CN114355420B - 一种分布式北斗位置服务中心ppp产品定位方法及装置 - Google Patents

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CN114355420B CN202111537653.XA CN202111537653A CN114355420B CN 114355420 B CN114355420 B CN 114355420B CN 202111537653 A CN202111537653 A CN 202111537653A CN 114355420 B CN114355420 B CN 114355420B
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Abstract

本发明涉及一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法及装置，定位方法包括步骤：获取地基增强系统地面观测网数据；对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据；根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs；播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。该定位方法通过采用地基增强系统地面观测网估计的非差FCBs，结合PPP定位方法进行定位，有效降低收敛时间，使得用户在非差定位条件下快速得到位置服务，收敛时间短，用户体验提升，大面积推广成本更低。

Description

一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法及装置
技术领域
本发明属于卫星定位技术领域，具体涉及一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法及装置。
背景技术
北斗位置服务中心是以北斗卫星导航技术为核心，基于云计算技术的为全行业全域提供高精度位置信息服务的北斗综合服务平台。利用云技术开放、共享的系统架构，将GNSS、GIS、RS等位置和时间服务相关的基础设施、数据资源、服务平台集成整合到一个系统中来，对政府部门、重大行业、企业和个人消费者提供基于位置信息的综合服务。整个北斗高精度位置服务中心采用分级设计，下设区域位置服务数据分中心、地省级位置服务数据应用中心。拓展性强、结构完整、布局合理，具有规范的数据、服务、安全、存储等技术标准。
PPP(Precise Point Position，精密单点定位)是指单台接收机利用精密卫星轨道和钟差产品以及现有的精确函数模型或附加参数估计等方式消除与定位相关的误差项，实现高精度的绝对定位。PPP不仅具备单点定位不依赖基准站即可实现单机定位的优点，也具备相对定位精度高的优点，是近几十年发展起来的一种允许双频用户用单个接收器获取位置信息的一项定位新技术。
随着市场对位置信息服务需求的增加和国家对北斗产业扶持力度的加大，传统的位置服务中心通过PPP实现定位的方法在性能上出现了明显的不足。首先，用户的大规模增加使得集中式的位置服务中心承载了巨大的计算压力，长距离的、大量的数据传输与数据交换会产生高昂的成本；其次，PPP收敛时间较长，用户体验差。因此，现有技术中缺乏一种定位技术，充分利用北斗高精度位置服务中心主中心与分中心的分布式部署模式和基于地基增强系统地面观测网的非差FCBs，实现分布式北斗高精度位置服务中心PPP高精度定位服务。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法及装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，包括步骤：
获取地基增强系统地面观测网数据；
对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据；
根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs；
播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
在本发明的一个实施例中，根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs，包括：
利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量；
根据所述虚拟观测量组模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。
在本发明的一个实施例中，利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量，包括步骤：
将地面观测网中第一测站的接收机FCBs固定为0，并将所述第一测站的卫星载波相位模糊度取整，得到所述第一测站观测卫星的卫星端FCBs；
利用所述第一测站的卫星端FCBs对与所述第一测站具有公共卫星的第二测站的卫星载波相位模糊度进行改正，估计得到所述第二测站的接收机FCBs，并利用所述第二测站的接收机FCBs计算非公共卫星的卫星端FCBs；
重复上述步骤，得到所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs；
利用所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs对所有的卫星载波相位模糊度进行改正和固定，得到改正和固定好的卫星载波相位模糊度；
根据所述改正和固定好的卫星载波相位模糊度计算非差模糊度的小数部分，得到所述虚拟观测量：
Figure GDA0004146033660000031
Figure GDA0004146033660000032
其中，
Figure GDA0004146033660000033
为非差宽巷模糊度的小数部分，
Figure GDA0004146033660000034
为非差窄巷模糊度的小数部分，
Figure GDA0004146033660000035
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的宽巷浮点模糊度，
Figure GDA0004146033660000036
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的窄巷浮点模糊度，
Figure GDA0004146033660000037
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，
Figure GDA0004146033660000038
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fw,r为接收机端宽巷FCBs，fn,r为接收机端窄巷FCBs，
Figure GDA0004146033660000039
为卫星端宽巷FCBs，
Figure GDA00041460336600000310
为卫星端窄巷FCBs。
在本发明的一个实施例中，根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs，包括：
