CN114740508A - 一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法 - Google Patents

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CN114740508A CN202210480556.XA CN202210480556A CN114740508A CN 114740508 A CN114740508 A CN 114740508A CN 202210480556 A CN202210480556 A CN 202210480556A CN 114740508 A CN114740508 A CN 114740508A
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Abstract

本发明提出一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，属于导航定位领域。本发明基于国内北斗和低轨卫星地基基准站双频伪距和载波相位数据，结合星载低轨卫星的北斗双频伪距和载波相位观测数据，估计北斗与低轨卫星精密轨道、钟差、钟速和钟漂，以及区域电离层和对流层等空间大气延迟量并建立相关模型；针对解算的增强信息进行分类，建立广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池；同时通过识别用户行为或需求，判断用户应用的精度需求和所需增强信息的类型，利用负载均衡的方式，实现匹配海量、多类用户高并发的高精度定位服务。

Description

一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法
技术领域
本发明涉及导航定位领域，具体是指一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，能够满足海量用户实时、高并发、高精度的定位需求。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)可向全球用户提供快速、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务，在军事与民用的多个行业领域发挥着重要的作用。如今，海量大众用户对位置服务的精度和时效性提出了更高的要求，如何为广域、区域的海量用户实时提供高并发、高精度的定位服务是一项亟需解决的问题。
近年来，诸多研究证实低轨卫星有助于提升GNSS系统在精度、可靠性、可用性和抗干扰等方面的性能，而即将到来的大规模低轨卫星星座时代为解决传统卫星定位的不足带来了契机。但是在精密定轨效率、向海量用户提供服务等方面存在不足，主要体现在：
(1)GNSS卫星与低轨卫星精密定轨过程多为分星座逐步实施，过程复杂、效率较低；
(2)GNSS联合低轨卫星的定位方式与新一代高精度高动态实时PPP-RTK技术结合较少，未能形成服务体系；
(3)面对多种定位需求的用户，智能识别用户精度需求以及满足海量高并发的服务请求需着重解决。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明针对广域、区域的海量用户实时提供高并发、高精度的定位需求，提出一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，该方法基于GNSS/低轨卫星观测数据，利用精密轨道、钟差、电离层、对流层、卫星相位偏差等增强信息进行实时估计，并结合用户行为以及自适应的逻辑负载均衡方法，实现匹配用户类型的高精度自适应定位服务。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，包括以下步骤：
(1)基于北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，结合星载低轨卫星的伪距和载波相位观测数据，采用一步法实现北斗与低轨卫星联合的精密轨道和钟差估计；
(2)利用北斗与低轨卫星精密轨道和钟差数据，联合区域北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，估计北斗与低轨卫星钟差的钟速和钟漂，以及区域电离层和对流层的空间大气延迟量；
(3)基于北斗与低轨卫星的精密轨道和钟差信息，以及钟速、钟漂、区域电离层与对流层的大气延迟量，根据经纬度信息，建立广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池；
(4)根据用户上报的实时位置、速度和需求，采用用户行为挖掘方法，实时识别用户应用场景与精度需求，利用负载均衡的方式，结合多类差分增强信息，实现匹配海量、多类用户高并发的高精度定位服务。
进一步的，步骤(1)的具体方式为：
(101)建立地面测站和低轨卫星的GNSS双频观测方程：
Figure BDA0003627549010000031
Figure BDA0003627549010000032
Figure BDA0003627549010000033
Figure BDA0003627549010000034
式中，P,L分别代表伪距和载波相位观测值，g和leo分别代表地面测站和低轨卫星，s,j分别代表GNSS卫星和频率号，
Figure BDA0003627549010000035
和
Figure BDA0003627549010000036
