CN110596737B - 一种gnss虚拟参考站自适应建站方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法，设置一个满足流动站定位精度要求的精度指标；在CORS网络中，选取CORS站；标定各CORS站所在位置达到要求精度的所需流动站与虚拟参考站的最大距离；根据各CORS站所在位置对应的值，建立在整个CORS网络中上述最大距离的分布模型；根据流动站的位置，结合计算流动站所在位置的值，为流动站提供或建立虚拟参考站，该方法可以自适应化实现多个流动站同时共用一个虚拟参考站，在保障流动站定位精度的前提下，生成尽量少数的虚拟参考站，从而降低了数据处理中心的计算负担。方法能够根据流动站位置的分布信息，自动调整虚拟参考站的位置，实现CORS网络位置服务中虚拟参考站位置的优化确定。

Description

一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法

技术领域

本发明涉及全球卫星导航技术领域，尤其涉及一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法。

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，流动站和虚拟参考站组成短基线进行差分解算。

传统的做法是：流动站向数据处理中心发送自己的概略位置信息，中心就在其概略坐标处建立一个VRS，并将VRS处的虚拟观测值播发给流动站，也就说一个流动站就要生成一个虚拟参考站，且为双向通信，该方法在流动站数量较少时并无不妥，但随着流动站数量的增加，将不堪负重，无法满足多流动站同时工作的需求。

在传统做法上提出了格网化VRS,采用某一参考站的格网间距经验值作为整网划分的标准，也就说整只采用一个格网间距，以偏概全，这样就可能导致有些测区的格网间距较大，达不到精度要求，而有些测区的格网过于密集。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

a设置一个满足流动站定位精度要求的精度指标σ_u；

b选取CORS网中s(s＞6)个CORS站并进行编号；

c将步骤b所述的CORS站作为流动站并在其附近建立虚拟参考站，计算该CORS站所在位置达到a要求精度的所需流动站与虚拟参考站的最大距离l；

d根据步骤c中s个CORS站所在位置对应的l值，利用二次曲面拟合数学模型建立l在整个CORS网中的分布模型；

e根据步骤d计算流动站所在位置的l值，为流动站提供或建立虚拟参考站。

进一步，所述步骤c具体包括以下步骤：

c1在以步骤b所述的某个CORS站为中心，半径为l₀km的圆上建立4个虚拟参考站，组成正方形；

c2把步骤c1所述的某个CORS站作为流动站，采用实测数据，分析其固定解的定位精度；该流动分别和4个虚拟参考站的虚拟观测值进行差分解算，计算4组该流动站每个历元的三维坐标误差；

c3基于步骤c2得到4组三维坐标误差序列，计算每组坐标分量的中误差和点位中误差；

c4计算步骤c1所述的CORS站所在位置的l值；重复步骤c1、c2、c3、c4，计算步骤b所述的所有CORS站所在位置的l值。

进一步，步骤d还包括以下步骤：

d1确定二次曲面拟合数学模型为：

B，L分别表示任意点处的纬度、经度坐标，a_i(i＝1，2，3，4，5，6)为二次曲面拟合所确定的系数，

表示任意点处的l值；

d2根据最小二乘原理计算步骤d1中所述系数a_i；

d3基于步骤d1、d2得到l在整个CORS网中的分布模型。

进一步，所述步骤e具体包括以下步骤：

e1流动站根据步骤d3得到的l在整个CORS网中的分布模型，计算其所在位置的l值；

e2若在以流动站位置为中心，以l为半径的圆内，或者2l为边长的正方形范围内存在虚拟参考站，则将上述虚拟参考站中最近的提供给流动站；否则，根据流动站位置，新建一个虚拟参考站，并将其提供给流动站。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法，与现有技术相比，本发明提出了GNSS虚拟参考站自适应建站方法。该方法综合考虑了电离层延迟和对流层延迟等空间相关误差的影响。可以自适应化实现多个流动站同时共用一个虚拟参考站，在保障流动站定位精度的前提下，生成尽量少数的虚拟参考站，从而降低了数据处理中心的计算负担。该方法能够根据流动站位置的分布信息，自动调整虚拟参考站的位置，实现CORS网络位置服务中虚拟参考站位置的优化确定，本发明适用于跨度较大、地势起伏较大地区的CORS网络的虚拟参考站的自适应建站。

附图说明

图1是本发明CORS站编号图；

图2是本发明CORS站建立图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

设置一个满足流动站定位精度要求的精度指标σ_u。

选取CORS网中9个CORS站并进行编号(填充的三角形)，如图1所示；

将上述所述的CORS站作为流动站并在其附近建立虚拟参考站，计算该CORS站所在位置达到上述要求精度的所需流动站与虚拟参考站的最大距离l。

1)在以CORS站1为中心，半径为l₀km的圆上建立4个虚拟参考站，组成正方形，如图2所示。

2)把CORS站1作为流动站，采用实测数据，分析其固定解的定位精度。流动站1分别和4个虚拟参考站的虚拟观测值进行差分解算，计算4组流动站1每个历元的三维坐标误差：