根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程：
Figure GDA00041460336600000311
其中，
Figure GDA00041460336600000312
为非差宽巷和窄巷模糊度小数部分，m为每个测站观测到的卫星数量，l为参考站网的测站数量，fi(i＝1…l)为接收机FCBs，fj(j＝1…m)为卫星端FCBs，P为实数解模糊度的权矩；
对所述模糊度观测方程进行最小二乘平差，并对卫星载波相位模糊度进行固定，重复该过程进行迭代直至所有卫星载波相位模糊度均固定完毕，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。
在本发明的一个实施例中，通过互联网利用RTCM网络传输协议进行所述FCBs产品播发。
在本发明的一个实施例中，结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果，包括：
对广播星历、SSR改正数和GNSS接收机接收的原始数据进行解码；得到解码数据；
利用所述解码数据计算精密钟差、轨道修正数和小数偏差产品，以得到精密轨道、精密钟差、码偏差、观测值和天线文件；
对所述精密轨道、所述精密钟差、所述码偏差、所述观测值进行粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复，得到预处理数据；
根据所述预处理数据建立PPP定位模型；
结合所述FCBs产品，对所述PPP定位模型进行参数估计和检验，得到所述定位结果。
在本发明的一个实施例中，所述PPP定位模型为：
Figure GDA0004146033660000041
Figure GDA0004146033660000042
其中，s、Z、r分别为卫星号、卫星系统、接收机，Z代表G、R、C、E，
Figure GDA0004146033660000043
为无电离层组合伪距观测量，
Figure GDA0004146033660000044
为信号频率，
Figure GDA0004146033660000045
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA0004146033660000046
为第一频点上的原始伪距测量值，
Figure GDA0004146033660000047
为第二频点上的原始伪距测量值，
Figure GDA0004146033660000048
为方向余弦，x为三维坐标增量，
Figure GDA0004146033660000051
为接收机钟差，
Figure GDA0004146033660000052
为湿投影函数，Zw为天顶湿延迟改正值，
Figure GDA0004146033660000053
为无电离层组合下与频率相关的伪距硬件延迟总和，
Figure GDA0004146033660000054
为无电离层组合伪距噪声及残余误差，
Figure GDA0004146033660000055
为无电离层组合载波观测量；
Figure GDA0004146033660000056
为第一频点上的原始载波观测量，
Figure GDA0004146033660000057
为第二频点上的原始载波观测量，
Figure GDA0004146033660000058
为无电离层组合载波相位噪声及残余误差，c为光速，
Figure GDA0004146033660000059
为含有接收机和卫星伪距硬件延迟和载波相位硬件延迟的无电离层组合模糊度，
Figure GDA00041460336600000510
Figure GDA00041460336600000511
为无电离层组合载波观测量波长，
Figure GDA00041460336600000512
为整周模糊度，
Figure GDA00041460336600000513
为接收机伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600000514
为卫星伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600000515
为接收机载波相位硬件延迟，
Figure GDA00041460336600000516
为卫星载波相位硬件延迟。
在本发明的一个实施例中，结合所述FCBs产品，对所述PPP定位模型进行参数估计和检验，得到所述定位结果，包括步骤：
利用所述FCBs产品计算用户端的接收机端FCBs，并对所述用户端的接收机端FCBs进行改正，得到改正后的用户端接收机端FCBs，并进行模糊度固定，得到固定的无电离层组合模糊度：
Figure GDA00041460336600000517
其中，
Figure GDA00041460336600000518
为无电离层组合模糊度，f1为第一频点频率，f2为第二频点频率，
Figure GDA00041460336600000519
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fn,r为接收机窄巷FCBs，
Figure GDA00041460336600000520
为卫星端窄巷FCBs，
Figure GDA00041460336600000521
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度；
将所述无电离层组合模糊度带入所述PPP定位模型中，计算得到所述定位结果。
本发明的另一个实施例提供了一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位装置，包括：
实时数据接收模块，用于获取地基增强系统地面观测网数据；
实时数据流预处理模块，用于对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据；
实时数据处理模块，用于根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs；
实时产品播发模块，用于播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
PPP定位模块，用于结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
在本发明的一个实施例中，所述实时数据接收模块采用分布式卫星数据接收系统；
所述实时数据流预处理模块采用分布式数据流处理系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法针对传统的集中式位置服务中心计算压力大、传输大量数据导致的高额成本以及传统PPP中收敛时间过慢而导致的用户体验不佳的情况，通过实时数据接收模块接收地基增强系统地面观测网数据，然后通过实时数据流预处理模块处理观测网数据并估计非差FCBs，其中实时数据接收模块采用分布式卫星数据接收系统，实时数据流预处理模块采用分布式数据流处理系统，再结合PPP定位方法进行定位，有效降低收敛时间，使得用户在非差定位条件下快速得到位置服务，收敛时间短，用户体验提升，大面积推广成本更低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种非差FCBs估计及PPP模糊度固定的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种PPP的实时处理流程的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法的流程示意图，该PPP产品定位方法包括步骤：
