CN110988916A - 一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统 - Google Patents

一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统 Download PDF

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CN110988916A CN201911242506.2A CN201911242506A CN110988916A CN 110988916 A CN110988916 A CN 110988916A CN 201911242506 A CN201911242506 A CN 201911242506A CN 110988916 A CN110988916 A CN 110988916A
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蒋云翔
涂传亮
刘旭华
庞浩
冷如松
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向辉
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杨威
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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Abstract

本发明公开了一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统，属于卫星导航技术领域，本发明通过对流动采集站上传观测数据精度进行评估，利用伪距残差和载波相位残差进行量化定级，实现对流动采集站的等级划分，为定量衡量流动采集站的服务能力的奠定基础，使得该模式的在大量复制和推广后得到良好的运营和维护，以构建基于流动采集站的观测系统和网络；本发明提供一种全新的可灵活切换的流动采集站技术，将用户纳入卫星导航采集及监测过程中，通过用户贡献，不需要大规模建站和维护就可完成卫星导航系统的数据采集与监测，为用户提供卫星导航时空观测大数据的质量监测信息。

Description

一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，具体涉及一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统。
背景技术
卫星导航监测评估的主要目标是通过建立导航卫星全弧段、多重覆盖的全球近实时跟踪网，以及具备数据采集、存储、分析、管理、发布等功能的信息服务平台，对全球卫星导航系统运行状况和主要性能指标进行监测和评估，实现星座可用性监测、空间信号质量监测评估、导航信息监测评估和导航服务性能监测评估，并生成各类监测评估产品，向用户提供卫星导航观测资料以及各类数据产品，支持卫星导航技术试验、监测评估、大地测量、科学研究和各类应用。现有卫星导航监测站及评估系统主要有如下几类：一是卫星导航内部运控系统的监测站，二是由国际协作组织建设的国际卫星导航服务(IGS)，三是由中国卫星导航系统管理办公室测试评估研究中心建设的卫星导航监测评估系统(iGMAS)等，四是行业用户根据自身需求自建的监测系统。监测系统主要由站点和监测平台两大部分组成。站点部署于不同的地区组成采集站网络，主要完成卫星导航的信号接收和测量、原始观测数据的采集，部分采集站具备一定的数据分析和监测能力；监测平台接收采集站发送的数据，开展数据质量分析，实现星座可用性监测、空间信号质量监测评估、导航信息监测评估和导航服务性能监测评估，然后面向各类用户发布产品及服务。
然而，对于不断增长的海量卫星导航用户来说，最具时效性和实用价值的卫星导航监测信息主要为强时空关联度的观测数据质量信息，即任意时刻任意地点的卫星导航观测数据的可用性信息，观测数据包括伪距观测量、载波相位观测量和导航电文，是用户使用卫星导航实现定位导航的基础和关键。现有卫星导航监测评估系统仍存在以下局限性：(1)主要用于监测卫星导航系统总体运行状况，不适用于针对海量用户的观测数据灵活应用场景；(2)采集站网络覆盖范围有限，其观测环境与用户观测环境的空间关联度较低，若依照现有方案需建设大量采集站才能扩大监测覆盖范围，维护成本高；(3)现有监测需要处理的数据量大、种类多，处理压力和传输压力大；(4)现有技术中没有对站点进行等级划分，无法衡量站点的服务能力，不利于卫星导航系统的大量复制和推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统。
