CN110261879A - 广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法：获取若干不同纬度地区的双差消除电离层延迟误差的最大站间距的经验值；计算得到任意纬度上格网间距；计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标；对每个格网点进行编号，在每个格网点处建立一个虚拟参考站，从而生成广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站。本发明充分考虑了不同纬度电离层活跃成度不同对格网间距大小的影响，从而以最大的格网间距满足了流动站精度要求，减轻了数据处理与控制中心的计算负担。本发明适用于CORS网络覆盖区域优化格网化的虚拟参考站的位置分布，尤其是在经线上跨度较大的CORS网。

Description

广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，尤其涉及广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法。

背景技术

全球卫星导航系统(GNSS)包括美国的GPS、中国的BDS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo，以及相关的增强系统，如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。早期的定位是基于伪距观测值的伪距单点定位，但因为各种误差的影响，其精度只能在10m量级。为提高定位精度，随之出现了差分技术，目前最广泛的是实时动态载波相位差分技术(RTK)，精度能够达到厘米级(实时)，但作用距离有限，且由于只有一个参考站提供差分信息，一旦该参考站出现故障或产生粗差，流动站往往不能正常定位，降低了定位的可靠性，鉴于此，NRTK应运而生。虚拟参考站(VRS)是目前使用最成熟和最广泛的NRTK技术，数据控制中心根据主参考站的观测值和各项误差改正数生成虚拟参考站处的虚拟观测值，用户和虚拟参考站组成短基线进行差分解算。

传统的做法是：用户向数据处理与控制中心发自己的概略位置信息，中心就在其附近建立一个VRS，并将VRS处的虚拟观测值播发给用户，也就说一个用户就要生成一个虚拟参考站，且为双向通信，该方法在用户数量较少时并无不妥，但随着用户数量的增加，将不堪负重，无法满足多用户同时工作的需求；格网VRS的出现有效解决了这一问题，可以生成数量有限的虚拟参考站，这就使得多个用户可以同时共用一个虚拟参考站，而且没有流动站用户时，大部分虚拟参考站处于静默状态，实际工作的虚拟参考站数量大大降低，从而降低了数据处理与控制中心的计算负担，而且还大大增加了用户数量的上限值。

一般格网划分间距采用局部区域的经验值作为整网划分的标准，也就说只采用一个格网间距，以偏概全，这样就有可能导致有些测区的格网间距较大，达不到精度要求，而有些测区的格网划分又过于密集；而且并未随纬度不同，电离层活跃成度对格网大小的影响。针对这个问题，提出了一种成格网化VRS的新方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法充分考虑了CORS网中不同纬度电离层活跃的成度对格网间距大小的影响，从而以最大的格网间距满足了流动站精度要求，减轻了数据处理与控制中心的计算负担。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，包括如下步骤：

S1、获取广域地基增强位置服务中若干不同纬度地区的双差消除电离层延迟误差的最大站间距的经验值；

S2、根据所述经验值利用一次线性插值或二次曲线拟合模型计算得到任意纬度上的格网间距；

S3、根据所述格网间距分别计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标；

S4、根据所述每个格网点的经纬度坐标建立每个格网点的虚拟参考站，从而生成广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站。

进一步地，所述步骤S2中利用一次线性插值数学模型计算得到任意纬度上的格网间距，包括如下步骤：

A1、根据所述格网间距经验值，在格网间距经验值对应的纬度之间进行一次线性插值计算，得到由低纬度到高纬度的分段函数；

A2、根据所述分段函数计算任意纬度上格网间距。

再进一步地，所述步骤A2中格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，a₀，a₁为一次线性插值所确定的系数。

再进一步地，所述步骤S2中利用二次曲线拟合数学模型计算得到任意纬度上格网间距，其具体为：在格网间距经验值对应的纬度之间进行二次曲线拟合，从而得到任意纬度格网间距。

