CN113534206A - 基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制 - Google Patents

基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制：接收北斗地基增强系统各基准站的实时观测值，在一片区域内生成等间距的M行N列虚拟参考站群；接收用户连接请求，解析请求中的概略位置信息，得到用户的经度、纬度位置信息；基于用户的经度信息从N列虚拟参考站中选出距离最近的虚拟参考站列数；基于用户的纬度信息从M行虚拟参考站中选出距离最近的虚拟参考站行数；根据最近虚拟参考站行数和列数确定距离最近的唯一虚拟参考站；从区域数据处理软件获取最近虚拟参考站产品，并实时播发至用户，结束基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择流程。本发明可提高用户接入虚拟参考站高精度服务时的播发服务效率。

Description

基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，特别是一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制。
背景技术
卫星导航技术是指采用导航卫星对地面、海洋、天空、太空各类用户和设施进行导航定位的技术，广泛应用于军事、大众、行业等各领域。
由于受到卫星钟差、轨道误差、电离层延迟等各类误差影响，卫星定位精度在10米左右。为有效提升卫星定位精度，满足各领域高精度定位需求。北斗地基增强系统通过在全国范围内建设海量基准站和国家数据综合处理中心，在处理中心接入各基准站观测数据进行差分处理，生成实时广域、RTD、RTK和后处理高精度定位增强产品并播发至用户，用户基于各类定位增强产品可有效降低各类卫星定位误差的影响，从而提升定位精度最高至实时厘米级和后处理毫米级，实现高精度定位。
虚拟参考站(Virtual Reference Station，VRS)定位技术根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算，建立精确的误差模型，接收用户的概略位置，在用户附近产生一个物理上并不存在的虚拟参考站，向用户播发该虚拟参考站的RTK产品，用户接收该站产品实现厘米级定位。相比单站RTK定位而言，由于虚拟出来的参考站与用户位置更近，其误差修正效果更好，定位精度更高。但需要多一次与用户的交互，即首先需收集用户概略位置，再向用户播发高精度定位产品。
虚拟参考站技术在实际应用时，由于传统测绘领域基准站和用户规模较小，所以可采用接收用户概略位置，计算生成虚拟参考站，播发参考站产品的方式。但对于国家北斗地基增强系统，其基准站数量超过4000，服务范围覆盖全国，实时服务用户达百万级别。若针对每个用户都采用在其概略位置附近生成虚拟参考站再播发产品的服务方式，则需计算生成百万级别的虚拟参考站，且每次新用户获取服务或已有用户位置大幅移动时均需重新计算，数据处理中心计算量极大，服务时延也无法保证。
目前北斗地基增强系统在使用虚拟参考站技术服务时，事先计算生成若干个等间距的虚拟参考站，用户在发送其概略位置后，播发平台根据概略位置选择最近的虚拟参考站，将该参考站的产品发送至用户。相比原有的虚拟参考站技术而言，虽然所生成的虚拟参考站并不能保证距离用户位置足够近，但由于各参考站间距相等，可保证用户与其最近的参考站距离不会超过一个阈值，从而保证了用户的定位精度。另一方面，由于所生成的虚拟参考站位置是固定的，无论新用户接入或是已有用户移动幅度过大，都不需要重新计算生成新的虚拟参考站，将计算生成虚拟参考站的数据处理简化为最近距离判断选择的数据处理，可极大地降低计算资源消耗，提升服务可靠性。
在基于等距离虚拟参考站的服务模式中，接入用户概略位置后需要判断与用户位置最近的虚拟参考站。在传统的虚拟参考站选择机制中，需要计算用户与所有虚拟参考站的距离，然后比较计算出距离最近的虚拟参考站，选择该虚拟参考站将其产品播发至用户。该机制在处理虚拟参考站选择时计算复杂度等同于虚拟参考站数量，在虚拟参考站数量较少时可以较快地选择出最近的虚拟参考站。但对于北斗地基增强系统这类覆盖全国的增强网络，存在海量的虚拟参考站，虚拟参考站选择计算复杂度较高，限制了用户服务规模和服务质量，其虚拟参考站选择机制有待进一步优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，以提高用户接入虚拟参考站高精度服务时的播发服务效率。
实现本发明目的的技术解决方案为：
1、一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、接收各基准站的实时观测值，在一片区域内生成等间距的M行N列虚拟参考站群，每个参考站群包含对应参考站的经纬度；
步骤2、接收携带用户概略位置信息的用户连接请求，解析请求中的概略位置信息，得到用户的概略纬度和概略经度；
步骤3、基于用户的概略经度信息和概略纬度分别从虚拟参考站群中选出距离最近的虚拟参考站列数和虚拟参考站行数；
步骤4、根据上述最近虚拟参考站行数和列数确定距离最近的唯一虚拟参考站；
步骤5、获取最近虚拟参考站，并实时播发至用户。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
本发明提出的参考站快速选择机制将二维的距离计算比较简化为2个一维(即纬度、经度)的计算比较，同时利用虚拟参考站等间距的特点，1次比较就可以确定一维的最近虚拟参考站群，比较2次即可确定最近虚拟参考站，与虚拟参考站数量无关，计算复杂度恒为2，在虚拟参考站数量较多时可以极大地提升播发服务效率。
附图说明
图1为本发明一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制主要流程示意图；
图2为本发明实施例中虚拟参考站选择流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
GNSS差分数据处理软件接收北斗地基增强系统各基准站的实时观测值，生成一片区域内的等间距虚拟参考站群，群内各参考站均实时生成基于其虚拟位置的区域数据产品；高精度定位服务用户向数据播发软件发送高精度定位服务请求，请求中携带用户概略位置信息，包括概略经度与概略纬度。
结合图1，本发明的一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，包括如下流程：
步骤1、GNSS差分数据处理软件在一片区域内生成等间距的M行N列虚拟参考站群，群内各虚拟参考站经纬度如式1所示：
Figure BDA0003131108490000031
其中lati表示第i行虚拟参考站的纬度，lonj表示第j列虚拟参考站的经度，lat1为该区域最小纬度，lon1为该区域最小经度，latM为该区域最大纬度，lonN为该区域最大经度。
步骤2、GNSS差分数据播发软件接收用户连接请求，从用户连接请求中提取出概略位置信息，得到用户的概略纬度latu，概略经度lonu；
步骤3、选出距离最近的虚拟参考站列数和行数：
(1)基于用户的经度信息从N列虚拟参考站中选出距离最近的虚拟参考站列数，选择流程如下：
首先计算经度相邻虚拟参考站之间的经度间隔Ilon：
Figure BDA0003131108490000041
确定距离最近的虚拟参考站列数n：
Figure BDA0003131108490000042
(2)基于用户的纬度信息从M行虚拟参考站中选出距离最近的虚拟参考站行数，选择流程如下：
首先计算经度相邻虚拟参考站之间的纬度间隔Ilat：
Figure BDA0003131108490000043
确定距离最近的虚拟参考站行数m：
Figure BDA0003131108490000044
步骤4、根据最近虚拟参考站行数和列数确定距离最近的唯一虚拟参考站，该参考站行数为m，列数为n，经纬度为(latm，lonn)；
步骤5、GNSS差分数据播发软件从GNSS差分数据处理软件获取最近虚拟参考站差分数据，并实时播发至用户，结束基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择流程。
本实施例中，GNSS差分数据处理软件接收北斗地基增强系统各基准站的实时观测值，假定生成一片区域内的5行4列等间距虚拟参考站群，如图2所示。虚拟参考站站最小经度为110.1°E，最小纬度为32.1°N，最大经度为110.4°E，最大纬度为32.5°N，群内各参考站均实时生成基于其虚拟位置的区域数据产品；高精度定位服务用户假定其概略经度为110.27°E，纬度为32.28°N。
实施中，高精度定位服务用户将向GNSS差分数据播发软件发送接入请求，请求中携带其概略经纬度信息，其后GNSS差分数据播发软件处理流程如下：
(1)数据播发软件接收用户连接请求，解析请求中的概略位置信息，得到用户的概略经度110.27°E，概略纬度32.28°N；
(2)将最大经度110.4°E，最小经度110.1°E代入(式2)计算相邻虚拟参考站之间的经度间隔Ilon为0.1°；
(3)判断用户经度110.27°E在110.1°E和110.4°E之间，代入(式3)得到n为3，即距离最近的虚拟参考站列数为3；
(4)将最大纬度32.5°N，最小纬度32.1°N代入(式4)计算相邻虚拟参考站之间的纬度间隔Ilat为0.1°；
(5)判断用户纬度32.28°N在32.1°N和32.5°N之间，代入(式5)得到m为3，即距离最近的虚拟参考站行数为3；
(6)根据最近虚拟参考站行数和列数确定距离最近的虚拟参考站为虚拟参考站33，其经纬度为(32.3°N，110.3°E)；
(7)GNSS差分数据播发软件从区域数据处理软件获取虚拟参考站33的高精度定位产品，并实时播发至用户，结束基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择流程。
由此可以看出，利用经由本发明公开的一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，可以使虚拟参考站服务技术中的最近虚拟参考站选择流程更加简便，计算量大为减少，有效改善了播发服务效率。