为导航卫星质心到地面测站相位中心和低轨卫星质心之间的几何距离，c为真空中的光速，δtg、δtleo和δts分别代表测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差，λj代表第j个频率的信号波长，bg,j、bleo,j和
Figure BDA0003627549010000037
分别是测站端、低轨卫星端和卫星端的伪距硬件延迟，Bg,j、Bleo,j和
Figure BDA0003627549010000038
分别代表测站端、低轨卫星端和卫星端的相位延迟，
Figure BDA0003627549010000039
代表第j个频率对应的电离层延迟，
Figure BDA00036275490100000310
代表地面测站的对流层斜延迟，
Figure BDA00036275490100000311
和
Figure BDA00036275490100000312
代表以周为单位的整周模糊度；
Figure BDA00036275490100000313
和
Figure BDA00036275490100000314
分别代表伪距和载波相位上的多路径效应和观测噪声之和；
(102)构建无电离层组合模型来消除电离层延迟的影响，建立组合观测方程：
Figure BDA00036275490100000315
Figure BDA00036275490100000316
Figure BDA00036275490100000317
Figure BDA00036275490100000318
式中，下标IF表示消电离层组合；
(103)地面测站坐标固定为已知值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计，然后对组合观测方程进行线性化，得到：
Figure BDA0003627549010000041
Figure BDA0003627549010000042
Figure BDA0003627549010000043
Figure BDA0003627549010000044
其中，
Figure BDA0003627549010000045
和
Figure BDA0003627549010000046
为改正已知信息和模型值后的伪距观测值，
Figure BDA0003627549010000047
和
Figure BDA0003627549010000048
为改正已知信息和模型值后的相位观测值，其余相关参数计算方式如下：
Figure BDA0003627549010000049
Figure BDA00036275490100000410
Figure BDA00036275490100000411
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure BDA00036275490100000412
Figure BDA00036275490100000413
Oleo,0＝(xleo,0,yleo,0,zleo,0,vleo,x,vleo,y,,vleo,z,pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)T
Figure BDA00036275490100000414
Figure BDA00036275490100000415
式中，
Figure BDA00036275490100000416
和
Figure BDA00036275490100000417
分别是从地面测站和从低轨卫星到导航卫星方向上的单位向量；
Figure BDA00036275490100000418
和
Figure BDA00036275490100000419
分别是导航卫星和低轨卫星的状态转移矩阵；
Figure BDA00036275490100000420
代表导航卫星的初始状态，包括导航卫星在初始历元的位置
Figure BDA0003627549010000051
速度
Figure BDA0003627549010000052
以及待估的光压参数
Figure BDA0003627549010000053
Oleo,0代表低轨卫星的状态转移矩阵，包括低轨卫星的初始位置(xleo,0,yleo,0,zleo,0)、初始速度(vleo,x,vleo,y,,vleo,z)以及力模型参数(pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)；
Figure BDA0003627549010000054
和
Figure BDA0003627549010000055
是待估的测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差；
Figure BDA0003627549010000056
是待估的地面测站对流层参数，包括对流层湿分量Zg，南北向对流层梯度参数Gns和东西向对流层梯度参数Gew；
Figure BDA0003627549010000057
代表对流层湿分量的投影函数；
Figure BDA0003627549010000058
代表对流层梯度部分的投影函数；a代表方位角；
对于步骤(1)中的联合定轨，其待估参数表示为：
Figure BDA0003627549010000059
