CN108345017A - 新的网络rtk大气内插方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新的网络RTK大气内插方法，包括以下步骤：步骤1，计算基线双差大气误差值；步骤2，采用曲面样条内插法由基线双差大气误差值内插出虚拟参考站的双差大气误差值；步骤3，计算虚拟参考站的虚拟观测值。为了内插精度可靠，本发明限制至少使用三个基站的大气误差数据。当只有三个基站的大气误差数据时，此模型既是平面内插模型。所以本内插方法可根据实际情况在平面内插和曲面内插之间自由切换，离散采样点的大气值都精确地在这个曲面样条模型上，不存在偏差。此外，曲面样条函数的优点还有：已知点平面坐标不必按规则点阵排列，采取自然边界条件而不需边界导数的信息。

Description

新的网络RTK大气内插方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种网络RTK大气内插方法。

背景技术

常规RTK(Real-Time Kinematic，载波相位动态实时差分)定位技术是一种 基于GNSS(全球导航卫星系统)卫星高精度载波相位观测值的实时动态差分定 位技术。卫星定位的精度受大气等误差的影响，当两台接收机距离(一般小于 10公里)较近时，认为它们两上空的大气误差相等，常规RTK定位技术利用用 户附近的一台接收机进行差分来减弱大气等误差的影响。但是随着距离的增加， 用户的接收机与附近的那台接收机差分难以消除大气误差，距离大于10公里时， 常规RTK技术难以得到厘米级的定位精度。

虚拟参考站(VRS)模式是网络RTK定位最常用的定位模式。在某一区域 内建立多个(3个或者3个以上)的GNSS卫星参考基站，对该地区构成网状覆 盖，为该区域内的定位用户提供实时的高精度误差改正信息，提高用户的定位 精度，这种技术称为网络RTK技术。利用这些坐标已知的参考站在用户附近生 成一个虚拟观测值(虚拟参考站VRS)，通过这些坐标已知的参考站可以解算出 参考站之间的双差大气误差，然后利用某种内插方法内插出虚拟参考站的大气 误差(虚拟参考站的位置坐标由用户单点定位的概略坐标得到)，从而对虚拟参 考站的虚拟观测值进行修正，这样可以得到比较精确的虚拟观测值。最后用户可以采用常规RTK技术与他附近的这个虚拟参考站进行差分定位。由于虚拟参 考站与用户距离非常近，所以这个距离(一般小于10米，由单点定位精度决定) 不影响常规RTK定位技术的性能。所以网络RTK服务的好坏的关键因素之一是 虚拟参考站的虚拟观测值的精度，而虚拟观测值的精度取决于误差改正的精度。 一种好的大气内插方法可以提高虚拟参考站的误差改正精度，从而可以提高网 络RTK定位的精度和稳定性。

现有的网络RTK大气内插方法主要有平面线性内插法和曲面内插法。

1、平面内插法中把区域内的多个基站的大气一起加入到模型建模时，由于 部分参考站离虚拟参考站距离比较远，大气误差差异比较大，一起加入建模反 而使内插精度降低。如果只使用最近的三个(平面线性内插法至少需要3个站 才能建模)参考站建模，如果某颗卫星在这三个基站中的某个基站求解大气误 差失败时，会导致平面线性内插无法建模(少于三个站)。此外，把多个基站(大 于3个)的大气误差值假设为在同一个平面上也不符合实际理论和实际情景。

2、曲面线性内插法至少需要四个参考基站的大气误差值才能构成一个曲 面，同理，如果基站太多，由于部分参考站离虚拟参考站距离比较远，大气误 差差异比较大，一起加入建模反而使内插精度降低。

发明内容

本发明提供了一种新的网络RTK大气内插方法，本发明主要解决网络RTK (NRTK)中大气内插精度问题，本发明可以提高网络RTK大气内插精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种新的网络RTK大气内插方法，包括以下步骤：

步骤1，计算基线双差大气误差值；

步骤2，采用曲面样条内插法由基线双差大气误差值内插出虚拟参考站的双 差大气误差值；

步骤3，计算虚拟参考站的虚拟观测值。

进一步地，步骤1中计算由两个基站构成的基线双差大气误差值。

进一步地，计算基线双差大气误差值具体包括以下步骤：

步骤11，选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他卫星作为移动星；

步骤12，对一个基站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次差观测 值，所述基站的一次差观测值与另一个基站的一次差观测值作差得到双差观测 值；

