具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。
导航卫星通常只播发基本导航电文,满足用户十米级基本导航定位的需求。为了提高定位精度,通常通过通讯卫星或通过网络提供改正参数给用户端(接收机)。也就是说,用户端(接收机)利用接收到的基本导航电文和改正参数来确定自身的位置,于是能够提高定位精度,然而,现有技术中的定位精度也只能达到米级,仍然不能满足某些行业对定位精度的需求,比如,精准农业、高精度测量等行业,都需要达到分米级的定位精度,才能满足日常的工作需求。
前述的改正参数也可以通过独立的卫星导航增强系统来实现播发。例如,目前的导航增强系统主要有美国的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 Satellite Augmentation System,多功能卫星增强系统)系统以及俄罗斯的SDCM(Differential Corrections andMonitoring,差分修正与监测)系统等。这些系统都是独立于GPS或GLONASS的运行控制系统。
改正参数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,生成改正数以用于修正基本导航中这些参数(钟差、轨道等)的误差。计算得到的这些改正数称为改正参数(或增强参数、增强改正数、增强信息),通过卫星通讯链路或通过网络将该改正参数广播给用户终端(用户端、接收机)。
有鉴于此,根据本发明实施例的卫星定位方法和卫星定位系统,通过设计一种高精度广域差分参数模型,在卫星导航电文中发播改正参数,并采用协议叠加的方法来实现基本导航电文+改正参数的一体化设计,例如,在基本导航电文基础上发播改正参数,改正参数包括轨道改正数、卫星钟差改正数、电离层改正数及分区综合改正数等,并且能够实现这些改正参数的叠加融合匹配,然后直接由卫星导航系统的导航卫星统一播发。通过该广域差分模型,可以实现基于卫星导航系统自身的基本导航、导航增强和精密定位的集成服务,在不增加其他通信信道,即可实现广域分米级精度的导航和定位。
此外,现有导航系统,例如GPS,其基本导航电文结构采用固定帧结构,可扩展性差;且基本导航信息和改正参数非统一播发,而是由卫星导航系统和卫星导航增强系统(例如,GPS和WAAS)两系统分别播发,资源耗费大,链路资源占有大,非快慢结合,灵活度小。
根据本发明实施例的卫星定位方法和卫星定位系统,还可以在卫星导航系统中实现对各种误差改正数(例如,钟差改正数、轨道改正数、分区综合改正数等)的电文编排及电文播发。例如,根据需要播发的误差改正数涉及的各个参数的字节大小以及更新频率,确定它们各自在原有导航电文帧结构模型(包含了基本导航信息)中的预留空间中的插入位置(子帧的页面位置)以进行电文编排,并由地面基站通过上行注入链路将所编排的电文上传给卫星以进行播发。
根据本发明实施例的卫星定位方法和卫星定位系统,还可以提供一种接收机导航定位的方法、接收机及计算机可读介质。根据接收机收到参数类型和接收机的具体情况,接收机可以提供不同算法的匹配策略,来适当地处理所接收到的参数,以修整所获得的伪距和相位的观测值,从而实现改善精度的定位计算。
图1示出了根据本发明实施例的卫星定位系统。如图1所示,该卫星定位系统包括导航卫星,基站,观测站,还可以包括接收机。
其中,观测站包括监控终端和改正参数信息生成装置,监控终端接收从导航卫星发送来的观测数据,由改正参数信息生成基于接收的观测数据来生成改正参数,然后这些改正参数被监控终端发送给基站。例如,改正参数信息生成装置先对卫星观测数据进行预处理,精密定轨和时间同步处理后,根据具体需求计算电离层改正数、实时钟差改正数、实时轨道改正数和分区综合改正数等参数中的一个或者多个。
在观测站由改正参数信息生成装置生成的改正参数由观测站监控终端发送到基站。
在基站设置有交换机和用于电文参数叠加、编码和播发的装置。交换机从卫星接收基本导航电文,电文参数叠加编码和播发装置通过协议叠加将用于增强的改正参数编入基本导航电文,实现电文一体化,并对播发进行设置。例如,电文参数叠加编码和播发装置还可以设置改正参数播发频度、选择电文发播的链路、设置电文发播格式及发播策略、验证电文播发性能、将待上行注入卫星的数据电文发送给基站的交换机。卫星基站的交换机通过上行注入链路将一体化编码的电文发送给卫星,其中,卫星是用于提供导航定位的卫星(也即导航卫星),用于提供导航定位的卫星可以属于不同的卫星导航系统,比如可以是GPS卫星,北斗卫星等。
导航卫星将从基站接收到的加入了改正参数的一体化卫星导航电文进行广播,并可以由接收机接收。接收机包括有接收端电文处理装置,该电文处理装置对接收机接收到的一体化卫星导航电文进行解码,从中解码出用于增强的改正参数,并构建观测量、进行参数修正(本发明实施例并无对建观测量、进行参数修正的先后顺序的限制)、定位解算等,获得基于改正参数的定位信息,还可以进行精度评估。
接下来,分别具体描述上述的在观测站、基站和接收机所进行的信号和数据处理过程。
如前所述,在观测站设置有改正参数信息生成装置,其可以生成例如电离层改正数、实时钟差改正数、实时轨道改正数和分区综合改正数等用于增强卫星导航(定位)精度的改正参数,并之后在基站对其中的多个参数进行叠加。
为了实现改正参数的叠加,首先建立改正参数的模型并基于模型生成改正参数。
根据本发明实施例的卫星定位方法和卫星定位系统,不仅可以实现仅通过导航卫星来播发改正参数,还可以通过地基网络来播发改正参数。
基本导航电文中的卫星轨道一般需要预报1~2个小时,随着时间推移,其预报误差将增大。卫星轨道改正参数是利用地面观测站网的观测数据,实时对卫星轨道预报的误差进行解算,用于实时修正基本导航电文中的卫星轨道,其可以包括卫星标识、卫星轨道改正数和卫星轨道改正数的等效距离误差状态标识。
例如,对于轨道改正数,可以建立如下模型:
n颗北斗卫星,m颗GPS卫星在t0时刻的轨道改正数可表示为:
上式中,dx,dy,dz分别为轨道改正数XYZ三维向量的改正数以及改正数变化率,上标代表GPS或者BDS卫星(北斗系统卫星),下标为卫星编号。
t0时刻至ti时刻,在卫星轨道改正数有效作用时间内,卫星轨道改正数dx,dy,dz可由下式计算:
通过上述轨道改正数模型,可以采用不同方法对卫星轨道改正数进行结算。对空间信号进行精确修正,卫星轨道改正数表示不同视向情况下的轨道法向误差改正、轨道径向误差改正和轨道切向误差改正。例如,可以利用伪距观测值和相位观测值综合求解卫星轨道改正数(改正值)。
如前述,基本导航电文中的卫星钟差一般需要预报1~2个小时,随着时间推移,其预报误差将增大。卫星钟差改正数是利用地面观测站网的观测数据,实时对卫星钟差预报的误差进行解算,用于实时修正基本导航电文中的卫星钟差参数,其可以包括:卫星标识、卫星钟差改正数及卫星钟差改正数截断误差和卫星差分等效距离误差状态标识。
例如,对于钟差改正数,可以建立如下模型:
n颗北斗卫星,m颗GPS卫星在t0时刻的轨道改正数可表示为:
t0时刻至ti时刻,在卫星钟差改正数有效作用时间内,卫星钟差改正数dt可由下式计算:
dtti=dtt0
卫星钟差改正数dtti表示第i颗卫星的卫星星历误差与卫星星钟误差对用户距离误差的综合影响,用于修正导航电文中卫星星历与卫星钟差的综合误差。此外,还可以进一步计算和使用卫星钟差改正数余数dtresi,该卫星钟差改正数余数表示第i颗卫星星钟差改正数中0.1米以下部分,用于修正卫星钟差改正数0.1米以下误差,从而进一步提升了参数的性能,对空间信号进行精确修正。
基本导航电文提供了用于电离层延迟改正的模型参数,但其是将实测的结果拟合成8个或者14个参数的函数,损失了精度,并且其一般更新频度低,预报时间长。电离层改正数适用于实时电离层延迟的修正。
例如,对于电离层改正数,可以建立如下模型dI:
其中,为穿刺点格网上的垂直电离层延迟,其按照定义的区域划分为经度方向[1,ln]个区间,纬度方向[1,bn]个区间,t0时刻至ti时刻,在电离层改正数有效作用时间内,电离层改正数为穿刺点经纬度分别为b和l的电离层延迟的函数,进一步的,穿刺点经纬度为(b,l)的电离层延迟函数可视为相邻四个格网点上电离层延迟的双线性差值。
环境段区域综合改正数主要用于改正轨道钟差残余误差以及空间环境段误差在区域内公共残余误差。
根据本发明实施例的分区综合改正参数,是在环境段区域综合改正参数(包括对流层与空间段补偿)的基础上进一步改进的。由于进行了高精度的轨道修正、钟差修正以及电离层修正、以及对流层的经验模型修正,剩余误差部分较为平稳,因此,增加分区设置,即按照观测地域进行分区,每个区每颗星设计1个改正数,形成分区综合改正参数模型,进一步提高误差改进的效果。
例如,分区综合改正数的设计是基于:认为在一定距离范围内,用户(接收机)在卫星端和传播路径上的误差是相关的。因此可以将观测区域划分成若干分区,利用各个分区内的观测站的观测数据和环境段区域综合改正数实时计算第一结果,同时对同一分区内的多个观测站的第一结果进行综合,获得分区综合改正数,并将其实时播发给用户,实现导航用户的实时高精度定位,其中,第一结果可以包括相位观测值残差。
例如,对于分区综合改正数,可以建立如下模型dΦ:
其中,每行代表一个分区,不同的列代表每个分区内GPS卫星、BDS卫星的分区综合改正数。t0时刻至ti时刻,在所述分区综合改正数有效作用时间内,每颗卫星的分区综合改正数可由下式计算:
dΦti=dΦt0
观测站侧的改正参数信息生成装置生成的上述改正参数被传输给基站侧的电文参数叠加编码和播发装置。电文参数叠加编码和播发装置通过协议叠加的方式根据需求将这些改正参数的一个或者多个与基本导航电文叠加。
图1A示意性地示出了改正参数信息生成装置100的结构。如图1A所示,改正参数信息生成装置100包括轨道改正数生成单元101、钟差改正数生成单元102、电离层改正数生成单元103、分区综合改正数生成单元104和改正参数输出单元105。
其中,轨道改正数生成单元101、钟差改正数生成单元102、电离层改正数生成单元103和分区综合改正数生成单元104各自根据需要分别生成轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数,并且所生成的改正参数输入到改正参数输出单元105,由改正参数输出单元105根据需要将这些改正参数输出到基站进行后续的协议叠加、编码、播发等处理。
图2示意性地示出了协议叠加的流程。图2中,A1表示叠加轨道改正数x1,A2表示叠加钟差改正数x2,A3表示叠加电离层改正数x3,A4表示叠加分区综合改正数x4。
协议叠加可以是不同的改正参数的多种叠加组合,例如:
(1)在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数、分区综合改正数(或分区改正数、综合改正数),比如可以通过迭代的方式,相应求解钟差改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S11,生成钟差改正数x2:在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数,其观测方程简写如下:
f(x2)=ρ+c·δt-c·(δts-x2)+T (a)
其中,ρ为星地理论距离,δt,δts分别为测站钟差和基本导航电文中的卫星钟差,T为对流层延迟,x2为卫星钟差改正数,c为光速,在式(a)中,可以通过用迭代计算的方式得到卫星钟差改正数x2;
S12,生成分区综合改正数x4:在步骤S11的基础上,叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x2)=ρ+c·δt-c·(δts-x2)+T+x4 (b)
其中,x4为分区综合改正数,x4|x2代表在x2的基础上(即在卫星钟差改正数x2已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,在式(b)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(2)在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数,通过迭代的方式,相应求解轨道改正数(或卫星轨道改正数)、钟差改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S21,生成轨道改正数x1:在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数,其观测方程简写如下:
f(x1)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·δts+T (c)
其中,Δρ(x1)为星地理论距离的改正数,是卫星轨道改正数x1的函数,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(c)中,可以通过用迭代计算的方式得到卫星轨道改正数x1;
S22,生成钟差改正数x2:在步骤S21的基础上,叠加钟差改正数x2,观测方程简写如下:
f(x2|x1)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·(δts-x2)+T (d)
其中,x2|x1代表在x1的基础上(即在卫星轨道改正数x1已求取的基础上)求解钟差改正数x2,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(d)中,可以通过用迭代计算的方式得到钟差改正数x2;
S23,生成分区综合改正数x4:在步骤S22的基础上,再叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x1,2)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·(δts-x2)+T+x4 (e)
其中,x4表示分区综合改正数,x4|x1,2代表在x1和x2的基础上(即在卫星轨道改正数x1和卫星钟差改正数x2已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(e)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(3)在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、分区综合改正数,通过迭代的方式,相应求解轨道改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S31,生成轨道改正数x1:同步骤S21,因此不再赘述;
S32,生成分区综合改正数x4:在步骤S31的基础上,叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x1)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·δts+T+x4 (g)
其中,x4|x1代表在x1的基础上(即在卫星轨道改正数x1已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(g)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(4)在基本导航电文的基础上叠加电离层改正数和分区综合改正数,相应求解电离层改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S41,生成电离层改正数x3:在基本导航电文的基础上叠加电离层改正数,其观测方程简写如下:
f(x3)=ρ+c·δt-c·δts+T+x3(b,l) (h)
其中,x3(b,l)表示电离层改正数x3是经纬度(b,l)的函数,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,多个测站在一定时段内,利用多个频点的伪距观测值(伪距观测值可以为原始伪距观测值P,也可以为经改正参数修正后的伪距观测值P(x),本发明实施例对此不作任何限制),求得电离层延迟量,并建模生成电离层格网模型或8参数模型或14参数模型,得到电离层改正数x3(b,l),即生成电离层改正数x3;
S42,生成分区综合改正数x4:在步骤S41的基础上,再叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x3)=ρ+c·δt-c·δts+T+x3(b,l)+x4 (e)
其中,x4|x3代表在x3的基础上(即在电离层改正数x3已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(e)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(5)在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数,相应求解轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S51,生成轨道改正数x1:同步骤S21,因此不再赘述;
S52,生成电离层改正数x3:在步骤S51的基础上,叠加电离层改正数,观测方程简写如下:
f(x3|x1)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·δts+T+x3(b,l) (i)
其中,x3|x1代表在x1的基础上(即在轨道改正数x1已求取的基础上)求解电离层改正数x3,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述;
S53,生成分区综合改正数x4:在步骤S52的基础上,再叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x1,3)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·δts+T+x3(b,l)+x4 (j)
其中,x4|x1,3代表在x1和x3的基础上(即在卫星轨道改正数x1和电离层改正数x3已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(j)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(6)在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数,相应求解钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S61,生成钟差改正数x2:同步骤S11,因此不再赘述;
S62,生成电离层改正数x3:在步骤S61的基础上,叠加电离层改正数,观测方程简写如下:
f(x3|x2)=ρ+c·δt-c·(δts-x2)+T+x3(b,l) (k)
其中,x3|x2代表在x2的基础上(即在钟差改正数x2已求取的基础上)求解电离层改正数x3,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述;
S63,生成分区综合改正数x4:在步骤S62的基础上,再叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x2,3)=ρ+c·δt-c·(δts-x2)+T+x3(b,l)+x4 (m)
其中,x4|x2,3代表在x2和x3的基础上(即在钟差改正数x2和电离层改正数x3已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(m)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。
(7)在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数,相应求解轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数,协议叠加的具体步骤包括:
S71,生成轨道改正数x1:同步骤S21,因此不再赘述;
S72,生成钟差改正数x2:同步骤S22,因此不再赘述;
S73,生成电离层改正数x3:在步骤S72的基础上,再叠加电离层改正数,观测方程简写如下:
f(x3|x1,2)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·(δts-x2)+T+x3(b,l) (n)
其中,x3|x1,2代表在x1和x2的基础上(即在卫星轨道改正数x1和卫星钟差改正数x2已求取的基础上)求解电离层改正数x3,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述;
S74,生成分区综合改正数x4:在步骤S73的基础上,再叠加分区综合改正数,观测方程简写如下:
f(x4|x1,2,3)=ρ+Δρ(x1)+c·δt-c·(δts-x2)+T+x3(b,l)+x4 (y)
其中,x4|x1,2,3代表在x1、x2和x3的基础上(即在卫星轨道改正数x1、卫星钟差改正数x2和电离层改正数x3已求取的基础上)求解分区综合改正数x4,其它变量的意义同上所述,在此不再赘述,在式(y)中,可以通过用迭代计算的方式得到分区综合改正数x4。需要说明的是:上述例子(1)-(7)皆可应用于单频接收机和多频接收机(比如双频接收机和三频接收机),本发明实施例对此不作任何限制;还需说明的是:1、分区综合改正数x4包括但不限于是北斗分区综合改正数或GPS分区综合改正数中的至少一种;电离层改正数x3包括但不限于是使用格网电离层模型、8参数模型或14参数模型等模型,优选使用格网电离层模型;2、轨道改正数也叫卫星轨道改正数、钟差改正数也叫卫星钟差改正数,全文不再赘述;3、本发明实施例中提及的迭代的方式或迭代计算的方式,这计算方式仅为举例而非限制,在其他实施例中,还可以用递推等数值计算方式,还可以用积分等计算方式,本发明实施例对此不作任何限制,实际工作中,本领域技术人员可以按需合理选择。
根据本发明的实施例,为了提高定位精度,定义改正参数(例如,包括轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数、或分区综合改正数(包括对流层改正数、空间段改正数、环境段改正数)),并进行建模,改正参数可以提供DGNSS1(钟差修正)、DGNSS2(轨道改正、钟差修正)、DGNSS3(轨道改正、钟差修正、电离层修正)、D+PPGNSS1(钟差修正、综合修正或分区综合修正)、D+PPGNSS2(轨道改正、钟差改正、综合修正或分区综合修正)、D+PPGNSS3(轨道改正、钟差改正、电离层修正、综合修正或分区综合修正)、D+PPGNSS3(钟差改正、综合修正或分区综合修正)等多种用户误差修正模式,包括单频、双频、三频接收机定位,以及包括但不限于GNSS单北斗、单GPS和北斗GPS组合定位等。通过叠加分区综合改正数,可以实现分米量级的定位。
确定轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数以及分区综合改正数等改正参数后,电文参数编码叠加和播发装置进一步基于一方面考虑电文的资源限制和卫星通讯链路的资源限制,另一方面考虑各个改正参数各自本身的更新周期内的精度衰减,设置各个参数的发播频度和发播策略。
采用前述的改正参数,可以在广域范围内实现定位精度的提升。各参数(包括改正参数)在电文中相应的表示符号以及各参数的具体设计典型值可见下表,具体设计值也可以结合通信能力适当调整。
GPS分区综合改正数(ΔTGij)与分区综合改正数(ΔTij)的定义及使用方法相同。每颗卫星在每个区域的区域综合改正数ΔTGij,表示历元时刻第i区域第j颗GPS卫星的综合改正值。区域标识(AREAI)表示播发的分区综合改正数所在的区域。系统播发的区域标识的个数,与所定义的整数个分区相对应。当对应信息位为“1”时,表示播发对应分区综合改正参数;为“0”时,表示不播发。每颗卫星播发一定数量分区的分区综合改正数,具体卫星代号与所播发的分区号间对应关系可采用下表所示典型的播发策略,此改正参数的叠加执行不受此限制,用户根据标识位进行识别。
典型分区综合改正数播发策略示例
卫星代号 |
分区代号 |
说明 |
SAT1 |
1~8、11 |
140度GEO卫星 |
SAT2 |
1、9、12~18 |
80度GEO卫星 |
SAT3 |
1、7~14 |
110.5度GEO卫星 |
SAT4 |
1~8、11 |
160度GEO卫星 |
SAT5 |
9,10,12~18 |
58.75度GEO卫星 |
卫星标识(BDIDI)表示播发的卫星轨道改正数、分区综合改正数所对应的卫星。系统共播发63bit的卫星标识,与63颗北斗卫星相对应。当对应信息位为“1”时,表示播发对应卫星的改正参数;为“0”时,表示不播发。
用户可根据上述区域标识、卫星标识等辅助信息判断使用某个区域的某颗卫星的改正参数进行定位解算。
GPS区域标识(AREAGI)表示播发的GPS分区综合改正数所在的区域。系统播发区域标识的定义,与所定义的整数个分区相对应。当对应信息位为“1”时,表示播发对应分区综合改正参数;为“0”时,表示不播发。
GPS卫星标识(GPSI)表示播发的GPS分区综合改正数所对应的卫星。系统共播发36bit的卫星标识,与36颗GPS卫星相对应。当对应信息位为“1”时,表示播发对应卫星的改正参数;为“0”时,表示不播发。
根据本发明实施例的方案,改正参数播发量平均可控制在小于100bps,于是可在250-500bps导航电文中实现改正参数的播发。也可采用更高或更低的参数播发频度,减少初始化时间,或控制在可以接受的初始使用时间延长。
另外,考虑到系统以及通信链路的播发能力,其播发频度不能太高。而播发频度低,又会造成改正数精度的损失。在改正数精确计算的基础上,在不同播发频度下比较用户定位精度以及系统播发效率,从而确定改正参数合适的发播频度,结合改正参数的不同的快慢播发频度,进行平稳控制,如此能够达到既保证了速度快,频率快,又保证了精度高。
基于前述的改正参数模型,参数发播频率可设计为:轨道改正参数3~6分钟,钟差改正参数18秒~2分钟,电离层改正参数3~6分钟,综合改正参数或者分区综合改正参数30~180秒。
例如,根据性能需求选定具体的发播频度可以是:轨道改正数6分钟频度、钟差改正数2分钟频度之内误差可控制在0.2米,分区改正数3分钟频度误差可控制在约0.06米。如上表中数字的含义。
播发策略只要保证发播到用户接收与使用时,在这个范围内可得到预定精度。各个改正参数各自本身的更新周期内的精度衰减:所以若钟差改正数频度2分钟内、分区改正数频度3分钟内,性能可以有保证。通常发播频度越高性能越好,典型值如轨道改正数频度6分钟、钟差改正数频度18秒,分区改正数频度36秒。这样在播发量少的同时又能保证性能(满足精度要求),还不会使用户进入实质高精度工作状态的初始化时间太长,用户高精度接收测量、处理时间上基本匹配,且用户使用区域大,实现广域差分的性能提升。
改正参数的更新可以与前述的协议叠加(协议叠加即改正参数的叠加,比如例子(1)-例子(7),也是不同的改正参数的多种叠加组合)相配合。具体如下:
例如,图3A是上述例子(3)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数和分区综合改正数的时序匹配示意图。如图3A所示,轨道改正数的更新周期为m分钟,其中m为正数,且3≤m≤6。在上一个广播星历更新时刻t和当前广播星历更新时刻t0之间的时间段内:时刻m'为最后一个轨道改正数的更新时间点;在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内:时刻t0+b1为一个分区综合改正数的更新时间点,时刻t0+b2为另一个分区综合改正数的更新时间点,时刻m'+m为第一个轨道改正数的更新时间点(一个有效时间段为从m'到m'+m,下一个有效时间段为从m'+m到m'+2m,以此类推,不再赘述),时刻m'+2m为第二个轨道改正数的更新时间点,其中,b1和b2均为正数,且t0+b1<m'+m<t0+b2<m'+2m;具体举例如下:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(3)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数和分区综合改正数包括:1、基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m'的轨道改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'的轨道改正数,通过上述的式(g)求解分区综合改正数;
又比如在时刻t0+b2,与上述例子(3)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数和分区综合改正数包括:1、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m'+m的轨道改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'+m的轨道改正数,通过上述的式(g)求解分区综合改正数。
需要说明的是:
1、本发明实施例提及的时刻t0+b1、时刻m'、时刻t0+b2和时刻m'+m仅为举例而非限制,实际工作中,满足下述要求即可:在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内,对于时刻t0+d来说,在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数和分区综合改正数包括:
1)若t0+d<m'+m,则先基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m'的轨道改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'的轨道改正数,通过上述的式(g)求解分区综合改正数;
2)若m'+(n)*m≤t0+d<m'+(n+1)*m,则先基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m'+n*m的轨道改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'+n*m的轨道改正数,通过上述的式(g)求解分区综合改正数;
其中,d为正数,n为正整数。
2、图3A中所示的用于标识的时刻t0+b1、时刻m'、时刻t0+b2和时刻m'+m等时刻皆仅用于描述实施例而非实际的时刻标识,图3A中的标识长度也不代表实际的标识长度。
例如,图3B是上述例子(1)对应的在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数和分区综合改正数的一种时序匹配示意图。在一种实施方式中,分区综合改正数的更新频率快于钟差改正数的更新频率。如图3B所示,钟差改正数的更新周期为a分钟,其中a为正数,且0.3≤a≤2。在上一个广播星历更新时刻t和当前广播星历更新时刻t0之间的时间段内:时刻a'为最后一个钟差改正数的更新时间点;在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内:时刻t0+b1为一个分区综合改正数的更新时间点,时刻t0+b2为另一个分区综合改正数的更新时间点,时刻a'+a为第一个钟差改正数的更新时间点(一个有效时间段为从a'到a'+a,下一个有效时间段为从a'+a到a'+2a,以此类推,不再赘述),时刻a'+2a为第二个钟差改正数的更新时间点,其中,b1和b2均为正数,且t0+b1<a'+a≤t0+b2<a'+2a,具体举例如下:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(1)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数和分区综合改正数包括:1、基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(a)求解时刻a'的钟差改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'的钟差改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数;
又比如在时刻t0+b2,与上述例子(1)对应的在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数和分区综合改正数包括:1、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(a)求解时刻a'+a的钟差改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+a的钟差改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数。
需要说明的是:
1、本发明实施例提及的时刻t0+b1、时刻a'、时刻t0+b2和时刻a'+a等时刻标识仅为举例而非限制,实际工作中,满足下述要求即可:在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内,对于时刻t0+d来说,在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数和分区综合改正数包括:1)若t0+d<a'+a,则先基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(a)求解时刻a'的钟差改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'的钟差改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数;2)若a'+(n)*a≤10+d<a'+(n+1)*a,则先基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(a)求解时刻a'+(n)*a的钟差改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+(n)*a的钟差改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数,其中,d为正数,n为正整数。