S1、获取地基增强系统地面观测网数据。
具体的，利用数据接收系统下的实时数据接收模块接收地面观测网数据，并对时间进行同步；其中，地面观测网数据包括观测数据、测站坐标，导航星历等信息。
本实施例中，利用分布式卫星数据接收系统接收地面观测网数据。具体的，分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，公共数据接收计算机用于接收公共数据，每个数据接收计算机分别用于根据设定的观测站点清单与对应观测站点建立连接并接收来自对应观测站点的观测数据，其中，不同观测站点的观测数据和公共数据共同形成地面观测网数据。
分布式卫星数据接收系统通过使用分布式架构，在多个通用计算机上分别连接不同观测站点并接收不同类型的数据，整体完成所有数据的接收。
S2、对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据。
具体的，预处理的方法为：检测地面观测网数据中可能含有的粗差，探测载波相位观测量的周跳、钟跳，并对这些粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复。
本实施例中，采用分布式处理系统对地面观测网数据进行预处理，分布式处理系统包括多个非实时数据处理应用模块和多个实时数据处理应用模块；其中，每个非实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标非实时算法软件，且多个非实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上，以利用不同的数据处理计算机接收来自大数据存储平台的相应原始数据并进行非实时数据处理，获得观测卫星的相应非实时指标；每个实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标实时算法软件，且多个实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上，以利用不同的数据处理计算机接收来自实时数据网络和各观测站的实时观测数据并进行实时数据处理，获得待测卫星的相应实时指标。由观测卫星的相应非实时指标和待测卫星的相应实时指标共同形成非差载波观测数据。
上述分布式处理系统按照卫星数据处理算法的特点，将算法实现分配在多个数据处理应用模块中，再将所述多个数据处理应用模块部署在不同的数据处理计算机上，满足了对数据处理结果集中管理、方便使用的需求，同时对于数据处理计算机的性能要求将极大的降低。
S3、根据所述预处理非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs。
本实施例中，通过研究非差载波观测数据模糊度的小数特性，提出了非差FCBs的估计方法，非差FCBs估计时，对地面观测网的接收机FCBs和卫星端FCBs同时进行。具体的，利用预处理得到的非差载波观测数据计算相应的实数模糊度参数，在计算实数模糊度时，方程在自动计算模糊度参数的同时，也可以按照平差原理计算得出其方差协方差矩阵，从而以非差模糊度作为虚拟观测量，组成模糊度观测方程，采用最小二乘法(事后)或序贯最小二乘法(实时)进行方程的解算，求得地面观测网的接收机FCBs和卫星端FCBs。
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种非差FCBs估计及PPP模糊度固定的流程示意图。非差FCBs估计及PPP模糊度固定分为服务端和用户端，服务端主要是计算非差FCBs并传送至用户端，通过地基增强基准站的观测数据以及IGS精密星历进行误差模型改正并计算PPP实数模糊度，从而计算非差宽巷FCBs和窄巷FCBs，将得到的非差宽巷FCBs和窄巷FCBs产品传输至用户端。用户端利用用户测站观测数据和IGS精密星历进行误差模型改正并计算PPP实数模糊度，加入服务端传输的非差宽巷FCBs和窄巷FCBs产品后进行PPP模糊度固定。
具体包括步骤：
S31、利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量。
一般情况下，用户终端多使用无电离层组合方式求解最终坐标，无电离层组合模糊度
Figure GDA0004146033660000091
可以通过宽巷模糊度和窄巷模糊度分别进行固定：
Figure GDA0004146033660000092
其中，f1为第一频点频率，f2为第二频点频率，λ1为第一频点频率的波长，λ2为第二频点频率的波长，
Figure GDA0004146033660000093
和
Figure GDA0004146033660000094
为第一频点频率和第二频点频率模糊度，1,2为数字，
Figure GDA0004146033660000095
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的宽巷浮点模糊度，λw为宽巷波长，
Figure GDA0004146033660000096
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的窄巷浮点模糊度，λn为窄巷波长。
式(1)中的
Figure GDA0004146033660000097
和
Figure GDA0004146033660000098
可表示为：
Figure GDA0004146033660000099
其中，
Figure GDA00041460336600000910
为宽巷整周模糊度，
Figure GDA00041460336600000911
为窄巷整周模糊度，bw,r为接收机端宽巷硬件延迟，bn,r为接收机端窄巷硬件延迟，
Figure GDA00041460336600000912
为卫星端宽巷硬件延迟，
Figure GDA00041460336600000913
为卫星端窄巷硬件延迟。
因为硬件延迟与模糊度参数存在相关性，二者参数无法分离，而硬件延迟短期内很稳定，可以将硬件延迟分为整数部分和小数部分，硬件延迟的整数部分不影响模糊度的整数特性，只需分离出硬件延迟的小数部分(FCBs)便可恢复模糊度整数特性，具体如下：
Figure GDA0004146033660000101
其中，
Figure GDA0004146033660000102
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，
Figure GDA0004146033660000103
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fw,r为接收机端宽巷FCBs，fn,r为接收机端窄巷FCBs，
Figure GDA0004146033660000104
为卫星端宽巷FCBs，
Figure GDA0004146033660000105
为卫星端窄巷FCBs。
