CN114280645A - 一种gnss导航电文检核方法与系统 - Google Patents

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CN114280645A CN202111607116.8A CN202111607116A CN114280645A CN 114280645 A CN114280645 A CN 114280645A CN 202111607116 A CN202111607116 A CN 202111607116A CN 114280645 A CN114280645 A CN 114280645A
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黄炜昭
巩俊强
张繁
史小强
陈龙
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Abstract

本发明涉及一种GNSS导航电文检核方法与系统，包括：实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。通过本发明，能够提高实时定位解算结果的可靠性。

Description

一种GNSS导航电文检核方法与系统
技术领域
本发明涉及GNSS导航技术领域，具体涉及一种GNSS导航电文检核方法与系统。
背景技术
GNSS用户接收机通过对接收到的卫星信号进行载波解调和伪码解扩可得到50bps的数据码，然后按照导航电文的格式可最终将数据码编译成导航电文。导航电文是由导航卫星播放给用户的描述导航卫星运动状态参数的电文，包括系统时间、星历、历书、卫星时钟的修正参数、导航卫星健康状况和电离层延时模型参数等内容，GNSS接收机根据实时接收与解码得到的导航电文信息即可进行实时定位。其缺点是：单台GNSS接收机最多仅能解析到当前观测到的卫星对应的接收机，且无法进行导航电文相互检核，一旦单颗卫星导航电文包含较大误差，将对定位结果产生严重偏差。
发明内容
本发明的目的在于提出一种GNSS导航电文检核方法，以提高实时定位解算结果的可靠性。
为实现上述目的，本发明的实施例提出一种GNSS导航电文检核方法，包括如下步骤：
实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
优选地，所述根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误，包括：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
优选地，所述对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，包括：
对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure BDA0003434316000000021
对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure BDA0003434316000000022
计算电离层延迟
Figure BDA0003434316000000023
和对流层延迟
Figure BDA0003434316000000024
根据所述
Figure BDA0003434316000000025
dTs、
Figure BDA0003434316000000026
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差。
本发明的实施例还提出一种GNSS导航电文检核系统，包括：
信号接收单元，用于实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
信号解算单元，用于对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
检核单元，用于获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
优选地，所述检核单元，具体用于：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
优选地，所述信号解算单元，具体用于：
对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure BDA0003434316000000027
对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure BDA0003434316000000028
计算电离层延迟
Figure BDA0003434316000000031
和对流层延迟
Figure BDA0003434316000000032
根据所述
Figure BDA0003434316000000033
dTs、
Figure BDA0003434316000000034
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差。
本发明的实施例考虑到通过GNSS接收机实时接收与解析获取导航电文的途径技术稳定性最强，且实时导航电文存在较大粗差的可能性，需要进行质量检核，因此本发明的实施例基于多台GNSS接收机实时解析获取的导航电文及伪距观测值，基于伪距观测值计算接收机钟差，并根据接收机钟差对导航电文进行粗差探测，发现偏差较大的导航电文，剔除“问题”卫星，以保证实时定位解算结果的可靠性。
本发明的实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种GNSS导航电文检核方法流程图。
图2为本发明实施例中一种GNSS导航电文检核系统示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明的实施例提出一种GNSS导航电文检核方法，在工作区域范围内架设两台及以上的多系统GNSS接收机，通过GNSS接收机物联网通信模块将接收机获取到的测量差分数据实时回传至指定服务器(通信协议为TCP协议)，服务器端对获取到的RTCM实时流数据进行解码，解码内容包括以下RTCM消息类型：
Figure BDA0003434316000000035
Figure BDA0003434316000000041
参阅图1，本发明实施例的方法包括如下步骤：
步骤S100、实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
步骤S200、对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
步骤S300、获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
进一步地，所述步骤S300，包括：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
具体而言，对于同一台GNSS接收机，其对应不同卫星系统之间计算所得的接收机钟差可能存在系统偏差，但同一卫星系统内不同卫星对应的接收机钟差应大致相等，因此，可通过对相同卫星系统内不同卫星之间的接收机钟差进行“3σ”拉依达准则粗差探测，将偏差较大的卫星剔除，即可保证定位的准确性。
所述拉依达准则是指先假设一组检测数据只含有随机误差，对其进行计算处理得到标准偏差，按一定概率确定一个区间，认为凡超过这个区间的误差，就不属于随机误差而是粗大误差，含有该误差的数据应予以剔除，本实施例中即将含有该误差的导航电文剔除，保证定位的准确性。
进一步地，所述步骤S200，包括：
步骤S201、对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure BDA0003434316000000042
具体而言，伪距测量(pseudo-range measurement)是在用全球定位系统进行导航和定位时，用卫星发播的伪随机码与接收机复制码的相关技术，测定测站到卫星之间的、含有时钟误差和大气层折射延迟的距离，GNSS卫星伪距观测值表达方式为：