2、图3B中所示的用于标识的时刻t0+b1、时刻a'、时刻t0+b2和时刻a'+a等时刻标识皆仅用于描述实施例而非实际的时刻标识,图3B中的标识长度也不代表实际的标识长度。
3、钟差改正数的更新周期例如可以为18秒。对于北斗系统而言,B1、B2频点的卫星钟差改正数不同,每个频点各自仅播发该频点对应的卫星钟差改正数。
例如,在另一种实施方式中,分区综合改正数的更新频率也可以慢于钟差改正数的更新频率:图3C是上述例子(1)对应的在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数和分区综合改正数的另一种时序匹配示意图。如图3C所示,钟差改正数的更新周期为a分钟,其中a为正数,且0.3≤a≤2。在上一个广播星历更新时刻t和当前广播星历更新时刻t0之间的时间段内:时刻a'为最后一个钟差改正数的更新时间点;在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内:时刻t0+d为一个分区综合改正数的更新时间点,同时满足a'+(n)*a≤t0+d<a'+(n+1)*a,其中,d为正数,n为正整数,具体举例如下:
在时刻t0+d,与上述例子(1)对应的在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数和分区综合改正数包括:先基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(a)求解时刻a'+(n)*a的钟差改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+(n)*a的钟差改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数。
需要说明的是:图3C中所示的用于标识的时刻t0+b1和时刻a'+a等时刻标识皆仅用于描述实施例而非实际的时刻标识,图3B中的标识长度也不代表实际的标识长度。
例如,在一种实施例中,分区综合改正数的更新频率快于钟差改正数的更新频率,而钟差改正数的更新频率快于轨道改正数的更新频率,如图3D所示,图3D是上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数的一种时序匹配示意图。如图3D所示,轨道改正数的更新周期为m分钟,钟差改正数的更新周期为a分钟,其中m、a为正数,3≤m≤6,0.3≤a≤2,a<m。在上一个广播星历更新时刻t和当前广播星历更新时刻t0之间的时间段内:时刻m’为最后一个轨道改正数的更新时间点,时刻a’为最后一个钟差改正数的更新时间点;在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内:时刻t0+b1为一个分区综合改正数的更新时间点,时刻t0+b2为另一个分区综合改正数的更新时间点,时刻t0+b3为又一个分区综合改正数的更新时间点,时刻m’+m为第一个轨道改正数的更新时间点,时刻a’+a为第一个钟差改正数的更新时间点,其中,b1、b2、b3均为正数,t0+b1<a’+a<m’+m,a’+h*a<t0+b2<m’+m,(t0+b2)-(a’+h*a)<a,m’+e*m<a’+f*a<t0+b3<m’+(e+1)*m,(t0+b3)-(a’+f*a)<a,h、e和f均为正整数,具体举例如下:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数包括:1、基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m’的轨道改正数;2、基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数,通过上述的式(d)求解时刻a’的钟差改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’的钟差改正数,通过上述的式(e)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b2,与上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数包括:1、基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m’的轨道改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数,通过上述的式(d)求解时刻a’+(h)*a的钟差改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+(h)*a的钟差改正数,通过上述的式(e)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b3,与上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数包括:1、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m’+(e)*m的轨道改正数;2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数,通过上述的式(d)求解时刻a’+(f)*a的钟差改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,通过上述的式(e)求解分区综合改正数;
例如,在一种实施例中,钟差改正数的更新频率快于分区综合改正数的更新频率,而分区综合改正数的更新频率快于轨道改正数的更新频率:图3E是上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差综合改正数和分区综合改正数的另一种时序匹配示意图。如图3E所示,轨道改正数的更新周期为m分钟,钟差改正数的更新周期为a分钟,其中m、a为正数,且3≤m≤6,0.3≤a≤2。在上一个广播星历更新时刻t和当前广播星历更新时刻t0之间的时间段内:时刻m’为最后一个轨道改正数的更新时间点,时刻a’为最后一个钟差改正数的更新时间点;在当前广播星历更新时刻t0和下一个广播星历更新时刻t1之间的时间段内:时刻t0+b1为一个分区综合改正数的更新时间点,时刻t0+b2为另一个分区综合改正数的更新时间点,其中,a’+h*a<t0+b1<m’+m,m’+e*m<a’+f*a<t0+b2<(e+1)*m,(t0+b1)-(a’+h*a)<a,(t0+b2)-(a’+f*a)<a,b1、b2为正数,h、f、e为正整数,具体举例如下:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数包括:先基于上一个广播星历更新时刻t生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m’的轨道改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数,通过上述的式(d)求解时刻a’+h*a的钟差改正数,最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+h*a的钟差改正数,通过上述的式(e)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b2,与上述例子(2)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数和分区综合改正数包括:先基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文,通过上述的式(c)求解时刻m’+(e)*m的轨道改正数;再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数,通过上述的式(d)求解时刻a’+(f)*a的钟差改正数,最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,通过上述的式(e)求解分区综合改正数。
对于电离层改正数,更新周期可以为例如3~6分钟,电离层改正数是对传播段(或环境段)误差的改正,如上文提及的,多个测站在一定时段内,利用多个频点的伪距观测值(伪距观测值可以为原始伪距观测值P,可以为经改正参数修正后的伪距观测值P(x),本发明实施例对此不作任何限制),求得电离层延迟量,并建模生成电离层格网模型或8参数模型或14参数模型,得到电离层改正数x3(b,l),因此电离层改正数可以不用进行时序匹配。
因此,对于例子(5)来说,其时序匹配过程与例子(3)的时序匹配过程,相同的部分不再赘述,区别在于:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(5)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'的轨道改正数,通过上述的式(i)求解电离层改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'的轨道改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(j)求解分区综合改正数;
又比如在时刻t0+b2,与上述例子(5)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'+m的轨道改正数,通过上述的式(i)求解电离层改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m'+m的轨道改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(j)求解分区综合改正数。
对于例子(6)来说,其时序匹配过程与例子(1)的时序匹配过程,相同的部分不再赘述:
1)当分区综合改正数的更新频率快于钟差改正数的更新频率时,区别在于:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(6)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'的钟差改正数,通过上述的式(k)求解电离层改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(m)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b1,与上述例子(6)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:2、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+a的钟差改正数,通过上述的式(k)求解电离层改正数;3、基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(m)求解分区综合改正数。
2)当分区综合改正数的更新频率慢于钟差改正数的更新频率时,区别在于:
在时刻t0+d,与上述例子(6)对应的在基本导航电文的基础上叠加钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:再基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+(n)*a的钟差改正数,通过上述的式(k)求解电离层改正数;最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻a'+(n)*a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(b)求解分区综合改正数。
对于例子(7)来说,其时序匹配过程与例子(2)的时序匹配过程,相同的部分不再赘述:
1)当分区综合改正数的更新频率快于钟差改正数的更新频率,而钟差改正数的更新频率快于轨道改正数的更新频率时,区别在于:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(7)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:3、然后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’的钟差改正数,通过上述的式(n)求解电离层改正数;4、最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(y)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b2,与上述例子(7)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:3、然后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+h*a的钟差改正数,通过上述的式(n)求解电离层改正数;4、最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+h*a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(y)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b3,与上述例子(7)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:3、然后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,通过上述的式(n)求解电离层改正数;4、最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(y)求解分区综合改正数;
2)当钟差改正数的更新频率快于分区综合改正数的更新频率,而分区综合改正数的更新频率快于轨道改正数的更新频率时,区别在于:
比如在时刻t0+b1,与上述例子(7)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:然后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+h*a的钟差改正数,通过上述的式(n)求解电离层改正数,最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’的轨道改正数和时刻a’+h*a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(y)求解分区综合改正数;
比如在时刻t0+b2,与上述例子(7)对应的在基本导航电文的基础上叠加轨道改正数、钟差改正数、电离层改正数和分区综合改正数包括:然后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,通过上述的式(n)求解电离层改正数,最后基于当前广播星历更新时刻t0生成的基本导航电文和经求解得到的时刻m’+(e)*m的轨道改正数和时刻a’+(f)*a的钟差改正数,以及电离层改正数,通过上述的式(y)求解分区综合改正数。
需要说明的是,用户端(接收机)在接收和/或使用改正参数时,需要与接收到的改正参数进行相互对应匹配(包括但不限于时间上的匹配和改正参数的种类上的匹配)。
分区综合改正数为每个分区当前观测到卫星的综合改正数。受限于紧张的星地接口资源,并考虑分区综合改正数更新频度对性能的影响,更新时间在2分钟以内,用户端定位精度相差不明显;更新时间超过2分钟后,定位精度下降明显。
为满足播发的需求,本发明实施例描述了改正参数叠加的过程、方法以及各自之间的匹配过程。
利用不同的改正参数的多种叠加组合(即多种协议叠加),可使得用户在不同软硬件环境下,实现不同精度水平的定位需求。例如,协议叠加了分区综合改正数后,可以实现分米精度的定位需求。
协议叠加应用于卫星定位系统中时,需要通过导航卫星将改正参数以导航电文的形式对用户进行广播。因此本发明提出的卫星导航系统,必须考虑参数编排的方法和策略。改正参数的电文编排需要考虑以下几个因素:
(1)兼容卫星导航系统中导航电文的电文帧结构设计;
(2)利用电文资源未使用字段(预留位)进行编排;
(3)改正参数电文表达精度损失较少。
考虑到以上因素,本发明还提供了一种用于卫星导航系统的增强参数的电文编排和播发方法,可以充分利用卫星导航系统导航电文剩余资源,根据剩余资源各页面、超帧、主帧和子帧的重复周期,将不同的改正参数按照其各自的特性进行编排,与导航电文融为一体,向用户进行播发。该电文编排和播发方法可以通过前述的设置在基站的电文参数、叠加编码和播发装置来实现,其中,增强参数也即改正参数,全文不再赘述。
例如,如图4所示的电文播发装置40可以实现前述电文参数叠加、编码和播发装置的电文编码(编排)和播发设置功能,并且该电文播发装置40也可以包括发射机,实现基站交换机向卫星发射信号的功能。