步骤13，在参考站坐标已知和由卫星星历计算得到卫星坐标已知的情况下， 计算出双差模糊度浮点解；

步骤14，将双差模糊度浮点解固定成整数；

步骤15，把固定后的双差模糊度值带入双差观测值中得到基线双差大气误 差值。

进一步地，步骤2具体包括以下步骤：

步骤21，选择星型结构的独立基线双差大气误差值；

步骤22，以参考站网的几何中心点为坐标原点，计算参考站的平面坐标；

步骤23，计算出曲面样条内插模型的待定系数；

步骤24，把虚拟参考站的坐标带入曲面样条内插模型得到虚拟参考站与主 参考站的双差大气误差值，主参考站是离虚拟参考站最近的参考站。

进一步地，参与建模的基线数量不能少于两条。

进一步地，曲面样条内插模型如下：

式中，a₁、a₂、F_i(i＝1，2，3，...n)为待定系数， (x_a，y_a)，(x_b，y_b)为待定点参考站a和b的平面坐标，x_i， y_i是离散采样点(参考站)的平面坐标，ΔW(Δx，Δy)为离散点的双差大气误差值。 ε为调节曲面曲率大小的经验参数。

进一步地，通过以下公式计算出待定系数：

进一步地，步骤3中计算虚拟参考站的虚拟观测值具体包括以下步骤：

步骤31，由卫星星历计算出卫星坐标，在主参考站和虚拟参考站的坐标已 知的情况下，计算出卫星至主参考站的距离与卫星至虚拟参考站的距离的差值， 即卫地距差异；

步骤32，主参考站的观测值减去卫地距差异和地球自转的影响后，再减去 虚拟参考站与主参考站的双差大气误差值，得到虚拟参考站的虚拟观测值；

步骤33，用户采用常规RTK定位的观测值与虚拟参考站的虚拟观测值进行 差分定位。

网络RTK的固定率以及稳定性受内插大气精度的限制，本发明的有益效果 在于，提高了大气内插精度，从而可以进一步提高网络RTK定位的固定率以及 稳定性。

附图说明

图1是本发明基线双差大气误差值计算流程图。

图2是本发明曲面样条法内插虚拟参考站大气流程图。

图3是本发明星型结构的独立基线图。

图4是本发明虚拟参考站的虚拟观测值计算流程图。

具体实施方式

本发明中的新的网络RTK内插模型是曲面样条内插法，此方法借鉴于重力 领域的高程异常内插中的曲面样条内插法，并经过一些修改。曲面样条内插法 在高程异常内插中主要步骤为：首先获取区域内离散采样点的高程异常的绝对 值，然后通过离散采样点的高程异常值估计出曲面样条内插法的模型系数，这 样就得到了适应于本区域的曲面内插模型，即公式(3)。接下来通过高程异常 未知点的位置坐标与离散采样点的位置之间的关系，通过公式(3)内插出未知 点的高程异常。

式中，a₀、a₁、a₂、F_i(i＝1，2，3，...n)为待定系数，x，y为未知点的平面坐标，x_i，y_i是离散采样点的平面坐标，W为离散点的高程异常值。 ε为调节曲面曲率大小的经验参数。当曲面曲率变化大时，ε要取小一些，反之 取大些。一般对平坦曲面取ε＝1～0.01，对有奇性的曲面取ε＝10^-3～10^-6。

由于基线大气是双差观测值，而曲面样条内插法适应于非差观测值的内插， 所以需要对公式(3)进行调整，具体修改如下：

步骤1，由公式(3)表示两个基站a和b的大气误差，如公式(4)和公式(5) 所示：

步骤2，公式(4)和公式(5)相减，即得到公式(1)：

式中，a₁、a₂、F_i(i＝1，2，3，...n)为待定系数， (x_a，y_a)，(x_b，y_b)为待定点参考站a和b的平面坐标，x_i， y_i是离散点(参考站)的平面坐标，ΔW(Δx，Δy)为离散点的双差大气误差值。ε为 调节曲面曲率大小的经验参数。相对于公式(3)，公式(1)消去了参数a₀。 a₁、a₂、F_i(i＝1，2，3，...n)系数的估计方法是通过公式(2)。

曲面样条内插法，由公式(1)可知，有一条基线的双差大气误差(两个基 站与两颗卫星之间的大气误差作差即是双差大气误差)就可以解算出模型的系 数。为了内插精度可靠，本发明限制至少使用两条基线的大气误差数据。当只 有三个基站的大气误差数据时，此模型既是平面内插模型。所以本内插方法可 根据实际情况在平面内插和曲面内插之间自由切换，离散采样点的大气值都精 确地在这个曲面样条模型上，不存在偏差。此外，曲面样条函数的优点还有： 已知点平面坐标不必按规则点阵排列，采取自然边界条件而不需边界导数的信 息。