Figure BDA0003434316000000051
其中，
Figure BDA0003434316000000052
表示Li载波对应的伪距值；
Figure BDA0003434316000000053
为卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离；dtr表示接收机钟差；dTs表示卫星钟差；
Figure BDA0003434316000000054
表示Li载波对应的电离层延迟；
Figure BDA0003434316000000055
表示对流层延迟；εP表示测量误差；i＝1或2；GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为1575.42MHz的L1载波和频率为1227.60HMz的L2载波，它们的频率分别是基本频率10.23MHz的154倍和120倍，它们的波长分别为19.03cm和24.42cm；
步骤S202、对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
具体而言，卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs可以由导航电文直接解算得到，其为本领域技术人员所熟知，此处不进行赘述；
步骤S203、获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure BDA0003434316000000056
步骤S204、计算电离层延迟
Figure BDA0003434316000000057
和对流层延迟
Figure BDA0003434316000000058
具体而言，所述电离层延迟可以根据克罗布歇模型(Klobuchar)计算得到，所述对流层延迟可以根据总大气压、大气温度、水汽压、相对湿度、天顶距等参数计算得到：
Figure BDA0003434316000000059
其中，p表示总大气压(/hPa)，T表示大气温度，e表示水汽压(/hPa)，hrel表示相对湿度，z表示天顶距，α0为预设值；
步骤S205、根据所述
Figure BDA00034343160000000510
dTs、
Figure BDA00034343160000000511
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差dtr，具体如下：
Figure BDA00034343160000000512
其中，c为光速。
参阅图2，本发明的实施例还提出一种GNSS导航电文检核系统，包括：
信号接收单元1，用于实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
信号解算单元2，用于对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
检核单元3，用于获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
进一步地，所述检核单元3，具体用于：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
进一步地，所述信号解算单元2，具体用于：
对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure BDA0003434316000000061
对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure BDA0003434316000000062
计算电离层延迟
Figure BDA0003434316000000063
和对流层延迟
Figure BDA0003434316000000064
根据所述
Figure BDA0003434316000000065
dTs、
Figure BDA0003434316000000066
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差。
本实施例的系统与上述实施例的方法对应，因此本实施例的系统未详述的部分请参阅上述实施例的方法得到，此处不再赘述。
本发明的各实施例考虑到通过GNSS接收机实时接收与解析获取导航电文的途径技术稳定性最强，且实时导航电文存在较大粗差的可能性，需要进行质量检核，因此本发明的实施例基于多台GNSS接收机实时解析获取的导航电文及伪距观测值，基于伪距观测值计算接收机钟差，并根据接收机钟差对导航电文进行粗差探测，发现偏差较大的导航电文，剔除“问题”卫星，以保证实时定位解算结果的可靠性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种GNSS导航电文检核方法，其特征在于，包括如下步骤：
实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误，包括：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，包括：
对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure FDA0003434315990000011
对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure FDA0003434315990000012
计算电离层延迟
Figure FDA0003434315990000013
和对流层延迟
Figure FDA0003434315990000014
根据所述
Figure FDA0003434315990000015
dTs、
Figure FDA0003434315990000016
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差。
4.一种GNSS导航电文检核系统，其特征在于，包括：
信号接收单元，用于实时接收多个GNSS接收机的卫星信号；所述多个GNSS接收机接收多个卫星系统的多个卫星的卫星信号，每一卫星系统包括多个卫星；
信号解算单元，用于对所述卫星信号进行解算得到导航电文，根据所述导航电文计算每个GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差；
检核单元，用于获取任一个GNSS接收机接收到的任一个卫星系统的多个卫星的卫星信号的接收机钟差，根据该接收机钟差检验该任一个卫星系统的多个卫星的GNSS导航电文是否错误。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述检核单元，具体用于：
通过拉依达准则对该GNSS接收机接收到的多个卫星的卫星信号的接收机钟差进行粗差探测，若进行粗差探测发现存在粗大误差值的一个或多个坏值，则确定该一个或多个坏值所对应的GNSS导航电文错误。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号解算单元，具体用于：
对任一个卫星的卫星信号进行解算得到导航电文和伪距测量值
Figure FDA0003434315990000021
对所述导航电文进行解算得到卫星天线相位中心坐标、卫星钟差dTs；
获取接收机相位中心坐标，根据所述卫星天线相位中心坐标和所述接收机相位中心坐标计算卫星天线相位中心与接收机相位中心间的距离
Figure FDA0003434315990000022
计算电离层延迟
Figure FDA0003434315990000023
和对流层延迟
Figure FDA0003434315990000024
根据所述
Figure FDA0003434315990000025
dTs、
Figure FDA0003434315990000026
计算任一个卫星的卫星信号对应的接收机钟差。
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