CN114779281A - 实时卫星轨道和钟差ssr改正数生成和播发方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法及装置，所述方法包括以下步骤:在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值；将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。本发明没有增加轨道改正数的播放数据量，但达到了等效高频轨道改正数播发的效果；同时，通过对钟差改正数进行轨道径向误差补偿，可尽可能降低轨道改正数延迟对定位的影响。

Description

实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法及装置
技术领域
本发明涉及实时精密单点定位技术领域，具体涉及一种实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法及装置。
背景技术
实时精密单点定位技术(Real Time Precise Point Positioning,RT-PPP)是目前GNSS(Global Navigation Satellite System)领域常用的一种高精度绝对定位方法，可基于单台GNSS接收机获得全球范围内厘米级的定位精度。实时PPP技术是指基于单台GNSS接收机的实时载波相位和伪距观测值，通过综合考虑卫星轨道、钟差等各项误差的精确改正并进行非差定位解算，获得高精度的ITRF框架坐标的一种定位方法。实时PPP技术不需要用户自己架设基准站，不受作业距离限制、机动灵活，可广泛应用于精密农业，海洋测量，地震预警，自动驾驶等领域。
用户进行实时PPP定位的前提，需接收到服务端生成和播发的实时卫星轨道和钟差SSR(State Space Representation)改正数信息。即实时PPP定位中，用户在作业过程中，需要接收来自服务端播发的实时卫星轨道和钟差改正数，此类改正数可通过Internet网络或者地球静止轨道通讯卫星进行播发。通常，为了节省播发数据流量和带宽，服务端播发的并非卫星轨道和钟差的绝对改正量，而是以相对于广播星历和钟差的差值形式给出，称为轨道和钟差SSR改正数。但是由于轨道和钟差改正数接收延迟和不同步，常常会导致存在定位精度损失等问题。
传统的通常做法是降低卫星轨道SSR改正数的播发频率，但这会造成两个问题1)用户端接收到的SSR轨道改正数延迟过大，导致恢复出来的卫星轨道改正量含有较大的外推误差，这部分误差在PPP定位解算中无法被吸收，将直接影响最终定位结果，导致存在定位精度损失；2)用户端同时使用t1时刻的卫星钟差和t0时刻的卫星轨道，两者之间不匹配会引入一定的系统性误差，在定位时直接忽略该误差也会影响定位精度。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法及装置，解决传统的轨道和钟差改正数接收延迟和不同步，常常导致存在的定位精度损失等问题。
本发明采用以下技术方案：
实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，应用于服务端，包括以下步骤:
在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值；
将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
可选的，所述轨道改正数由于低频播发引起的误差值满足以下公式：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+dt)-ssr_orb(t0)；
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数在t0+dt时刻由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+dt)为服务端生成的t0+dt时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
可选的，所述补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+dt)＝ssr_clk(t0+dt)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+dt)为t0+dt时刻补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+dt时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
可选的，所述轨道改正数播发周期大于钟差改正数的播放周期。
可选的，所述轨道改正数播发周期为30s或60s,所述钟差改正数的播放周期为10s。
可选的，所述补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+10)＝ssr_clk(t0+10)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+10)为补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+10时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
可选的，所述误差值满足以下公式：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+10)-ssr_orb(t0)；
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+10)为服务端生成的t0+10时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发装置，包括:
误差获取单元，用于在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
补偿单元，用于将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值,并将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
播发单元，用于播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，实现所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过在轨道改正数的每一个播放周期内，将低频播发轨道SSR改正数引起的误差项，投影到轨道径向方向，然后补偿到高频播发的卫星钟差SSR改正值中，播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数，没有增加轨道改正数的播放数据量，但达到了等效高频轨道改正数播发的效果；同时，在不增加轨道改正数播发数据量的前提下，通过对钟差改正数进行轨道径向误差补偿，可尽可能降低轨道改正数延迟对定位的影响。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发装置的示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：
实施例一：
请参照图1所示，图1示出了本发明的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，应用于服务端，包括以下步骤:
步骤S1:在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
具体的，所述轨道改正数由于低频播发引起的误差值满足以下公式：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+dt)-ssr_orb(t0)；
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数在t0+dt时刻由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+dt)为服务端生成的t0+dt时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