因此，需要基于观测网在服务端进行宽巷及窄巷FCBs估计，并播发给用户端进行改正，便能恢复模糊度整数特性，进行PPP模糊度固定。
进一步地，非差宽巷和窄巷模糊度的小数部分即虚拟观测量可以表示为：
Figure GDA0004146033660000106
其中，
Figure GDA0004146033660000107
为非差宽巷模糊度的小数部分，
Figure GDA0004146033660000108
为非差窄巷模糊度的小数部分，
Figure GDA0004146033660000109
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的宽巷浮点模糊度，
Figure GDA00041460336600001010
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的窄巷浮点模糊度，
Figure GDA00041460336600001011
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，
Figure GDA00041460336600001012
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fw,r为接收机端宽巷FCBs，fn,r为接收机端窄巷FCBs，
Figure GDA00041460336600001013
为卫星端宽巷FCBs，
Figure GDA00041460336600001014
为卫星端窄巷FCBs。
因此，求解非差宽巷和窄巷模糊度的小数部分关键在于虚拟观测量获取。
具体地，虚拟观测量的获取包括以下步骤：
S311、将地面观测网中第一测站的接收机FCBs固定为0，并将所述第一测站的卫星载波相位模糊度取整，得到所述第一测站观测卫星的卫星端FCBs。
具体地，对于地基增强系统地面观测网，如果将第一测站的接收机FCBs固定为0，并将该测站的卫星载波相位的浮点模糊度就近取整，则可以获得该站观测卫星的卫星端FCBs估计值。
S312、利用所述第一测站的卫星端FCBs对与所述第一测站具有公共卫星的第二测站的卫星载波相位模糊度进行改正，估计得到所述第二测站的接收机FCBs，并利用所述第二测站的接收机FCBs计算非公共卫星的卫星端FCBs。
具体的，对于与第一测站有公共卫星的其他测站，利用估计的第一测站的卫星端FCBs对其卫星载波相位的浮点模糊度进行改正，经过第一测站的卫星端FCBs改正之后的浮点模糊度将具有相似的小数部分，对这些浮点模糊度取平均并进行合适的质量控制剔除粗差，就能够得到整周模糊度，从而估计出其它测站接收机端FCBs；同时利用其它测站的接收机端FCBs对剩下的卫星载波相位模糊度(非公共卫星)进行改正，又可求出新出现的卫星端的FCBs。
S313、重复上述步骤，得到所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs。
S314、利用所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs对所有的卫星载波相位模糊度进行改正和固定，得到改正和固定好的卫星载波相位模糊度。
具体地，利用得到的地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs，对所有的卫星载波相位的浮点模糊度进行改正，改正过后的浮点模糊度将接近于整数值，因此可以进行模糊度固定，得到固定好的整周模糊度。
S315、根据所述改正和固定好的卫星载波相位模糊度计算非差模糊度的小数部分，得到所述虚拟观测量。
具体地，将改正得到的浮点模糊度和固定好的整周模糊度代入公式(4)中计算非差模糊度的小数部分，即得到所述虚拟观测量。
S32、根据所述虚拟观测量组模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。具体包括步骤：
S321、根据所述虚拟观测量组模糊度观测方程。
具体地，假设服务端由l个参考站组成，每个测站观测到m颗卫星，求得的非差模糊度小数部分即虚拟观测量为
Figure GDA0004146033660000111
得到如下虚拟观测方程(即模糊度观测方程)：
Figure GDA0004146033660000121
其中，
Figure GDA0004146033660000122
为非差宽巷和窄巷模糊度小数部分，m为每个测站观测到的卫星数量，l为参考站网的测站数量，fi(i＝1…l)为接收机FCBs，fj(j＝1…m)为卫星端FCBs。
S322、对所述模糊度观测方程进行最小二乘平差，并对卫星载波相位模糊度进行固定，重复该过程进行迭代直至所有卫星载波相位模糊度均固定完毕，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。
具体地，将第一测站的接收机FCBs＝0为基准并当成虚拟观测量以避免法方程秩亏，然后进行FCBs估计。进行FCBs估计时，对式(5)进行最小二乘平差，解得接收机FCBs和卫星端FCBs；解得接收机和卫星端FCBs，此时FCBs参数的精度将进一步提高，同时反过来又可以提高模糊度的固定成功率。以上过程可以迭代进行直到不再有新模糊度固定，将最后一次迭代的FCBs估值发送给用户进行模糊度固定。
S4、播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。
具体地，目前通过互联网RTCM网络传输协议(Ntrip)进行播发，该标准以作为工业标准被广泛应用于GNSS数据流的互联网传输，因此，采用此协议进行标准有利于产品的行业内广泛使用。
S5、结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
具体地，PPP的关键在于实时精密钟差、轨道及电离层等实时差分改正参数，可以第三方提供，也可由陆态网进行数据处理实时生成。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种PPP的实时处理流程的示意图。
S51、对广播星历、SSR改正数和GNSS接收机接收的原始数据进行解码，得到解码数据。
具体地，将广播星历、SSR改正数和GNSS接收机接收的原始数据通过RTCM解码器进行解码，得到解码数据，获取得到实时产品。
S52、利用所述解码数据计算精密钟差、轨道修正数和小数偏差产品，以得到精密轨道、精密钟差、码偏差、观测值和天线文件。
具体地，利用上述解码数据计算得到精密钟差、轨道修正数和小数偏差产品，将PPP实时处理流程所需要的精密轨道、精密钟差、码偏差、观测值、天线文件准备完毕。
S53、对所述精密轨道、所述精密钟差、所述码偏差、所述观测值进行粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复，得到预处理数据。
观测数据需要进行质量控制，检测观测数据中可能含有的粗差，探测载波相位观测量的周跳、钟跳，并对这些粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复，得到预处理数据。具体地，对步骤S52中的数据进行粗差识别与定位，若存在粗差则剔除，若不存在则进行钟跳探测，钟跳探测存在则修复，不存在则再进行周跳探测，周跳存在则进行标记，若不存在则进行下一步骤。
S54、根据所述预处理数据建立PPP定位模型。