为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：一种卫星导航流动采集站网络构建方法，包括以下步骤：
步骤1.站点接入监测系统后，与监测平台进行匹配，初始默认为用户站模式；
步骤2.站点包含用户站、流动采集站两种工作模式，一个监测平台对应多个站点，监测平台向站点播发卫星导航时空观测大数据监测信息产品；
步骤3.用户站若希望切换为流动采集站的工作模式，则向监测平台提交申请，监测平台收到用户站的申请后，通过基础信息的完整性和真实性审查，判断该用户站能否成为流动采集站；
步骤4.当用户站切换为流动采集站工作模式之后，执行流动采集站功能，向监测平台实时传送相应级别的数据信号，所述的数据信号包括卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息中的一种或多种；
步骤5.监测平台根据数据维度划分策略，将流动采集站上传的观测数据依据时空、类型信息进行维度划分，与其他流动采集站的数据汇总后，供监测平台进行处理分析，生成时空观测大数据监测信息产品并播发给用户站；
步骤6.监测平台将对流动采集站进行定期检验，通过数据可信度判断本流动采集站是能否继续维持采集站工作模式；
步骤7.监测平台将根据定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新。
步骤3中，所述的基础信息包括但不限于接收机类型、型号、生产厂家、位置信息。
步骤3中，所述的判断该用户站能否成为流动采集站，具体策略为：
若该用户站通过审核成为流动采集站，则监测平台下发模式切换指令，将该用户站切换为流动采集站工作模式；
若未通过审核，比如信息不全，则继续保持为用户站工作模式，完善申请信息后可提交下一次审核申请。
步骤5中，所述的数据维度划分策略，具体为：
切换为流动采集站工作模式后，流动采集站向监测平台实时上传卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息，监测平台根据观测数据的时空信息、类型信息建立观测数据的三个维度，即空间维度、时间维度、类型维度，每个流动采集站采集的观测数据的基础配置信息都含有上述三个维度的信息；其中，空间维度、时间维度的最小单位由监测平台配置，监测信息播发给用户后，用户可根据实际使用情况在用户端进行设置，选择接收覆盖某一时间段和某一区域空间的监测信息。
步骤6中，所述的判断本流动采集站是能否继续维持采集站工作模式，具体策略为：
若本流动采集站通过检验，则继续保持采集站工作模式；
若未通过检验，则流动采集站模式切换为用户站工作模式，仅执行用户站功能，可在修正后提交下一次流动采集站工作模式切换申请。
所述的流动采集站模式切换为用户站模式，具体策略为：
监测平台通过定期判断流动采集站上传的观测数据可信度，来决定流动采集站是否可维持此工作模式，观测数据可信度是指流动采集站上传给监测平台的观测数据为客观真实数据的度量，观测数据包含导航电文、伪距、载波相位，不同的流动采集站上传的同一时间和同一空间的观测数据应满足一定规律，其中，伪距观测量和载波相位观测量应在一定的数值区间内，导航电文内容应一致。因此可通过对比检验不同流动采集站上传的同一时空观测数据，来判断某一流动采集站上传的数据是否客观真实。
进一步，针对导航电文这类非数值型观测数据，通过对比不同流动采集站上传导航电文的一致性来判定其可信度，实现步骤如下：
1)统计某一时空(同一时间和同一空间)共n个流动采集站上传的导航电文，记为{M1，M2，...，Mi，...，Mn}；
2)针对某一流动采集站i上传的导航电文Mi，将其与同一时空其余电文进行两两比对，按位进行异或运算，若异或值为1则表示不一致，统计与Mi一致的导航电文数量记为m；
3)将可信度阈值设置为θ(可取θ＝0.9)，若m/(n-1)≥θ，则认为流动采集站i上传的导航电文Mi可信度不小于θ，该导航电文内容客观真实，否则将该流动采集站上传的导航电文状态标记为异常。
进一步，针对伪距观测量和载波相位观测量这类数值型观测数据，通过计算数值是否在合理区间来判断其是否可信，实现步骤如下：
a)设某一时空共n个流动采集站，首先针对某个流动采集站i(i＝1，2…n)接收到所有卫星所有频点计算其伪距观测量有效值(即所有卫星所有频点的伪距观测量的均方根值)Ci，以及载波观测量的有效值Pi；
b)统计n个流动采集站的伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}的均值u(C)和标准差σ(C)，以及载波相位观测量{P1，P2，...，Pi，...，Pn}的均值u(P)和标准差σ(P)：
Figure BDA0002306652350000041
