CN113207088B - 一种基于用户数据回传的ppp-rtk方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于定位领域，尤其是一种基于用户数据回传的PPP‑RTK方法。本发明的有益效果是：使得组建PPP‑RTK服务时，无需在服务区域内布设高密度基准站，大大节约了建站成本，大量的用户端接收机提供的信息能使区域建模更加精准，提高服务水平。

Description

一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法

技术领域

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法。

背景技术

当今的增强定位技术主要分为两个方向：一个是观测值域差分模式，代表性技术为网络RTK(CORS)技术；另一个是状态空间域差分模式，代表性技术为精密单点定位技术(PPP)，网络RTK技术是目前局域高精度差分的主要技术手段，需要基准站提供数据支撑，对布站密度也有较高要求(一般站间距在50～100km)，优点是定位精度高、初始化时间短，缺点是基站数量多、差分数据量大、服务器解算压力大，难以提供全球化的定位服务；精密单点定位技术依靠单站即可实现高精度定位，优点是不依赖基站，适合实现全球统一的定位服务，缺点是初始化时间长、定位精度比网络RTK低、模糊度难以整数固定。

近些年，一种结合上述两种技术优点的PPP-RTK定位技术成为热点，该技术吸收了CORS和PPP技术的优点，初始化时间短、定位精度高、解算压力小，可以服务于海量用户，但这种技术需要地面高密度基站作为支持，当地面基站密度较低(>200km)时，就很难为用户提供高质量的PPP-RTK服务了。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，包括如下步骤：

S1、服务器将卫星的精密轨道、钟差、DCB(Differenced Code Bias)、UPD(Uncalibrated phase delta)等信息通过通讯卫星或互联网广播给用户；

S2、用户端接收机通过通讯卫星或无线网络获取上述信息后，实时进行PPP-AR解算；

S3、在等待30分钟后，用户端接收机1将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器；

S4、服务器根据用户端接收机的不同地理位置，以格网形式进行电离层、对流层的建模，在建模时通过用户端发送的精度因子对不同观测量进行定权，并通过最小二乘估计及抗差估计，获取当前格网区域的电离层参数及对流层参数；

S5、服务器将所有格网的电离层及对流层参数通过通讯卫星或互联网广播给用户端接收机；

S6、用户端接收机通过GNSS信号获取当前的概略位置，并根据查表法获得所处格网编号及其参考点位置；

S7、用户端接收机通过通讯卫星或无线网络获取当前所在格网区域的电离层参数及对流层参数，并根据概略位置计算得到当前位置的电离层及对流层参数；

S8、用户端接收机2基于电离层、对流层参数，通过PPP-RTK算法，实现初始化时间短、定位精度高的PPP-RTK定位；

S9、用户端接收机将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器。

优选地，所述步骤S3中的方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子的计算公式如下：

通过精密星历获取准确卫星位置，通过卡尔曼滤波进行实时估计，得到如下参数：

下标1、2分别代表第一、二频点，P为伪距观测量，L为载波观测量，ρ为卫地距，c为光速，dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差，b_r，p为接收机伪距偏差，为卫星伪距偏差，/>为接收机相位偏差，/>为卫星相位偏差，conf为电离层系数，I^s为电离层参数，mapf^s为对流层系数，T为对流层参数，ε_p、ε_L为残差，λ为波长，N为模糊度；

其中I^s，T即为电离层、对流层，提取到上述信息I^s和T后即发送到服务器，进行格网建模；

对于一个格网内的对流层建模可以采取如下的方法进行，首先在格网中心为每一个格网建立一个参考点，该参考点的经纬度为lat_ref,lon_ref，对每一个属于该格网的用户端提取其坐标、电离层、对流层、精度因子，记录为lat₁,lon₁,I^s,T,Acc^I,s,Acc^T。

优选地，所述步骤S4中的电离层参数及对流层参数基本数学模型和计算公式如下：

对于电离层基本的数学模型为：

对于对流层基本的数学模型为：

对于待估参数有：

Δ＝BX

待估参数向量为：

计算公式如下：

X＝(B^TPB)^-1B^TPΔ

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_1...n表示1...n用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_1...n表示1...n用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数；