(104)利用广域、区域跟踪站和低轨卫星的观测数据，解算步骤(103)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的轨道和钟差。
进一步的，步骤(2)的具体方式为：
(201)利用步骤(1)估计的卫星钟差序列δτs(t)构建二次多项式模型：
δτs(t)＝δτs(t0)+a1(t-t0)+a2(t-t0)2
式中，t为钟差对应的历元时刻；
根据二次多项式模型解算钟速a1和钟漂a2；
(202)固定地面测站坐标、卫星轨道、卫星钟差为已知值或步骤(1)中的估计值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计；此外，估计区域电离层延迟，估计接收机与卫星相位偏差、接收机钟差、整周模糊度参数；构建的非差非组合观测方程为：
Figure BDA0003627549010000061
Figure BDA0003627549010000062
其中，相关参数计算方式如下：
Figure BDA0003627549010000063
定义
Figure BDA0003627549010000064
则有：
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
γj＝α·(μj+1)·c/λj
κj＝α·(μj+μ2)·c/λj
Bbase,j＝B1,j+γj·b1,2-κj·b1,1
(203)利用区域北斗和低轨卫星地基骨干节点基准站的双频伪距和载波相位数据，解算(202)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的相位偏差、对流层湿延迟、电离层斜延迟的值。
进一步的，步骤(3)的具体方式为：
(301)利用步骤(2)中解算的对流层湿延迟值，建立其与经纬度相关的模型：
Figure BDA0003627549010000065
式中，αi(i＝0…4)表示天顶对流层湿延迟多项式系数；
Figure BDA0003627549010000066
和Δθr＝θr-θ0分别表示参考站r的经纬度
Figure BDA0003627549010000071
与测区中央经纬度
Figure BDA0003627549010000072
之差；hr为参考站r的大地高；
(302)利用步骤(2)中解算的电离层斜延迟值，建立电离层斜延迟模型：
Figure BDA0003627549010000073
式中，
Figure BDA0003627549010000074
和ΔθIPP＝θIPP-θ0分别表示卫星至接收机经过电离层薄层穿刺点经纬度与测区中央经纬度
Figure BDA0003627549010000075
之差；βi(i＝0…5)表示电离层斜延迟多项式系数；
(303)基于卫星精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数、对流层湿延迟模型参数，建立增强信息广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池，并将增强信息池中的信息由主服务中心推送到分布于全国各地的多个CDN(内容分发网络)服务节点；
其中，精密轨道、钟差、钟速和钟漂作为第一增强信息，用以提供传统PPP服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂和卫星相位偏差作为第二增强信息，用以提供传统PPP-AR服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数和对流层湿延迟模型参数作为第三增强信息，用以提供PPP-RTK服务。
进一步的，步骤(4)的具体方式为：
(401)用户发送增强信息使用请求以及实时位置至正常DNS服务器；正常DNS服务器将信息传输至CDN的DNS服务器进行负载均衡处理，并为用户分配连接的CDN服务节点；用户根据分配的信息与CDN服务节点建立连接，用于收发信息；
(402)用户上报其速度时间序列和增强信息类型需求至连接的CDN服务节点；服务节点计算用户的三维各方向速度的标准差：
Figure BDA0003627549010000081
其中(Sx,Sy,Sz)分别为三个方向速度的标准差，n是速度序列的历元个数，(vxi,vyi,vzi)是历元i对应各方向的速度量，
Figure BDA0003627549010000082
为各方向速度序列的均值；
(403)利用三个方向速度的标准差，计算用于判断用户应用场景的参数
Figure BDA0003627549010000083
如果用户未明确上报增强信息类型需求，则进行用户应用场景分析，以提供相应的增强信息：Std＞1m/s，一般定位需求，提供第一增强信息；0.1m/s＜Std≤1m/s，中高精度定位需求，提供第二增强信息；Std≤0.1m/s，高精度定位需求，提供第三增强信息；
(404)用户收到增强信息后根据相应的算法实施PPP、PPP-AR或PPP-RTK定位应用。
本发明与现有技术相比所取得的有益效果为：
(1)本发明基于GNSS/低轨卫星双频观测数据，融合精密轨道、钟差、电离层、对流层、卫星相位偏差等增强信息进行实时估计。
(2)能够利用CDN的DNS服务器对用户的增强信息请求进行负载均衡处理，建立用户与CDN服务节点之间的连接，向用户高效提供实时高精度的定位增强信息。
(3)CDN服务节点能够根据用户提交的速度信息，在无明确需求的情况下，根据用户运动状态信息判断用户对定位精度的需求，向其提供相应类型的定位增强信息。