c)统计这组伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}，计算其合理取值的上下限TC和BC，TC＝xC+1.5(xC-yC)，BC＝xC+1.5(xC-yC)，其中xC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量大于这一观测量，yC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量小于这一观测量；同理得到载波相位观测量{P1，P2，...，Pi，...，Pn}的TP和BP；
d)若流动采集站i的伪距观测量满足：{|Ci-u(C)|＞3σ(C)}&&{Ci∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为该流动采集站的伪距观测量不在合理区间内即为不可信数据，将其状态标记为异常；
同理，若流动采集站i的载波相位观测量满足：{|Pi-u(P)|＞3σ(P)}&&{Pi∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为其载波相位观测量不可信，将其状态标记为异常。
监测平台定期(比如每60min)对流动采集站的数据进行一次检验，若通过计算，伪距观测量、载波相位观测量、导航电文中只要一项为被标记为异常数据，则监测平台提高对相应采集站上传数据的检验频度(比如10min一次)，若异常数据维持时间超过阈值t(可取60min)，则认为该流动采集站上传观测数据不可信，不再采用该流动采集站观测数据并通知该流动采集站，流动采集站可在规定时限内(比如2天)进行解释或调整，否则将其切换为用户站模式。
步骤7中，根据所述的定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新定级机制，具体策略为：
根据不同流动采集站上传的观测数据精度，设计不同等级的流动采集站；利用流动采集站上传的观测数据计算其伪距残差和载波相位残差，根据残差值大小进行等级量化细分，流动采集站的伪距残差和载波相位残差值越小，则等级越高；监测平台将对流动采集站的等级进行周期性(比如1天)地验证和更新，若其伪距残差和载波相位残差发生变化，则将其更新为对应的等级，实现步骤如下：
S1.伪距残差和载波相位残差的计算：设流动采集站通过RTK，PPP算法或者提前预知的结果得到精密定位结果设为(XR，YR，ZR)；设该流动采集站接收到S颗卫星，每颗卫星有f个频点，第s颗卫星的位置为(Xs，Ys，Zs)；设该流动采集站接收到第s颗卫星的第f个频点上的伪距观测值对应的单点粗定位结果为
Figure BDA0002306652350000051
第s颗卫星的第f个频点上的载波相位观测值所对应的精密定位结果为
Figure BDA0002306652350000052
则该站点的第s颗卫星的第f个频点的伪距残差
Figure BDA0002306652350000053
和载波相位残差
Figure BDA0002306652350000054
分别为：
Figure BDA0002306652350000055
Figure BDA0002306652350000056
则该流动采集站的伪距残差Δρc和载波相位残差Δρp分别为：
Figure BDA0002306652350000057
Figure BDA0002306652350000058
S2.根据该流动采集站的伪距残差和载波相位残差值，判断残差值落在哪一等级区间，则将该流动站定为相应等级；
S3.对流动采集站的等级进行周期性的更新。
本发明还提供一种卫星导航监测系统，包括站点和监测平台，所述的站点(即用户接收机)包含用户站、流动采集站两种工作模式，所述的监测平台连接有多个站点；
所述用户站根据监测平台播发的卫星导航时空观测大数据的质量监测信息，剔除异常数据，提高观测数据质量，优化解算效率和定位精度，增强定位可靠度；站点接入监测系统后，默认初始模式为用户站模式，用户站可申请切换为流动采集站工作模式，申请通过可执行流动采集站功能；
所述流动采集站由用户站通过模式切换而来，实现卫星导航数据采集功能，主要功能为数据采集、信号接收与上传，所述的数据信号包括卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息中的一种或多种，并将数据信号通过现有通信网络上传至监测平台；
所述监测平台用于接收流动采集站上传的时空观测数据等信息，并进行处理与分析，包含数据维度的构建与划分，生成时空观测大数据的监测信息；用于向下属站点播发卫星导航时空观测大数据的监测信息；用于对用户站提交的流动采集站工作模式切换申请进行审核，下发模式切换指令；用于根据切换策略对流动采集站进行定期检验，若判断该流动采集站不再满足采集站要求，则将其切换回用户站模式；用于根据定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