一般地，原始伪距和载波相位观测方程可表示为：
Figure GDA0004146033660000131
其中，s、Z、r和j(j＝1,2)分别为卫星号、卫星系统、接收机和频率，Z代表G、R、C、E(GPS、GLOLASS、BDS、Galileo)，
Figure GDA0004146033660000141
为站星几何距离，
Figure GDA0004146033660000142
为fj频点上的波长，
Figure GDA0004146033660000143
为载波观测值，
Figure GDA0004146033660000144
为原始伪距测量值，c为光速，dts,Z为卫星钟差，dtr表示接收机钟差，
Figure GDA0004146033660000145
为湿投影函数，Zw为天顶湿延迟改正值，
Figure GDA0004146033660000146
为频率f1上斜电离层延迟，
Figure GDA0004146033660000147
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA0004146033660000148
为接收机伪距硬件延迟(uncalibrated code delay,UCD)，
Figure GDA0004146033660000149
为卫星伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001410
为接收机载波相位硬件延迟(uncalibrated phase delay,UPD)，
Figure GDA00041460336600001411
为卫星载波相位硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001412
是整周模糊度，
Figure GDA00041460336600001413
为伪距噪声及残余误差，
Figure GDA00041460336600001414
为载波相位噪声及残余误差，
Figure GDA00041460336600001415
为原始载波相位测量值。
对相关参数进行简化可得：
Figure GDA00041460336600001416
其中，fs,Z为信号频率，
Figure GDA00041460336600001417
和
Figure GDA00041460336600001418
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA00041460336600001419
为接收机差分码偏差，
Figure GDA00041460336600001420
为卫星码偏差，
Figure GDA00041460336600001421
分别为接收机端频点n和m上的伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001422
分别为卫星端频点n和m上的伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001423
Figure GDA00041460336600001424
分别为接收机端和卫星端无电离层组合后的伪距硬件延迟。
因为卫星钟差dts,Z与
Figure GDA00041460336600001425
线性相关，需要引入外部约束才能进行分离，IGS对外提供的卫星钟差，其中包含了双频UCD，即：
Figure GDA00041460336600001426
其中，
Figure GDA00041460336600001427
为精密钟差改正，
Figure GDA00041460336600001428
是卫星码偏差
Figure GDA00041460336600001429
的无电离层组合，dDZ为钟差产品参考基准，dts,Z为卫星钟差，
Figure GDA00041460336600001430
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA00041460336600001431
为卫星在第一频点频率上的伪距硬件延迟，
Figure GDA0004146033660000151
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA0004146033660000152
为卫星在第二频点频率上的卫星伪距硬件延迟。
将式(8)代入式(6)中并线性化得：
Figure GDA0004146033660000153
其中，
Figure GDA0004146033660000154
为方向余弦，
Figure GDA0004146033660000155
为伪距的观测值去除其他相关改正量后的计算值，
Figure GDA0004146033660000156
为载波的观测值去除其他相关改正量后的计算值，x为三维坐标增量，
Figure GDA0004146033660000157
为接收机钟差，
Figure GDA0004146033660000158
为接收机伪距硬件延迟，
Figure GDA0004146033660000159
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA00041460336600001510
为P1、P2伪距观测值的差分码偏差值。
根据信号体制的不同，接收机端UCD可表征为：
Figure GDA00041460336600001511
其中，
Figure GDA00041460336600001512
为接收机伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001513
为卫星端伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001514
为频率相关的伪距硬件延迟，与GLONASS频分多址信号有关，Z与前文字母含义相同，代表G、R、C、E(GPS、GLOLASS、BDS、Galileo等卫星导航系统)，R为GLONASS卫星系统。
将式(8)代入式(6)中，得PPP定位模型：
Figure GDA00041460336600001515
其中，s、Z、r分别为卫星号、卫星系统、接收机，Z代表G、R、C、E，
Figure GDA00041460336600001516
为无电离层组合伪距观测量，
Figure GDA00041460336600001517
为信号频率，
Figure GDA00041460336600001518
为与频率相关的放大因子，
Figure GDA00041460336600001519
为第一频点上的原始伪距测量值，
Figure GDA00041460336600001520
为第二频点上的原始伪距测量值，
Figure GDA00041460336600001521
为方向余弦，x为三维坐标增量，
Figure GDA0004146033660000161
为接收机钟差，
Figure GDA0004146033660000162
为湿投影函数，Zw为天顶湿延迟改正值，
Figure GDA0004146033660000163
为无电离层组合下与频率相关的伪距硬件延迟总和，