图4示出了根据本发明实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40的主要单元的配置框图。
如图4所示,电文播发装置40包括处理器401和发射器402。处理器401根据需要播发的增强参数的字节大小以及播发频率,确定所述增强参数在导航电文帧结构模型中的预留空间中的插入位置,以进行所述增强参数的电文编排。发射器402将所编排的电文上注给播发卫星以进行电文播发。
在电文播发装置40中,所述导航电文帧结构模型由超帧、主帧和子帧定义,其中,每个超帧包括120个主帧,每个主帧包括5个子帧,每个子帧包括10个字,每个字包含30比特且历时0.06秒,并且,在所述5个子帧中,子帧1用于播发所述卫星导航系统的本卫星基本导航信息,且一组子帧1中的信息由10个页面分时发送,亦即通过10个子帧1组成的10个页面(即一组子帧1构成的一组页面)来完成本卫星基本导航信息的一次发送,子帧2至子帧4用于播发所述卫星导航系统的完好性及差分信息,且各组子帧2~4中的信息分别由6个页面分时发送,亦即分别通过6个子帧2至子帧4组成的6个页面(即一组子帧2至子帧4分别构成的一组页面)来完成卫星导航系统的完好性及差分信息的一次发送,并且子帧5用于播发所述卫星导航系统的全部卫星历书、电离层信息以及与其它系统时间同步信息,且一组子帧5中的信息由120个页面分时发送,亦即通过120个子帧5组成的120个页面来完成卫星导航系统的全部卫星历书、电离层信息以及与其它系统时间同步信息的一次发送。
如前所述的,星基增强参数是为了提高系统实时服务的精度,并且,其对卫星轨道误差、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的这些参数的误差。例如,以北斗系统为例,星基增强参数可以包括卫星钟差改正数参数、卫星轨道改正数参数、电离层改正数参数和分区综合改正数参数,它们将在下文中详细描述。应理解,上文所述的星基增强参数仅仅是增强参数的一个示例以便于说明,而非将本发明限制于此。本发明也可适用于地基增强参数。
为了便于理解上述导航电文帧结构模型,以下结合图5进行描述。图5是图示根据本发明实施例的导航电文帧结构模型的示意图。如图5所示,该导航电文帧结构由超帧、主帧和子帧定义。每个超帧为180000比特,且历时6分钟。每个超帧包括120个主帧,如图5中的主帧1、主帧2……主帧n……主帧120所示。每个主帧为1500比特,且历时3秒。每个主帧又包括5个子帧,如图5中的子帧1、子帧2、子帧3、子帧4和子帧5所示。每个子帧为300比特,且历时0.6秒。每个子帧进一步包括10个字,如图5中的字1、字2……字10所示。每个字为30比特,且历时0.06秒。每个字包括导航电文信息(或数据)及校验码两部分。每个子帧的第1个字(即,字1)的前15比特信息不进行纠错编码,后11比特信息采用BCH(15,11,1)方式进行纠错。如图5所示,字1包含26比特信息位和4比特校验码。每个子帧的其它9个字(即,字2~10)均采用BCH(15,11,1)加交织方式进行纠错编码。如图5所示,字2~10的每个包含22比特信息位和8比特校验码。
为了说明导航电文帧结构模型中的电文编排,参见图6。图6是图示根据本发明实施例的导航电文帧结构模型中的导航电文信息内容的示意图。以北斗系统为例,导航电文包括本卫星基本导航信息、全部卫星历书、与其它系统时间同步信息、北斗系统完好性及差分信息、电离层信息。具体地,如图6所示,子帧1用来播发本卫星基本导航信息,子帧2~4用来播发北斗系统完好性及差分信息,并且子帧5用来播发全部卫星历书、电离层信息、以及与其它系统时间同步信息。
由于这些导航信息的播发频率(或更新周期)不同,因此可以通过使得对它们进行播发的子帧分别构成独立的页面来实现不同的播发频率。如图6中所示,完成本卫星基本导航信息的一次发送需要子帧1的一组页面来播发,其中,子帧1的一组页面由10个页面组成(即,分时发送),也就是说,由时域上连续的10个子帧1来完成本卫星基本导航信息的一次发送。可见,本卫星基本导航信息的更新周期为30秒(每个子帧1为1个页面,因此10个页面为10个子帧1,而1个子帧1的更新周期为3秒,因此子帧1的一组页面的更新周期为3秒*10=30秒)。完成北斗系统完好性及差分信息的一次发送需要子帧2~4的一组页面来播发,其中,子帧2~4的一组页面分别由6个页面组成(即,分时发送),也就是说,分别由时域上连续的6个子帧2~4来完成北斗系统完好性及差分信息的一次发送。可见,北斗系统完好性及差分信息的更新周期为18秒(每个子帧2~4分别为1个页面,因此6个页面分别为6个子帧2~4,子帧2~4的一组页面的更新周期为3秒*6=18秒)。子帧5的一组页面由120个页面组成(即,分时发送),也就是说,由时域上连续的120的子帧5来完成全部卫星历书、电离层信息、以及与其它系统时间同步信息的一次发送。可见,全部卫星历书、电离层信息、以及与其它系统时间同步信息的更新周期为6分钟(每个子帧5为1个页面,因此120个页面为120个子帧5,子帧5的一组页面的更新周期为3秒*120=360秒=6分钟)。
页面体现了每个子帧在时域上的顺序变化。为了更便于理解页面的概念,参见图7。图7是图示根据本发明实施例的导航电文帧结构模型中的子帧的页面在时间上的排列关系的示意图。如图7所示,沿着时间轴T,每个包括5个子帧的主帧顺序地播发。也就是说,第一个主帧的子帧1、子帧2、子帧3、子帧4、子帧5按顺序播发完之后,是第二个主帧的子帧1、子帧2、子帧3、子帧4、子帧5,依次类推。可见,同一个子帧的重复周期相当于一个主帧的长度,即,为3秒。
在图7中,以子帧2为例,第一个主帧的子帧2是子帧2的页面1,第二个主帧的子帧2是子帧2的页面2,第三个主帧的子帧2是子帧2的页面3,第四个主帧的子帧2是子帧2的页面4,第五个主帧的子帧2是子帧2的页面5,并且第六个主帧的子帧2是子帧2的页面6。也就是说,时间上连续的六个主帧的子帧2组成了子帧2的6个页面,这6个页面(即,6个子帧2)所播发的电文信息各不相同。因此,子帧2的6个页面所播发的电文信息的播发频率(即,更新频率)为18秒。同理,第七个至第十二个主帧的子帧2可以组成子帧2的下一组(即,下个更新周期的)6个页面,用以播发更新后的电文信息。
在如上所述的导航电文帧结构模型中,除了用于播发本卫星基本导航信息、全部卫星历书、与其它系统时间同步信息、北斗系统完好性及差分信息、电离层信息的信息位之外,通常还预留有未使用的信息位。具体地,在图5所示的导航电文帧结构模型中,子帧1的页面1~10的低150比特、子帧4的页面1~6、子帧5的页面14~34、页面74~94、页面103~120为预留信息位。另外,根据导航电文链路资源使用情况可知,目前子帧3的低120比特、子帧4、子帧5的第117-120页面为预留信息位(亦即是空闲的资源位)。因此,可以通过利用这些预留信息位来进一步播发星级增强参数。
综合考虑图5所示的每个子帧的页面设置、以及如上所述的各子帧的预留信息位情况,子帧3和子帧4播发的电文信息可以实现3秒及其整倍数的更新周期,而子帧5播发的电文信息可以实现6分钟的更新周期。因此,处理器401可以根据需要播发的增强参数(例如星基增强参数)的字节大小以及播发频率,确定将增强参数插入在哪个子帧的哪个页面中的哪个预留信息位来进行播发。例如,根据卫星钟差改正数的使用要求,其更新周期为18秒,因此,卫星钟差改正数可以插入在子帧2/3的预留信息位中进行播发,以实现18秒的播发频率;而卫星轨道改正数的更新周期为6分钟,因此,可以将其插入在子帧5的预留信息位中进行播发,以实现6分钟的播发频率。
在处理器401完成了增强参数的电文编排之后,发射器402可以将所编排的电文上注给播发卫星(例如,GEO卫星的I支路),以进行电文播发。由此,用户端可以接收所播发的电文,从而获得增强参数,以便对基本导航信息中的误差进行修正以提高导航精度。
应注意,虽然图5和图6给出的导航电文帧结构模型是以北斗系统为例,然而本发明不限于此,本领域技术人员可以采用任何其它合适的导航系统的导航电文帧结构模型。
在根据本发明实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,通过使得基本导航信息和增强信息统一播发,提高了导航电文的可扩展性,实现了导航电文的星地一体化灵活播发,提高了电文播发的灵活度,提高了用户使用性能,并且提高了信道链路资源的利用率。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,处理器401可以分别根据所述增强参数的量化范围和量化精度确定所述增强参数的字节大小以及播发频率。
具体地,基本导航卫星广播星历精度通常优于10米。轨道机动时URE误差(用户测距误差User Range Error,URE)增大,当URE误差大于一定数值时,可视此卫星短期不可用,将轨道径向误差归为钟差。为此,轨道改正数的范围可按3倍范围设置,即,±30米可满足要求。考虑到进一步的异常情况,此范围可再适当放大,如,典型值设为±64米。考虑到分米级广域差分精度需要,此参数的量化精度可设计为厘米量级。
已有的钟差可表示±409米,量化误差0.1米。为了提高钟差改正数的精度,增加钟差改正余数,余数范围为±0.0625米即可。考虑到分米级广域差分精度需要,量化精度可设计为厘米量级。
分区改正数是在钟差改正的基础上进行的,最高定位精度计算需使用此类改正数。钟差的解算及参数拟合精度通常优于1纳秒,轨道改正数的精度也优于2纳秒。因此,分区改正数的范围设置在±5纳秒即可满足参数的表示需求。考虑到进一步的异常情况,此范围可设为±8纳秒。其它超出表示范围的情况,将统一归算到钟差参数中。考虑到高精度的要求,此参数的量化单位可为0.0625纳秒,此时的截断误差为1厘米。
电离层改正数参数包括但不限于是使用格网电离层模型、8参数模型或14参数模型等模型,优选使用格网电离层模型,格网电离层的解算精度为0.5米左右,过高的量化精度对资源来说是浪费。按0.1米量化精度设计即可满足需求。最大延迟一般不超过50米,更大延迟可标注为不可用。因此,此参数的取值可设计在几十米范围,典型值为63米。
根据以上对各个增强参数的量化范围和量化精度的设计考虑,可以确定各个增强参数的字节大小和更新周期。例如,卫星钟差改正数参数的更新周期优选为18秒,卫星轨道改正数参数的更新周期优选为6分钟,分区综合改正数参数的更新周期优选为36秒,电离层改正数参数的更新周期优选为3分钟。又例如,每个分区综合改正数占用8比特信息位,而每颗星的卫星轨道改正数占用40比特信息,等等。如前所述,可以根据各个增强参数的字节大小和更新周期,确定它们在导航电文帧结构模型中的电文编排方案。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述增强参数可以包括卫星钟差改正数参数和分区综合改正数参数,并且处理器401可以将所述卫星钟差改正数参数插入在子帧2和子帧3的预留空间中的第一组预定位置中且由6个页面分时发送所述卫星钟差改正数参数(亦即,由6个页面完成卫星钟差改正数参数的一次播发),并且将所述分区综合改正数参数插入在子帧2至子帧4中的预留空间中的第二组预定位置中且由12个页面分时发送所述分区综合改正数参数(亦即,分别由子帧2至子帧4中的12个页面完成分区综合改正数参数的一次播发)。
具体地,如上所述,卫星钟差改正数的更新周期为18秒。如图5中所示,子帧2~4通过6个页面播发的北斗系统完好性及差分信息的更新周期也为18秒。因此,可以将卫星钟差改正数参数插入在子帧2~4中的预留空间中的某些信息位,以实现18秒的更新周期。这里,应理解,选择将卫星钟差改正数参数插入在子帧2和子帧3的预留空间中的第一组预定位置中仅仅为一种示例性选择,本发明不限于此。本领域技术人员可以根据本发明的教示,选择其它合适的预留信息位。
如前所述,分区综合改正数的更新周期为36秒。虽然如图5中所示,子帧2~4通过6个页面播发的北斗系统完好性及差分信息的更新周期为18秒,但是,如果采用子帧2~4的两组6个页面(即,12个页面)来进行播发,也可以实现36秒的更新周期。例如,以图7为例,可以例如通过第一个至第十二个主帧中的子帧2~4的预留空间中的某些信息位来播发分区综合改正数参数,由此可以实现分区综合改正数参数的一次播发。
应理解,这里所述的第一组预定位置和第二组预定位置是为了区分用于播发卫星钟差改正数参数的预留信息位的集合与用于播发分区综合改正数参数的预留信息位的集合。然而,第一组预定位置中的部分位置有可能与第二组预定位置中的部分位置重合,也就是说,卫星钟差改正数参数与分区综合改正数参数的播发可能共享某些预留信息位。下文将进一步举例详细说明卫星钟差改正数参数与分区综合改正数参数的电文编排。
如上所述,子帧2~4可以不固定为分别由6个页面组成,即,电文播发的更新周期可以不固定为18秒,而是可以实现为3秒的倍数的播发周期。因此,通过灵活地安排子帧页面,实现了电文编排的动态调整、灵活分配、及更新频率的快慢组合,从而可以节省资源。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述增强参数包括分区综合改正数参数,所述分区综合改正数参数包括分区综合改正数、区域标识和卫星标识。并且,所述区域标识用于对于所述卫星导航系统中的每个区域分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数,并且,所述处理器401将所述区域标识插入在子帧2的页面1的预留空间中的第三组预定位置中。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数,并且,所述处理器401将所述卫星标识插入在子帧2的页面2至页面4的预留空间中的第四组预定位置中。并且,所述处理器401将分别对应不同区域和不同卫星的需播发的分区综合改正数顺序地插入在子帧3和子帧4的页面1至页面6的预留空间中的第五组预定位置中。其中,所述分区综合改正数参数的播发周期为30秒-3分钟,优选为36秒,本发明实施例以36秒为例子,但仅为举例而非限制。
具体地,可将卫星导航系统划分为多个区域,每个区域播发1个分区综合改正数。受卫星下行导航信号链路资源限制,不同卫星可以播发不同的分区综合改正数。这里,为了便于理解,仍以北斗卫星导航系统为例进行举例说明。在北斗卫星导航系统中,举例来说,若将系统划分为30个区域,则一共有63颗卫星。因此,对于不同区域和不同卫星的组合,一共可能存在30×63=1890个分区综合改正数。然而,通常只有其中的部分区域和部分卫星需要播发对应的分区综合改正数。因此,如果为所有可能的分区综合改正数都分配信息位用于播发,则会占用过多的信道链路资源,造成资源浪费。
为了节省资源,本发明通过采用共享标识位来动态调整信息资源模式、播发分区综合改正数。为了便于理解本发明的具体电文编排方式,下面结合图8A至图8L进行详细说明。图8A至图8L是分别图示根据本发明实施例的用于播发分区综合改正数参数的子帧2~4的页面1~6的电文编排示例的示意图。如各图中最左侧所示,示出了子帧号、以及页面号i。信息比特序列上方的数字表示相应的信息位在该页面中的比特编号,MSB代表最高有效位,LSB代表最低有效位。
首先,设置区域标识来用于对于30个区域的每个分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数。图8A示出了子帧2的页面1的电文编排。如图8A所示,第134比特用于播发区域1的区域标识AREAI1,当此标识位为“1”时表示区域1存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示区域1不存在需要播发的分区综合改正数。同理,虽然图8A中未示出,第135比特用于播发区域2的区域标识AREAI2,当此标识位为“1”时表示区域2存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示区域2不存在需要播发的分区综合改正数,并且以此类推。最后,第171比特用于播发区域30的区域标识AREAI30,当此标识位为“1”时表示区域30存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示区域30不存在需要播发的分区综合改正数。需要说明的是,图中的“P”代表8比特的校验位。可以理解,这里,第134比特至第142比特以及第151比特至第170比特可以对应于上述第三组预定位置,用来播发30个区域的区别标识AREI1至AREI30。
其次,设置卫星标识来用于对于63颗卫星的每个分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数。图8B至图8D分别示出了子帧2的页面2~4的电文编排。如图8B所示,子帧2的页面2中的第134比特用于播发卫星1的卫星标识BDID1,当此标识位为“1”时表示卫星1存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示卫星1不存在需要播发的分区综合改正数。同理,虽然图8B中未示出,第135比特用于播发卫星2的区域标识BDID2,当此标识位为“1”时表示卫星2存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示卫星2不存在需要播发的分区综合改正数,并且以此类推。最后,第171比特用于播发卫星30的卫星标识BDID30,当此标识位为“1”时表示卫星30存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示卫星30不存在需要播发的分区综合改正数。如前所述,图中的“P”代表8比特的校验位。可以理解,这里,第134比特至第142比特以及第151比特至第170比特用来播发卫星1~30这30颗卫星的区别标识BDID1至BDID30。