(4)能够向用户提供广域和区域实时PPP、PPP-AR和PPP-RTK三类定位服务的增强信息。
附图说明
图1为本发明实施例中服务中心与用户端之间业务连通图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面对本发明的技术方案作进一步说明。
一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，该方法基于国内北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，结合星载低轨卫星的伪距和载波相位观测数据，估计北斗与低轨卫星精密轨道和钟差、钟速和钟漂，以及区域电离层和对流层等空间大气延迟量并建立相关模型；针对解算的增强信息进行分类，建立广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池；同时通过识别用户行为或需求，判断用户应用的精度需求和所需增强信息的类型，利用负载均衡的方式，实现匹配海量、多类用户高并发的高精度定位服务。具体包括以下步骤：
(1)基于国内北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，结合星载低轨卫星的伪距和载波相位观测数据，采用“一步法”实现北斗与低轨卫星联合精密轨道和钟差的估计；
(2)利用北斗与低轨卫星精密轨道和钟差数据，联合区域北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，估计北斗与低轨卫星钟差的钟速和钟漂，以及区域电离层和对流层等空间大气延迟量；
(3)基于北斗与低轨卫星精密轨道和钟差信息，以及钟速、钟漂、区域电离层与对流层等大气延迟量，对增强信息分区分层，建立广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池；
(4)根据用户上报的实时位置、速度和需求，采用用户行为挖掘方法，实时识别用户应用场景与精度需求，利用负载均衡的方式，结合多类差分增强信息，实现匹配海量、多类用户高并发的高精度定位服务。
其中，步骤(1)的具体方式为：
(101)建立地面测站和低轨卫星的GNSS双频观测方程：
Figure BDA0003627549010000101
Figure BDA0003627549010000102
Figure BDA0003627549010000103
Figure BDA0003627549010000104
式中，P,L分别代表伪距和载波相位观测值，g和leo分别代表地面测站和低轨卫星，s,j分别代表GNSS卫星和频率号，
Figure BDA0003627549010000105
和
Figure BDA0003627549010000106
为导航卫星质心到地面测站相位中心和低轨卫星质心之间的几何距离，c为真空中的光速，δtg、δtleo和δts分别代表测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差，λj代表第j个频率的信号波长，bg,j、bleo,j和
Figure BDA0003627549010000107
分别是测站端、低轨卫星端和卫星端的伪距硬件延迟，Bg,j、Bleo,j和
Figure BDA0003627549010000108
分别代表测站端、低轨卫星端和卫星端的相位延迟，
Figure BDA0003627549010000109
代表第j个频率对应的电离层延迟，
Figure BDA0003627549010000111
代表地面测站的对流层斜延迟，
Figure BDA0003627549010000112
和
Figure BDA0003627549010000113
代表以周为单位的整周模糊度；
Figure BDA0003627549010000114
和
Figure BDA0003627549010000115
分别代表伪距和载波相位上的多路径效应和观测噪声之和；
(102)构建无电离层组合模型来消除电离层延迟的影响，建立组合观测方程：
Figure BDA0003627549010000116
Figure BDA0003627549010000117
Figure BDA0003627549010000118
Figure BDA0003627549010000119
式中，下标IF表示消电离层组合；
(103)地面测站坐标固定为已知值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计，然后对组合观测方程进行线性化，得到：
Figure BDA00036275490100001110
Figure BDA00036275490100001111
Figure BDA00036275490100001112
Figure BDA00036275490100001113
其中，
Figure BDA00036275490100001114
和
Figure BDA00036275490100001115
为改正已知信息和模型值后的伪距观测值，
Figure BDA00036275490100001116
和
Figure BDA00036275490100001117
为改正已知信息和模型值后的相位观测值，其余相关参数计算方式如下：
Figure BDA00036275490100001118
Figure BDA00036275490100001119
Figure BDA00036275490100001120