(1)本发明通过对流动采集站上传观测数据精度进行评估，利用伪距残差和载波相位残差进行量化定级，实现对流动采集站的等级划分，为定量衡量流动采集站的服务能力的奠定基础，使得该模式的在大量复制和推广后得到良好的运营和维护，以构建基于流动采集站的观测系统和网络。
(2)本发明提供一种全新的可灵活切换的流动采集站技术，将用户纳入卫星导航采集及监测过程中，通过用户贡献，不需要大规模建站和维护就可完成卫星导航系统的数据采集与监测，为用户提供卫星导航时空观测大数据的质量监测信息。
(3)根据观测数据的质量监测，可去除有问题或者误差较大的观测数据，从而提高用户的观测数据质量，优化解算效率和定位精度，增强定位可靠度。
(4)为用户提供指定时空的卫星导航时频服务能力信息，为用户适应性地选择卫星导航服务提供决策支撑，比如通过分析不同时空卫星导航观测数据，判断站点周围观测环境的优劣，及其对定位精度的影响，从而有效避开观测环境差的作业点。
(5)定期评估系统观测数据质量，可辅助卫星导航系统在运行过程中进行监控与优化，以及异常分析排查。
附图说明
图1为卫星导航监测系统的原理示意图。
图2为用户站-流动采集站的运行流程图。
图3为监测平台的运行流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步说明：
图1为本实施例中卫星导航监测系统的原理示意图，该系统包括站点和监测平台，所述的站点(即用户接收机)包含用户站、流动采集站两种工作模式，所述的监测平台连接有多个站点；
用户站：根据监测平台播发的卫星导航时空观测大数据的质量监测信息，剔除异常数据，提高观测数据质量，优化解算效率和定位精度，增强定位可靠度；站点接入监测系统后，默认初始模式为用户站模式，用户站可申请切换为流动采集站工作模式，申请通过可执行流动采集站功能；
流动采集站：由用户站通过模式切换而来，实现卫星导航数据采集功能，主要功能为数据采集、信号接收与上传，所述的数据信号包括卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息中的一种或多种，并将数据信号通过现有通信网络上传至监测平台；
监测平台：本实施例包括一个监测平台，下属多个站点，用于接收流动采集站上传的时空观测数据等信息，并进行处理与分析，包含数据维度的构建与划分，生成时空观测大数据的监测信息；用于向下属站点播发卫星导航时空观测大数据的监测信息；用于对用户站提交的流动采集站工作模式切换申请进行审核，下发模式切换指令；用于根据切换策略对流动采集站进行定期检验，若判断该流动采集站不再满足采集站要求，则将其切换回用户站模式；用于根据定级机制对流动采集站进行级别确定，并对其级别进行周期性地验证和更新。
本实施例还提供一种卫星导航流动采集站网络构建方法，包括以下步骤：
步骤1：站点接入本方案系统后，与监测平台进行匹配，初始默认为用户站模式；
步骤2：一个监测平台对应多个站点(包含用户站和流动采集站)，监测平台向站点(包含用户站和流动采集站)播发卫星导航时空观测大数据监测信息产品；
步骤3：用户站若希望切换为流动采集站的工作模式，则向监测平台提交申请，监测平台收到用户站的申请后，通过基础信息(包括但不限于接收机类型、型号、生产厂家、位置信息)的完整性和真实性审查，判断该用户站能否成为流动采集站；经判断，若该用户站通过审核成为流动采集站，则监测平台下发模式切换指令，将该用户站切换为流动采集站工作模式；若未通过审核(比如信息不全)则继续保持为用户站工作模式，完善申请信息后可提交下一次审核申请，如图2所示；
步骤4：当用户站切换为流动采集站工作模式之后，执行流动采集站功能，向监测平台实时传送相应级别的卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息(若有)等信息；
步骤5：监测平台根据数据维度划分策略，将流动采集站上传的观测数据根据时空、类型信息进行维度划分，与其他流动采集站的数据汇总后，供监测平台进行处理分析，生成时空观测大数据监测信息产品并播发给用户站；
步骤6：监测平台将对流动采集站进行定期检验，通过数据可信度判断本流动采集站是能否继续维持采集站工作模式；经判断，若本流动采集站通过检验，则继续保持采集站工作模式，若未通过检验，则切换为用户站工作模式，仅执行用户站功能，可在修正后提交下一次流动采集站工作模式切换申请；
步骤7：监测平台将根据定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新，如图3所示。
其中，流动采集站的模式切换策略，具体实现过程为：
接入本方案的站点至少需具备用户站模式，具备接收监测平台播发的监测信息功能，不具备观测数据采集上传功能；