图8C示出了子帧2的页面3的电文编排。如图8C所示,子帧2的页面3的第134比特至第142比特以及第151比特至第170比特用来播发卫星31~60这30颗卫星的区别标识BDID31至BDID60,其细节与图8B类似,这里不再赘述。图8D示出了子帧2的页面4的电文编排。如图D所示,子帧2的页面4的第134比特至第136比特用来播发卫星61~63这3颗卫星的区域标识BDID61至BDID63。第137比特至第142比特以及第151比特至第170比特可以用于播发其它信息或仍预留。可以理解,这里,子帧2的页面2-3的第134比特至第142比特以及第151比特至第170比特、以及子帧2的页面4的第134比特至第136比特可以对应于上述第四组预定位置,用来播发63颗卫星的卫星标识BDID1至BDID63。
图8E示出了子帧2的页面5~6的电文编排。如图8E所示,子帧2的页面5~6的第134比特至第142比特以及第151比特至第170比特仍被预留(如由Rev表示)以备将来使用。
最后,将分别对应不同区域和不同卫星的需播发的分区综合改正数顺序地插入在子帧3和子帧4的页面1至页面6的预留空间中的第五组预定位置中。具体地,图8F至图8K分别示出了子帧3的页面1~6的电文编排。如图8F所示,每个分区综合改正数占用8比特信息位,子帧3的页面1的第257比特至第262比特用来播发第1个分区综合改正数(ΔT1)的高6位(比特),而子帧3的页面1的第271比特至第272比特用来播发第1个分区综合改正数(ΔT1)的低2位(比特)。子帧3的页面1的第273比特至第280比特用来播发第2个分区综合改正数(ΔT2),子帧3的页面1的第281比特至第288比特用来播发第3个分区综合改正数(ΔT3),并且子帧3的页面1的第289比特至第292比特用来播发第4个分区综合改正数(ΔT4)的高4位(比特)。可见,通过子帧3的页面1中的第257比特至第262比特以及第271比特至292比特这28个比特的信息位可以播发3.5个分区综合改正数。
同理,如图8G至图8K所示,子帧3的页面2~6的每个页面采用第257比特至第262比特以及第271比特至292比特这28个比特的信息位可以分别播发3.5个分区综合改正数,它们的细节与图8F类似,因此这里不再赘述。
图8L示出了子帧4的页面1~6的电文编排。如图8L所示,第44比特至第47比特用于播发其前面的子帧3所播发的最后一个分区综合改正数的低4位(比特)。例如,子帧4的页面1的第44比特至第47比特用于播发第4个分区综合改正数(ΔT4)的低4位(比特)。子帧4的页面1~6的第48比特至第52比特、第61比特至第82比特、第91比特至142比特、以及第151比特至167比特用来播发11个分区综合改正数。也就是说,子帧4的页面1~6的每个可播发11.5个分区综合改正数。因此,子帧3、子帧4的页面1~6一共可以播发90个分区综合改正数,而两组页面1~6总共可以播发180个分区综合改正数。
可以理解,这里,子帧3的页面1~6中的第257比特至第262比特以及第271比特至292比特、以及子帧4的页面1~6中的第48比特至第52比特、第61比特至第82比特、第91比特至142比特、以及第151比特至167比特可以对应于上述第五组预定位置,用来顺序地播发存在的分区综合改正数。
需要说明的是,由于分区综合改正参数的更新周期为36秒,也就是说,每12个页面进行一次更新。具体地,在时域上,例如,在第一个36秒的周期中,根据时域上第1~6个主帧中的子帧2中播发的区域标识和卫星标识来确定第1~12个主帧中的子帧3和子帧4需播发的分区综合改正数的数目以及各自分区综合改正数对应哪个区域和哪颗卫星。同理,在第二个36秒的周期中,根据时域上第13~18个主帧中的子帧2中播发的更新后的区域标识和卫星标识来确定第13~24个主帧中的子帧3和子帧4需播发的分区综合改正数的数目以及各自分区综合改正数对应哪个区域和哪颗卫星,并且以此类推。
应理解,虽然如上所述最多可以播发180个分区综合改正数,然而,如果某个36秒周期中只有例如100个分区综合改正数需要播发,则子帧3、子帧4的所述五组预定位置中在顺序播发了100个分区综合改正数之后剩余的信息位可以为空或作为预留位。
由于如上所述采用了区域标识和卫星标识来分别标识哪个区域以及哪颗卫星存在需要播发的分区综合改正数,因此子帧3和子帧4中的第五组预定位置可以仅用来播发需要播发的分区综合改正数,而无需为不需要播发的分区综合改正数分配固定的信息位,因此节省的信道链路资源。并且,经过每个更新周期后,由于区域标识和卫星标识可能改变,因此需要播发的分区综合改正数也会发生改变,因此子帧3和子帧4的第五组预定位置可以播发对应不同区域和不同卫星的更新后的分区综合改正数。可见,卫星导航系统中的所有卫星可以共享标识位,并进行动态调整,既节省了资源又可实现快速上注。
进一步可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所播发的每个分区综合改正数所对应的区域索引i和卫星索引j可分别定义如下:
i=INT(n,x)+1;
j=MOD(n,x)。
其中,n表示所播发的分区综合改正数的编号,并且x表示存在需播发的分区综合改正数的卫星的总数目。
具体地,如前所述,在子帧3和子帧4的所有页面中顺序地插入需播发的分区综合改正数,即,顺序地编排这些分区综合改正数的电文。例如,子帧3的页面1中播发的第一个分区综合改正数(ΔT1)对应的n值为“1”,子帧3的页面1中播发的第2个分区综合改正数(ΔT2)对应的n值为“2”…….子帧4的页面1中播发的第1个分区综合改正数对应的n值为“4”,子帧4的页面1中播发的第2个分区综合改正数对应的n值为“5”,以此类推。
如前所述,虽然一共有63颗卫星,但是并非每颗卫星都存在需播发的分区综合改正数。例如,假设x=10,也就是说,当播发分区综合改正数的卫星总数为10时,对于子帧3的页面6中第1个分区综合改正数ΔT76,n=76,所以其对应的区域索引i=INT(76,10)+1=8,卫星索引j=MOD(76,10)=6。也就说分区综合改正数ΔT76对应于区域8和卫星6。
通过上述公式,可以推出每个播发的分区综合改正数所对应的具体区域和卫星。因此,通过结合区域标识、卫星标识和分区综合改正数,既可以实现分区综合改正数的准确播发,又能节省资源。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述增强参数包括卫星钟差改正数参数,所述卫星钟差改正数参数包括卫星标识和卫星钟差改正数余数。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的卫星钟差改正数余数,并且,处理器401将所述卫星标识插入在子帧2的页面1的预留空间中的第三组预定位置中。并且,处理器401将分别对应不同卫星的需播发的卫星钟差改正数余数顺序地插入在子帧4的页面5和页面6的预留空间中的第六组预定位置中。并且所述卫星钟差改正数参数的播发周期为18秒-2分钟,优选为18秒,本发明实施例的18秒仅为举例而非限制。
具体地,为了便于说明,仍以北斗卫星导航系统为例。如前所述,北斗卫星导航系统一共有63颗卫星。然而,与前述分区综合改正数类似地,并非每颗卫星都存在需要播发的卫星钟差改正余数。因此,同样可以设置卫星标识来用于对于63颗卫星的每个分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的卫星钟差改正余数。对于每颗卫星的卫星标识,当此标识位为“1”时表示此卫星存在需要播发的卫星钟差改正余数,而当此标识位为“0”时表示此卫星不存在需要播发的卫星钟差改正余数。
这里,用于卫星钟差改正余数的卫星标识与用于分区综合改正数的卫星标识不同,但是作用类似,这里不再赘述。
每个卫星钟差改正余数由4比特信息位组成。通常,每颗GEO卫星可播发18颗卫星的卫星钟差改正数余数。图9A至图9B是分别图示根据本发明实施例的用于播发卫星钟差改正数参数的子帧3的页面5~6的电文编排示例的示意图。如各图中最左侧所示,示出了子帧号、以及页面号i。信息比特序列上方的数字表示相应的信息位在该页面中的比特编号,MSB代表最高有效位,LSB代表最低有效位。如图9A所示,在子帧3的页面5中与播发分区综合改正数不同的信息位播发18颗卫星的B1频点的卫星钟差改正余数,如Δtres1、Δtres2……Δtres18所示。类似地,如图9B所示,在子帧3的页面6中与播发分区综合改正数不同的信息位播发18颗卫星的B2频点的卫星钟差改正余数,如Δtres1、Δtres2……Δtres18所示。
应理解,如果存在需播发卫星钟差改正余数的卫星总数不到18个时,则图9A和图9B中所示的用于播发卫星钟差改正余数的预定位置中的某些信息位可以为空或作为预留信息位。
如前所述,卫星钟差改正余数的更新周期为18秒而分区综合改正数的更新周期为36秒。通过灵活的电文编排,可以在卫星钟差改正余数与分区综合改正数之间实现不同播发频率的快慢组合。
进一步可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述处理器401将播发信息种类标识插入子帧2的页面4的预留空间中的预定1比特信息位,并且,当所述播发信息种类标识为1和0中的一个时,在所述第六组预定位置中播发所述卫星钟差改正数余数,当所述播发信息种类标识为1和0中的另一个时,在所述第六组预定位置中播发GPS卫星差分快变信息。
具体地,仍参见图8D,在BDID63之后可以采用1比特信息位来播发信息种类标识,如由GPSflag所示。例如,当此GPSflag标识位“1”时,可以表示上述第六组预定位置用于播发卫星钟差改正余数,电文编排如图9A和图9B所示。而当此GPSflag标识位“0”时,可以表示上述第六组预定位置用于播发GPS卫星差分快变信息,如图8J和图8K所示。具体地,图8J和图8K中的RUAIi1~RUAIi3以及ΔtGPSi1~ΔtGPSi3表示GPS卫星差分快变信息。
应理解,显而易见地,GPSflag标识位的“1”和“0”的含义不限于上述示例情况,而是可以互换。
通过设置信息种类标识,可以实现不同卫星导航系统之间的资源共享,节省了信道链路资源,并且可以灵活动态地调整电文编排。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述增强参数包括GPS分区综合改正数参数,所述GPS分区综合改正数参数包括GPS分区综合改正数、GPS区域标识和GPS卫星标识。并且,所述GPS卫星标识用于对于每颗GPS卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数,并且,所述处理器401将所述GPS卫星标识插入在子帧5的页面23和页面83的预留空间中的第七组预定位置中。并且,所述GPS区域标识用于对于每个GPS区域分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数,并且,所述处理器401将所述GPS区域标识插入在子帧5的页面23和页面83的预留空间中的第八组预定位置中。并且,所述处理器401将分别对应不同GPS区域和不同GPS卫星的需播发的GPS分区综合改正数顺序地插入在子帧5的页面23至页面30和页面83至页面90的预留空间中的第九组预定位置中。并且,所述GPS分区综合改正数参数的播发周期为30秒-3分钟,优选为36秒,本发明实施例提及的36秒仅为举例而非限制。
具体地,虽然目前GPS卫星导航系统并未像北斗系统那样进行了区域划分,然而实际上可以对GPS卫星导航系统进行区域划分并进一步应用GPS分区综合改正数。图10A至图10E是分别图示根据本发明实施例的用于播发GPS分区综合改正数参数的子帧5的页面23~30、83~90的电文编排示例的示意图。如各图中最左侧所示,示出了子帧号、以及页面号i。信息比特序列上方的数字表示相应的信息位在该页面中的比特编号,MSB代表最高有效位,LSB代表最低有效位。
与前述用于北斗系统的分区综合改正数类似地,举例来说,如将GPS卫星导航系统划分30个GPS区域,每个GPS区域播发1个GPS分区综合改正数。相应地,设置GPS区域标识来用于对于30个GPS区域的每个分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数。图10A示出了子帧5的页面23、83的电文编排。如图10A所示,AREAI1、AREAI2……AREAI30分别表示这30个GPS区域的GPS区域标识,当某一标识位为“1”时表示其标识的GPS区域存在需要播发的GPS分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示其标识的GPS区域不存在需要播发的GPS分区综合改正数。可以理解,这里,子帧5的页面23、83中用来播发30个GPS区域的GPS区别标识AREI1至AREI30的30比特信息位可以对应于上述第七组预定位置。
与北斗卫星导航系统不同,GPS卫星导航系统一共有36颗GPS卫星。设置GPS卫星标识来用于对于36颗GPS卫星的每个分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数。如图10A所示,GPS1、GPS2……GPS36分别表示这36颗GPS卫星的GPS卫星标识,当某一标识位为“1”时表示其标识的GPS卫星存在需要播发的分区综合改正数,而当此标识位为“0”时表示其标识的GPS卫星不存在需要播发的分区综合改正数。可以理解,这里,子帧5的页面23、83中用来播发36颗GPS卫星的GPS卫星标识GPS1至GPS36的36比特信息位可以对应于上述第八组预定位置。
将分别对应不同GPS区域和不同GPS卫星的需播发的GPS分区综合改正数顺序地插入在子帧5的页面23~30、83~90中的预留空间中的第九组预定位置中。具体地,与北斗系统类似地,每个GPS分区综合改正数由8比特组成。参见图10A,子帧5的页面23、83中的第228比特至第232比特、第241比特至第262比特以及第271比特至第291比特用来播发6个GPS分区综合改正数,如ΔTG1至ΔTG6所示。图10B示出子帧5的页面24~29的电文编排,如ΔTGa1至ΔTGa22所示,每个页面可以播发22个GPS分区综合改正数。图10C示出子帧5的页面84~89的电文编排,与图10B类似地,如ΔTGa1至ΔTGa22所示,每个页面可以播发22个GPS分区综合改正数。图10D和图10E分别示出了子帧5的页面30和页面90的电文编排。如图10D和图10E中的ΔTGa1至ΔTGa13所示,页面30和页面90各自可以播发13个GPS分区综合改正数。因此,子帧5的页面23~30一共可以播发151个GPS分区综合改正数,同样地,子帧5的页面83~90一共可以播发151个GPS分区综合改正数。
如前面结合图5所述的,导航电文帧结构模型中的子帧5由120个页面组成,能够实现6分钟的播发频率。这里,由于页面23~30与页面83~90相差60个页面,因此GPS分区综合改正数的更新周期可以实现为3分钟。也就是说,基于子帧5的页面23中的GPS区域标识和GPS卫星标识,可以在页面23~30中播发对应的GPS分区综合改正数;在子帧5的页面83中播发的GPS区域标识和GPS卫星标识可以与页面23中的不同,即,GPS区域标识和GPS卫星标识在3分钟后被更新了,因此,在子帧5的页面83~90中播发的GPS分区综合改正数是基于子帧5的页面83中播发的GPS区域标识和GPS卫星标识的。
每个GPS分区综合改正数对应的GPS区域索引和GPS卫星索引,可以与前述用于北斗系统的分区综合改正数类似地确定,这里不再赘述。
应理解,虽然如上所述每3分钟的周期最多可以播发151个GPS分区综合改正数,然而,如果某个3分钟的周期中只有例如100个GPS分区综合改正数需要播发,则子帧5的所述九组预定位置中在顺序播发了100个分区综合改正数之后剩余的信息位可以为空或作为预留位。
由于如上所述采用了GPS区域标识和GPS卫星标识来分别标识哪个GPS区域以及哪颗GPS卫星存在需要播发的GPS分区综合改正数,因此子帧5中的第九组预定位置可以仅用来播发需要播发的GPS分区综合改正数,而无需为不需要播发的GPS分区综合改正数分配固定的信息位,因此节省了信道链路资源。并且,经过每个更新周期后,由于GPS区域标识和GPS卫星标识可能改变,因此需要播发的GPS分区综合改正数也会发生改变,因此子帧5的第九组预定位置可以播发对应不同GPS区域和不同GPS卫星的更新后的GPS分区综合改正数。可见,GPS卫星导航系统中的所有GPS卫星可以共享标识位,并进行动态调整,既节省了资源又可实现快速上注。另外,由于GPS分区综合改正数参数的播发位置与前述用于北斗系统的分区综合改正数的播发位置不同,因此可以在相同的导航电文帧结构模型中以不同的更新频率同时播发不同的卫星导航系统的增强参数,进一步提高了导航电文的可扩展性。
