CN108205150B - 差分定位方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种差分定位方法及系统，包含以下步骤：根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和第一流动站的差分GNSS观测值，实现第一差分基站和第一流动站之间的整周模糊度固定，再计算第一差分基站和第一流动站之间的电离层延迟，再根据第一差分基站和第一流动站之间的电离层延迟插值计算第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；根据第一差分基站的GNSS观测值和第二流动站的电离层延迟对第二流动站进行差分定位。本发明能够提高差分系统内RTK用户定位精度，减少建设和维护基站需要的费用，实现灵活。

Description

差分定位方法及系统
技术领域
本发明涉及定位领域，具体涉及差分定位领域。
背景技术
近年来，网络RTK(Real-time kinematic，载波相位差分)技术和反向网络RTK技术得到了快速发展。
常规的网络RTK模式分为平台服务端和用户端。其中，平台服务端包括GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)基站，基站数据接收和管理中心、GNSS数据处理中心和播发平台。用户端负责差分数据接收、RTK解算以及定位结果的显示和存储。
总体来说，常规网络RTK技术的核心为网络参考站的GNSS数据处理，具体包括GNSS整周模糊度解算、空间相关误差提取与建模、虚拟参考站差分数据计算三个主要功能模块。
反向RTK技术(reverse RTK)是指常规RTK模式下CORS站(ContinuouslyOperating Reference Stations，连续运行参考站)的改正信息在N-Trip协议支持下以RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services，航海无线电技术委员会)格式传输至流动站；反之也可将用户端GNSS观测数据传输至CORS站数据处理中心。
具体地说，反向网络RTK技术为C/S结构，即服务器/客户端结构。C/S模式下CORS站与流动站的GNSS数据实时同步传送至服务器，服务器负责组织、存储与管理GNSS数据，数据处理中心可通过常规网络RTK算法为不同精度需求的用户提供定位服务；由于数据处理中心同时拥有流动站与基站的GNSS数据，因此可基于GNSS数据生产多种产品提供“增值”服务，如：变形监测与同震位移信号分析、平面与高程的坐标转换。
反向网络RTK技术与常规网络RTK相比，优点是用户对网络观测数据质量缺乏了解；C/S模式下，数据处理中心可对CORS站GNSS数据完整性与可获得性统计分析，当CORS网络卫星数据较少、几何模型强度较弱、大气延迟扰动 剧烈、多路径效应严重、卫星高度角过低从而影响CORS网数据质量时发送警示信息以保证系统服务质量。
但是，反向网络RTK技术与常规网络RTK在实际应用中也存在不少问题，例如，常规RTK技术中，平台服务端为信息播发的主动节点，流动用户为信息接收的被动节点。因此，流动用户的GNSS观测值只服务于用户，对服务端没有贡献。并且，使用反向RTK技术需要用户将原始观测数据传送至服务端，这样必然造成大量的通信开销，因此实现难度非常大。还有，反向RTK技术数据处理模式与常规RTK相同，其主要区别在于流动站与数据处理中心计算任务不同，流动站用户之间GNSS数据处理完全独立。反向RTK技术的用户端数据传送至服务器后，对于服务端的差分仍然没有贡献。
综上所述，目前迫切需要能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性的差分定位技术。
发明内容
本发明的目的就是提供一种差分定位方法及系统，能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
在本发明的第一个方面，提供了一种差分定位方法。包括以下步骤：
根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和该第一流动站的差分GNSS观测值，实现该第一差分基站和该第一流动站之间的整周模糊度固定；
根据已固定的该第一差分基站和该第一流动站之间的整周模糊度，和该第一差分基站和该第一流动站的差分GNSS观测值，计算该第一差分基站和该第一流动站之间的电离层延迟；
根据该第一差分基站和该第一流动站之间的电离层延迟插值计算该第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；
根据该第一差分基站的GNSS观测值和该第二流动站的电离层延迟对该第二流动站进行差分定位。
在本发明的优选例中，该差分基站有多个，该方法还包括以下步骤：
该“实现该第一差分基站和该第一流动站的整周模糊度固定”的步骤之前还包括以下子步骤：