Figure GDA0004146033660000164
为无电离层组合伪距噪声及残余误差，
Figure GDA0004146033660000165
为无电离层组合载波观测量；
Figure GDA0004146033660000166
为第一频点上的原始载波观测量，
Figure GDA0004146033660000167
为第二频点上的原始载波观测量，
Figure GDA0004146033660000168
为无电离层组合载波相位噪声及残余误差，c为光速，
Figure GDA0004146033660000169
为含有接收机和卫星伪距硬件延迟和载波相位硬件延迟的无电离层组合模糊度，
Figure GDA00041460336600001610
Figure GDA00041460336600001611
为无电离层组合载波观测量波长，
Figure GDA00041460336600001612
为整周模糊度，
Figure GDA00041460336600001613
为接收机伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001614
为卫星伪距硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001615
为接收机载波相位硬件延迟，
Figure GDA00041460336600001616
为卫星载波相位硬件延迟。
式(11)中，无电离层组合模糊度
Figure GDA00041460336600001617
可以分为宽巷模糊度和窄巷模糊度分别进行固定，即式(1)和式(2)。
S55、结合所述FCBs产品，对所述PPP定位模型进行参数估计和检验，得到所述定位结果。
S551、利用所述FCBs产品计算用户端的接收机端FCBs，并对所述用户端的接收机端FCBs进行改正，得到改正后的用户端接收机端FCBs，并进行模糊度固定，得到固定的无电离层组合模糊度。
具体地，用户端对实数模糊度进行卫星端FCBs改正后还应解算出接收机端的FCBs并进行改正。接收机端宽巷FCBs求解及改正方法为：对于宽巷实数模糊度进行卫星端FCBs改正后，所有的宽巷模糊度将具有一致的小数部分，对其求平均即可求得接收机宽巷FCBs，改正接收机宽巷FCBs后，就能进行宽巷模糊度固定，接收机端窄巷FCBs的求解及改正方法类似，恢复窄巷模糊度的整数特性后，采用LAMBDA搜索方法进行窄巷模糊度固定，最后固定的无电离层组合模糊度为：
Figure GDA00041460336600001618
其中，
Figure GDA00041460336600001619
为无电离层组合模糊度，f1为第一频点频率，f2为第二频点频率，
Figure GDA0004146033660000171
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fn,r为接收机窄巷FCBs，
Figure GDA0004146033660000172
为卫星端窄巷FCBs，
Figure GDA0004146033660000173
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度。
S552、将所述无电离层组合模糊度带入所述PPP定位模型中，计算得到所述定位结果。
具体地，将式(12)计算得到的无电离层组合模糊度
Figure GDA0004146033660000174
数值带入式(11)中，然后对其他误差源采用相应模型进行修正，接着采用抗差卡尔曼滤波求解，最后进行残差检验，若残差不存在则输出定位结果。
本实施例提出的分布式高精度位置服务中心PPP产品定位方法针对传统的集中式位置服务中心计算压力大、传输大量数据导致的高额成本以及传统PPP中收敛时间过慢而导致的用户体验不佳的情况，通过采用地基增强系统地面观测网估计的非差FCBs，有效降低收敛时间，使得用户在非差定位条件下快速得到位置服务；相较于传统PPP，定位精度相近，收敛时间减少，用户体验提升，大面积推广成本更低。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位装置的结构示意图。该分布式北斗位置服务中心PPP产品定位装置包括实时数据接收模块、实时数据流预处理模块、实时数据处理模块、实时产品播发模块和PPP定位模块。
实时数据接收模块，用于获取地基增强系统地面观测网数据。实时数据流预处理模块与实时数据接收模块连接，用于对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据。实时数据处理模块与实时数据流预处理模块连接，用于根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs。实时产品播发模块与实时数据处理模块连接，用于播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。PPP定位模块与实时产品播发模块连接，用于结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
进一步的，实时数据接收模块采用分布式卫星数据接收系统。分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，公共数据接收计算机用于接收公共数据，公共数据为所有观测站点所公用的数据，多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的观测站点清单，通过Ntrip协议与对应观测站点建立连接并接收来自对应观测站点的观测数据。不同观测站点的观测数据和公共数据共同形成地面观测网数据。
实时数据流预处理模块采用分布式数据流处理系统。分布式数据流处理系统包括多个非实时数据处理应用模块和多个实时数据处理应用模块。每个非实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标非实时算法软件，且多个非实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上，以利用不同的数据处理计算机接收来自大数据存储平台的相应原始数据并进行非实时数据处理，获得观测卫星的相应非实时指标；每个实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标实时算法软件，且多个实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上，以利用不同的数据处理计算机接收来自实时数据网络和各观测站的实时观测数据并进行实时数据处理，获得待测卫星的相应实时指标。由观测卫星的相应非实时指标和待测卫星的相应实时指标共同形成非差载波观测数据。
各个模块的具体处理方法请参见实施例一，本实施例不再赘述。
本发明的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法针对传统的集中式位置服务中心计算压力大、传输大量数据导致的高额成本以及传统PPP中收敛时间过慢而导致的用户体验不佳的情况，通过实时数据接收模块接收地基增强系统地面观测网数据，然后通过实时数据流预处理模块处理观测网数据并估计非差FCBs，其中实时数据接收模块采用分布式卫星数据接收系统，实时数据流预处理模块采用分布式数据流处理系统，再结合PPP定位方法进行定位，有效降低收敛时间，使得用户在非差定位条件下快速得到位置服务，收敛时间短，用户体验提升，大面积推广成本更低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，包括步骤：