对于对流层，额外的将其改正到参考点高程面上。

优选地，所述步骤S8中用户在接受参数时可能存在误差，本方案在对电离层、对流层进行建模时执行抗差估计的方法，通过调权迭代进行处理：

其中v表示估计的残差；

由此可以高精度建立格网内电离层、对流层模型。

优选地，所述步骤S7中用户端接收机2在收到电离层参数及对流层参数基本数学模型参数后，根据概略位置即可计算出每颗卫星的电离层及天顶对流层，其具体计算公式为：

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_user表示用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_user表示用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数。

本发明的有益效果是：

1、本发明使得组建PPP-RTK服务时，无需在服务区域内布设高密度基准站，大大节约了建站成本。

2、大量的用户端接收机提供的信息能使区域建模更加精准，提高服务水平。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法的工作流程图；

图2为本发明提出的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法的用户终端传输图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

参照图1-2，一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，包括以下步骤：

S1、服务器将卫星的精密轨道、钟差、DCB(Differenced Code Bias)、UPD(Uncalibrated phase delta)等信息通过通讯卫星或互联网广播给用户；

S2、用户端接收机通过通讯卫星或无线网络获取上述信息后，实时进行PPP-AR解算；

S3、在等待30分钟后，用户端接收机1将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器；

S4、服务器根据用户端接收机1的不同地理位置，以格网形式进行电离层、对流层的建模，在建模时通过用户端发送的精度因子对不同观测量进行定权，并通过最小二乘估计及抗差估计，获取当前格网区域的电离层参数及对流层参数；

S5、服务器将所有格网的电离层及对流层参数通过通讯卫星或互联网广播给用户端接收机；

S6、用户端接收机2通过GNSS信号获取当前的概略位置，并根据查表法获得所处格网编号及其参考点位置；

S7、用户端接收机2通过通讯卫星或无线网络获取当前所在格网区域的电离层参数及对流层参数，并根据概略位置计算得到当前位置的电离层及对流层参数；

S8、用户端接收机2基于电离层、对流层参数，通过PPP-RTK算法，实现初始化时间短、定位精度高的PPP-RTK定位；

S9、用户端接收机2将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器；

本发明中，步骤S3中的方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子的计算公式如下：

通过精密星历获取准确卫星位置，通过卡尔曼滤波进行实时估计，得到如下参数：

下标1、2分别代表第一、二频点，P为伪距观测量，L为载波观测量，ρ为卫地距，c为光速，dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差，b_r，p为接收机伪距偏差，为卫星伪距偏差，/>为接收机相位偏差，/>为卫星相位偏差，conf为电离层系数，I^s为电离层参数，mapf^s为对流层系数，T为对流层参数，ε_p、ε_L为残差，λ为波长，N为模糊度；

其中I^s，T即为电离层、对流层，提取到上述信息I^s和T后即发送到服务器，进行格网建模；

对于一个格网内的对流层建模可以采取如下的方法进行，首先在格网中心为每一个格网建立一个参考点，该参考点的经纬度为lat_ref,lon_ref，对每一个属于该格网的用户端提取其坐标、电离层、对流层、精度因子，记录为lat₁,lon₁,I^s,T,Acc^I,s,Acc^T。

本发明中，步骤S4中的电离层参数及对流层参数基本数学模型和计算公式如下：

对于电离层基本的数学模型为：

对于对流层基本的数学模型为：

对于待估参数有：

Δ＝BX

待估参数向量为：

计算公式如下：

X＝(B^TPB)^-1B^TPΔ

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_1...n表示1...n用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_1...n表示1...n用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数；

对于对流层，额外的将其改正到参考点高程面上。

本发明中，步骤S8中用户在接受参数时可能存在误差，本方案在对电离层、对流层进行建模时执行抗差估计的方法，通过调权迭代进行处理：

其中v表示估计的残差；

由此可以高精度建立格网内电离层、对流层模型。

本发明中，步骤S7中用户端接收机2在收到电离层参数及对流层参数基本数学模型参数后，根据概略位置即可计算出每颗卫星的电离层及天顶对流层，其具体计算公式为：

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_user表示用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_user表示用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、服务器将卫星的精密轨道、钟差、DCB、UPD的信息通过通讯卫星或互联网广播给用户，所述DCB指Differenced Code Bias，所述UPD指Uncalibrated phase delta；