将差分观测系统内多个差分基站组成固定网形，选取该第一差分基站作为 主参考站，其他基站作为辅参考站，将该差分观测系统内所有差分基站观测值发送至差分观测系统服务端，实现主参考站和辅参考站间的整周模糊度固定；其中，该第一差分基站是该多个差分基站中的一个；
根据已固定的主参考站和辅参考站间的整周模糊度，与主参考站和辅参考站之间的差分GNSS观测值，计算主参考站和辅参考站间的电离层延迟；
该“计算第二流动站的电离层延迟”的步骤包括以下子步骤：
根据该网形内参考站间的电离层延迟，以及主参考站和第一流动站间的电离层延迟，共同内插计算主参考站和第二流动站间的电离层延迟；
该“对该第二流动站进行差分定位”的步骤包括以下子步骤：
根据该主参考站和第二流动站间的电离层延迟、主参考站观测值，形成虚拟参考站观测值，发送给第二流动站进行RTK定位。
在本发明的优选例中，该差分基站只有一个；
在该“计算该第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟”的步骤之后还包括以下步骤：
根据该第一差分基站和该第二流动站之间的电离层延迟插值计算该第一差分基站和第三流动站之间的电离层延迟；
根据该第一差分基站的GNSS观测值和该第三流动站的电离层延迟对该第三流动站进行差分定位。
在本发明的优选例中，该差分基站的观测条件优于各该流动站，且该差分基站坐标已知，具体每天24小时的连续运行能力。
在本发明的优选例中，该第一流动站满足如下条件：
该第一流动站能够跟踪双频GNSS载波相位观测数据；
该第一流动站支持网络通信功能，具备和该差分定位系统服务端建立通信连接的权限，具备发送RTCM格式GNSS观测数据至该差分定位系统的服务端的功能。
在本发明的优选例中，该第二流动站满足以下条件:
该第二流动站能够跟踪单频GNSS载波相位观测数据，可以不需要具备双频GNSS观测数据跟踪能力；
该第二流动站不需要具备向服务端发送GNSS观测值的能力。
在本发明的优选例中，该差分定位系统内没有第一流动站建立通信连接时，差分定位系统仍可以正常工作，为差分定位系统内的多个第二流动站提供差分定位服务；
该差分定位系统内只有一个参考站和多个第一流动站向服务端发送GNSS观测数据时，差分定位系统仍可以正常工作。
在本发明的优选例中，该电离层延迟为双差电离层延迟，该第一差分基站和第一流动站的GNSS观测值需进一步计算成双差GNSS观测值；
该网形内形成闭环的各条基线的双差电离层延迟也是闭合的，该网形的其中一条基线的双差电离层延迟可以通过其他基线的电离层延迟计算得到。
在本发明的优选例中，该差分基站为物理差分基站或虚拟差分基站；
虚拟差分基站能够利用用户站概略坐标、主参考站观测值，该第二流动站的电离层延迟共同计算得到；
为保证虚拟参考基站的观测值精度，虚拟参考基站和第二流动站的距离不超过2.5km。
在本发明的第二个方面，提供了一种差分定位系统，第一流动站整周模糊度固定模块，根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和该第一流动站的差分GNSS观测值，实现该第一差分基站和该第一流动站之间的整周模糊度固定；
第一流动站的电离层延迟计算模块，根据已固定的该第一差分基站和该第一流动站之间的整周模糊度，和该第一差分基站和该第一流动站的差分GNSS观测值，计算该第一差分基站和该第一流动站之间的电离层延迟；
第二流动站的电离层延迟计算模块，根据该第一差分基站和该第一流动站之间的电离层延迟插值计算该第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；
差分定位模块，根据该第一差分基站的GNSS观测值和该第二流动站的电离层延迟对该第二流动站进行差分定位。
本发明实施方式固定了差分基站和流动站之间的整周模糊度，进而计算出流动站的电离层延迟，再利用这个流动站为附近的其它流动站的差分定位提供辅助，从而使其它流动可以得到比差分基站更为接近的流动站所提供的辅助信息，提高了差分定位的精度，减少了建设和维护物理差分基站需要的费用，实现方式灵活多样。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施 例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的差分定位方法的流程示意图；
图2a-2c示出了根据本发明的实施例的差分定位方法的三种模型示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的差分定位系统的结构示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的差分定位方法的流程示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的差分定位方法的流程示意图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的差分定位方法的流程示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的差分定位系统的结构示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