若希望成为流动采集站，则需同时具备两种工作模式：一是普通的用户站模式，二是流动采集站工作模式，不仅具备接收监测平台播发的监测信息功能，还具备观测数据采集上传功能。
(1)用户站模式切换为流动采集站模式
站点初始默认工作模式为用户站模式，若希望切换为即时采集模式，则需向监测平台提交基础信息(包括但不限于接收机类型、型号、生产厂家、位置信息)，监测平台对提交信息的完整性和真实性审查后，若通过审查则向该用户站发布模式切换指令，便可切换为流动采集站工作模式；
(2)流动采集站模式切换为用户站模式
监测平台通过定期判断流动采集站上传的观测数据可信度，来决定流动采集站是否可维持此工作模式，观测数据可信度是指流动采集站上传给监测平台的观测数据为客观真实数据的度量，观测数据包含导航电文、伪距、载波相位，不同的流动采集站上传的同一时间和同一空间(详见“观测数据的维度划分策略”)的观测数据应满足一定规律，其中，伪距观测量和载波相位观测量应在一定的数值区间内，导航电文内容应一致。因此可通过对比检验不同流动采集站上传的同一时空观测数据，来判断某一流动采集站上传的数据是否客观真实；
针对导航电文这类非数值型观测数据，通过对比不同流动采集站上传导航电文的一致性来判定其可信度，实现步骤如下：
1)统计某一时空(同一时间和同一空间)共n个流动采集站上传的导航电文，记为{M1，M2，...，Mi，...，Mn}；
2)针对某一流动采集站i上传的导航电文Mi，将其与同一时空其余电文进行两两比对，按位进行异或运算，若异或值为1则表示不一致，统计与Mi一致的导航电文数量记为m；
3)将可信度阈值设置为θ(可取θ＝0.9)，若m/(n-1)≥θ，则认为流动采集站i上传的导航电文Mi可信度不小于θ，该导航电文内容客观真实，否则将该流动采集站上传的导航电文状态标记为异常；
针对伪距观测量和载波相位观测量这类数值型观测数据，通过计算数值是否在合理区间来判断其是否可信，实现步骤如下：
a)设某一时空共n个流动采集站，首先针对某个流动采集站i(i＝1，2…n)接收到所有卫星所有频点计算其伪距观测量有效值(即所有卫星所有频点的伪距观测量的均方根值)Ci，以及载波观测量的有效值Pi；
b)统计n个流动采集站的伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}的均值u(C)和标准差σ(C)，以及载波相位观测量{P1，P2，...，Pi，...，Pn}的均值u(P)和标准差σ(P)：
Figure BDA0002306652350000101
c)统计这组伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}，计算其合理取值的上下限TC和BC，TC＝xC+1.5(xC-yC)，BC＝xC+1.5(xC-yC)，其中xC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量大于这一观测量，yC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量小于这一观测量；同理得到载波相位观测量{P1，P2，...，Pi，...，Pn}的TP和BP；
d)若流动采集站i的伪距观测量满足：{|Ci-u(C)|＞3σ(C)}&&{Ci∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为该流动采集站的伪距观测量不在合理区间内即为不可信数据，将其状态标记为异常；
同理，若流动采集站i的载波相位观测量满足：{|Pi-u(P)|＞3σ(P)}&&{Pi∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为其载波相位观测量不可信，将其状态标记为异常；
综上，监测平台定期(比如每60min)对流动采集站的数据进行一次检验，若通过计算，伪距观测量、载波相位观测量、导航电文中只要一项为被标记为异常数据，则监测平台提高对相应采集站上传数据的检验频度(比如10min一次)，若异常数据维持时间超过阈值t(可取60min)，则认为该流动采集站上传观测数据不可信，不再采用该流动采集站观测数据并通知该流动采集站，流动采集站可在规定时限内(比如2天)进行解释或调整，否则将其切换为用户站模式。
其中，观测数据的维度划分策略，具体实现过程为：
切换为流动采集站工作模式后，流动采集站向监测平台实时上传卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息(若有)等信息，监测平台根据观测数据的时空信息、类型信息建立观测数据的三个维度，即空间维度、时间维度、类型维度，每个流动采集站采集的观测数据的基础配置信息都含有上述三个维度的信息，其中，空间、时间维度的最小单位由监测平台配置，监测信息播发给用户后，用户可根据实际使用情况在用户端进行设置，选择接收覆盖某一时间段和某一区域空间的监测信息，详细方案如下：