可选地,在上述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,所述增强参数包括卫星轨道改正数参数,所述卫星轨道改正数参数包括卫星标识、卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识,并且,所述处理器401将所述卫星标识插入在子帧5的页面23的预留空间中的第十组预定位置中。并且,所述处理器401将分别对应不同卫星的需播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识顺序地插入在子帧5的页面117至页面120、页面31和页面91的预留空间中的第十一组预定位置中。并且,所述卫星轨道改正数参数的播发周期为3-6分钟,优选为6分钟,本发明实施例以6分钟为例子,但仅为举例而非限制。
具体地,仍以北斗卫星导航系统为例进行举例说明。如前所述,北斗卫星导航系统一共有63颗卫星,然而并非每颗卫星都存在需要播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。通常GEO卫星播发18颗卫星的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。如图10A中所示,在子帧5的页面23、83中还可以进一步播发北斗系统的卫星标识,如BDID1至BDID63所示。当某一标识位为“1”时表示其标识的卫星存在需要播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识,而当此标识位为“0”时表示其标识的卫星不存在需要播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。
基于在子帧5的页面23中播发的各个卫星标识,在子帧5的页面117~120、31、91中顺序地播发需播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。图11A至图11E是分别图示根据本发明实施例的用于播发卫星轨道改正数参数的子帧5的页面117~120、31、91的电文编排示例的示意图。如各图中最左侧所示,示出了子帧号、以及页面号i。信息比特序列上方的数字表示相应的信息位在该页面中的比特编号,MSB代表最高有效位,LSB代表最低有效位。
如图11A所示,一组ΔX、ΔY、ΔZ表示一个卫星广播星历改正数,ΔX、ΔY、ΔZ各自占用12比特。子帧5的页面117可以播发完整的4个卫星广播星历改正数、以及第5个卫星广播星历改正数中的完整ΔX、ΔY、以及ΔZ的高10位(比特)。如图11B所示,子帧5的页面118可以播发第5个卫星广播星历改正数中的ΔZ的低2位(比特)、以及第6至第9个完整的卫星广播星历改正数、以及第10个卫星广播星历改正数中的完整的ΔX、ΔY、以及ΔZ的高8位(比特)。如图11C所示,子帧5的页面119可以播发第10个卫星广播星历改正数中的ΔZ的低4位(比特)、以及第11至第14个完整的卫星广播星历改正数、以及第15个卫星广播星历改正数中的完整的ΔX、ΔY、以及ΔZ的高6位(比特)。如图11D所示,子帧5的页面120可以播发第15个卫星广播星历改正数中的ΔZ的低6位(比特)、以及第16至第18个完整的卫星广播星历改正数、以及16个卫星星历改正数的等效距离误差状态标识(如由EPREI1至EPREI16所示)。如图11E所示,子帧5的页面31和页面91用于播发第17和18个卫星星历改正数的等效距离误差状态标识(如由EPREI17和EPREI18所示)。每个卫星星历改正数的等效距离误差状态标识占用4比特。
注意,因为卫星轨道改正数参数的更新周期为6分钟,因此子帧5的页面31和页面91中所播发的EPREI17和EPREI18是相同的,即重复的;另外,子帧5的页面83中的BDID1~BDID63不用于卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。
另外需要说明的是,在图8A至图11E中除了示出了上述用于播发各个增强参数的具体预留信息位,还示出了目前已经用于播发基本导航信息的其它信息位。具体地,例如,Pre表示帧同步码,FraID表示子帧计数,SOW表示周内秒计数,EncF2至EncF5表示系统使用位,Pnum2表示完好性及差分信息页面编号,SatH2表示完好性及差分自主健康信息,BD2ID1至BD2ID30表示BD2系统卫星标识,GPSID1至GPSID30表示GPS卫星标识,UDREI1至UDREI18表示用户差分距离误差指数,RURAIi1至RURAIi3表示区域用户距离精度指数,Δti1至Δti3表示等效钟差改正数,ΔtGPSi1至ΔtGPSi3和Δtave表示GPS区域用户距离精度指示,Pnum表示页面编号。由于这些已经使用的信息位是本领域技术人员所熟知的,因此不再赘述,以免混淆本发明的发明点。
以上参照图4-11描述了根据本发明的实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40。在所述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中,通过在导航电文结构中采用帧与数据块相结合,实现了导航电文的星地一体化灵活播发,基本导航信息和增强信息可以统一播发,提高了导航电文的可扩展性,提高了电文播发的灵活度,提高了用户使用性能,并且提高了信道链路资源的利用率。
注意,由于电离层改正数参数可以利用导航电文帧结构模型中的现有电离层改正数参数的电文编排,因此这里不再详细说明。
应理解,虽然以上以北斗卫星导航系统和GPS卫星导航系统为例进行了说明,然而本发明不限于此,本领域技术人员根据本发明的教示可以将本发明应用于任何合适的卫星导航系统。
下面,将参照图12描述本发明的另一个实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120。图12是图示根据本发明实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120的流程图。
如图12所示,所示用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120开始于步骤S1201。在步骤S1201,根据需要播发的增强参数的字节大小以及播发频率,确定所述增强参数在导航电文帧结构模型中的预留空间中的插入位置,以进行所述增强参数的电文编排。接着,在步骤S1201,由地面基站将所编排的电文上注给播发卫星以进行电文播发。其中,所述导航电文帧结构模型由超帧、主帧和子帧定义,其中,每个超帧包括120个主帧,每个主帧包括5个子帧,每个子帧包括10个字,每个字包含30比特且历时0.06秒,并且,在所述5个子帧中,子帧1用于播发所述卫星导航系统的本卫星基本导航信息且由10个页面分时发送,子帧2至子帧4用于播发所述卫星导航系统的完好性及差分信息且由6个页面分时发送,并且子帧5用于播发所述卫星导航系统的全部卫星历书、电离层信息以及与其它系统时间同步信息且由120个页面分时发送。在步骤S1202之后,用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120结束。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数包括卫星钟差改正数参数和分区综合改正数参数,并且,将所述卫星钟差改正数参数插入在子帧2和子帧3的预留空间中的第一组预定位置中且由6个页面分时发送所述卫星钟差改正数参数,并且将所述分区综合改正数参数插入在子帧2至子帧4中的预留空间中的第二组预定位置中且由12个页面分时发送所述分区综合改正数参数。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数包括分区综合改正数参数,所述分区综合改正数参数包括分区综合改正数、区域标识和卫星标识。并且,所述区域标识用于对于所述卫星导航系统中的每个区域分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数,并且,将所述区域标识插入在子帧2的页面1的预留空间中的第三组预定位置中。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的分区综合改正数,并且,将所述卫星标识插入在子帧2的页面2至页面4的预留空间中的第四组预定位置中。并且,将分别对应不同区域和不同卫星的需播发的分区综合改正数顺序地插入在子帧3和子帧4的页面1至页面6的预留空间中的第五组预定位置中。并且,所述分区综合改正数参数的播发周期为30秒-3分钟,优选为36秒,本发明实施例以36秒为例子,但仅为举例而非限制。
可选地,尽管图12中未示出,所播发的每个分区综合改正数所对应的区域索引i和卫星索引j分别定义如下:i=INT(n,x)+1;j=MOD(n,x)。其中,n表示所播发的分区综合改正数的编号,并且x表示存在需播发的分区综合改正数的卫星的总数目。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数包括卫星钟差改正数参数,所述卫星钟差改正数参数包括卫星标识和卫星钟差改正数余数。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的卫星钟差改正数余数,并且,将所述卫星标识插入在子帧2的页面1的预留空间中的第三组预定位置中。并且,将分别对应不同卫星的需播发的卫星钟差改正数余数顺序地插入在子帧4的页面5和页面6的预留空间中的第六组预定位置中。并且,所述卫星钟差改正数参数的播发周期18秒-2分钟,优选为18秒,本发明实施例以18秒为例子,但仅为举例而非限制。
可选地,尽管图12中未示出,将播发信息种类标识插入子帧2的页面4的预留空间中的预定1比特信息位,并且,当所述播发信息种类标识为1和0中的一个时,在所述第六组预定位置中播发所述卫星钟差改正数余数,当所述播发信息种类标识为1和0中的另一个时,在所述第六组预定位置中播发GPS卫星差分快变信息。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数包括GPS分区综合改正数参数,所述GPS分区综合改正数参数包括GPS分区综合改正数、GPS区域标识和GPS卫星标识。并且,所述GPS区域标识用于对于每个GPS区域分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数,并且,将所述GPS区域标识插入在子帧5的页面23和页面83的预留空间中的第七组预定位置中。并且,所述GPS卫星标识用于对于每颗GPS卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的GPS分区综合改正数,并且,将所述GPS卫星标识插入在子帧5的页面23和页面83的预留空间中的第八组预定位置中。并且,将分别对应不同GPS区域和不同GPS卫星的需播发的GPS分区综合改正数顺序地插入在子帧5的页面23至页面30和页面83至页面90的预留空间中的第九组预定位置中。并且,所述GPS分区综合改正数参数的播发周期为30秒-3分钟,优选为36秒,本发明实施例以36秒为例子,但仅为举例而非限制。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数包括卫星轨道改正数参数,所述卫星轨道改正数参数包括卫星标识、卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识。并且,所述卫星标识用于对于所述卫星导航系统中的每颗卫星分别采用1比特信息位标识是否存在需播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识,并且,将所述卫星标识插入在子帧5的页面23的预留空间中的第十组预定位置中。并且,将分别对应不同卫星的需播发的卫星广播星历改正数以及卫星星历改正数的等效距离误差状态标识顺序地插入在子帧5的页面117至页面120、页面31和页面91的预留空间中的第十一组预定位置中。并且,所述卫星轨道改正数参数的播发周期为3分钟-6分钟,优选为6分钟,本发明实施例提及的6分钟仅为举例而非限制。
可选地,尽管图12中未示出,所述增强参数的字节大小以及播发频率分别根据所述增强参数的量化范围和量化精度确定。
可选地,尽管图12中未示出,所述卫星导航系统是北斗卫星导航系统。
所述用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120的各个步骤的具体操作已经在参照图1-11E所述的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置40中详细描述,在此不再重复。
利用用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发方法120,通过在导航电文结构中采用帧与数据块相结合,实现了导航电文的星地一体化灵活播发,基本导航信息和增强信息可以统一播发,提高了导航电文的可扩展性,提高了电文播发的灵活度,提高了用户使用性能,并且提高了信道链路资源的利用率。
以上,参照图4-12描述了根据本发明实施例的用于卫星导航系统中的增强参数的电文播发装置和方法。
图13为根据本申请的实施例的接收机的框图,需要说明的是,本发明实施例的接收机包括但不限于GNSS接收机、手持便携式设备等,而可以是具备导航定位功能的任何模块或装置。此外,本发明实施例的接收机可以是单模接收机或多模接收机。
参见图13,接收机1300按照功能分为天线1310、储存装置1320、处理模块1330以及用户交互模块1340。
接收机1300通过天线1310接收多颗卫星播发的基本广播电文以及改正参数,其中在一些实施例中,改正参数包括分区综合改正数x4,在另一些实施例中,改正参数包括分区综合改正数x4,并且还包括轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3中的至少一种参数,其中,电离层改正数x3包括但不限于是使用格网电离层模型、8参数模型或14参数模型等模型,优选使用格网电离层模型,轨道改正数也叫卫星轨道改正数、钟差改正数也叫卫星钟差改正数,下面不再赘述。
储存装置1320与天线1310耦接,并且储存所接收到的多个基本广播电文以及上述改正参数,并将其发送到处理模块1330。
处理模块1330对于所接收的多个基本广播电文以及改正参数进行进一步处理,以通过运算可以得到接收机的定位位置,接收机然后将所确定的定位位置发送到用户交互模块1340以便于指示用户所得到的定位结果。
具体来说,根据接收机所能够接收的改正参数的不同以及接收机所接收的频率的不同,处理模块所进行的定位运算也不相同,其中,分区综合改正数x4用于综合修正多种误差、轨道改正数x1用于修正轨道误差、钟差改正数x2用于修正钟差误差、电离层改正数x3用于修正电离层延迟误差,下面不再赘述。
下面将进一步参考图14-25通过举例的方式来描述使用分区综合改正数或者将分区综合改正数与其它改正参数组合使用的单频、双频和三频接收机的进行导航定位的方法的过程。
首先,参见图14,其示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3的单频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S1400处,处理模块接收N颗卫星的基本广播电文以及包括轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3和分区综合改正数x4的改正参数,并且处理模块基于广播星历,得到每颗卫星的单频伪距观测方程P1和相位观测方程L1:
其中,P1、L1分别为伪距、相位观测量函数;ρ为星地几何距离(测站坐标);c为光速,δt为测站钟差,δts为广播星历计算得到的卫星钟差;f1为第一载波频率;I1为利用广播星历电离层模型参数计算的第一频率上的电离层延迟;T为对流层延迟改正;λ1·N1为未知模糊度;λ1为载波波长,W为以周为单位的相位缠绕改正;分别为伪距和相位的观测噪声。
此外,说明书中已经对于轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3和分区综合改正数x4的定义和产生进行了描述,故不在此赘述。
在步骤S1410处,通过使用上述全部的四重改正参数x1、x2、x3、x4对于所建立的伪距观测方程和相位观测方程进行修正,可以得到经修正的伪距观测方程P1(x)和相位观测方程L1(x):
上式中,Δρ(x1)为基于轨道改正数x1计算的距离改正;x2为钟差改正数;I1(x3)为利用电离层改正数x3计算的第一频率上的电离层延迟;和εP1’为经参数修正的伪距相位组合后的观测噪声,其中,分区综合改正数可以为GPS分区综合改正数和北斗分区综合改正数中的至少使用一种或者两者。
在步骤S1420处,通过将上述经修正的伪距观测方程P1(x)和相位观测方程L1(x),即(3)、(4)式中进行组合,其可以组成消除电离层影响的组合,即无电离层组合观测量,作为观测量一(下式(5)):
在步骤S1430处,将经修正的伪距观测方程P1(x),即上述(3)式作为观测量二;
在步骤S1440处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,其中为了求解所有的参数,所观测的卫星数N需要大于4。
具体地,将上述(3)式和(5)式组成单频导航定位的观测方程,相应的观测方程为:
DP=Δρ(x1)-c·(δts-x2)+I1(x3)+T+x4