根据本发明的发明思路，本发明提出的差分定位方法，包括以下步骤：根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，实现所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度固定；根据已固定的所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度，和所述第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，计算所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟；根据所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟插值计算所述第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；根据所述第一差分基站的GNSS观测值和所述第二流动站的电离层延迟对所述第二流动站进行差分定位。
通过本发明的上述思路，本发明所述的差分定位系统将用户站的原始观测 值或双差电离层延迟至服务端，可充分利用差分定位系统内的数据资源，提高差分系统内RTK用户定位精度。而且，本发明所述差分定位系统将用户站的原始观测数据发送至服务端处理，可以充分利用服务端的计算资源减少建设和维护基站需要的费用。另外，本发明所述差分定位系统具有多种实施方式，实现起来非常灵活，支持一个差分基站、多个差分基站、多个第一流动站、多个第二流动站等情况。
术语
RTK：一种高精度卫星定位技术，这种技术将基准站采集的载波相位观测值发给用户接收机，利用载波相位差分技术解算坐标，在野外实时得到厘米级定位精度。
网络RTK：网络RTK是在常规RTK技术基础上发展起来的一种卫星定位技术。常规RTK技术要求流动站用户距离基站不超过20km，网络RTK技术将这一距离拓展至50－70km。网络RTK技术在区域内建立多个GNSS参考站，对该区域构成网状覆盖，以这些基准站中的一个或多个为基准计算和发播改正信息，对该区域内的RTK用户进行实时改正，实现高精度定位。
基准站：基准站是提供RTK服务的设施，包括精确测定位置后的观测墩，GNSS信号采集和信号播发设备。
流动站：也称用户站，RTK定位技术的用户，流动站接受基站的观测数据进行RTK定位。流动站用户需要配备测量型接收机，通讯设备，定位解算、结果输出显示和存储存储设备。流动站可以独立的设备，也可以整合在手机等移动终端中，利用手机进行信息的收发和处理。
多流动站：同时接受GNSS服务端信号的多个GNSS用户端。
连续运行参考站系统(CORS)：一个或若干个固定的、连续运行的GNSS基站，利用计算机、数据通信和互联网(LAN/WAN)技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值(载波相位，伪距)、各种观测值、状态信息以及其他有关GNSS服务项目的系统。
导线：测站点连成的折线称为导线，测站点称为导线点。
导线测量：在地面上选定一系列点连成折线，在点上设置测站，然后采用测边、测角方式来测定这些点的水平位置的方法。导线测量是建立国家大地控制网的一种方法，也是工程测量中建立控制点的常用方法。
基线：基线也称基线向量(三维坐标差)，是利用2台或2台以上GNSS接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值，通过参数估计得方法所计算出的两两接收机间的三维坐标差。
电离层延迟：也称电离层延迟改正，指对电磁波通过电离层时由于传播速度的变化及传播路线弯曲而产生的折射误差进行的改正。
整周模糊度：也称整周未知数，是在全球定位系统技术的载波相位测量时，载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的整周未知数。正确地确定它，是全球定位系统载波相位测量中非常重要且必须解决的问题之一。
内插：又称插值法，根据未知函数f(x)在某区间内若干点的函数值，作出在该若干点的函数值与f(x)值相等的特定函数来近似原函数f(x)，进而可用此特定函数算出该区间内其他各点的原函数f(x)的近似值。
主参考站：在差分定位系统中，和其他参考站共同作用的参考站，主参考站和其他参考站形成多条基线，基线的方向为主参考站为基线向量的头，其他参考站为基线的尾。
辅参考站：在差分定位系统中，和主参考站共同组成基线向量，主参考站为基线的头，辅参考站为基线的尾。
虚拟基站观测值：在网络RTK定位系统中，提供给用户的虚拟差分基站的GNSS观测值，RTK用户和服务端建立连接后，服务端以虚拟差分基站的形式为RTK用户提供差分定位服务。
电离层延迟建模：通过处理区域内多个观测站的GNSS观测值，将区域内的电离层延迟表达成用户坐标和时间为变量的函数的方法和过程。