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure BDA0003627549010000121
Figure BDA0003627549010000122
Oleo,0＝(xleo,0,yleo,0,zleo,0,vleo,x,vleo,y,,vleo,z,pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)T
Figure BDA0003627549010000123
Figure BDA0003627549010000124
式中，
Figure BDA0003627549010000125
和
Figure BDA0003627549010000126
分别是从地面测站和从低轨卫星到导航卫星方向上的单位向量；
Figure BDA0003627549010000127
和
Figure BDA0003627549010000128
分别是导航卫星和低轨卫星的状态转移矩阵；
Figure BDA0003627549010000129
代表导航卫星的初始状态，包括导航卫星在初始历元的位置
Figure BDA00036275490100001210
速度
Figure BDA00036275490100001211
以及待估的光压参数
Figure BDA00036275490100001212
Oleo,0代表低轨卫星的状态转移矩阵，包括低轨卫星的初始位置(xleo,0,yleo,0,zleo,0)、初始速度(vleo,x,vleo,y,,vleo,z)以及力模型参数(pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)；
Figure BDA00036275490100001213
和
Figure BDA00036275490100001214
是待估的测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差；
Figure BDA00036275490100001215
是待估的地面测站对流层参数，包括对流层湿分量Zg，南北向对流层梯度参数Gns和东西向对流层梯度参数Gew；
Figure BDA00036275490100001216
代表对流层湿分量的投影函数；
Figure BDA00036275490100001217
代表对流层梯度部分的投影函数；a代表方位角；
对于步骤(1)中的联合定轨，其待估参数表示为：
Figure BDA00036275490100001218
(104)利用广域、区域跟踪站和低轨卫星的观测数据，解算步骤(103)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的轨道和钟差。
其中，步骤(2)的具体方式为：
(201)利用步骤(1)估计的卫星钟差序列δτs(t)构建二次多项式模型：
δτs(t)＝δτs(t0)+a1(t-t0)+a2(t-t0)2
式中，t为钟差对应的历元时刻；
根据二次多项式模型解算钟速a1和钟漂a2；
(202)固定地面测站坐标、卫星轨道、卫星钟差为已知值或步骤(1)中的估计值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计；此外，估计区域电离层延迟，估计接收机与卫星相位偏差、接收机钟差、整周模糊度参数；构建的非差非组合观测方程为：
Figure BDA0003627549010000131
Figure BDA0003627549010000132
其中，相关参数计算方式如下：
Figure BDA0003627549010000133
定义
Figure BDA0003627549010000134
则有：
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
γj＝α·(μj+1)·c/λj
κj＝α·(μj+μ2)·c/λj
Bbase,j＝B1,j+γj·b1,2-κj·b1,1
(203)利用区域北斗和低轨卫星地基骨干节点基准站的双频伪距和载波相位数据，解算(202)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的相位偏差、对流层湿延迟、电离层斜延迟的值。
步骤(3)的具体方式为：
(301)利用步骤(2)中解算的对流层湿延迟值，建立其与经纬度相关的模型：
Figure BDA0003627549010000141
式中，αi(i＝0…4)表示天顶对流层湿延迟多项式系数；
Figure BDA0003627549010000142
和Δθr＝θr-θ0分别表示参考站r的经纬度
Figure BDA0003627549010000143
与测区中央经纬度
Figure BDA0003627549010000144
之差；hr为参考站r的大地高；
(302)利用步骤(2)中解算的电离层斜延迟值，建立电离层斜延迟模型：
Figure BDA0003627549010000145
式中，
Figure BDA0003627549010000146
和ΔθIPP＝θIPP-θ0分别表示卫星至接收机经过电离层薄层穿刺点经纬度与测区中央经纬度
Figure BDA0003627549010000147
之差；βi(i＝0…5)表示电离层斜延迟多项式系数；