S2、用户端接收机通过通讯卫星或无线网络获取上述信息后，实时进行PPP-AR解算；

S3、在等待30分钟后，用户端接收机1将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器；

S4、服务器根据用户端接收机1的不同地理位置，以格网形式进行电离层、对流层的建模，在建模时通过用户端发送的精度因子对不同观测量进行定权，并通过最小二乘估计及抗差估计，获取当前格网区域的电离层参数及对流层参数；

电离层参数及对流层参数基本数学模型和计算公式如下：

对于电离层基本的数学模型为：

对于对流层基本的数学模型为：

对于待估参数有：

Δ＝BX

待估参数向量为：

I_ref,T_ref,/>

计算公式如下：

X＝(B^TPB)^-1B^TPΔ

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_1...n表示1...n用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_1...n表示1...n用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数；

对于对流层，额外的将其改正到参考点高程面上；

S5、服务器将所有格网的电离层及对流层参数通过通讯卫星或互联网广播给用户端接收机；

S6、用户端接收机2通过GNSS信号获取当前的概略位置，并根据查表法获得所处格网编号及其参考点位置；

S7、用户端接收机2通过通讯卫星或无线网络获取当前所在格网区域的电离层参数及对流层参数，并根据概略位置计算得到当前位置的电离层及对流层参数；

S8、用户端接收机2基于电离层、对流层参数，通过PPP-RTK算法，实现初始化时间短、定位精度高的PPP-RTK定位；

S9、用户端接收机2将实时位置、每颗卫星方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子，通过无线网络发送给服务器。

2.根据权利要求1所述的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，其特征在于，所述步骤S3中的方向电离层参数、天顶方向对流层参数、精度因子的计算公式如下：

通过精密星历获取准确卫星位置，通过卡尔曼滤波进行实时估计，得到如下参数：

下标1、2分别代表第一、二频点，P为伪距观测量，L为载波观测量，ρ为卫地距，c为光速，dt_r为接收机钟差，dt^s为卫星钟差，b_r，p为接收机伪距偏差，为卫星伪距偏差，/>为接收机相位偏差，/>为卫星相位偏差，conf为电离层系数，I^s为电离层参数，mapf^s为对流层系数，T为对流层参数，ε_p、ε_L为残差，λ为波长，N为模糊度；

其中I^s，T即为电离层、对流层，提取到上述信息I^s和T后即发送到服务器，进行格网建模；

对于一个格网内的对流层建模可以采取如下的方法进行，首先在格网中心为每一个格网建立一个参考点，该参考点的经纬度为lat_ref,lon_ref，对每一个属于该格网的用户端提取其坐标、电离层、对流层、精度因子，记录为lat₁,lon₁,I^s,T,Acc^I,s,Acc^T。

3.根据权利要求1所述的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，其特征在于，所述步骤S8中用户在接受参数时可能存在误差，本方案在对电离层、对流层进行建模时执行抗差估计的方法，通过调权迭代进行处理：

其中v表示估计的残差；

由此可以高精度建立格网内电离层、对流层模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于用户数据回传的PPP-RTK方法，其特征在于，所述步骤S7中用户端接收机2在收到电离层参数及对流层参数基本数学模型参数后，根据概略位置即可计算出每颗卫星的电离层及天顶对流层，其具体计算公式为：

T＝T_ref+TConf_lat(lat_user-lat_ref)+TConf_lon(lon_user-lon_ref)

其中，I_ref表示参考点电离层值，表示电离层纬度系数，lat_user表示用户端接收机纬度，lat_ref表示参考点纬度，/>表示电离层经度系数，lon_user表示用户端接收机经度，lon_ref表示参考点经度，T_ref表示参考点对流层值，TConf_lat表示对流层纬度系数，TConf_lon表示对流层经度系数。