CN108983267A - 利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法，包括实现远海差分GNSS或实现远海RTK，其中GNSS为全球导航卫星系统GNSS，RTK为实时动态载波相位差分技术。本发明的有益效果是利于单台套北斗短报文设备进行基站数据传输，得到了与利用多台套进行数据传输类似的定位性能，降低了成本。

Description

利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法

技术领域

本发明属于卫星导航与定位技术领域，涉及一种利用单台套北斗短报文设备进行GNSS数据传输，从而实现差分GNSS和实时精密动态定位(RTK)的方法。

背景技术

全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)，RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术。要实现差分GNSS或RTK需要进行基站数据的传输。但由于远海无法使用我们常用的手机通讯手段，即GPRS，也无INTERNET服务，目前只有海事卫星电话通讯。但海事卫星电话通讯的费用异常昂贵，普通用户负担不起。

随着北斗的发射和运行，由于北斗短报文通讯费用比较低，目前是0.29元一条信息，所以短报文成为远海通讯的比较好的手段。但利用北斗短报文进行基站数据的传输，存在两个问题。第一，北斗短报文的发送量十分有限，普通用户每次只能发送78个字节。第二，发送频率很低，每分钟才能发送一次。要实现实时精密动态定位，需要克服这两个问题。目前有利用多台套北斗短报文设备进行基站数据传输的方法，但该解决方案成本过高，不适合于实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法，本发明的有益效果是利于单台套北斗短报文设备进行基站数据传输，得到了与利用多台套进行数据传输类似的定位性能，降低了成本。

本发明所采用的技术方案是包括实现远海差分GNSS或实现远海RTK，其中GNSS为全球导航卫星系统GNSS，RTK为实时动态载波相位差分技术。

进一步，实现远海差分GNSS包括以下步骤：

第一步，基站数据预处理，粗差剔除；

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合，以及卫星的伪随机噪声码编号PRN和有必要发送的数据，进行编码，通过短报文通讯设备进行发送，编码方法，具体为：

1)有关卫星PRN号的编码：使用ASCII码表示卫星PRN号：十进制的ASCII码从000到040表示GPS系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从041到080表示北斗系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从081到120表示伽利略的卫星PRN号，十进制的扩展ASCII码从121到160表示GLONASS的卫星PRN号；

2)有关伪距改正的编码：首先乘以100，并取整，得到以厘米为单位的一个整数，范围从-999到999，共1999个数字，每一个数字用一个汉字来代替；

第三步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应时刻的伪距数据进行改正，进行差分GNSS定位处理，得到流动站的整分钟历元的精确位置；

第四步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，得到最近的整分钟历元到当前历元的流动站的位移；

用时间基线法获得相邻历元的位移如下：

A_iX_i＝L_i

A_i+1X_i+1＝L_i+1

上述为两相邻i和i+1历元的观测方程，A_i和A_i+1为方程系数，X_i和X_i+1未知坐标，L_i和L_i+1为观测向量。忽略掉A_i和A_i+1的差异，将两式相减，得：

A_i(X_i+1)-X_i)＝L_i+1-L_i

进行最小二乘求解，即得到两相邻历元的位移为：

第五步，根据差分GNSS得到最近的整分钟历元的坐标，与上述位移相加，即得到当前历元的带有误差的位置坐标；

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的位移；而根据这两个历元差分GNSS处理得到的坐标，得到对应的精确位移，其差值，记为位移闭合差Δ；

第七步，利用位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，得到当前历元的流动站的精确位置坐标；

设当前历元到最近整分钟历元的时间间隔为Δt，则当前历元的位移改正应为：

进一步，远海RTK步骤如下：

第一步，基站数据预处理，包括周跳探测和粗差剔除；

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合和载波相位观测或其组合的小数部分，以及卫星号等其它有必要发送的数据，进行编码，利用短报文通讯设备进行发送；

第三步，流动站接收短报文设备发送来的基站数据，其中载波相位观测只有小数部分，没有整数部分，需要进行修复，采用周跳修复的方法，修复接收到的载波相位数据的整数部分；

第四步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应历元的伪距数据进行改正，并把接收到的基站的载波相位观测数据与流动站的对应数据进行差分，进行RTK数据处理，得到整分钟历元的精确位置坐标；