下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

本发明中的网络RTK大气内插模型-曲面样条内插法，具体实现步骤如下：

1、参考站网的基线双差大气计算

由两个参考基站(参考站或者基站)构成的基线的双差大气计算步骤如图1 所示。参考基站的坐标都已知，选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他 卫星作为移动星。对某一个基站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次 差观测值，这个站的一次差观测值与另一个基站的一次差观测值作差就可以得 到双差观测值。在参考站坐标已知和由卫星星历计算得到卫星坐标已知的情况 下，可以计算出双差模糊度的浮点解，然后对浮点解模糊度进行固定成整数。 把固定后的双差模糊度值带入双差观测值中就可以得到基线的双差大气值。

2、基线双差大气值的内插

利用曲面样条内插法由基线双差大气值内插出虚拟参考站的双差大气值的 步骤如图2所示，具体实现步骤为：首先选择星型结构的独立基线，如图3所示， 主参考站是离虚拟参考站距离最近的基站。以参考网的几何中心点为坐标原点， 计算参考基站的平面坐标(x，y)。基于选择好的基线的双差大气，利用公式(2) 计算出内插公式(1)的待定系数。最后，把虚拟参考站的坐标(由用户接收机 单点定位结果并上传得到)带入公式(1)就可以得到虚拟参考站与主参考站的 双差大气值。

3、虚拟参考站的虚拟观测值计算

虚拟观测值的计算步骤如图4所示。由卫星星历计算出卫星坐标，主参考站 和虚拟参考站的坐标已知情况下，计算出卫星至主参考站的距离与卫星至虚拟 参考站的距离的差值，即卫地距差异。主参考站的观测值减去卫地距差异，地 球自转等影响后，再减去由曲面样条内插法内插出的双差大气值，这就得到了 虚拟参考站的虚拟观测值。最后，用户可以采用常规RTK定位技术利用用户的 观测值与虚拟参考站的虚拟观测值进行差分定位。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法 和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发 明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算基线双差大气误差值；

步骤2，采用曲面样条内插法由基线双差大气误差值内插出虚拟参考站的双差大气误差值；

步骤3，计算虚拟参考站的虚拟观测值。

2.如权利要求1所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，步骤1中计算由两个基站构成的基线双差大气误差值。

3.如权利要求2所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，计算基线双差大气误差值具体包括以下步骤：

步骤11，选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他卫星作为移动星；

步骤12，对一个基站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次差观测值，所述基站的一次差观测值与另一个基站的一次差观测值作差得到双差观测值；

步骤13，在参考站坐标已知和由卫星星历计算得到卫星坐标已知的情况下，计算出双差模糊度浮点解；

步骤14，将双差模糊度浮点解固定成整数；

步骤15，把固定后的双差模糊度值带入双差观测值中得到基线双差大气误差值。

4.如权利要求3所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，步骤2具体包括以下步骤：

步骤21，选择星型结构的独立基线双差大气误差值；

步骤22，以参考站网的几何中心点为坐标原点，计算参考站的平面坐标；

步骤23，计算出曲面样条内插模型的待定系数；

步骤24，把虚拟参考站的坐标带入曲面样条内插模型得到虚拟参考站与主参考站的双差大气误差值，主参考站是离虚拟参考站最近的参考站。

5.如权利要求4所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，所述参考站的数量不少于3个。

6.如权利要求5所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，参与建模的基线数量不能少于两条。

7.如权利要求4所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，曲面样条内插模型如下：

式中，a₁、a₂、F_i(i＝1，2，3，...n)为待定系数， (x_a，y_a)，(x_b，y_b)为待定点参考站a和b的平面坐标，x_i，y_i是离散采样点的平面坐标，ΔW(Δx，Δy)为离散点的双差大气误差值，ε为调节曲面曲率大小的经验参数。

8.如权利要求7所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，通过以下公式计算出待定系数：

9.如权利要求4所述的一种新的网络RTK大气内插方法，其特征在于，步骤3中计算虚拟参考站的虚拟观测值具体包括以下步骤：

步骤31，由卫星星历计算出卫星坐标，在主参考站和虚拟参考站的坐标已知的情况下，计算出卫星至主参考站的距离与卫星至虚拟参考站的距离的差值，即卫地距差异；

步骤32，主参考站的观测值减去卫地距差异和地球自转的影响后，再减去虚拟参考站与主参考站的双差大气误差值，得到虚拟参考站的虚拟观测值；

步骤33，用户采用常规RTK定位的观测值与虚拟参考站的虚拟观测值进行差分定位。