再进一步地，所述格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，c₀，c₁，c₂为二次曲线拟合所确定的系数。

再进一步地，所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网纬度的增量的表达式如下：

其中，ΔB_i表示任意点处的格网在纬度上的增量，表示纬度B_i上格网间距,B_i表示CORS网的第i个纬度值。

再进一步地，所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网经度的增量的表达式如下：

其中，ΔL_i表示任意点处的格网在经度上的增量。

再进一步地，所述步骤S3包括如下步骤：

B1、确定起算点经纬度坐标(B₀,L₀)，其中，B₀、L₀分别表示起算点的纬度坐标和经度坐标；

B2、从纬度B₀开始，利用所述任意点处的格网在CORS网纬度的增量计算每条纬线的纬度值，并根据所述每条纬线值对CORS网进行划分；

B3、以所述任意点处的格网在CORS网经度的增量为标准对对应的纬线进行划分，记划分个数为n_i；

B4、以起算点的坐标(B₀,L₀)为基准，分别计算各纬线上各个格网点的坐标，得到CORS网所有格网点的经纬度坐标。

本发明的有益效果：

本发明提供了广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法：获取广域地基增强位置服务中若干不同纬度地区的双差消除电离层延迟误差的最大站间距的经验值；利用一次线性插值或二次曲线拟合计算得到任意纬度上格网间距；计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标；对每个格网点进行编号，在每个格网点处建立一个虚拟参考站，从而生成应用于广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站，用户根据单点定位寻找距离最近的虚拟参考站，进行差分解算，实现实时高精度定位。本发明充分考虑了不同纬度电离层活跃成度不同对高精度位置服务格网间距大小的影响，以最大的格网间距满足了流动站精度要求，减少了CORS网络服务范围内所需的虚拟参考站数量，减轻了数据处理中心的计算负担。本发明适用于CORS网络位置服务中虚拟参考站位置的优化确定，尤其是跨度较大的CORS网。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本实施例中格网间距经验值的分布图。

图3为本实施例中格网点的经纬度坐标分布图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，本发明提供了广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其实现方法如下：

S1、获取广域地基增强位置服务中若干不同纬度地区的电离层延迟误差可被双差消除的最大站间距的经验值，在具体实施例中，纬度越低，电子密度越大，电离层更活跃，测站间电离层延迟残差也更大。所以随着纬度的降低，格网间距整体呈现变小的趋势。首先，提取CORS网不同纬度(每隔1°)的格网间距经验值，按照纬度从低到高依次为：Δd₁,Δd₂,...,Δd_n，一般情况下是Δd₁<Δd₂<...<Δd_n；

S2、根据所述经验值利用一次线性插值计算得到任意纬度上的格网间距，其实现方法如下：

A1、根据所述格网间距经验值，在格网间距经验值对应的纬度之间进行一次线性插值计算，得到由低纬度到高纬度的分段函数；

A2、根据所述分段函数计算得到任意纬度上格网间距，从而得到任意纬度上格网间距，格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，a₀，a₁为一次线性插值所确定的系数；

S3、根据所述格网间距分别计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标，其实现方法如下：

B1、确定起算点经纬度坐标(B₀,L₀)，其中，B₀为起算点纬度坐标，L₀起算点经度坐标；

B2、从纬度B₀开始，利用所述任意点处的格网在CORS网纬度的增量计算每条纬线的纬度值，并根据所述每条纬线的纬度值对CORS网进行划分；

B3、以所述任意点处的格网在CORS网经度的增量为标准对应纬线进行划分，得到n_i个划分的纬线；

B4、以起算点的坐标(B₀,L₀)为基准，分别确定各纬线上各个格网点的坐标，得到CORS网所有格网点的经纬度坐标；

所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网纬度的增量的表达式如下：

其中，ΔB_i表示任意点处的格网在纬度上的增量，表示纬度B_i上格网间距,B_i表示CORS网的第i个纬度值；

所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网经度的增量的表达式如下：

其中，ΔL_i表示任意点处的格网在经度上的增量；

S4、根据所述每个格网点的经纬度坐标建立每个格网点的虚拟参考站，从而生成广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站。