(1)空间维度SPACE
以位置信息为依据，按照经纬高信息将地理的三维位置空间划分为x*y*z(单位：米)的网格信息，将处于同一网格空间的流动采集站上传的观测数据划分为同一空间维度，观测数据的空间维度取值标记为SPACE[Value]。监测平台可将网格参数x、y、z配置为10米，即空间维度的三维网格空间最小单位为5*5*10(单位：米)，监测平台向用户播发以该空间为最小单位的观测数据，用户在实际使用过程中，若想获取以更广覆盖范围为基准的观测数据监测信息，则可在用户端的对观测数据空间维度最小单位向上乘倍数，即把空间范围修改为5n*5m*10l(单位：米)，其中n、m、l为正整数，选择覆盖某一区域的空间，获取相应空间的观测数据监测信息。
(2)时间维度TIME
以时间信息为依据，以t(单位：秒)为基准，将时间划分长度为t的不同时间段，对于处在同一时间段的流动采集站采集的观测数据，将其划分为同一时间，流动采集站的时间维度取值标记为TIME[Value]。监测平台可将t配置为1秒钟，即观测数据的时间维度最小单位为1秒钟，监测平台向用户播发以该时间为最小单位的观测数据，用户在实际使用过程中，若想获取以更厂时间段的观测数据监测信息，则可在用户端的对观测数据时间维度最小单位向上乘倍数，即把时间范围修改为1*n，其中n为正整数，选择覆盖某一时期的时间段，获取相应时期的观测数据监测信息。
(3)类型维度ACC
以流动采集站是否具备高精度定位能力为依据，将观测数据划分为高精度观测数据类型和普通观测数据类型，分别标记为ACC[hig]和ACC[gen]。若流动采集站不具备高精度定位功能，则只需向监测平台上传卫星导航观测数据和解算结果，其观测数据标记为普通观测数据ACC[gen]；若即时采集具备高精度定位功能，可向监测平台上传卫星导航观测数据和解算结果，以及高精度位置数据，其观测数据标记为高精度观测数据ACC[hig]。
其中，流动采集站的定级机制，具体实现过程为：
根据不同流动采集站上传的观测数据精度，设计不同等级的流动采集站；利用流动采集站上传的观测数据计算其伪距残差和载波相位残差，根据残差值大小进行等级量化细分，流动采集站的伪距残差和载波相位残差值越小，则等级越高；监测平台将对流动采集站的等级进行周期性(比如1天)地验证和更新，若其伪距残差和载波相位残差发生变化，则将其更新为对应的等级，实现步骤如下：
S1.伪距残差和载波相位残差的计算：设流动采集站通过RTK，PPP算法或者提前预知的结果得到精密定位结果设为(XR，YR，ZR)；设该流动采集站接收到S颗卫星，每颗卫星有f个频点，第s颗卫星的位置为(Xs，Ys，Zs)；设该流动采集站接收到第s颗卫星的第f个频点上的伪距观测值对应的单点粗定位结果为
Figure BDA0002306652350000121
第s颗卫星的第f个频点上的载波相位观测值所对应的精密定位结果为
Figure BDA0002306652350000122
则该站点的第s颗卫星的第f个频点的伪距残差
Figure BDA0002306652350000123
和载波相位残差
Figure BDA0002306652350000124
分别为：
Figure BDA0002306652350000125
Figure BDA0002306652350000126
则该流动采集站的伪距残差Δρc和载波相位残差Δρp分别为：
Figure BDA0002306652350000127
Figure BDA0002306652350000128
S2.根据该流动采集站的伪距残差和载波相位残差值，判断残差值落在哪一等级区间，则将该流动站定为相应等级；
S3.对流动采集站的等级进行周期性的更新。
本发明提供一种卫星导航流动采集站网络构建方法及系统，基于用户站-流动采集站可动态切换的模式和观测的维度划分策略，实现用户贡献模式的卫星导航时空观测大数据监测信息的而生成和发布，即任意时刻任意地点的不同卫星不同频点的观测数据的可用性信息，在此基础上，通过对流动采集站上传观测数据精度进行评估，利用伪距残差和载波相位残差进行量化定级，实现对流动采集站的等级划分，为定量衡量流动采集站的服务能力的奠定基础，使得该模式的在大量复制和推广后得到良好的运营和维护。

Claims (10)

1.一种卫星导航流动采集站网络构建方法，包括以下步骤：
步骤1.站点接入监测系统后，与监测平台进行匹配，初始默认为用户站模式；
步骤2.站点包含用户站、流动采集站两种工作模式，一个监测平台对应多个站点，监测平台向站点播发卫星导航时空观测大数据监测信息产品；
步骤3.用户站若希望切换为流动采集站的工作模式，则向监测平台提交申请，监测平台收到用户站的申请后，通过基础信息的完整性和真实性审查，判断该用户站能否成为流动采集站；