Claims (4)

1.一种基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、接收各基准站的实时观测值，在一片区域内生成等间距的M行N列虚拟参考站群，每个参考站群包含对应参考站的经纬度；
步骤2、接收携带用户概略位置信息的用户连接请求，解析请求中的概略位置信息，得到用户的概略纬度和概略经度；
步骤3、基于用户的概略经度信息和概略纬度分别从虚拟参考站群中选出距离最近的虚拟参考站列数和虚拟参考站行数；
步骤4、根据上述最近虚拟参考站行数和列数确定距离最近的唯一虚拟参考站；
步骤5、获取最近虚拟参考站，并实时播发至用户。
2.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，其特征在于，虚拟参考站群经纬度为：
Figure FDA0003131108480000011
其中其中lati表示第i行虚拟参考站的纬度，lonj表示第j列虚拟参考站的经度，lat1为该区域最小纬度，lon1为该区域最小经度，latM为该区域最大纬度，lonN为该区域最大经度。
3.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，其特征在于，选出距离最近的虚拟参考站列数过程为：
首先计算经度相邻虚拟参考站之间的经度间隔Ilon：
Figure FDA0003131108480000012
然后确定距离最近的虚拟参考站列数n：
Figure FDA0003131108480000013
其中lonj表示第j列虚拟参考站的经度，lon1为该区域最小经度。
4.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的接入虚拟参考站快速选择机制，其特征在于，选出距离最近的虚拟参考站行数过程为：
首先计算经度相邻虚拟参考站之间的纬度间隔Ilat：
Figure FDA0003131108480000021
确定距离最近的虚拟参考站行数m：
Figure FDA0003131108480000022
其中lati表示第i行虚拟参考站的纬度，lat1为该区域最小纬度。
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