(303)基于卫星精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数、对流层湿延迟模型参数，建立增强信息广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池，并将增强信息池中的信息由主服务中心推送到分布于全国各地的多个CDN(内容分发网络)服务节点；
其中，精密轨道、钟差、钟速和钟漂作为第一增强信息，用以提供传统PPP服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂和卫星相位偏差作为第二增强信息，用以提供传统PPP-AR服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数和对流层湿延迟模型参数作为第三增强信息，用以提供PPP-RTK服务。
步骤(4)中服务中心与用户端之间的业务连通方式如图1所示，步骤(4)的具体步骤为：
(401)用户发送增强信息使用请求以及实时位置至正常DNS服务器；正常DNS服务器将信息传输至CDN的DNS服务器进行负载均衡处理，并为用户分配连接的CDN服务节点；用户根据分配的信息与CDN服务节点建立连接，用于收发信息；
(402)用户上报其速度时间序列和增强信息类型需求至连接的CDN服务节点；服务节点计算用户的三维各方向速度的标准差：
Figure BDA0003627549010000151
其中(Sx,Sy,Sz)分别为三个方向速度的标准差，n是速度序列的历元个数，(vxi,vyi,vzi)是历元i对应各方向的速度量，
Figure BDA0003627549010000152
为各方向速度序列的均值；
(403)利用三个方向速度的标准差，计算用于判断用户应用场景的参数
Figure BDA0003627549010000153
如果用户未明确上报增强信息类型需求，则进行用户应用场景分析，以提供相应的增强信息：Std＞1m/s，一般定位需求，提供第一增强信息；0.1m/s＜Std≤1m/s，中高精度定位需求，提供第二增强信息；Std≤0.1m/s，高精度定位需求，提供第三增强信息；
(404)用户收到增强信息后根据相应的算法实施PPP、PPP-AR或PPP-RTK定位应用。

Claims (5)

1.一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基于北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，结合星载低轨卫星的伪距和载波相位观测数据，采用一步法实现北斗与低轨卫星联合的精密轨道和钟差估计；
(2)利用北斗与低轨卫星精密轨道和钟差数据，联合区域北斗和低轨卫星地基骨干节点的基准站伪距和载波相位数据，估计北斗与低轨卫星钟差的钟速和钟漂，以及区域电离层和对流层的空间大气延迟量；
(3)基于北斗与低轨卫星的精密轨道和钟差信息，以及钟速、钟漂、区域电离层与对流层的大气延迟量，根据经纬度信息，建立广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池；
(4)根据用户上报的实时位置、速度和需求，采用用户行为挖掘方法，实时识别用户应用场景与精度需求，利用负载均衡的方式，结合多类差分增强信息，实现匹配海量、多类用户高并发的高精度定位服务。
2.根据权利要求1所述的一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，其特征在于，步骤(1)的具体方式为：
(101)建立地面测站和低轨卫星的GNSS双频观测方程：
Figure FDA0003627549000000011
Figure FDA0003627549000000012
Figure FDA0003627549000000013
Figure FDA0003627549000000014
式中，P,L分别代表伪距和载波相位观测值，g和leo分别代表地面测站和低轨卫星，s,j分别代表GNSS卫星和频率号，
Figure FDA0003627549000000021
和
Figure FDA0003627549000000022
为导航卫星质心到地面测站相位中心和低轨卫星质心之间的几何距离，c为真空中的光速，δtg、δtleo和δts分别代表测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差，λj代表第j个频率的信号波长，bg,j、bleo,j和
Figure FDA0003627549000000023
分别是测站端、低轨卫星端和卫星端的伪距硬件延迟，Bg,j、Bleo,j和
Figure FDA00036275490000000218
分别代表测站端、低轨卫星端和卫星端的相位延迟，
Figure FDA0003627549000000024
代表第j个频率对应的电离层延迟，
Figure FDA0003627549000000025
代表地面测站的对流层斜延迟，
Figure FDA0003627549000000026
和
Figure FDA0003627549000000027
代表以周为单位的整周模糊度；
Figure FDA0003627549000000028
和
Figure FDA0003627549000000029
分别代表伪距和载波相位上的多路径效应和观测噪声之和；
(102)构建无电离层组合模型来消除电离层延迟的影响，建立组合观测方程：
Figure FDA00036275490000000210
