标的模糊度参数保持一致。

根据公式(1)，将两个观测站的残差作差得到：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_{i,k}^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_{i,k}^j+c\·{\mathrm{dt}}_{i,k}+{\mathrm{\ΔI}}_{i,k}^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_{i,k}^j+{\mathrm{\δ}}_{i,k}^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_{i,k}^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_{i,k}^j+c\·{\mathrm{dt}}_{i,k}+N_{i,k}^j-{\mathrm{\ΔI}}_{i,k}^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_{i,k}^j+v_{i,k}^j\end{array}\right.---\left(13\right)$

公式(13)中下标i,k代表两个观测站间作差。公式(13)中要保证不同观测站对同一观测目标模糊度参数的一致性，则两个观测站对所有观测目标的模糊度必须相同或者相差一个相同的常数而实际上不同观测站对不同观测目标模糊度的差异不是常数，因此必须进行多观测站对相同观测目标模糊度的归算。

模糊度的归算是为了保证相位分区综合改正数的连续性，也即：需要保证其前后历元中包含的模糊度相同。采用对于某个观测目标，如果前后历元用于计算其综合改正数的观测站个数产生变化，则取前后历元公共的观测站数据，计算其改正数(扣除了站钟)均值的变化:

${\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m\left({\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\right(f\left)\right|t-{\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_{t-1})}{m}---\left(14\right)$

公式(14)中，为相邻历元综合改正数的变化，也即模糊度归算值；m为相同观测站的个数，下标t代表历元编号。观测站个数发生变化后，前面历元对该观测目标加上以上模糊度归算值就保证了模糊度参数的连续性。

(3)关于分区改正数数据的获取。

在进行了观测站钟差以及模糊度归算之后，可对相同分区内不同观测站的残差改正数进行综合，形成每个分区内每颗卫星的改正数，即为综合分区改正数。

多观测站综合分区改正数包括伪距改正数的综合和相位改正数的综合。即分区改正数数据包括伪距分区改正数数据和相位分区改正数数据。由于不同观测站扣除钟差均值后的伪距改正数的差异主要是指观测噪声的差异，因此可以直接对其进行综合平均。多站相位分区改正数综合时，通过模糊度归算，可直接进行叠加：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}^j\left(f\right)=\frac{{\Σ}_{i=1}^m{\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}^j\left(f\right){|}_t={\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_{t-1}+{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t\end{array}\right.---\left(15\right)$

公式(15)中下标t，t-1代表历元编号，其中初始历元相位分区综合改正数为：

${\mathrm{\ΔL}}^j\left(f\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^m{\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right)}{m}---\left(16\right)$

获得综合分区改正数后，通过网络或者卫星链路将其发送给用户使用。

(4)关于观测区的划分

将本发明提出的基于测站残差改正的分区改正模型可应用于北斗卫星导航系统星基增强系统。可依据现有观测站的分布以及系统服务指标需求，对北斗服务区进行分区设计。

对于重点服务区域，如我国东南沿海地区，其分区大小可以适当密一些，应尽量保证每个分区内至少有两个观测站，每个观测站应分尽量分布均匀或在分区中心，另外后期也可以根据需要新增若干观测站。

例如，请参见图2，本实施例的一种观测区的分区设计，每个分区覆盖的范围各不相同，并且每个分区含有若干个观测站。其具体分区坐标，可见表1。

表1 分区格网点坐标

以华东地区分区为例，假设在华东地区设置南京，上海，杭州三个观测站，在每个历元分别计算这三个观测站对观测到的每个观测目标(如卫星)的分区改正数。计算步骤如下：

1)每个观测站残差计算

以1号卫星为例，根据公式(1)，在不同历元1、2、3、4时各观测站的伪距、相位残差计算结果请见表2。

表2 单观测站伪距相位分区改正数

注：--表示没有数据或数据被剔除。

2)计算不同观测站钟差均值

根据公式(2)，计算不同观测站的钟差均值并扣除，计算结果请参见表3。

表3 扣除不同观测站站钟的钟差均值

3)多观测站公共卫星模糊度归算

根据公式(3)，对于不同观测站的相位改正数，进行卫星模糊度归算，计算结果请参见表4。

历元	模糊度归算值
		1	--
2	-0.010
		3	0.0415
4	0.0155

表4 多观测站卫星模糊度归算值

4)分区改正数综合

按照公式(13)，对分区改正数进行综合，得到伪距分区改正数和相位分区改正数，计算结果请参见见表5。

历元	伪距分区改正数	相位分区改正数
			1	0.9867	0.5043
2	1.0567	0.4943
			3	1.0100	0.5358
4	1.1465	0.5513

