CN111142133A - 基于多个连续运行参考站的后处理定位方法和系统 - Google Patents

基于多个连续运行参考站的后处理定位方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法及系统，所述方法包括以下步骤：服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。本发明解决了数据中断RTK长时间初始化不能获得高精度位置的问题，以及观测条件不好时解算结果不准确的问题。

Description

基于多个连续运行参考站的后处理定位方法和系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体涉及一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法及系统。
背景技术
RTK(Real-time kinematic，实时动态)技术利用参考站的GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)观测值和用户接收到的GNSS观测值进行差分，解算得到用户端的位置。用户端在接收卫星信号的同时接收网络播发的参考站数据，能够快速实时的获得厘米级的定位精度。常规的RTK技术随着用户距离参考站距离的增大，其定位精度也会有所下降。
网络RTK是利用设置在区域内的连续运行参考站接收GNSS数据计算各个基线上的电离层，对流层误差，然后根据各个基线上的误差值内插得到区域内各个点上的电离层，对流层等误差，进而对参考站的观测值进行改正得到某一点上的观测值。再将该观测值发送到用户端进行常规的RTK解算。
RTK服务中只能按照时间顺序的先后进行滤波，解算用户的位置。实际应用中由于用户所处的环境动态的变化，在部分场景无法得到高精度的位置，因此现有技术存在以下技术问题：
1、传统RTK定位技术适用于距离参考站15km以内的场景，随着距离的增加受到大气延迟误差的影响定位精度将迅速减弱。
2、实时场景下用户流动站接收参考站差分改正数但不会保存，使得历史数据无法回溯。
3、实时情况下RTK解算仅能够按照时间的前后顺序进行，单向的滤波会出现发生周跳后需要再次初始化RTK。
4.本发明利用多个连续运行参考站对流动站数据解算，扩展RTK定位范围的同时利用历史信息提高了定位的精度。
发明内容
本发明公开了一种基于GNSS动态数据后处理的方法，利用采集到的用户数据和多个参考站数据，解决了数据中断RTK长时间初始化不能获得高精度位置的问题，以及观测条件不好时解算结果不准确的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，所述方法包括以下步骤：
服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
进一步地，所述用户流动站数据和连续运行参考站数据是指GNSS的观测数据，包含每一历元的时间和每一颗卫星的载波相位与伪距的观测值。
进一步地，所述用户流动站数据是在动态或静态下采集，所述连续运行参考站数据是在静态下采集。
进一步地，所述对流动站原始数据进行分割具体包括以下步骤：
从用户流动站数据的第一个时刻起向空的经纬度序列中加入流动站的坐标；
分别计算最大纬度最小纬度之差对应的距离长度ΔB和最大经度最小经度之差对应的距离长度ΔD；
根据ΔB或者ΔD决定是否对流动站原始数据进行分割。
进一步地，如果ΔB或者ΔD大于阈值，则对流动站原始数据进行分割，将经纬度序列对应的时间段作为一个格网进行划分，并分别记录存储经度，纬度的平均值作为一个格网点的坐标等待后续使用。
进一步地，对于未划分的数据再次进行划分，直至最后一个时间段数据均符合流动站原始数据分割的规则。
进一步地，所述对连续运行参考站数据进行处理具体步骤如下：根据各个格网的时间段与格网点的坐标，选取对应的连续运行参考站接收GNSS观测数据和广播星历数据，计算对应的连续运行参考站差分改正数。
进一步地，所述选取对应的连续运行参考站的具体步骤如下：
以格网的位置为起始，搜索符合要求的所有连续运行参考站；
对各个连续运行参考站的数据进行数据质量评估，保留评估合格的连续运行参考站；
计算上一步中各个连续运行参考站对应于格网中心的方位角；
分别在0°至90°、90°至180°、180°至270°、270°至360°的四个区域内找到各区域内距离中心点最近的4个连续运行参考站，然后在剩余的所有连续运行参考站中找到2个距离格网中心最近的连续运行参考站；
如果一个区域缺少连续运行参考站，则就近选择1个连续运行参考站作为补充。
进一步地，根据数据集对每一个时间段的数据进行精准位置解算，所述数据集包括分割完成后的用户流动站数据、连续运行参考站差分改正数和广播星历数据，所述精准位置解算步骤如下：
对每一个时间段的数据进行正向滤波解算，从第一个历元开始利用正向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
对每一个时间段的数据进行反向滤波解算，从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
正向滤波解算和反向滤波解算完成后，对各个时间段内同一历元的正向滤波结果和反向滤波结果进行联合处理。