利用分布式卫星数据接收系统获取地基增强系统地面观测网数据，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机；
采用分布式处理系统对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据，所述分布式处理系统包括多个非实时数据处理应用模块和多个实时数据处理应用模块，每个非实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标非实时算法软件，且多个非实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上以利用不同的数据处理计算机接收来自大数据存储平台的相应原始数据并进行非实时数据处理，获得观测卫星的相应非实时指标，每个实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标实时算法软件，且多个实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上以利用不同的数据处理计算机接收来自实时数据网络和各观测站的实时观测数据并进行实时数据处理，获得待测卫星的相应实时指标；由观测卫星的相应非实时指标和待测卫星的相应实时指标共同形成非差载波观测数据；
根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs，包括步骤：利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量；根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
其中，利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量，包括步骤：将地面观测网中第一测站的接收机FCBs固定为0，并将所述第一测站的卫星载波相位模糊度取整，得到所述第一测站观测卫星的卫星端FCBs；利用所述第一测站的卫星端FCBs对与所述第一测站具有公共卫星的第二测站的卫星载波相位模糊度进行改正，估计得到所述第二测站的接收机FCBs，并利用所述第二测站的接收机FCBs计算非公共卫星的卫星端FCBs；重复上述步骤，得到所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs；利用所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs对所有的卫星载波相位模糊度进行改正和固定，得到改正和固定好的卫星载波相位模糊度；根据所述改正和固定好的卫星载波相位模糊度计算非差模糊度的小数部分，得到所述虚拟观测量：
Figure FDA0004146033650000021
Figure FDA0004146033650000022
其中，
Figure FDA0004146033650000023
为非差宽巷模糊度的小数部分，
Figure FDA0004146033650000024
为非差窄巷模糊度的小数部分，
Figure FDA0004146033650000025
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的宽巷浮点模糊度，
Figure FDA0004146033650000026
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的窄巷浮点模糊度，
Figure FDA0004146033650000027
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，
Figure FDA0004146033650000028
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fw,r为接收机端宽巷FCBs，fn,r为接收机端窄巷FCBs，
Figure FDA0004146033650000029
为卫星端宽巷FCBs，fn s为卫星端窄巷FCBs；
播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
2.根据权利要求1所述的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs，包括：
根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程：
Figure FDA0004146033650000031
其中，
Figure FDA0004146033650000032
为非差宽巷和窄巷模糊度小数部分，m为每个测站观测到的卫星数量，l为参考站网的测站数量，fi(i＝1…l)为接收机FCBs，fj(j＝1…m)为卫星端FCBs，P为实数解模糊度的权矩；
对所述模糊度观测方程进行最小二乘平差，并对卫星载波相位模糊度进行固定，重复该过程进行迭代直至所有卫星载波相位模糊度均固定完毕，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs。
3.根据权利要求1所述的布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，通过互联网利用RTCM网络传输协议进行所述FCBs产品播发。
4.根据权利要求1所述的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果，包括：
对广播星历、SSR改正数和GNSS接收机接收的原始数据进行解码，得到解码数据；
利用所述解码数据计算精密钟差、轨道修正数和小数偏差产品，以得到精密轨道、精密钟差、码偏差、观测值和天线文件；
对所述精密轨道、所述精密钟差、所述码偏差、所述观测值进行粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复，得到预处理数据；
根据所述预处理数据建立PPP定位模型；
结合所述FCBs产品，对所述PPP定位模型进行参数估计和检验，得到所述定位结果。
5.根据权利要求4所述的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，所述PPP定位模型为：
Figure FDA0004146033650000041
Figure FDA0004146033650000042
其中，s、Z、r分别为卫星号、卫星系统、接收机，Z代表G、R、C、E，
Figure FDA0004146033650000043
为无电离层组合伪距观测量，
Figure FDA0004146033650000044
为信号频率，
Figure FDA0004146033650000045
为与频率相关的放大因子，
Figure FDA0004146033650000046
为第一频点上的原始伪距测量值，
Figure FDA0004146033650000047
