CN106569239B - 一种广播式网络rtk定位技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种广播式网络RTK定位技术，包括通过划分格网确定虚拟参考站位置；计算虚拟参考站观测数据；数据中心将差分改正数信息通过单向传播网络播发给广大的用户；用户终端接收到格网表和对应的虚拟观测站观测数据，重塑VRS数据的RTCM格式数据，并计算定位结果等四步骤。本发明遵循了VRS数据处理原理，利用现有的GNSS基准站设施，仅对数据处理软件和流动站设备中的数据计算软件进行适当的改造即可以实现厘米级实时定位，由于技术引入投入少，适应性强，保密性好，用户数量无限，可以在多个行业广泛使用。

Description

一种广播式网络RTK定位技术

技术领域

本发明属于测绘导航定位技术领域，尤其是涉及一种广播式网络RTK定位技术。

背景技术

利用卫星导航定位系统获取点的位置信息是目前基础测绘信息采集和导航定位的主要手段。利用卫星导航定位系统进行绝对定位(或单点定位)时，其精度受到卫星轨道误差、钟差、大气延迟误差及人为因素等诸多因素的影响，尽管其中一些系统性误差可以通过模型加以消除或改正，但是其残差仍是不可忽略的。实践表明，目前单点定位精度可达到米级，而动态单点定位的精度仅仅为10m-40m，远低于大地测量精密定位的要求。为了消除和减弱上述误差的影响，提高定位精度，GNSS差分定位技术是提高导航定位精度的最有效方法。

差分定位技术是在一个测站对两个目标的观测量、在两个测站对一个目标的观测量以及同一个测站对两个目标的两次观测量进行求差，其目的在于消除公共项(包括公共误差和公共参数)，从而提高定位精度。差分定位技术在近年来获得迅速发展和广泛应用，从最初的仅能提供坐标改正数(或伪距改正数)发展到能把各种误差分离出来，向流动站提供卫星星历、卫星钟差改正和大气延迟误差等各种改正信息。在差分技术中，目前应用较广泛的是载波相位动态实时差分RTK技术，它建立在实时处理测站载波相位基础上，能实时提供流动站的三维坐标，精度达到厘米级。

RTK技术是一种基于单基准站和载波相位观测值进行实时差分定位的GNSS相对定位技术。流动站进行常规RTK定位时，参考站观测的载波相位数据(有时也包括伪距观测值)以及参考站坐标，通过可靠的数据通信链路实时传送给流动站。利用相对定位原理，流动站根据当前载波相位观测值(以及伪距观测值)和广播星历进行实时相对差分，削弱和消除轨道误差、钟差、大气误差等的影响，根据已知的参考站精确坐标，实时计算流动站瞬时位置，大大提高流动站定位精度(分米甚至厘米级)。

RTK技术是建立在流动站与参考站之间误差强相关假设基础上的。即：对同步载波相位观测值进行差分(一般采用双差观测值)，消除或削弱流动站与参考站共有的相关系统误差，包括卫星钟和接收机钟差、卫星星历误差、大气延迟误差等。

RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离，即基准站和流动站之间距离越长，空间相关性越弱，计算结果精度越差，通常有效距离仅20km，但经常解算失效，其实际的可靠作用距离小于15km，若基准站出现问题，则整个系统失效。

网络RTK是由RTK技术发展而来的高精度卫星定位测量技术，网络RTK技术，也称为多基准站RTK技术，是一种集成了GNSS数据处理、计算机和通讯网络技术的实时动态定位技术。它是由连续运行GNSS基准站网(至少3个以上基准站形成基准站网络)、数据中心、数据通讯链路和流动站部分组成。为网络区域内的流动站提供准实时(秒级延迟)的、空间坐标系统统一的、精度水平一致的位置(厘米级精度)信息。