其中，j＝1，2，3，4；

为流动站1和第j个虚拟参考站的虚拟观测值差分解算得到的每一历元的流动站在对应坐标系下的三维直角坐标；

(x1，y1，z1)^T为CORS站1在流动站对应坐标系下的三维直角坐标的精确值；

为每个历元的三维坐标误差。

3)基于步骤2)得到4组三维坐标误差序列，计算每组坐标分量的中误差和点位中误差：

n_1j为第j组观测历元个数，

分别为第j组三维坐标误差计算的X，Y，Z方向上的中误差，M1_j为第j组点位中误差，取4个点位中误差的平均值：

4)满足流动站定位精度要求的精度指标σ_u，则CORS站1所在位置的l值为：

重复以上步骤2、3、4、5，便可得到其余8个CORS站的l值：l₂，l₃，l₄，l₅，l₆，l₇，l₈，l₉。

根据上述内容中9个CORS站所在位置对应的l值，利用二次曲面拟合数学模型建立l在整个CORS网中的分布模型。

1)二次曲面拟合数学模型为：

B，L分别表示任意点处的纬度、经度坐标，a_i(i＝1，2，3，4，5，6)为二次曲面拟合所确定的系数，

表示任意点处的l值。

2)根据最小二乘原理计算系数a_i：

A)列出误差方程：

B)表示为总误差方程：

V＝CX-L  (3-1)

V＝[v₁ v₂ … v₉]^T

X＝[a₁ a₂ a₃ a₄ a₅ a₆]^T

L＝[l₁ l₂ … l₉]^T

其中，v_j表示l_j的误差，B_j，L_j分别表示CORS站j所在位置的纬度、经度坐标，(j＝1，2…9)。

通过最小二乘得(3-1)的解为：

X＝(C^TC)^-1C^TL

从而得到l在整个CORS网中的分布模型：

根据上述计算流动站所在位置的l值，按以下流程为流动站提供或建立虚拟参考站。

1)流动站根据2.4计算其所在位置的l值：

其中，B_u，L_u分别表示流动站所在位置的纬度、经度坐标，

良示流动站所在位置的l值。

2)若在以流动站位置为中心，以

为半径的圆内，或者以2

为边长的正方形范围内存在虚拟参考站，则将上述虚拟参考站中最近的提供给流动站；否则，根据流动站位置，新建一个虚拟参考站，并将其提供给流动站。

结论

本发明提供了一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法：(1)设置一个满足流动站定位精度要求的精度指标；(2)在CORS网络中，选取s(s＞6)个CORS站；(3)标定各CORS站所在位置达到(1)要求精度的所需流动站与虚拟参考站的最大距离l；(4)根据(3)中各CORS站所在位置对应的l值，建立l在整个CORS网络中的分布模型；(5)根据流动站的位置，结合(4)计算流动站所在位置的l值，按照以下过程为流动站提供或建立虚拟参考站：若在以流动站位置为中心，以l为半径的圆，或者以2l为边长的正方形范围内存在虚拟参考站，则将上述虚拟参考站中最近的提供给流动站；否则，根据流动站位置，新建一个虚拟参考站，并将其提供给流动站。GNSS虚拟参考站自适应建站方法综合考虑了电离层延迟和对流层延迟等空间相关误差的影响。该方法可以自适应化实现多个流动站同时共用一个虚拟参考站，在保障流动站定位精度的前提下，生成尽量少数的虚拟参考站，从而降低了数据处理中心的计算负担。该方法能够根据流动站位置的分布信息，自动调整虚拟参考站的位置，实现CORS网络位置服务中虚拟参考站位置的优化确定，本发明适用于跨度较大、地势起伏较大地区的CORS网络的虚拟参考站的自适应建站。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种GNSS虚拟参考站自适应建站方法，其特征在于，包括以下步骤：

a设置一个满足流动站定位精度要求的精度指标σ_u；

b选取CORS网中s个CORS站并进行编号；

c将步骤b所述的CORS站作为流动站并在其附近建立虚拟参考站，计算该CORS站所在位置达到a要求精度的所需流动站与虚拟参考站的最大距离l；

c1在以步骤b所述的某个CORS站为中心，半径为l₀km的圆上建立4个虚拟参考站，组成正方形；

c2把步骤c1所述的某个CORS站作为流动站，采用实测数据，分析其固定解的定位精度；该流动分别和4个虚拟参考站的虚拟观测值进行差分解算，计算4组该流动站每个历元的三维坐标误差；

c3基于步骤c2得到4组三维坐标误差序列，计算每组坐标分量的中误差和点位中误差；

c4计算步骤c1的l值；重复步骤c1、c2、c3、c4，计算s个CORS站的l值；

d根据步骤c中s个的l值，利用二次曲面拟合数学模型建立l在整个CORS网中的分布模型；

d1确定二次曲面拟合数学模型为：

B，L分别表示任意点处的纬度、经度坐标，a_i为二次曲面拟合所确定的系数，其中i＝1，2，3，4，5，6，

表示任意点处的l值；

d2根据最小二乘原理计算步骤d1中所述系数a_i；

d3基于步骤d1、d2得到l在整个CORS网中的分布模型；

e根据步骤d计算流动站所在位置的l值，为流动站提供或建立虚拟参考站；

e1流动站根据步骤d3得到的l在整个CORS网中的分布模型，计算其所在位置的l值；

e2若在以流动站位置为中心，以l为半径的圆内，或者2l为边长的正方形范围内存在虚拟参考站，则将上述虚拟参考站中最近的提供给流动站；否则，根据流动站位置，新建一个虚拟参考站，并将其提供给流动站。

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