为第二频点上的原始伪距测量值，
Figure FDA0004146033650000048
为方向余弦，x为三维坐标增量，
Figure FDA0004146033650000049
为接收机钟差，
Figure FDA00041460336500000410
为湿投影函数，Zw为天顶湿延迟改正值，
Figure FDA00041460336500000411
为无电离层组合下与频率相关的伪距硬件延迟总和，
Figure FDA00041460336500000412
为无电离层组合伪距噪声及残余误差，
Figure FDA00041460336500000413
为无电离层组合载波观测量；
Figure FDA00041460336500000414
为第一频点上的原始载波观测量，
Figure FDA00041460336500000415
为第二频点上的原始载波观测量，
Figure FDA00041460336500000416
为无电离层组合载波相位噪声及残余误差，c为光速，
Figure FDA00041460336500000417
为含有接收机和卫星伪距硬件延迟和载波相位硬件延迟的无电离层组合模糊度，
Figure FDA00041460336500000418
Figure FDA00041460336500000419
为无电离层组合载波观测量波长，
Figure FDA00041460336500000420
为整周模糊度，
Figure FDA00041460336500000421
为接收机伪距硬件延迟，
Figure FDA00041460336500000422
为卫星伪距硬件延迟，
Figure FDA00041460336500000423
为接收机载波相位硬件延迟，
Figure FDA00041460336500000424
为卫星载波相位硬件延迟。
6.根据权利要求4所述的分布式北斗位置服务中心PPP产品定位方法，其特征在于，结合所述FCBs产品，对所述PPP定位模型进行参数估计和检验，得到所述定位结果，包括步骤：
利用所述FCBs产品计算用户端的接收机端FCBs，并对所述用户端的接收机端FCBs进行改正，得到改正后的用户端接收机端FCBs，并进行模糊度固定，得到固定的无电离层组合模糊度：
Figure FDA0004146033650000051
其中，
Figure FDA0004146033650000052
为无电离层组合模糊度，f1为第一频点频率，f2为第二频点频率，
Figure FDA0004146033650000053
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fn,r为接收机窄巷FCBs，fn s为卫星端窄巷FCBs，
Figure FDA0004146033650000054
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度；
将所述无电离层组合模糊度带入所述PPP定位模型中，计算得到所述定位结果。
7.一种分布式北斗位置服务中心PPP产品定位装置，其特征在于，包括：
实时数据接收模块，用于获取地基增强系统地面观测网数据，所述实时数据接收模块采用分布式卫星数据接收系统，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机；
实时数据流预处理模块，用于对所述地面观测网数据进行预处理，得到非差载波观测数据，所述实时数据流预处理模块采用分布式处理系统，所述分布式处理系统包括多个非实时数据处理应用模块和多个实时数据处理应用模块，每个非实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标非实时算法软件，且多个非实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上以利用不同的数据处理计算机接收来自大数据存储平台的相应原始数据并进行非实时数据处理，获得观测卫星的相应非实时指标，每个实时数据处理应用模块至少集成有一个卫星指标实时算法软件，且多个实时数据处理应用模块分别设置在不同的数据处理计算机上以利用不同的数据处理计算机接收来自实时数据网络和各观测站的实时观测数据并进行实施数据处理，获得待测卫星的相应实时指标；由观测卫星的相应非实时指标和待测卫星的相应实时指标共同形成非差载波观测数据；
实时数据处理模块，用于根据所述非差载波观测数据模糊度的小数特性，以非差模糊度作为虚拟观测量组成模糊度观测方程，并计算所述地面观测网的卫星端FCBs和接收机FCBs，包括步骤：利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量；根据所述虚拟观测量组所述模糊度观测方程并进行求解，得到所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
其中，利用所述非差载波观测数据求取所述虚拟观测量，包括步骤：将地面观测网中第一测站的接收机FCBs固定为0，并将所述第一测站的卫星载波相位模糊度取整，得到所述第一测站观测卫星的卫星端FCBs；利用所述第一测站的卫星端FCBs对与所述第一测站具有公共卫星的第二测站的卫星载波相位模糊度进行改正，估计得到所述第二测站的接收机FCBs，并利用所述第二测站的接收机FCBs计算非公共卫星的卫星端FCBs；重复上述步骤，得到所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs；利用所述地面观测网中所有的接收机FCBs和卫星端FCBs对所有的卫星载波相位模糊度进行改正和固定，得到改正和固定好的卫星载波相位模糊度；根据所述改正和固定好的卫星载波相位模糊度计算非差模糊度的小数部分，得到所述虚拟观测量：
Figure FDA0004146033650000061
Figure FDA0004146033650000062
其中，
Figure FDA0004146033650000063
为非差宽巷模糊度的小数部分，
Figure FDA0004146033650000064
为非差窄巷模糊度的小数部分，
Figure FDA0004146033650000065
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的宽巷浮点模糊度，
Figure FDA0004146033650000066
为含有接收机和卫星端硬件延迟影响的窄巷浮点模糊度，
Figure FDA0004146033650000067
为含有宽巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，
Figure FDA0004146033650000068
为含有窄巷硬件延迟整周影响的整周模糊度，fw,r为接收机端宽巷FCBs，fn,r为接收机端窄巷FCBs，
Figure FDA0004146033650000069
为卫星端宽巷FCBs，fn s为卫星端窄巷FCBs；
实时产品播发模块，用于播发FCBs产品，其中，所述FCBs产品包括所述卫星端FCBs和所述接收机FCBs；
PPP定位模块，用于结合所述FCBs产品，利用PPP方法进行实时定位，得到定位结果。
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