表5 分区综合改正数

本发明的通过对待观测区域进行广域的分区设计，并且基于观测站计算用于网络和星基播发的分区改正数。本发明的改正数数据精化了用户定位中的误差改正，从而能够提高用户定位精度。本发明的计算模型适用于任意频点及不同频点组合的分区改正数计算；也可以在不同频点计算之后进行组合获取不同频点组合的改正模型。同时，模型处理中也可以事先考虑其它已有等效钟差、格网电离层等各种广域差分改正数，进行叠加求取。

本发明通过计算同一分区内的误差改正数，修正了公共误差，精化了广域差分误差改正的精度，能够提高用户定位精度；本发明提出的模型可以扩展到基于相位观测的用户；本发明将待观测区域进行分区计算，各分区内的误差具有相似性，因此大大扩展了观测站与用户站的距离，实现了用户广域差分定位。

以上记载的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。

Claims (5)

1.一种基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，包括步骤：

S1：将一待观测区域划分为复数个观测区，并在每一所述观测区内设置复数个观测站；

S2：所述观测站观测至少一观测目标并获得观测数据；

S3：根据所述观测数据计算获取每一观测站的残差数据，所述残差数据包括伪距观测残差数据和相位观测残差数据；

S4：根据所述伪距观测残差数据计算获取各所述观测站的钟差均值数据；

S5：根据所述相位观测残差数据计算获取各所述观测区的模糊度归算值数据；

S6：根据所述残差数据和所述模糊度归算值数据计算获取各所述观测区的分区改正数数据，所述分区改正数数据包括伪距分区改正数数据和相位分区改正数数据；

S7：通过网络或者卫星链路向用户站提供分区改正数数据调用服务，所述用户站通过调用所述分区改正数数据获取所述用户站的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过所述观测数据并利用公式(1)计算一第i观测站对一第j观测目标的伪距观测残差和所述第i观测站对所述第j观测目标的相位观测残差获取所述残差数据：

$\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+{\mathrm{\δ}}_i^j\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)={\mathrm{d\ρ}}_i^j+c\·{\mathrm{dt}}_i-c\·{\mathrm{\Δdt}}^j+N_i^j-{\mathrm{\ΔI}}_i^j\left(f\right)+{\mathrm{\ΔD}}_i^j+v_i^j\end{array}---\left(1\right)$

其中，i和j为大于零的自然数；f为频率，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的距离观测误差，c为光速，dt_i为第i观测站的观测站钟差，dt^j为第j观测目标的目标钟差，Δdt^j为第j观测目标的目标钟差误差影响造成的观测误差；为模糊度参数，为与频率有关的电离层模型延迟改正误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的对流层路径延迟，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的对流层模型延迟改正误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的第一剩余误差，为所述第i观测站与所述第j观测目标间的第二剩余误差。

3.根据权利要求2所述的基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，其特征在于，在所述步骤S4中，根据所述伪距观测残差数据并利用公式(2)获取所述第i观测站的钟差均值

$c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i=\frac{{\Σ}_{j=1}^n{\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)}{n}---\left(2\right)$

其中，n为所述第i观测站观测到的所述观测目标的总数。

4.根据权利要求3所述的基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，其特征在于，在所述步骤S5中，根据所述相位观测残差数据并利用公式(3)获取各所述观测区的模糊度归算值数据

$\{\begin{array}{c}{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t=\frac{{\Σ}_{i=1}^m\left({\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\right(f){|}_t-{\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}(f\left){|}_{t-1}\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔL}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+v_i^j\end{array}---\left(3\right)$

其中，为扣除所述观测站钟差后的相位残差改正数，m为当前观测区内的所述观测站个数，为所述第i观测站的钟差概略值,t为历元编号。

5.根据权利要求4所述的基于分区改正的星基增强系统定位精度提高方法，其特征在于，在所述步骤S6中，根据所述残差数据和所述模糊度归算值数据并利用公式(4)获取各所述伪距分区改正数数据ΔP^j(f)和相位分区改正数数据ΔL^j(f)|_t：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔP}}^j\left(f\right)=\frac{{\Σ}_{i=1}^m{\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)}{m}\\ {\mathrm{\ΔL}}^j\left(f\right){|}_t={\mathrm{\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_{t-1}+{\mathrm{d\ΔL}}_i^{\′j}\left(f\right){|}_t\\ {\mathrm{\ΔP}}_i^{\′j}\left(f\right)={\mathrm{\ΔP}}_i^j\left(f\right)-c\·d{\stackrel{\‾}{t}}_i+{\mathrm{\δ}}_i^j\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，t为历元编号，为所述观测站的钟差均值。