在本实施例中，服务端生成的轨道改正数和钟差改正数可以按照以下方法计算得到，具体如下：(在下面介绍中，轨道改正数可称为轨道SSR改正数，卫星钟差改正数可称为钟差SSR改正数，不作区分。)
其中，卫星轨道SSR改正数包括星固系下径向、切向和法向三个改正分量(δr,δa,δc)及其对应的速度分量
Figure BDA0003521199640000051
卫星钟差SSR改正数包括3个二次多项式系数(C0,C1,C2)。
服务端卫星轨道SSR改正数的生成步骤如下：
1.1.分别计算t0时刻的精密卫星轨道Xprecise、广播星历轨道Xbroadcast，以及对应的轨道速度分量
Figure BDA0003521199640000052
和
Figure BDA0003521199640000053
1.2.将精密卫星轨道与广播星历轨道做差，得到ECEF框架下的轨道差值[δx,δy,δz]，以及对应的轨道速度差值
Figure BDA0003521199640000054
Figure BDA0003521199640000055
1.3.计算星固系在地心地固系下的单位向量(er,ea,ec)：
Figure BDA0003521199640000056
1.4.将轨道和轨道速度差值从地固系转换到星固坐标系下，得到卫星轨道SSR改正数：
Figure BDA0003521199640000061
服务端卫星钟差SSR改正数的计算步骤如下：
2.1.分别计算t0时刻的精密卫星钟差、钟速和钟漂
Figure BDA0003521199640000062
以及对应的广播星历钟差信息
Figure BDA0003521199640000063
(单位为纳秒)；
2.2.将两者做差后乘以光速c，即可得到SSR钟差改正数：
Figure BDA0003521199640000064
由于服务端SSR改正数计算延迟、更新频率以及传输延迟等综合影响，实际用户端接收到的SSR改正数不可避免的会存在一定的延迟。假定用户在t1时刻接收到了t0时刻的卫星轨道和钟差SSR改正数(t1>t0)，即可按以下步骤计算
得到t1时刻的精密卫星轨道和钟差改正量：
3.1计算t1时刻星固系下的轨道改正分量δO
Figure BDA0003521199640000065
3.2计算星固系在地心地固系下的单位向量(er,ea,ec)：
Figure BDA0003521199640000066
式中，r表示卫星广播位置向量，
Figure BDA0003521199640000067
为对应的速度向量。
3.3计算地心地固系下的轨道改正分量δX
δX＝[er,ea,ec]δO (0.7)
3.4基于广播星历生成t1时刻的精密星历Xprecise
Xprecise＝Xbroadcast-δX (0.8)
式中Xbroadcast表示由广播星历计算得到的卫星位置。
3.5计算t1时刻的卫星钟差改正数δC：
δC＝C0+C1(t1-t0)+C2(t1-t0)2 (0.9)
则t1时刻的精密卫星钟差δtprecise为：
Figure BDA0003521199640000071
式中，δtbroadcast为广播卫星钟差，c为真空中的光速。
用户基于t1时刻接收机的GNSS观测值，以及由上述步骤恢复得到的t1时刻精密卫星轨道和钟差改正数，即可实现实时PPP定位解算。从公式1.5和1.9可以看出，延迟项(t1-t0)越大，轨道和钟差SSR改正数需要外推的时间越长，恢复的到精密卫星轨道和钟差改正量误差也越大，进而对PPP定位的影响也就越大。
在实时PPP服务系统中，通常基于L波段通讯卫星播发SSR改正数，以解决海洋、荒漠等无Internet网络覆盖地区的高精度定位问题。考虑到L波段卫星的带宽资源有限，以及卫星轨道和钟差SSR改正数的时变特征，两者的播发频率也不一样。由于钟差的时变特性较强，其改正数通常以较高的频率进行生成和播发(如5s),而轨道改正数因具有一定的预报特性，同时其数据量比钟差改正数多一倍，即便能够高频生成，通常也会以较低的频率进行播发以降低播发数据量(比如30s或60s)。在上述具体过程中，将导致用户接收到的SSR轨道改正数和钟差改正数不是同一个时刻的，即用户端存在t1时刻SSR钟差改正数和t0时刻SSR轨道改正数混用的情况(t1>t0)。该问题如果处理不当会对实时PPP用户定位造成异常影响。
步骤S2:将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值，并将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
具体的，所述补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+dt)＝ssr_clk(t0+dt)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+dt)为t0+dt时刻补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+dt时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
步骤S3:播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
在本实施例中，所述轨道改正数播发周期大于钟差改正数的播放周期。
例如，所述轨道改正数播发周期为60s,所述钟差改正数的播放周期为10s。
需要说明的是，用户在进行PPP定位时，钟差和轨道径向误差对定位的影响最大。由于在t0+dt时刻对卫星钟差改正数进行了轨道径向误差补偿，用户在联合使用ssr_clk_cor(t0+dt)和ssr_orb(t0)改正数时，等效于使用ssr_clk(t0+dt)和ssr_orb(t0+dt)进行定位。同时，为了保障用户端能够匹配使用上述改正数，每组轨道和钟差SSR改正数均通过唯一ID号进行标记。
在上述实现过程中，通过在轨道改正数的每一个播放周期内，将低频播发轨道SSR改正数引起的误差项，投影到轨道径向方向，然后补偿到高频播发的卫星钟差SSR改正值中，播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数，没有增加轨道改正数的播放数据量，但达到了等效高频轨道改正数播发的效果；同时，在不增加轨道改正数播发数据量的前提下，通过对钟差改正数进行轨道径向误差补偿，可尽可能降低轨道改正数延迟对定位的影响。
下面以具体实施例对本发明的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法进行说明：
其中，所述轨道改正数播发周期为60s,所述钟差改正数的播放周期为10s。
一、在轨道改正数某一个播发周期内，假设t0时刻，服务端生成的轨道改正数为ssr_orb(t0)，生成的钟差改正数为ssr_clk(t0)；播发轨道改正数为ssr_orb(t0)，播发的钟差改正数为ssr_clk(t0)；
在t0+10时刻，服务端生成轨道改正数ssr_orb(t0+10)和轨道ssr_clk(t0+10)后，进行如下处理：
4.1)获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
即将t0+10和t0时刻的轨道改正数作差得到：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+10)-ssr_orb(t0)
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+10)为服务端生成的t0+10时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
4.2)将dif_ssr_orb投影到轨道径向方向并补偿到ssr_clk(t0+10)改正数：
ssr_clk_cor(t0+10)＝ssr_clk(t0+10)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+10)为补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+10时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