Figure FDA00036275490000000211
Figure FDA00036275490000000212
Figure FDA00036275490000000213
式中，下标IF表示消电离层组合；
(103)地面测站坐标固定为已知值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计，然后对组合观测方程进行线性化，得到：
Figure FDA00036275490000000214
Figure FDA00036275490000000215
Figure FDA00036275490000000216
Figure FDA00036275490000000217
其中，
Figure FDA0003627549000000031
和
Figure FDA00036275490000000322
为改正已知信息和模型值后的伪距观测值，
Figure FDA0003627549000000032
和
Figure FDA0003627549000000033
为改正已知信息和模型值后的相位观测值，其余相关参数计算方式如下：
Figure FDA0003627549000000034
Figure FDA0003627549000000035
Figure FDA0003627549000000036
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure FDA0003627549000000037
Figure FDA0003627549000000038
Oleo,0＝(xleo,0,yleo,0,zleo,0,vleo,x,vleo,y,,vleo,z,pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)T
Figure FDA0003627549000000039
Figure FDA00036275490000000310
式中，
Figure FDA00036275490000000311
和
Figure FDA00036275490000000312
分别是从地面测站和从低轨卫星到导航卫星方向上的单位向量；
Figure FDA00036275490000000313
和
Figure FDA00036275490000000314
分别是导航卫星和低轨卫星的状态转移矩阵；
Figure FDA00036275490000000315
代表导航卫星的初始状态，包括导航卫星在初始历元的位置
Figure FDA00036275490000000316
速度
Figure FDA00036275490000000317
以及待估的光压参数
Figure FDA00036275490000000318
Oleo,0代表低轨卫星的状态转移矩阵，包括低轨卫星的初始位置(xleo,0,yleo,0,zleo,0)、初始速度(vleo,x,vleo,y,,vleo,z)以及力模型参数(pleo,1,pleo,2,…,pleo,n)；
Figure FDA00036275490000000319
和
Figure FDA00036275490000000320
是待估的测站、低轨卫星接收机钟差和导航卫星钟差；
Figure FDA00036275490000000321
是待估的地面测站对流层参数，包括对流层湿分量Zg，南北向对流层梯度参数Gns和东西向对流层梯度参数Gew；
Figure FDA0003627549000000041
代表对流层湿分量的投影函数；
Figure FDA0003627549000000042
代表对流层梯度部分的投影函数；a代表方位角；
对于步骤(1)中的联合定轨，其待估参数表示为：
Figure FDA0003627549000000043
(104)利用广域、区域跟踪站和低轨卫星的观测数据，解算步骤(103)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的轨道和钟差。
3.根据权利要求1所述的一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：
(201)利用步骤(1)估计的卫星钟差序列δτs(t)构建二次多项式模型：
δτs(t)＝δτs(t0)+a1(t-t0)+a2(t-t0)2
式中，t为钟差对应的历元时刻；
根据二次多项式模型解算钟速a1和钟漂a2；
(202)固定地面测站坐标、卫星轨道、卫星钟差为已知值或步骤(1)中的估计值，采用先验Saastamoinen模型对地面测站的对流层延迟干、湿分量进行改正，并将湿分量作为分段常数参数进行估计；此外，估计区域电离层延迟，估计接收机与卫星相位偏差、接收机钟差、整周模糊度参数；构建的非差非组合观测方程为：
Figure FDA0003627549000000044
Figure FDA0003627549000000045
其中，相关参数计算方式如下：
Figure FDA0003627549000000051
定义
Figure FDA0003627549000000052
则有：
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
γj＝α·(μj+1)·c/λj
κj＝α·(μj+μ2)·c/λj
Bbase,j＝B1,j+γj·b1,2-κj·b1,1