进一步地，所述正向滤波解算过程中第k个历元时在获得浮点解后进行模糊度固定及检核，如果固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，然后继续进行第k+1历元的解算，直至当前时间段数据解算完毕，进入下一时间段的正向滤波解算。
进一步地，所述反向滤波解算过程中第k个历元时在获得浮点解后进行模糊度固定及检核，如果固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，然后继续进行第k-1历元的解算，直至当前时间段数据解算完毕，进入下一时间段的反向滤波解算。
本发明还提供了一种基于多个连续运行参考站的后处理定位系统，所述系统包括：
数据接收与存储单元，用于服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
流动站数据预处理单元，用于对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
参考站数据处理单元，用于对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
精准位置解算单元，用于基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算；
结果合并与存储单元，用于将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
进一步地，所述精准位置解算步骤如下：
对每一个时间段的数据进行正向滤波解算，从第一个历元开始利用正向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
对每一个时间段的数据进行反向滤波解算，从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
正向滤波解算和反向滤波解算完成后，对各个时间段内同一历元的正向滤波结果和反向滤波结果进行联合处理。
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序执行如下步骤：
服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
本发明的有益效果在于，利用多个连续运行参考站对流动站数据解算，扩展RTK定位范围的同时利用历史信息提高了定位的精度。
附图说明
图1为本发明数据处理方法流程图；
图2为本发明流动站数据预处理流程图；
图3为本发明精准位置解算流程图；
图4为本发明联合处理流程图；
图5为本发明数据处理系统结构图。
具体实施方式
本发明提出利用流动站和多个参考站数据处理方案，根据流动站的位置动态生成对应虚拟参考站的观测值，并对流动站数据进行对应分割，根据各时段的数据采用正反向滤波提高流动站定位精度。下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
实施例一：
本发明提供了一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，数据处理如图1所示，具体步骤如下：
用户将接收到的数据上传到服务器，同时服务器接收GNSS连续运行参考站的数据进行存储。用户和连续运行参考站的数据是指GNSS的观测数据，它包含了每一历元的时间和每一颗卫星的载波相位与伪距的观测值。所不同的是用户数据是在动态或静态下采集，而连续运行参考站一般静态不动，且参考站的坐标已知。
流动站数据预处理的目的是为了得到流动站在每一历元的概略位置并根据概略位置将流动站原始数据进行分割，如图2所示。首先获得流动站数据对应的广播星历，计算每一历元流动站单点的位置。然后对流动站原始数据进行分割，分割的规则为：从用户数据的第一个时刻起向空的经纬度序列中加入流动站的坐标，并分别计算最大最小纬度之差对应的距离长度ΔB和最大最小经度之差对应的距离长度ΔD。其中
ΔB＝(Bmax-Bmin)·h (1)
Figure BDA0001853025420000051
式(1)中Bmax，Bmin分别为纬度的最大值和最小值，h＝πR/180表示地球表面每一度所对应的长度，R＝6378137.0m为地球半径。式(2)中
Figure BDA0001853025420000052
ΔL＝Lmax-Lmin，Lmax，Lmin分别为经度的最大值和最小值。当ΔB或ΔD大于10km(阈值)时将经纬度序列对应的时间段作为一个格网进行划分，并分别记录存储经度，纬度的平均值作为一个格网点的坐标等待后续使用。后续未划分的数据再次利用上述划分方法对数据进行划分，直至最后一段数据均符合分割的规则。分割流动站数据建立格网点的优势是每段数据中的每一时间点的位置与格网点的距离保持在较短距离，进而保证定位精度。
参考站数据处理主要是根据上述过程记录的各个格网点时间段与格网点坐标，选取对应的参考站并计算对应的参考站差分改正数。根据各个格网的时间段和格网中心的位置进行参考站的选取，选取的规则为：(1)以格网的位置为起始搜索距离在70km以内的所有参考站；(2)对各个参考站的数据进行数据质量评估，保留评估合格的参考站；(3)计算上一步中各参考站站对应于格网中心的方位角；(4)分别在0°至90°、90°至180°、180°至270°、270°至360°的四个区域内找到各区域内距离中心点最近的4个站，然后在剩余的所有站点中找到两个距离格网中心最近的2个站；(6)若某一区域缺少站，则就近选择1个站作为补充。6个站选定后根据该格网点记录的对应时间，利用选定的参考站接收到的GNSS数据和广播星历数据，计算该格网中心对应的参考站差分改正数。其余格网的数据采用相同的策略计算每一格网点对应时间段内的参考站差分改正数。