第五步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，得到最近的整分钟历元到当前历元的带有误差的位移；

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的流动站的位移；根据这两个历元RTK处理得到的坐标，得到相应的精确位移，其差值，记为位移闭合差；

第七步，利用位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，即得到当前历元的流动站的精确位置坐标。

附图说明

图1是本发明方法的实现远海RTK的示意图；

图2是本发明方法的实现远海RTK的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法，包括实现远海差分GNSS或实现远海RTK，其中GNSS为全球导航卫星系统GNSS，RTK为实时动态载波相位差分技术。

1、实现远海差分GNSS的步骤

第一步，基站数据预处理，主要为粗差剔除。

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合，以及卫星的伪随机噪声码编号PRN等其它有必要发送的数据，进行编码，通过短报文通讯设备进行发送。为了减少数据发送量，需要采用有效的编码方法，具体为：

1)有关卫星PRN号的编码：使用ASCII码表示卫星PRN号，具体为：十进制的ASCII码从000到040表示GPS系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从041到080表示北斗系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从081到120表示伽利略(Galileo)的卫星PRN号，十进制的扩展ASCII码从121到160表示GLONASS的卫星PRN号；

2)有关伪距改正的编码：首先乘以100，并取整，得到以厘米为单位的一个整数，通常为三位数，范围从-999到999，共1999个数字，每一个数字可以用一个汉字来代替，具体方案用户可自行定义，如考虑四位数的情况，由于伪距改正不会超过30米，则范围从-2999到2999，共5999个数字，可选用5999个汉字来代替。

第三步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应时刻的伪距数据进行改正，进行差分GNSS定位处理，可得到流动站的整分钟历元的精确位置。

第四步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，可得到最近的整分钟历元到当前历元的流动站的位移。

用时间基线法获得相邻历元的位移如下：

A_iX_i＝L_i

A_i+1X_i+1＝L_i+1

上述为两相邻i和i+1历元的观测方程，A_i和A_i+1为方程系数，X_i和X_i+1未知坐标，L_i和L_i+1为观测向量。忽略掉A_i和A_i+1的差异，将两式相减，得：

A_i(X_i+1-X_i)＝L_i+1-L_i

进行最小二乘求解，即可得到两相邻历元的位移为：

第五步，根据差分GNSS得到最近的整分钟历元的坐标，与上述位移相加，即可得到当前历元的带有误差的位置坐标。

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加可得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的位移；而根据这两个历元差分GNSS处理得到的坐标，可以得到对应的精确位移。其差值，记为位移闭合差α。

第七步，利用上述位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，即可得到当前历元的流动站的精确位置坐标。

设当前历元到最近整分钟历元的时间间隔为Δt(单位：秒)，则当前历元的位移改正应为：

2、实现远海RTK的步骤如图1和图2所示，包括以下步骤：

第一步，基站数据预处理，包括周跳探测和粗差剔除。

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合和载波相位观测或其组合(以米为单位)的小数部分，以及卫星号等其它有必要发送的数据，进行编码，利用短报文通讯设备进行发送。

第三步，流动站接收短报文设备发送来的基站数据，其中载波相位观测只有小数部分，没有整数部分，需要进行修复。这种情况类似于周跳，只不过波长变成了1米，称之为米跳。采用周跳修复的方法，修复接收到的载波相位数据的整数部分。

第四步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应历元的伪距数据进行改正，并把接收到的基站的载波相位观测数据与流动站的对应数据进行差分，进行RTK数据处理，可得到整分钟历元的精确位置坐标。

第五步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，可得到最近的整分钟历元到当前历元的带有误差的位移。

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加可得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的流动站的位移；而根据这两个历元RTK处理得到的坐标，可以得到相应的精确位移。其差值，记为位移闭合差。

第七步，利用上述位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，即可得到当前历元的流动站的精确位置坐标。