式中,[X0,Y0,Z0]为测站近似坐标;[X1,Y1,Z1…Xn,Yn,Zn]为卫星坐标;[dX,dY,dZ]为测站坐标改正参数;Mwet为对流层湿延迟映射函数;dZTDW为对流层天顶湿延迟改正参数;w为相位缠绕改正;B为以距离为单位的相位模糊度参数。根据以上观测方程,本领域技术人员可以求解得到最后的用户定位的运算结果。
此外,由于不同观测方程的精度并不一致,因此需要对观测方程进行定权(即对观测量配置相应的加权比),建立其随机模型。观测方程噪声主要由各个模型的误差组成:
上式中,σ为观测方程噪声,σeph,σclk,σion,σtrop,σmp,σnoise分别表示卫星轨道精度、卫星钟差精度、电离层模型精度、对流层模型精度、多路径模型精度、观测量噪声的精度。进一步地,为了简化模型,可以将以上观测方程分为与高度角无关的分量(σeph,σclk),并且将其它部分归为与高度角相关的分量(σ2(ele)),如下:
上式中,σ2(ele)一般按照高度角进行定权:
因此,随机模型为:
上式中,Q为观测量权阵,R为观测量的协方差阵。通过上述观测量权阵的求解,可以得到观测量的加权比的经验值为:加权比幅度范围:1:0.01到1:0.05,其中,最佳加权比优选为:1:0.05。
接下来,参见图15描述根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3的双频接收机的导航定位方法。
在步骤S1500处,由于是双频接收机,所以此处处理模块除了如同上述参照图14所描述的接收参数并建立第一频率f1的伪距观测方程P1(即式(1))和相位观测方程L1(即式(2))以外:
还引入除了第一频率f1以外的第二频率f2的伪距观测量P2(即式
(6))和相位观测量L2(即式(7)):
上述(6)、(7)式中的变量含义与(1)、(2)式中的相同,区别在于此处为第二频率f2,其与第一频率f1不同。
在步骤S1510处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3)对所建立的伪距观测方程(式(1)和式(6))和相位观测方程(式(2)和式(7))进行修正,可以得到经修正的第一频率的伪距观测方程P1(x)(即式(3))和相位观测方程L1(x)(即式(4));以及经修正的第二频率的伪距观测方程P2(x)(即式(8))和相位观测方程L2(x)(即式(9)):
上述(8)、(9)式中的变量含义与(3)、(4)式中的相同。
在步骤S1520处,将上述(4)、(9)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S1530处,将上述(3)、(8)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S1540处,通过与上述类似的求解过程,将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比范围1:0.01到1:0.05,其中最佳加权比优选为:1:0.01。
另一方面,在用户使用过程中,为了简化接收机的处理过程,也可以仅接收并且使用部分的四重改正参数来对运算结果进行修正。换句话说,接收机可以仅接收或者使用分区综合改正数x4,以及轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3这三重改正参数中的任意组合来对于定位运算进行修正。以下将以处理模块仅接收或者使用分区综合改正数x4、钟差改正数x2、电离层改正数x3这三重改正参数的示例来加以说明。然而,还需要注意的是,如本领域技术人员可以理解的,本申请的方案并不限于以下实施例,而是可以适用于使用分区综合改正数x4与其它三种改正参数中的一个或任意两者的技术方案。
图16示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3的单频接收机的导航定位方法的流程图。
参见图16,在步骤S1600处,处理模块接收N颗卫星的基本广播电文、分区综合改正数x4、以及包括轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3中的至少一项。例如,在该实施例中,接收或者使用的改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2、电离层改正数x3。
基于广播星历,每颗卫星的单频伪距观测方程P1和相位观测方程L1同上可以写为:
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S1610处,通过使用改正参数对所建立的伪距观测方程(式(1))和相位观测方程(式(2))进行修正,其中,改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2、电离层改正数x3,如此,可以得到经改正参数修正的伪距观测方程P1(x)(式(13))和相位观测方程L1(x)(式(12)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。其中,分区综合改正数也可以为GPS分区综合改正数和北斗分区综合改正数中的至少使用一种或者两者,此处以北斗分区综合改正数为例示意。
在步骤S1620处,通过将上述经修正的伪距观测方程P1(x)(式(13))和相位观测方程L1(x)(式(12)),即(12)、(13)式中进行组合,其可以组成消除电离层影响的组合,即无电离层组合观测量,作为观测量一(下式(14)):
在步骤S1630处,将经修正的伪距观测方程P1(x),即上述(13)式作为观测量二;
在步骤S1640处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(14))和观测量二(式(13))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到此处经验的加权比最佳优选为:1:0.05,加权比幅度范围为:1:0.01到1:0.05。
图17示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3的双频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S1700处,由于是双频接收机,所以此处处理模块除了如同上述参照图16所描述的接收参数并建立第一频率f1的伪距观测方程P1(式(1))和相位观测方程L1(式(2))以外:
还引入除了第一频率f1以外的第二频率f2的伪距观测方程P2(式
(15))和相位观测方程L2(式(16)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
上述(15)、(16)式中的变量含义与(1)、(2)式中的相同,其中仅第二频率f2与第一频率f1不同。
在步骤S1710处,通过使用改正参数(包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3)对所建立的伪距观测方程(式(1)和式(15))和相位观测方程(式(2)和式(16))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(17))和相位观测方程L1(x)(式(18));以及第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(19))和相位观测方程L2(x)(式(20)):
上述(19)、(20)式中的变量含义与(17)、(18)式中的相同。
在步骤S1720处,将上述(18)、(20)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S1730处,将上述(17)、(19)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S1740处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(21))和观测量二(式(22))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,与在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比最佳优选为:1:0.01;此外,加权比幅度范围1:0.01到1:0.05。
通过以上的说明,本领域技术人员已经了解根据本发明的实施例实现的单频和双频接收机的原理和操作方式,可以理解的是,根据本发明实施例实现的三频接收机的操作原理也类似于以上所描述的内容,以下将进一步参照图18-21以举例的方式说明根据本申请的实施例的三频接收机及其导航定位方法的多种实现方式,其中与单频和双频接收机部分相同的原理描述被省略,以避免造成不必要的混淆。
首先,参照图18,其示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3的三频接收机的导航定位方法的流程图。在一种实现方式中,三频接收机的处理模块可以对于所接收的三个不同频率的观测数据进行选择。
例如,在步骤S1800处,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块可以选择其中任意两个频率(例如,处理模块可以选择频率f1和f2;或者选择频率f1和f3;或者选择频率f2和f3),并对所选择的两个频率建立伪距观测方程和相位观测方程。
举例而言,假设处理模块所选择的频率为f1和f2;则对于这两个频率分别建立对应于第一频率f1的伪距观测方程P1和相位观测方程L1和对应于第二频率f2的伪距观测方程P2和相位观测方程L2:
此处,以上观测方程与步骤S1500处的方程一样,其变量的含义等也均相同,故不在此赘述。
在步骤S1810处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3)对于所建立的伪距观测方程(式(1)和式(6))和相位观测方程(式(2)和式(7))进行修正,可以得到经改正参数修正的第一频率的伪距观测方程P1(x)(即式(3))和相位观测方程L1(x)(即式(4));以及经修正的第二频率的伪距观测方程P2(x)(即式(8))和相位观测方程L2(x)(即式(9))。其中经改正参数修正的观测方程与步骤S1510处的方程(3)、(4)、(8)、(9)相同,故不在此赘述。
在步骤S1820处,类似于步骤S1520,将其中(4)、(9)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S1830处,类似于步骤S1530,将其中(3)、(8)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S1840处,通过与上述类似的求解过程,将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。同样,需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比范围1:0.01到1:0.05,其中最佳加权比优选为:1:0.01。
同样地,在用户使用过程中,使用的改正参数在包括分区综合改正数x4的基础上,还可以再包括轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3中的至少一项,例如,参照图19,其示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3的三频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S1900处,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块可以选择其中任意两个频率(例如,处理模块可以选择频率f1和f2;或者选择频率f1和f3;或者选择频率f2和f3),并对所选择的两个频率建立伪距观测方程和相位观测方程。
举例而言,假设处理模块所选择的频率为f1和f2;则对于这两个频率分别建立对应于第一频率f1的伪距观测方程P1和相位观测方程L1和对应于第二频率f2的伪距观测方程P2和相位观测方程L2:
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S1910处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3)对所建立的伪距观测方程和相位观测方程进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(17))和相位观测方程L1(x)(式(18));以及第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(19))和相位观测方程L2(x)(式(20)):
上述(19)、(20)式中的变量含义与(17)、(18)式中的相同。
在步骤S1920处,将上述(18)、(20)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S1930处,将上述(17)、(19)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S1940处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(21))和观测量二(式(22))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。同样,需要注意的是,与在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比最佳优选为:1:0.01;此外,加权比幅度范围1:0.01到1:0.05。
此外,利用三频导航定位的方法不限于以上选择其中两个频率的实现方式,而是可以实现同时使用三个频率来进行导航定位运算的方法。例如,图20-21示出了根据本申请的实施例的使用改正参数的另一种三频接收机的导航定位方法的流程图。
参照图20,其示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3的三频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S2000处,由于是三频接收机,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块分别建立对应于f1、f2和f3的三个伪距观测量P1(式(1))、P2(式(15))、P3(式(23))和三个相位观测量L1(式(2))、L2(式(16))、L3(式(24)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S2010处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4、轨道改正数x1、钟差改正数x2和电离层改正数x3)对所建立的三组伪距观测方程(式(1)、式(15)和(式(23))和相位观测方程(式(2)、式(16)和(式(24))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(3))和相位观测方程L1(x)(式(4));经修正的第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(8))和相位观测方程L2(x)(式(9));以及经修正的第三频率f3的伪距观测方程P3(x)(式(25))和相位观测方程L3(x)(式(26)):
在步骤S2020处,将上述的经改正参数修正的相位观测方程L1(x1-x4)-L3(x1-x4)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一(式(29)):
(αL1(x1,x2,x3,x4)+βL2(x1,x2,x3,x4)+γL3(x1,x2,x3,x4))/F(α,β,γ) (29)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频接收机常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2030处,将上述的经改正参数修正的伪距观测方程P1(x1-x4)-P3(x1-x4)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二(式(30)):
(αP1(x1,x2,x3,x4)+βP2(x1,x2,x3,x4)+γP3(x1,x2,x3,x4))/F(α,β,γ) (30)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频接收机常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2040处,通过与上述类似的求解过程,将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比范围1:0.01到1:0.05,其中最佳加权比优选为:1:0.01。