将流动站各时段的GNSS数据分割完毕，并得到对应的参考站差分改正数和广播星历等数据后，对每一段数据进行精准位置解算，如图3所示。精准位置解算具体步骤如下：
(1)对每一段数据进行正向滤波，正向滤波对当前时段的数据从第一个历元开始利用滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数，解算过程中第k个历元时在获得浮点解后可进行模糊度固定及检核，若固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，然后继续进行第k+1历元的解算，直至当前时段数据解算完毕，进入下一时段的正向滤波解算。
(2)对每一段数据进行反向滤波，每一段数据从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数，解算过程中第k个历元时在获得浮点解后可进行模糊度固定及检核，若固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，与正向滤波不同的是第k个历元解算完成后进行第k-1历元的解算，直至当前时段数据解算完毕进入下一时段的反向滤波解算。正向滤波在流动站数据周跳，遮挡发生后需要进行初始化，而反向滤波按照时间倒序进行能够提高这些时段的解算精度。
(3)正反向滤波解算完成后，对各个数据段内同一历元的正反向滤波结果进行联合处理，如图4所示。若正反向滤波模糊度均已固定，直接采用式(3)和式(4)对位置参数进行处理。
Figure BDA0001853025420000071
Qc＝Qa-Qa(Qa+Qb)-1Qa (4)
其中x，Q分别表示参数的估值及其方差协方差矩阵，下标a表示正向滤波结果，b表示反向滤波结果，c表示正反向滤波联合处理结果。若正反向滤波存在模糊度不固定的情况，对位置和模糊度参数采用式(3)和式(4)的方法进行联合处理并尝试模糊度固定及检核，即得到第k历元的结果，然后进行第k+1历元的联合处理。联合处理利用了正向和反向的信息，融合后能够显著提高解算结果的精度。
每一段数据均处理完成后，对所有历元的数据结果按照时间先后合并位置结果并存储。
实施例二：
本发明提供了一种基于多个连续运行参考站的后处理定位系统，如图5所示，包括：
数据接收与存储单元，用于服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
流动站数据预处理单元，用于对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
参考站数据处理单元，用于对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
精准位置解算单元，用于基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算；
结果合并与存储单元，用于将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
进一步地，所述精准位置解算步骤如下：
对每一个时间段的数据进行正向滤波解算，从第一个历元开始利用正向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
对每一个时间段的数据进行反向滤波解算，从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
正向滤波解算和反向滤波解算完成后，对各个时间段内同一历元的正向滤波结果和反向滤波结果进行联合处理。
实施例三：
本发明还提供了一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序执行如下步骤：
服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (14)

1.一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
2.如权利要求1所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述用户流动站数据和连续运行参考站数据是指GNSS的观测数据，包含每一历元的时间和每一颗卫星的载波相位与伪距的观测值。
3.如权利要求2所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述用户流动站数据是在动态或静态下采集，所述连续运行参考站数据是在静态下采集。
4.如权利要求2所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述对流动站原始数据进行分割具体包括以下步骤：
从用户流动站数据的第一个时刻起向空的经纬度序列中加入流动站的坐标；
分别计算最大纬度最小纬度之差对应的距离长度ΔB和最大经度最小经度之差对应的距离长度ΔD；
根据ΔB或者ΔD决定是否对流动站原始数据进行分割。