大气延迟建模精度：利用一定的函数模型描述的区域内的大气延迟和真实的大气延迟往往不一致，描述这种不一致程度的指标为大气建模精度。
双差电离层延迟：两个不同GNSS观测站同一时刻观测到的相通编号的卫星的电离层延迟相减，得到站间单差电离层延迟，然后在多个卫星中选择一个座位参考卫星，将其他站间单差电离层延迟减去参考站卫星的电离层延迟，称 为双差电离层延迟。
数据处理中心：差分定位系统中负责接收、存储和参考站和用户传送至服务端的观测数据、导航星历数据、用户观测数据、用户概略坐标等数据，通过计算生成虚拟参考站观测数据，播发给用户提供给用户尽心差分定位的软件和硬件系统。
用户站数据：差分定位系统中的RTK定位用户的观测数据、导航星历数据、定位结果等数据。
实施例1：差分定位方法
如图1所述，本实施例描述的差分定位系统包括多个差分基站，多个第一流动站和多个第二流动站。本实例的差分定位方法，包含以下步骤：
步骤101：将差分观测系统内多个差分基站组成固定网形，选取一个差分基站为主参考站，其他基站为辅参考站。将差分观测系统内所有差分基站观测值发送至差分观测系统服务端，实现主参考站和辅参考站间的整周模糊度固定；
步骤102：根据上一步固定的主参考站和辅参考站间的整周模糊度，以及主参考站和辅参考站和间差分GNSS观测值，计算主参考站和辅参考站间的电离层延迟；
步骤103：将第一流动站原始观测值发送至服务端，和服务端的主参考站观测值形成差分GNSS观测值，实现主参考站和第一流动站间的整周模糊度固定；
步骤104：根据上一步固定的主参考站和第一流动站间的整周模糊度，以及主参考站和第一流动站的差分GNSS观测值，计算主参考站和第一流动站间的电离层延迟；
步骤105：根据网形内参考站间的电离层延迟，以及主参考站和第一流动站间的电离层延迟，共同内插计算主参考站和第二流动站间的电离层延迟；
步骤106：根据所述主参考站和第二流动站间的电离层延迟、主参考站观测值，形成虚拟参考站观测值，发送给第二流动站进行RTK定位。
在本实施例中，优选地，该电离层延迟为双差电离层延迟；该第一流动站的GNSS观测值为双差GNSS观测值。
在本实施例中，优选地，上述步骤包含两种具体实现方式，第一类实现方式包含以下子步骤：
i.第一流动站上实现RTK解算，固定整周模糊度，计算差分基站和第一流动站的电离层延迟
ii.将该第一流动站的电离层延迟发送到该服务端用于电离层建模
iii.利用该差分基站和该第一流动站的电离层延迟共同内插计算第二流动站的电离层延迟。
第二种实现方法包含以下步骤：
i.将第一流动站的GNSS观测值发送给服务端
ii.在服务端实现RTK解算，固定差分基站和第一流动站的整周模糊度，计算差分基站和第一流动站的电离层延迟
iii.利用差分基站和第一流动站的电离层延迟共同内插计算第二流动站的电离层延迟。
本发明人描述的对两种具体实现方法都属于本专利的保护范围。
在本发明的实施例中，根据差分基站和第二流动站的电离层延迟、物理差分基站的观测值和精密坐标、第二流动站的概略坐标，计算虚拟参考基站观测值，发送至第二流动站进行差分定位。
优选地，上述步骤还进一步包括以下子步骤：该服务端根据该差分基站GNSS观测值、差分基站和第二流动站的概率坐标、差分基站和第二流动站的电离层延迟，共同计算第二流动站的虚拟差分基站观测值；将虚拟观测值播发给第二流动站计算第二流动站的位置。
在本发明的实施例中，差分定位系统服务端至少需要和一个参考站建立通信连接，参考站区别于第一流动站的特征为，参考站观测条件更加理想，具备每天24小时连续运行能力，且坐标精确已知。
在本发明的实施例中，第一流动站需满足如下条件：
i.所述第一流动站能够跟踪双频GNSS载波相位观测数据；
ii.所述第一流动站支持网络通信功能，具备和所述差分定位系统服务端建立通信连接的权限，具备发送RTCM格式GNSS观测数据至所述差分定位系统的服务端的功能。
在本发明的实施例中，所述第二流动站和第一流动站的区别在于:
i.所述第二流动站不需要具备双频GNSS观测数据跟踪能力，可以只跟踪单频GNSS载波相位观测数据；
ii.所述第二流动站不需要具备向服务端发送GNSS观测值的能力。
在本发明的实施例中，差分定位系统内没有第一流动站建立通信连接时，差分定位系统仍可以正常工作，为差分定位系统内的多个第二流动站提供差分定位服务。
在本发明的实施例中，差分定位系统内只有一个参考站和多个第一流动站向服务端发送GNSS观测数据时，差分定位系统仍可以正常工作。
在本发明的实施例中，所述电离层延迟为双差电离层延迟，所述主参考站和第一流动站的GNSS观测值需进一步计算成双差GNSS观测值，网形内形成闭环的三个条基线的双差电离层延迟也是闭合的，也就是说三角形内其中一条基线的双差电离层延迟可以通过三角形内其他两条基线的电离层延迟计算得到。
在本发明的实施例中，所述差分基站包括物理差分基站和虚拟差分基站。虚拟差分基站可利用用户站概略坐标、主参考站观测值，第二流动站的电离层延迟共同计算得到。为保证虚拟参考基站的观测值精度，虚拟参考基站和第二流动站的距离一般不超过2.5km。