4.3)在t0+10时刻，播发补偿后的ssr_clk_cor(t0+10)和ssr_orb(t0)；
同理，当在t0+dt时刻(dt<60s)，生成并播发ssr_clk_cor(t0+dt)和ssr_orb(t0)；
其中，补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+dt)＝ssr_clk(t0+dt)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+dt)为t0+dt时刻补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+dt时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
二、在轨道改正数下一个播发周期内，假设是在t1时刻(t0+60s)，生成和播发ssr_clk(t1)和ssr_orb(t1)，即重复执行步骤4.1-4.3，当在t1+dt时刻(dt<60s)，生成并播发ssr_clk_cor(t1+dt)和ssr_orb(t1)；
其中，补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t1+dt)＝ssr_clk(t1+dt)+Radial(dif_ssr_orb)；
三、以此类推轨道改正数的各个播发周期。
在上述实现过程中，并没增加播发数据量，但考虑了卫星轨道SSR改正数延迟补偿，降低了轨道外推误差，可提高终端PPP定位精度；2)由于轨道SSR改正数实现了等效高频更新，不再需要播发轨道速度改正信息，可进一步降低播发数据量。
实施例二：
请参照图2所示，图2示出了本发明的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发装置，包括:
误差获取单元，用于在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
补偿单元，用于将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值,并将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
播发单元，用于播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
实施例三：
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，在本申请中可以通过图3所示的示意图来描述用于实现本申请实施例的本发明实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法的电子设备100。
如图3所示的一种电子设备的结构示意图，电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储装置104，这些组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图3所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，所述电子设备可以具有图3示出的部分组件，也可以具有图3未示出的其他组件和结构。
所述处理器102可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制所述电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。
所述存储装置104可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器102可以运行所述程序指令，以实现下文所述的本申请实施例中(由处理器实现)的功能以及/或者其它期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，应用于服务端，包括以下步骤:
在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值；
将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
2.根据权利要求1所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述轨道改正数由于低频播发引起的误差值满足以下公式：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+dt)-ssr_orb(t0)；
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数在t0+dt时刻由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+dt)为服务端生成的t0+dt时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
3.根据权利要求2所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+dt)＝ssr_clk(t0+dt)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+dt)为t0+dt时刻补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+dt时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
4.根据权利要求1所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述轨道改正数播发周期大于钟差改正数的播放周期。
5.根据权利要求1所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述轨道改正数播发周期为30s或60s,所述钟差改正数的播放周期为10s。
6.根据权利要求5所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述补偿后的钟差改正数满足以下公式：
ssr_clk_cor(t0+10)＝ssr_clk(t0+10)+Radial(dif_ssr_orb)；
其中，ssr_clk_cor(t0+10)为补偿后的钟差改正数，ssr_clk(t0+dt)为t0+10时刻的服务端生成的钟差改正数，Radial(dif_ssr_orb)为误差值投影到轨道径向方向的补偿值。
7.根据权利要求6所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法，其特征在于，所述误差值满足以下公式：
dif_ssr_orb＝ssr_orb(t0+10)-ssr_orb(t0)；
其中，dif_ssr_orb为轨道改正数由于低频播发引起的误差值，ssr_orb(t0+10)为服务端生成的t0+10时刻的轨道改正数，ssr_orb(t0)为服务端生成的t0时刻的轨道改正数。
8.实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发装置，其特征在于，包括:
误差获取单元，用于在轨道改正数每一个播发周期内，获取轨道改正数由于低频播发引起的误差值；
补偿单元，用于将所述误差值投影到轨道径向方向得到补偿值,并将所述补偿值补偿到钟差改正数，得到补偿后的钟差改正数；
播发单元，用于播发轨道改正数以及补偿后的钟差改正数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7任一项所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的实时卫星轨道和钟差SSR改正数生成和播发方法。
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