(203)利用区域北斗和低轨卫星地基骨干节点基准站的双频伪距和载波相位数据，解算(202)中的观测方程，从而精密确定GNSS和低轨卫星的相位偏差、对流层湿延迟、电离层斜延迟的值。
4.根据权利要求1所述的一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，其特征在于，步骤(3)的具体方式为：
(301)利用步骤(2)中解算的对流层湿延迟值，建立其与经纬度相关的模型：
Figure FDA0003627549000000053
式中，αi(i＝0…4)表示天顶对流层湿延迟多项式系数；
Figure FDA0003627549000000054
和Δθr＝θr-θ0分别表示参考站r的经纬度
Figure FDA0003627549000000055
与测区中央经纬度
Figure FDA0003627549000000056
之差；hr为参考站r的大地高；
(302)利用步骤(2)中解算的电离层斜延迟值，建立电离层斜延迟模型：
Figure FDA0003627549000000061
式中，
Figure FDA0003627549000000062
和ΔθIPP＝θIPP-θ0分别表示卫星至接收机经过电离层薄层穿刺点经纬度与测区中央经纬度
Figure FDA0003627549000000063
之差；βi(i＝0…5)表示电离层斜延迟多项式系数；
(303)基于卫星精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数、对流层湿延迟模型参数，建立增强信息广域与区域融合的高精度时空位置增强信息池，并将增强信息池中的信息由主服务中心推送到分布于全国各地的多个CDN内容分发网络服务节点；
其中，精密轨道、钟差、钟速和钟漂作为第一增强信息，用以提供传统PPP服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂和卫星相位偏差作为第二增强信息，用以提供传统PPP-AR服务；精密轨道、钟差、钟速、钟漂、卫星相位偏差、电离层斜延迟模型参数和对流层湿延迟模型参数作为第三增强信息，用以提供PPP-RTK服务。
5.根据权利要求1所述的一种顾及用户行为的实时高并发高精度时空服务方法，其特征在于，步骤(4)的具体方式为：
(401)用户发送增强信息使用请求以及实时位置至正常DNS服务器；正常DNS服务器将信息传输至CDN的DNS服务器进行负载均衡处理，并为用户分配连接的CDN服务节点；用户根据分配的信息与CDN服务节点建立连接，用于收发信息；
(402)用户上报其速度时间序列和增强信息类型需求至连接的CDN服务节点；服务节点计算用户的三维各方向速度的标准差：
Figure FDA0003627549000000071
和
Figure FDA0003627549000000072
其中(Sx,Sy,Sz)分别为三个方向速度的标准差，n是速度序列的历元个数，(vxi,vyi,vzi)是历元i对应各方向的速度量，
Figure FDA0003627549000000073
为各方向速度序列的均值；
(403)利用三个方向速度的标准差，计算用于判断用户应用场景的参数
Figure FDA0003627549000000074
如果用户未明确上报增强信息类型需求，则进行用户应用场景分析，以提供相应的增强信息：Std＞1m/s，一般定位需求，提供第一增强信息；0.1m/s＜Std≤1m/s，中高精度定位需求，提供第二增强信息；Std≤0.1m/s，高精度定位需求，提供第三增强信息；
(404)用户收到增强信息后根据相应的算法实施PPP、PPP-AR或PPP-RTK定位应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115883612A (zh) * 2023-02-22 2023-03-31 深圳市北斗云信息技术有限公司 低功耗高精度多参数自适应的北斗物联网模组
CN116068670B (zh) * 2023-03-30 2023-06-06 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种无地面网络区适用的北斗水汽场实时重构方法及装置
CN116243341A (zh) * 2022-12-22 2023-06-09 国汽大有时空科技(安庆)有限公司 全国一体化的ppp-rtk服务系统构建方法、装置及系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116243341A (zh) * 2022-12-22 2023-06-09 国汽大有时空科技(安庆)有限公司 全国一体化的ppp-rtk服务系统构建方法、装置及系统
CN116243341B (zh) * 2022-12-22 2023-12-05 国汽大有时空科技(安庆)有限公司 全国一体化的ppp-rtk服务系统构建方法、装置及系统
CN115883612A (zh) * 2023-02-22 2023-03-31 深圳市北斗云信息技术有限公司 低功耗高精度多参数自适应的北斗物联网模组
CN116068670B (zh) * 2023-03-30 2023-06-06 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种无地面网络区适用的北斗水汽场实时重构方法及装置

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