在本发明的实施例中，所述“根据网形内参考站间的电离层延迟，以及主参考站和第一流动站间的电离层延迟，共同内插计算主参考站和第二流动站间的电离层延迟”的步骤包括以下子步骤：
i.输入网形内辅参考站和主参考站的坐标，计算第二流动站的第一套内插系数；
ii.输入网形内辅参考站和主参考站的坐标，以及第一流动站的坐标，计算第二流动站的第二套内插系数；
iii.如果某一时间内只有辅参考站和主参考站的电离层延迟上报至服务端，利用第一套内插系数计算第二流动站的电离层延迟；
iv.如果某一时间内辅参考站和主参考站间的电离层延迟、第一流动站和主参考站间的电离层延迟上报同时至服务端，利用第二套内插系数计算第二流动站的电离层延迟。
本实施例能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
实施例2：差分定位方法
实施例2的差分定位系统包括多个差分基站，多个第一流动站和多个第二流动站。如图2-a所示，在本实施例中，在多流动站用户下，可通过流动站加密CORS网络。
具体地说，在本实施例中，多流动站加密CORS网方案的基本思想为利用模糊度已固定的流动站观测值精化电离层延迟建模。如图2-a所示，ABC三个基站，其中A为主参考站，基线AB，AC均已成功固定整周模糊度，a1是第一流动站，a2是第二流动站，常规RTK电离层延迟建模方法将流动站电离层延迟表达为：I＝a1IAB+a2IAC。如果基站A和第一流动站间的整周模糊度已经固定，利用不同频率的组合观测值可直接计算基站A和第一流动站的电离层延迟。加入第一流动站的数据后，区域内电离层延迟模型可表达为：I＝a′1IA1+a′2IAB+a′3IAC。利用基准站和第一流动站观测数据共同计算的电离层延迟模型，可提高区域内大气延迟误差建模精度，起到加密CORS站的效果，为CORS网内其他流动站用户提供增强的差分定位服务。如图4所示，具体实现步骤如下：
步骤401：将差分基站ABC的观测值发送至服务端，实现主参考站A和辅参考站B以及主参考站A和辅参考站C间的整周模糊度固定；
步骤402：利用已经固定的差分基站AB和差分基站AC的整周模糊度和差分观测值计算参考站间电离层延迟；
步骤403：第一流动站a1接收GNSS服务端的虚拟基站观测值后，进行RTK计算，实现整周模糊度固定。
步骤404：利用整周模糊度固定的双差GNSS观测值计算虚拟基站和第一流动站a1的电离层延迟，上报至差分定位系统的服务端。
步骤405：利用基站AB、AC见的电离层延迟和基站A和第一流动站a1间的电离层延迟共同内插计算差分定位系统内第二流动站a2的电离层延迟。
步骤406：利用新的电离层延迟内插方案，与传统网络RTK技术提取的对流层延迟、轨道误差、基站A的观测值，共同计算虚拟参考站观测值，采用RTCM 格式播发至用户站。
具体算法：
如图2-a，ABC为成功固定模糊的三个基站，其中A为主参考站，三条基线AB，AC，BC均已成功固定整周模糊度。以基线向量AB为例，测站B和测站A的电离层延迟之差可通过如下公式计算：
Figure BDA0001184526650000121
其中，
Figure BDA0001184526650000122
和
Figure BDA0001184526650000123
分别为基线向量AB和AC模糊度固定后的双差载波相位差分观测值，单位为米，电离层延迟误差和电磁波信号的频率有关，μ1、μ2为两个频率GNSS信号频率的电离层延迟系数(和信号频率有关，为常量)。网络RTK技术利用基准站间的双差电离层延迟计算用户端电离层延迟，通过线性内插计算用户端电离层延迟公式表达为：
Iuser＝a1IAE+a2IAC
其中Iuser为服务端内插计算出的用户端电离层延迟，用户修正用户端GNSS信号误差。a1、a2为内插系数，具体取值和内插方法有关。
在本实施例中，不仅利用基站观测值计算用户端电离层延迟，假设1号流动站观测数据成功回传至服务端，在1号流动站的整周模糊度已经正确固定条件下，即可提取区域内1号流动站的电离层延迟，并反馈至服务端电离层延迟内插模块，相当于在服务范围内加入了多个基站，起到加密基站的效果，提高流动站用户的总体电离层建模精度，进而提升整体性能。
加入流动站1的数据后，区域内电离层延迟内插可表达如下：
Iuser＝a′1IAB+a′2IAC+a′3IA1
其中IAB、IAC为利用基站相位观测值提取的电离层延迟，IA1为利用用户相位观测值提取的电离层延迟，a′1、a′2、a′3为内插系数。利用基准站(基站A、B、C)和用户站(1号流动站)提取的电离层延迟，共同对区域内电离层延迟建模，可提高区域内大气延迟误差建模精度，起到加密CORS站的效果，为CORS网内其他流动站用户提供增强的差分定位服务。
本实施例能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
实施例3：差分定位方法
实施例3中的差分定位系统包括一个基准站和多个第二流动站，实施例3中的第二流动站虚具备以下两个条件中的一个条件：