网络RTK技术的基本流程是流动站向数据中心“请求定位”(向数据中心发送流动站的概略坐标)，该坐标的位置称为虚拟参考站(VRS，Virtual Reference Station)，虚拟参考站距离流动站约10m左右，与流动站进行RTK定位，克服了RTK作用距离短、作用范围小的缺点。数据中心实时接收连续运行GNSS基准站的观测数据并结合其精确的站坐标信息进行处理，分离出各种误差，生成一个基于该VRS的虚拟观测数据(RTCM差分协议格式的数据)，发送给流动站，与流动站的实际观测数据进行差分计算，得到流动站的精确坐标位置。该方法的关键是构建一个距离流动站较近的VRS的虚拟观测数据，该方法相当于用多个高精度站保障一个流动站，其定位结果可靠、精度高，且精度一致性好。因此，网络RTK技术又被称为VRS技术。

现有网络RTK技术的主要缺点是，数据中心和流动站之间需要进行双向无线电收/发数据通信，如果同时作业的流动站数量多，则会造成通讯信道拥堵和数据处理延时，因此必须限制同时在线用户数量，由于其是双向通讯模式，不便于使用卫星通讯或无线电台通信方式(两种方式都需要较大功率的发射设备，不便于移动用户使用)，目前只适合于使用移动互联网络通信模式，但由于移动互联网络覆盖范围有限(如，山区、沙漠、海洋等区域)，其应用范围受到限制。而对于军事用户，定位时需要发送无线电信号(定位请求)，容易产生无线电泄露，而信号中含有的概略位置信息，则会暴露用户的位置，不利于安全保密。

发明内容

本发明针对上述技术的缺点，本发明使用户不需要向数据中心发送任何信息，采用单向通讯模式只接收数据中心播发的VRS虚拟观测数据的广播式网络RTK定位技术，可以为无数的在线用户提供高精度导航定位服务。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种广播式网络RTK定位技术，包括如下步骤：

A：确定虚拟参考站位置，数据中心根据连续运行GNSS基准站的分布情况，把基准站网络覆盖区域格网化，虚拟参考站设在格网点上，对格网节点进行编号，形成一个格网表，该表通过移动互联网发送给所有注册用户，并储存；

B:计算虚拟参考站观测数据，数据中心需要实时接收连续运行GNSS基准站的观测数据，并利用其点位信息，计算格网节点处的VRS数据；

C：无线传播网络广播，数据中心将格网所有节点处的VRS数据，采用简化的RTCM差分协议数据格式，通过传播网络广播给广大的用户；

D：用户自计算定位结果，用户终端根据自己的概略位置，对照格网表查找离自己最近的格网点编号，接收对应编号的虚拟观测站观测数据，然后利用自身的计算能力，重塑该格网点处的RTCM格式数据形式的VRS观测数据，计算定位结果。

上述技术方案中，所述基准站网络利用现有的连续运行GNSS卫星基准站网络设施。

上述技术方案中，步骤A:格网化时，网格密度根据区域大气中电离层变化程度进行设定，电离层变化较大，格网密度高，电离层变化缓慢，格网密度低。

上述技术方案中，RTCM差分协议是国际海运事业无线电技术委员会(RadioTechnical Commission for Maritime services,简称RTCM)制定的用于统一差分GPS导航设备的标准协议。

上述技术方案中，简化的RTCM差分协议是本发明自定义的RTCM协议，在本协议中，为了减少数据发播量，简化的RTCM差分协议只保留了标准RTCM协议中与差分定位计算直接相关的电离层和对流层延迟、卫星轨道，钟差等主要的差分改正信息。