步骤4.当用户站切换为流动采集站工作模式之后，执行流动采集站功能，向监测平台实时传送相应级别的数据信号，所述的数据信号包括卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息中的一种或多种；
步骤5.监测平台根据数据维度划分策略，将流动采集站上传的观测数据依据时空、类型信息进行维度划分，与其他流动采集站的数据汇总后，供监测平台进行处理分析，生成时空观测大数据监测信息产品并播发给用户站；
步骤6.监测平台将对流动采集站进行定期检验，通过数据可信度判断本流动采集站是能否继续维持采集站工作模式；
步骤7.监测平台将根据定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新。
2.根据权利要求1所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，步骤3中，所述的基础信息包括但不限于接收机类型、型号、生产厂家、位置信息。
3.根据权利要求1所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，步骤3中，所述的判断该用户站能否成为流动采集站，具体策略为：
若该用户站通过审核成为流动采集站，则监测平台下发模式切换指令，将该用户站切换为流动采集站工作模式；
若未通过审核，比如信息不全，则继续保持为用户站工作模式，完善申请信息后可提交下一次审核申请。
4.根据权利要求1所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，步骤5中，所述的数据维度划分策略，具体为：
切换为流动采集站工作模式后，流动采集站向监测平台实时上传卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息，监测平台根据观测数据的时空信息、类型信息建立观测数据的三个维度，即空间维度、时间维度、类型维度，每个流动采集站采集的观测数据的基础配置信息都含有上述三个维度的信息；其中，空间维度、时间维度的最小单位由监测平台配置，监测信息播发给用户后，用户可根据实际使用情况在用户端进行设置，选择接收覆盖某一时间段和某一区域空间的监测信息。
5.根据权利要求1所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，步骤6中，所述的判断本流动采集站是能否继续维持采集站工作模式，具体策略为：
若本流动采集站通过检验，则继续保持采集站工作模式；
若未通过检验，则流动采集站模式切换为用户站工作模式，仅执行用户站功能，可在修正后提交下一次流动采集站工作模式切换申请。
6.根据权利要求5所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，所述的流动采集站模式切换为用户站模式，具体策略为：
监测平台通过定期判断流动采集站上传的观测数据可信度，来决定流动采集站是否可维持此工作模式，观测数据可信度是指流动采集站上传给监测平台的观测数据为客观真实数据的度量，观测数据包含导航电文、伪距、载波相位，不同的流动采集站上传的同一时间和同一空间的观测数据应满足一定规律，其中，伪距观测量和载波相位观测量应在一定的数值区间内，导航电文内容应一致；因此可通过对比检验不同流动采集站上传的同一时空观测数据，来判断某一流动采集站上传的数据是否客观真实。
7.根据权利要求6所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，针对导航电文这类非数值型观测数据，通过对比不同流动采集站上传导航电文的一致性来判定其可信度，实现步骤如下：
1)统计某一时空(同一时间和同一空间)共n个流动采集站上传的导航电文，记为{M1，M2，...，Mi，..，Mn}；
2)针对某一流动采集站i上传的导航电文Mi，将其与同一时空其余电文进行两两比对，按位进行异或运算，若异或值为1则表示不一致，统计与Mi一致的导航电文数量记为m；
3)将可信度阈值设置为θ(可取θ＝＝0.9)，若m/(n-1)≥θ，则认为流动采集站i上传的导航电文Mi可信度不小于θ，该导航电文内容客观真实，否则将该流动采集站上传的导航电文状态标记为异常。
8.根据权利要求6所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，针对伪距观测量和载波相位观测量这类数值型观测数据，通过计算数值是否在合理区间来判断其是否可信，实现步骤如下：
a)设某一时空共n个流动采集站，首先针对某个流动采集站i(i＝1，2…n)接收到所有卫星所有频点计算其伪距观测量有效值(即所有卫星所有频点的伪距观测量的均方根值)Ci，以及载波观测量的有效值Pi；