5.如权利要求4所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，如果ΔB或者ΔD大于阈值，则对流动站原始数据进行分割，将经纬度序列对应的时间段作为一个格网进行划分，并分别记录存储经度，纬度的平均值作为一个格网点的坐标等待后续使用。
6.如权利要求5所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，对于未划分的数据再次进行划分，直至最后一个时间段数据均符合流动站原始数据分割的规则。
7.如权利要求5所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述对连续运行参考站数据进行处理具体步骤如下：根据各个格网的时间段与格网点的坐标，选取对应的连续运行参考站接收GNSS观测数据和广播星历数据，计算对应的连续运行参考站差分改正数。
8.如权利要求7所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述选取对应的连续运行参考站的具体步骤如下：
以格网的位置为起始，搜索符合要求的所有连续运行参考站；
对各个连续运行参考站的数据进行数据质量评估，保留评估合格的连续运行参考站；
计算各个连续运行参考站对应于格网中心的方位角；
分别在0°至90°、90°至180°、180°至270°、270°至360°的四个区域内找到各区域内距离中心点最近的4个连续运行参考站，然后在剩余的所有连续运行参考站中找到2个距离格网中心最近的连续运行参考站；
如果一个区域缺少连续运行参考站，则就近选择1个连续运行参考站作为补充。
9.如权利要求7所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，根据数据集对每一个时间段的数据进行精准位置解算，所述数据集包括分割完成后的用户流动站数据、连续运行参考站差分改正数和广播星历数据，所述精准位置解算步骤如下：
对每一个时间段的数据进行正向滤波解算，从第一个历元开始利用正向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
对每一个时间段的数据进行反向滤波解算，从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
正向滤波解算和反向滤波解算完成后，对各个时间段内同一历元的正向滤波结果和反向滤波结果进行联合处理。
10.如权利要求9所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述正向滤波解算过程中第k个历元时在获得浮点解后进行模糊度固定及检核，如果固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，然后继续进行第k+1历元的解算，直至当前时间段数据解算完毕，进入下一时间段的正向滤波解算。
11.如权利要求9所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位方法，其特征在于，所述反向滤波解算过程中第k个历元时在获得浮点解后进行模糊度固定及检核，如果固定成功则存储固定后的模糊度和位置参数，否则存储模糊度浮点解和位置参数，然后继续进行第k-1历元的解算，直至当前时间段数据解算完毕，进入下一时间段的反向滤波解算。
12.一种基于多个连续运行参考站的后处理定位系统，其特征在于，所述系统包括：
数据接收与存储单元，用于服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
流动站数据预处理单元，用于对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
参考站数据处理单元，用于对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
精准位置解算单元，用于基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算；
结果合并与存储单元，用于将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
13.如权利要求12所述的一种基于多个连续运行参考站的后处理定位系统，其特征在于，所述精准位置解算步骤如下：
对每一个时间段的数据进行正向滤波解算，从第一个历元开始利用正向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
对每一个时间段的数据进行反向滤波解算，从最后一个历元开始利用反向滤波的方法解算各个历元的位置和模糊度参数；
正向滤波解算和反向滤波解算完成后，对各个时间段内同一历元的正向滤波结果和反向滤波结果进行联合处理。
14.一种存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序执行如下步骤：
服务器接收上传的用户流动站数据和连续运行参考站数据并进行存储；
对用户流动站数据进行预处理，得到流动站在每一历元的概略位置，并根据概略位置对流动站原始数据进行分割；
对连续运行参考站数据进行处理，计算参考站差分改正数；
基于流动站数据预处理结果和连续运行参考站数据处理结果对数据进行精准位置解算，将解算结果按照时间先后合并位置结果并存储。
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