上述技术方案中，所述传播网络为移动互联网络、无线电数字广播或通信卫星广播。

本发明遵循了VRS的定位数据处理原理，故现有的网络RTK基准站设备功能不变，可以充分利用现有的GNSS基准站设施，仅对数据处理软件和用户终端设备中的数据计算软件进行适当的改造即可以实现，因此技术引入投入少，适应性强；用户不需要向数据中心发送任何信息，只接收数据中心发播的简化的RTCM差分协议数据，实现了单向通讯，此举，可以使实时在线用户的数量由有限增加到无限；采用多种通讯方式广播数据，如：移动互联网络、无线电数字广播和卫星通讯(由于只接收信息，可以配备交小功率的接收设备)，可满足用户在全国任何地方进行高精度实时定位，而对于军事用户，由于没有无线电暴露和位置信息泄露，隐蔽性和保密性好，可以进行广泛使用；数据中心的部分计算工作，放到了用户终端进行，减轻了数据中心计算量，同时也减少了数据中心发播的数据量，提高了用户定位的实时性和可靠性。本发明技术方案可以实现厘米级实时动态定位，本发明技术方案可以拓展北斗导航卫星的应用范围，其产生的社会经济价值将会是巨大的。

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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明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作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。

根据图1所示，本发明一种广播式网络RTK定位技术的实施例，以上海华测导航技术股份有限公司在上海地区进行的一次广播式网络RTK实地测试的结果作为实施例。测试时利用的GNSS卫星基准站网络是上海华测导航技术股份有限公司在上海建设的北斗示范网，示范网基准站数量8个，覆盖区域为：北纬30°—32°，东经121°—122°，面积约为2.5万平方公里，在5个点位进行施测试验，本次测试对基准站网络覆盖区域进行格网化分，格网密度为5km×5km，共设置1000余个网格点，虚拟参考站设在格网点上，并按顺序编号，格网表发送给用户保存。数据中心按网格点生成VRS数据，并形成简化的RTCM格式数据，然后通过传播网络播发给用户，用户终端根据自己的概略位置，对照格网表查找离自己最近的格网点编号，接收该编号对应的虚拟观测站数据，然后依靠自身的计算能力，重塑VRS观测数据，进行定位计算，定位结果的平面和高程精度均在厘米级。数据中心的用户信息管理系统负责对用户进行注册管理。

本发明的基准站网络覆盖区域可以根据需要覆盖全球范围，不限定国内区域。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种广播式网络RTK定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

A：确定虚拟参考站位置，数据中心根据连续运行GNSS基准站的分布情况，把基准站网络覆盖区域格网化，虚拟参考站设在格网点上，对格网节点进行编号，形成一个格网表，该表通过移动互联网发送给所有注册用户，并储存；

B:计算虚拟参考站观测数据，数据中心需要实时接收连续运行GNSS基准站的观测数据，并利用其点位信息，计算格网节点处的VRS数据；

C：无线传播网络广播，数据中心将格网所有节点处的VRS数据，采用简化的RTCM差分协议数据格式，通过传播网络广播给广大的用户；所述简化的RTCM差分协议，为在简化RTCM差分协议只保留标准RTCM协议中与差分定位计算直接相关的主要的差分改正信息，所述主要的差分改正信息包括电离层、对流层、卫星轨道、卫星钟差信息，减少了广播的数据量；

D： 用户自计算定位结果，用户终端根据自己的概略位置，对照格网表查找离自己最近的格网点编号，接收对应编号的虚拟观测站观测数据，然后利用自身的计算能力，重塑该格网点处的标准RTCM格式数据形式的VRS观测数据，计算定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种广播式网络RTK定位方法，其特征在于，所述基准站网络利用现有的连续运行GNSS卫星基准站网络设施。

3.根据权利要求1所述的一种广播式网络RTK定位方法，其特征在于，步骤A:格网化时，网格密度根据地区大气中电离层变化进行设定，电离层变化较大，格网密度高，电离层变化缓慢，格网密度低。

4.根据权利要求1所述的一种广播式网络RTK定位方法，其特征在于，数据中心生成的VRS数据，通过单向的传播网络模式广播给用户。

5.根据权利要求1所述的一种广播式网络RTK定位方法，其特征在于，所述格网大小为5km×5km。