此外,在用户使用过程中,为了简化接收机的处理过程,也可以仅接收并且使用部分的四重改正参数来对运算结果进行修正。例如,参照图21,其示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4、钟差改正数x2和电离层改正数x3的的三频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S2100处,由于是三频接收机,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块分别建立对应于f1、f2和f3的三个伪距观测量P1(式(1))、P2(式(15))、P3(式(23))和三个相位观测量L1(式(2))、L2(式(16))、L3(式(24)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S2110处,处理模块可以仅使用分区综合改正数x4、以及包括轨道改正数x1、钟差改正数x2、电离层改正数x3中的至少一项的改正参数对于上述观测方程进行修正。例如,在该实施例中,仅使用分区综合改正数x4、钟差改正数x2、电离层改正数x3对上述观测方程进行修正。
例如,通过使用改正参数中的分区综合改正数x4、钟差改正数x2、电离层改正数x3对于所建立的伪距观测方程P1(式(1))、P2(式(15))、P3(式(23))和相位观测方程L1(式(2))、L2(式(16))、L3(式(24))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(17))和相位观测方程L1(x)(式(18));第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(19))和相位观测方程L2(x)(式(20));以及第三频率f3的伪距观测方程P3(x)(式(27))和相位观测方程L3(x)(式(28)):
在步骤S2120处,将上述的经改正参数修正的相位观测量L1(x2-x4)-L3(x2-x4)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一(式(31)):
(αL1(x2,x3,x4)+βL2(x2,x3,x4)+γL3(x2,x3,x4))/F(α,β,γ) (31)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频接收机常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2130处,将上述的经修正/增强的伪距观测量P1(x2-x4)-P3(x2-x4)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二(式(32)):
(αP1(x2,x3,x4)+βP2(x2,x3,x4)+γP3(x2,x3,x4))/F(α,β,γ) (32)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频接收机常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2140处,通过与上述类似的求解过程,将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S1440中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比范围1:0.01到1:0.05,其中最佳加权比优选为:1:0.01。
除了以上实现方式以外,本申请的实施例还可以仅接收并使用分区综合改正数x4来对观测方程进行修正。以下将通过使用分区综合改正数x4的单频、双频以及三频接收机的实现方式进行说明。
图22示出了根据本申请的实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4的单频接收机的导航定位方法的流程图。
参见图22,在步骤S2200处,处理模块接收N颗卫星的基本广播电文和分区综合改正数x4。基于广播星历,每颗卫星的单频伪距观测方程P1和相位观测方程L1同上可以写为:
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S2210处,通过使用改正参数对所建立的伪距观测方程(式(1))和相位观测方程(式(2))进行修正,其中,改正参数包括分区综合改正数x4,如此,可以得到经改正参数修正的伪距观测方程P1(x)(式(34))和相位观测方程L1(x)(式(33)):
其中和εP1’为经参数修正的伪距相位组合后的观测噪声,其他参数的定义如上所述,故不再赘述。其中,分区综合改正数也可以为GPS分区综合改正数和北斗分区综合改正数中的至少使用一种或者两者,此处以北斗分区综合改正数为例示意。
在步骤S2220处,通过将上述经修正的伪距观测方程P1(x)和相位观测方程L1(x),即(33)、(34)式中进行组合,其可以组成消除电离层影响的组合,即无电离层组合观测量,作为观测量一(下式(35)):
在步骤S2230处,将经修正的伪距观测方程P1(x),即上述(34)式作为观测量二;
在步骤S2240处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(35))和观测量二(式(34))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。具体地,将上述(35)式和(34)式组成单频接收机的导航定位的观测方程,相应的观测方程为:
其中:
DP=-c·δts+T+x4
式中,[X0,Y0,Z0]为测站近似坐标;[X1,Y1,Z1…Xn,Yn,Zn]为卫星坐标;[dX,dY,dZ]为测站坐标改正参数;Mwet为对流层湿延迟映射函数;dZTDW为对流层天顶湿延迟改正参数;w为相位缠绕改正;B为以距离为单位的相位模糊度参数。根据以上观测方程,本领域技术人员可以求解得到最后的用户定位的运算结果。
此外,由于不同观测方程的精度并不一致,因此需要对观测方程进行定权(即对观测量配置相应的加权比),建立其随机模型。观测方程噪声主要由各个模型的误差组成:
上式中,σ为观测方程噪声,σeph,σclk,σion,σtrop,σmp,σnoise分别表示卫星轨道精度、卫星钟差精度、电离层模型精度、对流层模型精度、多路径模型精度、观测量噪声的精度。进一步地,为了简化模型,可以将以上观测方程分为与高度角无关的分量(σeph,σclk),并且将其它部分归为与高度角相关的分量(σ2(ele)),如下:
上式中,σ2(ele)一般按照高度角进行定权:
因此,随机模型为:
上式中,Q为观测量权阵,R为观测量的协方差阵。通过上述观测量权阵的求解,可以得到此处经验的加权比最佳优选为:1:0.05,加权比幅度范围为:1:0.01到1:0.05。
图23示出了根据本申请的实施例的另一实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4的双频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S2300处,由于是双频接收机,所以此处处理模块除了如同上述参照图22所描述的接收参数并建立第一频率f1的伪距观测方程P1(式(1))和相位观测方程L1(式(2))以外:
还引入除了第一频率f1以外的第二频率f2的伪距观测方程P2(式(15))和相位观测方程L2(式(16)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
上述(15)、(16)式中的变量含义与(1)、(2)式中的相同,其中仅第二频率f2与第一频率f1不同。
在步骤S2310处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4)对所建立的伪距观测方程(式(1)和式(15))和相位观测方程(式(2)和式(16))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(34))和相位观测方程L1(x)(式(33));以及第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(36))和相位观测方程L2(x)(式37)):
上述(36)、(37)式中的变量含义与(34)、(33)式中的相同。
在步骤S2320处,将上述(33)、(37)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S2330处,将上述(34)、(36)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S2340处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(38))和观测量二(式(39))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,与在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S2240中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比最佳优选为:1:0.01;此外,加权比幅度范围1:0.01到1:0.05。
参照图24其示出了根据本申请的实施例的另一实施例的使用的改正参数包括分区综合改正数x4的三频接收机的导航定位方法的流程图。
在步骤S2400处,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块可以选择其中任意两个频率(例如,处理模块可以选择频率f1和f2;或者选择频率f1和f3;或者选择频率f2和f3),并对所选择的两个频率建立伪距观测方程和相位观测方程。
举例而言,假设处理模块所选择的频率为f1和f2;则对于这两个频率分别建立对应于第一频率f1的伪距观测方程P1和相位观测方程L1和对应于第二频率f2的伪距观测方程P2和相位观测方程L2:
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
上述(15)、(16)式中的变量含义与(1)、(2)式中的相同,其中仅第二频率f2与第一频率f1不同。
在步骤S2410处,通过使用改正参数(包括分区综合改正数x4)对所建立的伪距观测方程(式(1)和式(15))和相位观测方程(式(2)和式(16))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(34))和相位观测方程L1(x)(式(33));以及第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(36))和相位观测方程L2(x)(式(37)):
上述(36)、(37)式中的变量含义与(34)、(33)式中的相同。
在步骤S2420处,将上述(33)、(37)式的相位观测方程L1(x)和相位观测方程L2(x)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一:
在步骤S2430处,将上述(34)、(36)式的伪距观测方程P1(x)和伪距观测方程P2(x)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二;
在步骤S2440处,通过将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一(式(38))和观测量二(式(39))联合求解以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,与在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S2240中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比最佳优选为:1:0.01;此外,加权比幅度范围1:0.01到1:0.05。
此外,利用三频导航定位的方法不限于以上选择其中两个频率的实现方式,而是可以实现同时使用三个频率来进行导航定位运算的方法。
例如,图25示出了根据本申请的实施例的使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4)的另一种三频接收机的导航定位方法的流程图。
参照图25,在步骤S2500处,由于是三频接收机,此处处理模块分别接收对应于三种频率f1、f2、f3的观测参数,并且处理模块分别建立对应于f1、f2和f3的三个伪距观测量P1(式(1))、P2(式(15))、P3(式(23))和三个相位观测量L1(式(2))、L2(式(16))、L3(式(24)):
其中参数的定义如上所述,故不再赘述。
在步骤S2510处,通过使用改正参数(改正参数包括分区综合改正数x4)对所建立的三组伪距观测方程(式(1)、式(15)和(式(23))和相位观测方程(式(2)、式(16)和(式(24))进行修正,可以得到经修正的第一频率f1的伪距观测方程P1(x)(式(34))和相位观测方程L1(x)(式(33));经修正的第二频率f2的伪距观测方程P2(x)(式(36))和相位观测方程L2(x)(式(37));以及经修正的第三频率f3的伪距观测方程P3(x)(式(40))和相位观测方程L3(x)(式(41)):
在步骤S2520处,将上述的经改正参数修正的相位观测方程L1(x4)-L3(x4)进行组合,构建相位无电离层组合,即观测量一(式(42)):
(αL1(x4)+βL2(x4)+γL3(x4))/F(α,β,γ) (42)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2530处,将上述的经改正参数修正的伪距观测方程P1(x4)-P3(x4)进行组合,构建伪距无电离层组合,即观测量二(式(43)):
(αP1(x4)+βP2(x4)+γP3(x4))/F(α,β,γ) (43)
α,β,γ分别为三个频率观测量的相应的系数,F(α,β,γ)为系数的组合,α,β,γ以及F(α,β,γ)的选取适用于目前三频常用的组合,通过以上组合消除电离层。
在步骤S2540处,通过与上述类似的求解过程,将N颗卫星中的每颗卫星的观测量一和观测量二联合求解,以得到用户定位的运算结果,此处N大于4。需要注意的是,在联合求解的过程中,通过以上类似于步骤S2240中的定权公式配置观测量的加权比,可以得到:加权比范围1:0.01到1:0.05,其中最佳加权比优选为:1:0.01。
本发明的实施例至少具有以下的有益效果之一:
本发明的实施例通过改正参数的叠加(协议叠加)、改正参数的更新与协议叠加相配合,提高了定位精度(至少达到了分米级的定位精度),从而可以满足不同行业对高精度定位的需求,这些行业包括但不限于是:测量、机械控制、精准农业、智能交通、物流与资产追踪、工程管理、工程施工、盲人导航、预警监测、紧急救援等,并且进一步的,本发明的实施例还进一步减少了用户端的硬件复杂度,还能够实现实时的高精度导航定位,和/或,本发明的实施例还进一步提高了收敛速度,达到快速收敛,从而缩短了接收机初始化时间,使得接收机快速进入到实质的高精度定位工作状态中。
需要说明的是,在本说明书中,术语“包括”、“包含”或者其任何其它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它要素,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。
最后,还需要说明的是,上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理,而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现,当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解,本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
在本发明实施例中,单元/模块可以用软件实现,以便由各种类型的处理器执行。举例来说,一个标识的可执行代码模块可以包括计算机指令的一个或多个物理或者逻辑块,举例来说,其可以被构建为对象、过程或函数。尽管如此,所标识模块的可执行代码无需物理地位于一起,而是可以包括存储在不同位里上的不同的指令,当这些指令逻辑上结合在一起时,其构成单元/模块并且实现该单元/模块的规定目的。
在单元/模块可以利用软件实现时,考虑到现有硬件工艺的水平,所以可以以软件实现的单元/模块,在不考虑成本的情况下,本领域技术人员都可以搭建对应的硬件电路来实现对应的功能,所述硬件电路包括常规的超大规模集成(VLSI)电路或者门阵列以及诸如逻辑芯片、晶体管之类的现有半导体或者是其它分立的元件。模块还可以用可编程硬件设备,诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等实现。
以上对本发明进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。