i.第二流动站能够和服务端建立通信连接，向服务端发送GNSS观测数据
ii.第二流动站具备和其他流动站建立通信连接的能力，向其他GNSS观测站发送观测数据
实施例3中的差分定位系统的第二流动站和第一流动站的区别是，第二类流动站可以是仅具有单频GNSS观测数据跟踪能力
如图2-b所示，在本实施例中，网络中只有一个基准站时模型退化为“导线”RTK。
“导线”RTK仍为单基站RTK定位，但基站与多个流动站构成的单向线性网络，“桥接”后的流动站站间距离缩短，可利用模糊度初始化的流动用户作为“基准站”，辅助其他流动站模糊度解算，提高流动站用户的模糊度解算成功概率。图2-b中A为基站，多个流动站(b1,b2,b3)按照与基站A的距离，组成导线Ab1,b1b2,b2b3，以此计算基线Ab1,b1b2,b2b3，而非直接计算Ab3，可以缩短基线解算的站间距离限制，提高整周模糊度固定的成功率。
如图5所示，本实施例中的导线方案的实现步骤如下：
步骤501：将多个流动站b1,b2,b3的观测数据传输至服务端，利用单站短基线RTK模型先固定距离基站最近的流动站b1；
步骤502：将整周模糊度的流动站b1作为基站，与该流动站最近的另一个用户站b2构成动态基线，进行RTK解算；
步骤503：重复步骤502直至网内所有用户站b1,b2,b3都获取RTK固定解。
提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
实施例3可以在固定一个第二流动站的模糊度和定位结果后，利用第二流动站之间距离较短，电离层延迟可以忽略的特性，缩短基线解算的站间距离限制，提高整周模糊度固定的成功率，提高RTK定位精度。
实施例4：差分定位方法
如图2-c所示，本实施例中为多流动站网络RTK(图2-c)c1,c2是第一流动站，c3是第二流动站。多流动站网络RTK为单基站RTK的一种改进方案，用于拓展单基站RTK的定位精度，实现的基本原理是利用多个流动站的观测数据结合单个基站的观测数据提取区域内电离层延迟，并将提取的电离层延迟用户改正其他用户站的距离相关误差，缩短单基站RTK的有效距离限制，如图6所示，具体实现步骤如下：
步骤601：将多个第一流动站c1,c2的观测数据发送至数据处理中心。
步骤602：将多个第一流动站c1,c2和单个基站A构成多个基线，采用单基站RTK模型固定整周模糊度。
步骤603：利用上一基站和第一流动站间的整周模糊度和差分观测数据，计算电离层延迟误差。
步骤604：利用多个第一流动站计算的电离层延迟误差建立大气误差模型，内插至第二流动站c3。
步骤605：利用基站观测数据、电离层模型参数、基站坐标、第二流动站坐标计算虚拟基站观测值，提供给第二流动站c3用户，进行单基站RTK计算。
本实施例能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
实施例5：差分定位系统
如图3所述，本实施例的差分定位系统包含第一流动站整周模糊度固定模块301、第一流动站的电离层延迟计算模块302、第二流动站的电离层延迟计算模块303，以及差分定位模块304。
第一流动站整周模糊度固定模块301用于根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，实现所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度固定。
第一流动站的电离层延迟计算模块302用于根据已固定的所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度，和所述第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，计算所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层 延迟；
第二流动站的电离层延迟计算模块303用于根据所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟插值计算所述第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；
差分定位模块用于根据所述第一差分基站的GNSS观测值和所述第二流动站的电离层延迟对所述第二流动站进行差分定位。
需要指出的是，实施例1-4是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与实施例1-4互相配合实施。实施例1-4中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在实施例1-4中。
本实施例通过能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
实施例6：差分定位系统
如图7所述，本实施例的差分定位系统包含：
参考站间的整周模糊度固定模块701、参考站间电离层延迟计算模块702、第一流动站整周模糊度固定模块703、第一流动站的电离层延迟计算模块704、第二流动站的电离层延迟计算模块705、虚拟基站观测值计算模块706，以及虚拟观测值播发模块707，其中，