本发明优点还在于：

第一，提出了只发送基站的载波相位数据的小数部分，并在流动站修复整数部分的方法，减少了数据发送量；

第二，利用时间基线法，获得了最近整分钟历元到当前历元的位移；

第三，根据最近整分钟历元到上一个整分钟历元的由RTK得到的位移和由时间基线法累加得到的位移之差，对由时间基线法得到的当前历元的位置坐标进行改正，得到了更精确的位置坐标。

第四，只发送载波相位观测的小数部分，并利用汉字对发送的数据进行编码，减少了发送数据量。

本发明的应用不限于海洋，也可应用于陆上无其它网络通讯手段的情况。应用设备不限于测地型GNSS接收机，也可应用于手机、平板、U-Blox等可输出原始GNSS观测的设备。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法,其特征在于：包括实现远海差分GNSS或实现远海RTK，其中GNSS为全球导航卫星系统GNSS，RTK为实时动态载波相位差分技术。

2.按照权利要求1所述利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法,其特征在于：所述实现远海差分GNSS包括以下步骤：

第一步，基站数据预处理，粗差剔除；

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合，以及卫星的伪随机噪声码编号PRN和有必要发送的数据，进行编码，通过短报文通讯设备进行发送，编码方法，具体为：

1)有关卫星PRN号的编码：使用ASCII码表示卫星PRN号：十进制的ASCII码从000到040表示GPS系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从041到080表示北斗系统的卫星PRN号，十进制的ASCII码从081到120表示伽利略的卫星PRN号，十进制的扩展ASCII码从121到160表示GLONASS的卫星PRN号；

2)有关伪距改正的编码：首先乘以100，并取整，得到以厘米为单位的一个整数，范围从-999到999，共1999个数字，每一个数字用一个汉字来代替；

第三步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应时刻的伪距数据进行改正，进行差分GNSS定位处理，得到流动站的整分钟历元的精确位置；

第四步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，得到最近的整分钟历元到当前历元的流动站的位移；

用时间基线法获得相邻历元的位移如下：

A_iX_i＝L_i

A_i+1X_i+1＝L_i+1

上述为两相邻i和i+1历元的观测方程，A_i和A_i+1为方程系数，X_i和X_i+1未知坐标，L_i和L_i+1为观测向量。忽略掉A_i和A_i+1的差异，将两式相减，得：

A_i(X_i+1-X_i)＝L_i+1-L_i

进行最小二乘求解，即得到两相邻历元的位移为：

第五步，根据差分GNSS得到最近的整分钟历元的坐标，与上述位移相加，即得到当前历元的带有误差的位置坐标；

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的位移；而根据这两个历元差分GNSS处理得到的坐标，得到对应的精确位移，其差值，记为位移闭合差α；

第七步，利用位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，得到当前历元的流动站的精确位置坐标；

设当前历元到最近整分钟历元的时间间隔为Δt，则当前历元的位移改正应为：

3.按照权利要求1所述利用单台套北斗短报文实现远海精密定位的方法,其特征在于：所述远海RTK步骤如下：

第一步，基站数据预处理，包括周跳探测和粗差剔除；

第二步，基站将每整分钟的伪距改正的无电离层组合和载波相位观测或其组合的小数部分，以及卫星号等其它有必要发送的数据，进行编码，利用短报文通讯设备进行发送；

第三步，流动站接收短报文设备发送来的基站数据，其中载波相位观测只有小数部分，没有整数部分，需要进行修复，采用周跳修复的方法，修复接收到的载波相位数据的整数部分；

第四步，流动站利用接收到的基站的伪距改正数据，对对应历元的伪距数据进行改正，并把接收到的基站的载波相位观测数据与流动站的对应数据进行差分，进行RTK数据处理，得到整分钟历元的精确位置坐标；

第五步，流动站利用时间基线法，得到相邻历元的位移，并累加，得到最近的整分钟历元到当前历元的带有误差的位移；

第六步，利用时间基线法得到的相邻历元的位移，并累加得到最近的整分钟历元和上一个整分钟历元之间的带有误差的流动站的位移；根据这两个历元RTK处理得到的坐标，得到相应的精确位移，其差值，记为位移闭合差；

第七步，利用位移闭合差，对第五步得到的最近的整分钟历元到当前历元的流动站的带有误差的位移进行改正，即得到当前历元的流动站的精确位置坐标。