b)统计n个流动采集站的伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}的均值u(C)和标准差σ(C)，以及载波相位观测量{P1，P2，...，Pi，...，Pn}的均值u(P)和标准差σ(P)：
Figure FDA0002306652340000031
c)统计这组伪距观测量{C1，C2，...，Ci，...，Cn}，计算其合理取值的上下限TC和BC，TC＝xC+1.5(xC-yC)，BC＝xC+1.5(xC-yC)，其中xC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量大于这一观测量，yC表示某一伪距观测量且有1/4的伪距观测量小于这一观测量；同理得到载波相位观测量{P1，P2，..，Pi，..，Pn}的TP和BP；
d)若流动采集站i的伪距观测量满足：
{|Ci-u(C)|＞3σ(C)}&&{Ci∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为该流动采集站的伪距观测量不在合理区间内即为不可信数据，将其状态标记为异常；
同理，若流动采集站i的载波相位观测量满足：
{|Pi-u{P)|＞3σ(P)}&&{Pi∈(-∞，BC)∪(TC，+∞)}，则认为其载波相位观测量不可信，将其状态标记为异常。
9.根据权利要求1所述的卫星导航流动采集站网络构建方法，其特征在于，步骤7中，根据所述的定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新定级机制，具体策略为：
根据不同流动采集站上传的观测数据精度，设计不同等级的流动采集站；利用流动采集站上传的观测数据计算其伪距残差和载波相位残差，根据残差值大小进行等级量化细分，流动采集站的伪距残差和载波相位残差值越小，则等级越高；监测平台将对流动采集站的等级进行周期性(比如1天)地验证和更新，若其伪距残差和载波相位残差发生变化，则将其更新为对应的等级，实现步骤如下：
S1.伪距残差和载波相位残差的计算：设流动采集站通过RTK，PPP算法或者提前预知的结果得到精密定位结果设为(XR，YR，ZR)；设该流动采集站接收到S颗卫星，每颗卫星有f个频点，第s颗卫星的位置为(Xs，Ys，Zs)；设该流动采集站接收到第s颗卫星的第f个频点上的伪距观测值对应的单点粗定位结果为
Figure FDA0002306652340000041
第s颗卫星的第f个频点上的载波相位观测值所对应的精密定位结果为
Figure FDA0002306652340000042
则该站点的第s颗卫星的第f个频点的伪距残差
Figure FDA0002306652340000043
和载波相位残差
Figure FDA0002306652340000044
分别为：
Figure FDA0002306652340000045
Figure FDA0002306652340000046
则该流动采集站的伪距残差Δρc和载波相位残差Δρp分别为：
Figure FDA0002306652340000047
Figure FDA0002306652340000048
S2.根据该流动采集站的伪距残差和载波相位残差值，判断残差值落在哪一等级区间，则将该流动站定为相应等级；
S3.对流动采集站的等级进行周期性的更新。
10.一种应用权利要求1～9中任一项所述卫星导航流动采集站网络构建方法的卫星导航监测系统，其特征在于，包括站点和监测平台，所述的站点(即用户接收机)包含用户站、流动采集站两种工作模式，所述的监测平台连接有多个站点；
所述用户站根据监测平台播发的卫星导航时空观测大数据的质量监测信息，剔除异常数据，提高观测数据质量，优化解算效率和定位精度，增强定位可靠度；站点接入监测系统后，默认初始模式为用户站模式，用户站可申请切换为流动采集站工作模式，申请通过可执行流动采集站功能；
所述流动采集站由用户站通过模式切换而来，实现卫星导航数据采集功能，主要功能为数据采集、信号接收与上传，所述的数据信号包括卫星导航观测数据、解算结果、高精度位置信息中的一种或多种，并将数据信号通过现有通信网络上传至监测平台；
所述监测平台用于接收流动采集站上传的时空观测数据等信息，并进行处理与分析，包含数据维度的构建与划分，生成时空观测大数据的监测信息；用于向下属站点播发卫星导航时空观测大数据的监测信息；用于对用户站提交的流动采集站工作模式切换申请进行审核，下发模式切换指令；用于根据切换策略对流动采集站进行定期检验，若判断该流动采集站不再满足采集站要求，则将其切换回用户站模式；用于根据定级机制对流动采集站进行等级确定，并对其级别进行周期性地验证和更新。
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