所述主参考站间整周模糊度固定模块701，将全球导航卫星系统GNSS服务端的多个基站组成固定网型，选取一个差分基站为主参考站，处理主参考站和辅参考站间的差分观测数据，实现网形内辅参考站和主参考站间的整周模糊度固定；
所述参考站间电离层延迟计算模块702，利用上一步固定的主参考站和辅参考站间的整周模糊度和差分观测数据，通过不同频率GNSS观测值组合计算主参考站间和辅参考站的电离层延迟；
所述第一流动站整周模糊度固定模块703，将第一流动站观测数据上报至服务端后，为第一流动站生成一个虚拟观测站，固定虚拟观测站和第一流动站间的整周模糊度，然后反推主参考站和第一流动站和间的整周模糊度；
所述第一流动站的电离层延迟计算模块704，利用上一步固定的主参考站和第一流动站间的整周模糊度和差分观测值，通过不同频率观测值组合计算第一流动站和主参考站间的电离层延迟；
所述第二流动站的电离层延迟计算模块705，利用主参考站和辅参考站间的电离层延迟以及主参考站和第一流动站间的电离层延迟，共同计算第二流动站和主参考站间的电离层延迟；
所述虚拟基站观测值计算模块706，利用主参考站的观测值，主参考站和第二流动站间的电离层延迟，第二流动站上报的概略坐标，计算服务于第二流动站的虚拟观测值；
所述虚拟观测值播发模块707，将上一步生成的虚拟观测值编码成RTCM格式，通过互联网播发给第二流动站。
需要指出的是，实施例1-4是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与实施例1-4互相配合实施。实施例1-4中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在实施例1-4中。
本实施例通过能够提高电离层延迟建模精度，从而提升系统内所有用户的RTK定位精度和可靠性。
综上所述，本发明的差分定位方法及系统具有以下优点：
1)本发明所述的差分定位系统将用户站的原始观测值或双差电离层延迟至服务端，可充分利用差分定位系统内的数据资源，提高差分系统内RTK用户定位精度。
2)本发明所述差分定位系统将用户站的原始观测数据发送至服务端处理，可以充分利用服务端的计算资源减少建设和维护基站需要的费用。
3)本发明所述差分定位系统具有多种实施方式，实现起来非常灵活，支持一个差分基站、多个差分基站、多个第一流动站、多个第二流动站等情况。
本发明的各方法实施方式均可以以软件、硬件、固件等方式实现。不管本发明是以软件、硬件、还是固件方式实现，指令代码都可以存储在任何类型的计算机 可访问的存储器中(例如永久的或者可修改的，易失性的或者非易失性的，固态的或者非固态的，固定的或者可更换的介质等等)。同样，存储器可以例如是可编程阵列逻辑(Programmable ArrayLogic，简称“PAL”)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称“RAM”)、可编程只读存储器(Programmable Read Only Memory，简称“PROM”)、只读存储器(Read-Only Memory，简称“ROM”)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable ROM，简称“EEPROM”)、磁盘、光盘、数字通用光盘(Digital Versatile Disc，简称“DVD”)等等。
需要说明的是，本发明各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。
需要说明的是，在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
并且，在本专利的权利要求书和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要 素。本专利的权利要求书和说明书中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。
虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种差分定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，实现所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度固定；
根据已固定的所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度，和所述第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，计算所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟；