实施例2

如图1所示，本发明提供了广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其实现方法如下：

S1、获取广域地基增强位置服务中若干不同纬度地区的电离层延迟误差可被双差消除的最大站间距的经验值；

S2、根据所述经验值利用二次曲线拟合计算得到任意纬度上的格网间距，本实施例中，利用二次曲线拟合数学模型得到任意纬度上格网间距，其具体为：在格网间距经验值对应的纬度之间进行二次曲线拟合，得到任意点处格网间距的大小，所述格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，c₀，c₁，c₂为二次曲线拟合所确定的系数；

S3、根据所述格网间距分别计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以整个CORS网中某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标，其实现方法如下：

B1、确定起算点经纬度坐标(B₀,L₀)，其中，B₀为起算点纬度坐标，L₀起算点经度坐标；

B2、从纬度B₀开始，利用所述任意点处的格网在CORS网纬度的增量计算每条纬线的纬度值，并根据所述每条纬线的纬度值对CORS网进行划分；

B3、以所述任意点处的格网在CORS网经度的增量为标准对相应纬线进行划分，得到n_i个划分的纬线；

B4、以起算点的坐标(B₀,L₀)为基准，分别确定各纬线上各个格网点的坐标，得到CORS网所有格网点的经纬度坐标；

所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网纬度的增量的表达式如下：

其中，ΔB_i表示任意点处的格网在纬度上的增量，表示纬度B_i上格网间距,B_i表示CORS网的第i个纬度值；

所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网经度的增量的表达式如下：

其中，ΔL_i表示任意点处的格网在经度上的增量；

S4、根据所述每个格网点的经纬度坐标建立每个格网点的虚拟参考站，从而生成广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站。

在具体实施例中，基于以上两种方法，可以求出任意点处的格网间距大小进一步换算成纬度和经度的增量：ΔB_i和ΔL_i，以整网中经度和纬度最小的点为基准，计算出每个格网点的经纬度坐标，在每个格网点处建立虚拟参考站，用户根据单点定位寻找距离最近的虚拟参考站，进行差分解算，实现实时高精度定位。

下面对本发明作进一步说明。

如图2所示，以某CORS网络为例，在满足用户定位精度的需求下，根据长期观测的经验值可以得知，北纬26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°处的格网间距分别为l₁km、l₂km、l₃km、l₄km、l₅km、l₆km、l₇km、l₈km。同时，采用如下两种方法确定格网间距。

方法(1)：根据所述格网间距经验值，在格网间距经验值对应的纬度之间进行一次线性插值，可以得到由低纬度到高纬度的7段分段函数，从而得到任意纬度格网间距大小，其中，7段分段函数为：

方法(2)：：在格网间距经验值对应的纬度之间进行二次曲线拟合，可以得到26°≤B≤33°

地球上短距离的两点之间的直线距离和对应的球面距离相等，经线上纬度变化1°所对应的距离为111.11km，所以纬度上的增量纬线上经度变化1°所对应的距离为(111.11cosB_i)km，所以经度上的增量由此得到了任意点处的格网在纬度和经度上的增量ΔB_i和ΔL_i，以整个CORS网中某一点为基准，进一步计算出每个格网点的经纬度坐标，如图3所示，具体如下：确定起算点经纬度坐标(B₀,L₀)，纬度值B₀小于CORS网中纬度最小的CORS站的纬度坐标，且为所述步骤S1中所有经验值对应的最小纬度值；经度值L₀小于CORS网中经度最小的CORS站的经度坐标，此处选取起算点坐标为(26°,99°)。从纬度26°开始，计算第一条纬线相对于该纬线的纬度增量：则第一条线纬线B₁＝26°+ΔB₀，以此类推，计算CORS网中所有纬线的纬度值B₂...B_s，其中，B₂表示第三条纬线的纬度值，B_s表示CORS网中第S条纬线的纬度值，并根据所述每条纬线对CORS网进行划分；计算以上每条纬线上的经度增量以该纬线的经度增量ΔL_i为标准对该纬线平均划分，记划分个数为n_i；以起算点为基准，纬线26°上各个格网点坐标为：(26°,99°)，(26°,99°+ΔL₀),……,(26°,99°+n_iΔL₀)。纬线B₁上各个格网点坐标为：(B₁,99°)，(B₁,99°+ΔL₁),……,(B₁,99°+n_iΔL₁)。以此类推，可以计算CORS网所有格网点的经纬度坐标。

基于以上步骤，便求出了整网中每个格网点的坐标，格网划分好后，每个格网点就是一个虚拟参考站，从而在服务区内生成数量有限的虚拟参考站。没有流动站时，这些站点保持静默状态，当有流动站使用时，其根据伪距观测值和广播星历进行单点定位，并与最近的虚拟参考站进行差分解算。

本发明基本上述设计，充分考虑了不同纬度电离层活跃成度不同对格网间距大小的影响，从而以最大的格网间距满足了流动站精度要求，减轻了数据处理与控制中心的计算负担，本发明适用于CORS网络覆盖区域优化格网化的虚拟参考站的位置分布，尤其是在经线上跨度较大的CORS网。

Claims (8)

1.广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取广域地基增强位置服务中若干不同纬度地区的双差消除电离层延迟误差的最大站间距的经验值；

S2、根据所述经验值利用一次线性插值或二次曲线拟合模型计算得到任意纬度上的格网间距；

S3、根据所述格网间距分别计算任意点处格网在纬度和经度上的增量，并以某一点为基准，计算每个格网点的经纬度坐标；

S4、根据所述每个格网点的经纬度坐标建立每个格网点的虚拟参考站，从而生成广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站。

2.根据权利要求1所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤S2中利用一次线性插值数学模型计算得到任意纬度上的格网间距，包括如下步骤：

A1、根据所述格网间距经验值，在格网间距经验值对应的纬度之间进行一次线性插值计算，得到由低纬度到高纬度的分段函数；

A2、根据所述分段函数计算任意纬度上格网间距。

3.根据权利要求2所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤A2中格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，a₀，a₁为一次线性插值所确定的系数。

4.根据权利要求1所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤S2中利用二次曲线拟合数学模型计算得到任意纬度上格网间距，其具体为：在格网间距经验值对应的纬度之间进行二次曲线拟合，从而得到任意纬度格网间距。

5.根据权利要求4所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述格网间距的表达式如下：

其中，B为广域地基增强位置服务中的纬度自变量，c₀，c₁，c₂为二次曲线拟合所确定的系数。

6.根据权利要求1所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网纬度的增量的表达式如下：

其中，ΔB_i表示任意点处的格网在纬度上的增量，表示纬度B_i上格网间距,B_i表示CORS网的第i个纬度值。

7.根据权利要求1所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤S3中任意点处的格网在CORS网经度的增量的表达式如下：

其中，ΔL_i表示任意点处的格网在经度上的增量。

8.根据权利要求1所述的广域地基增强位置服务的格网化虚拟参考站方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

B1、确定起算点经纬度坐标(B₀,L₀)，其中，B₀、L₀分别表示起算点的纬度坐标和经度坐标；

B2、从纬度B₀开始，利用所述任意点处的格网在CORS网纬度的增量计算每条纬线的纬度值，并根据所述每条纬线值对CORS网进行划分；

B3、以所述任意点处的格网在CORS网经度的增量为标准对对应的纬线进行划分，记划分个数为n_i；

B4、以起算点的坐标(B₀,L₀)为基准，分别计算各纬线上各个格网点的坐标，得到CORS网所有格网点的经纬度坐标。