根据所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟插值计算所述第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；
根据所述第一差分基站的GNSS观测值和所述第二流动站的电离层延迟对所述第二流动站进行差分定位。
2.根据权利要求1所述的差分定位方法，其特征在于，所述差分基站有多个，所述方法还包括以下步骤：
所述“实现所述第一差分基站和所述第一流动站的整周模糊度固定”的步骤之前还包括以下子步骤：
将差分观测系统内多个差分基站组成固定网形，选取所述第一差分基站作为主参考站，其他基站作为辅参考站，将该差分观测系统内所有差分基站观测值发送至差分观测系统服务端，实现主参考站和辅参考站间的整周模糊度固定；其中，所述第一差分基站是所述多个差分基站中的一个；
根据已固定的主参考站和辅参考站间的整周模糊度，与主参考站和辅参考站之间的差分GNSS观测值，计算主参考站和辅参考站间的电离层延迟；
所述“计算第二流动站的电离层延迟”的步骤包括以下子步骤：
根据所述网形内参考站间的电离层延迟，以及主参考站和第一流动站间的电离层延迟，共同内插计算主参考站和第二流动站间的电离层延迟；
所述“对所述第二流动站进行差分定位”的步骤包括以下子步骤：
根据所述主参考站和第二流动站间的电离层延迟、主参考站观测值，形成虚拟参考站观测值，发送给第二流动站进行RTK定位。
3.根据权利要求1所述的差分定位方法，其特征在于，所述差分基站只有一个；
在所述“计算所述第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟”的步骤之后还包括以下步骤：
根据所述第一差分基站和所述第二流动站之间的电离层延迟插值计算所述第一差分基站和第三流动站之间的电离层延迟；
根据所述第一差分基站的GNSS观测值和所述第三流动站的电离层延迟对所述第三流动站进行差分定位。
4.根据权利要求1所述的差分定位方法，其特征在于，
所述差分基站的观测条件优于各所述流动站，且所述差分基站坐标已知，具体每天24小时的连续运行能力。
5.根据权利要求1中任一项所述的差分定位方法，其特征在于，所述第一流动站满足如下条件：
所述第一流动站能够跟踪双频GNSS载波相位观测数据；
所述第一流动站支持网络通信功能，具备和所述差分定位系统服务端建立通信连接的权限，具备发送RTCM格式GNSS观测数据至所述差分定位系统的服务端的功能。
6.根据权利要求1中任一项所述的差分定位方法，其特征在于，所述第二流动站满足以下条件:
所述第二流动站能够跟踪单频GNSS载波相位观测数据，可以不需要具备双频GNSS观测数据跟踪能力；
所述第二流动站不需要具备向服务端发送GNSS观测值的能力。
7.根据权利要求2中任一项所述的差分定位方法，其特征在于，
所述差分定位系统内没有第一流动站建立通信连接时，差分定位系统仍可以正常工作，为差分定位系统内的多个第二流动站提供差分定位服务；
所述差分定位系统内只有一个参考站和多个第一流动站向服务端发送GNSS观测数据时，差分定位系统仍可以正常工作。
8.根据权利要求2或7所述的差分定位方法，其特征在于，
所述电离层延迟为双差电离层延迟，所述第一差分基站和第一流动站的GNSS观测值需进一步计算成双差GNSS观测值；
所述网形内形成闭环的各条基线的双差电离层延迟也是闭合的，所述网形的其中一条基线的双差电离层延迟可以通过其他基线的电离层延迟计算得到。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的差分定位方法，其特征在于，
所述差分基站为物理差分基站或虚拟差分基站；
虚拟差分基站能够利用用户站概略坐标、主参考站观测值，所述第二流动站的电离层延迟共同计算得到；
为保证虚拟参考基站的观测值精度，虚拟参考基站和第二流动站的距离不超过2.5km。
10.一种差分定位系统，其特征在于，包括：
第一流动站整周模糊度固定模块，根据第一流动站的GNSS观测值和全球导航卫星系统GNSS差分定位系统服务端的至少一个差分基站的GNSS观测值，形成第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，实现所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度固定；
第一流动站的电离层延迟计算模块，根据已固定的所述第一差分基站和所述第一流动站之间的整周模糊度，和所述第一差分基站和所述第一流动站的差分GNSS观测值，计算所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟；
第二流动站的电离层延迟计算模块，根据所述第一差分基站和所述第一流动站之间的电离层延迟插值计算所述第一差分基站和第二流动站之间的电离层延迟；
差分定位模块，根据所述第一差分基站的GNSS观测值和所述第二流动站的电离层延迟对所述第二流动站进行差分定位。
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