CN114966777A - 一种基于北斗短报文的精密单点定位系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于北斗短报文的精密单点定位系统和方法，通过搭建服务站采用北斗三号区域及全球短报文服务向用户播发GNSS卫星精密轨道及钟差改正数(SSR改正数)，用户站通过区域及全球短报文服务接收来自服务站的SSR改正数进行精密单点定位。
Description
技术领域
本发明涉及基于北斗卫星导航系统的精密单点定位技术，特别是一种基于北斗短报文的精密单点定位系统和方法。
背景技术
北斗卫星导航系统BDS作为我国自主研发、独立运行的GNSS(Global NavigationSatellite System)，与美国GPS、俄罗斯GLONASS以及欧盟Galileo系统并称为全球四大卫星导航系统。BDS的目标是在全球范围内为各类用户提供全天候、全天时、高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。北斗卫星导航系统建设根据“质量、安全、应用、效益”的总要求和坚持“自主、开放、兼容、渐近”的发展原则下，按照“先区域，后全球”的总体思路分布实施，采取“三步走”的发展战略稳步推进。2020年6月30日，北斗三号“收官之星”成功定点，标志着北斗三号全球卫星导航系统的全面建成。北斗三号系统提供多种服务，具体包括：面向全球范围，提供定位导航授时RNSS(RadioNavigation SatelliteSystem)、全球短报文通信GSMC(Global Short Message Communication)及国际搜救SAR(Search and Rescue)服务；在中国及周边地区，提供星基增强SBAS(Satellite-Based Augmentation System)、地基增强GAS(ground-based augmentation system)、精密单点定位B2b-PPP(Precise PointPositioning)和区域短报文通信RSMC(Regional Short Message Communication)服务。其中，除B2b-PPP之外，北斗GAS也可通过移动通信向用户提供精密单点定位服务。
北斗PPP服务在应用方面存在如下几个问题：a)旧体制信号B1I/B3I无法有效使用B2b-PPP改正数。b)若采用B1C/B2a双频信号进行精密单点定位，则同时接收机还需支持三颗GEO卫星B2b信号的捕获、跟踪以及电文的解析，这对某些低成本接收机来说需开辟额外的射频通道，即增加了硬件成本以及相应的软件工作量。c)由于在中国地区，三颗GEO均分布在南方(GEO，Geosynchronous orbit，Geostationary Earth Orbit，地球静止轨道)，因此若南方存在遮挡问题，则无法正常获取B2b-PPP改正数。d)若采用GAS服务进行B1I/B3I双频PPP，则用户端需接入移动通信网络，这对某些特定应用场合以及偏远地区用户来说可能无法实现。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种基于北斗短报文的精密单点定位系统和方法。
本发明技术解决方案如下：
一种基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，包括通过北斗星间链路连接的服务站和用户站，所述北斗星间链路上包括若干颗BD3-MEO卫星和若干颗BD3-GEO卫星，所述服务站接收BD3-GEO卫星广播的B2b-PPP信号，从所述B2b-PPP信号中得到实时的SSA改正数，将所述SSA改正数信息通过所述北斗星间链路以区域短报文RSMC以及全球短报文GSMC播发给用户站，用户站既可以自己接收B2b-PPP信号，也可接收服务站以短报文形式发过来的SSA改正数信息，进而进行精密单点定位。
所述SSA改正数包括GNSS卫星精密轨道改正数及钟差改正数。
所述GNSS卫星精密轨道改正数包括径向轨道改正数，切向轨道改正数，和法向轨道改正数。
所述SSA改正数包括以下相关数据：卫星号和IODE。
所述服务站包括B2b-PPP信号接收单元，移动通信单元，RSMC发射接收单元，和GSMC发射接收单元。
所述B2b-PPP信号接收单元捕获及跟踪三颗BD3-GEO卫星的B2b-PPP信号，解析电文得到实时的SSR改正数，所述移动通信单元接收来自北斗地基增强系统GAS的SSR改正数，所述RSMC发射接收单元捕获三颗BD3-GEO卫星信号将SSR改正数广播给用户站，所述GSMC发射接收单元捕获B2b-PPP信号并通过BD3-MEO卫星将SSR改正数广播给用户站。
所述用户站包括RNSS接收单元，RSMC接收单元，GSMC接收单元，和PPP解算单元。
所述RNSS接收单元捕获及跟踪BD3-MEO卫星或BD3-GEO卫星的GNSS信号，获取GNSS观测量及广播星历，所述RSMC接收单元接收来自服务站的SSR改正数信息，所述GSMC接收单元来自服务站的SSR改正数信息，所述PPP解算单元利用GNSS观测量、广播星历及SSR改正数进行精密单点定位。
一种基于北斗短报文的精密单点定位解算方法，用于上述基于北斗短报文的精密单点定位系统中PPP解算单元，包括以下步骤：
a)获取观测数据和SSR改正数；
b)每颗卫星设置导航电文的缓存，保证每颗星有离观测时刻最新的两组导航电文；
c)根据SSR中的IODE参数，在缓存中匹配对应的导航电文，匹配成功以后，根据SSR改正算法，计算每颗卫星的精密轨道和精密钟差；
d)根据高度角、载噪比、卫星可用性的参数剔除卫星，统计SSR和导航电文匹配成功且有符合解算条件的相位观测值数目，采用多普勒、GF或MW方法进行周跳探测；
e)进行对应的卫星钟跳探测和处理；
f)对于PPP滤波器的初始状态，采用伪距观测值对相位进行初始化，并给所有的状态量设置相对较大的状态量方差，对于滤波器非初始状态，则根据前一历元的滤波解采用动态模型进行状态量的预测，状态量方差在传递中根据参数类型的不同，分别选取白噪声或随机游走的方式；
g)先验状态量代入观测方程，解算伪距和相位观测值的残差，使用卡尔曼滤波器，对状态量进行更新，根据滤波后的伪距观测量中误差判断滤波器运行状态，根据滤波后的相位观测值标准差判断PPP状态更新的可用性。
本发明的技术效果如下：本发明一种基于北斗短报文的精密单点定位系统和方法，通过搭建服务站采用北斗三号区域及全球短报文服务向用户播发GNSS卫星精密轨道及钟差改正数(SSR改正数)，用户站通过区域及全球短报文服务接收来自服务站的SSR改正数进行精密单点定位。
本发明包括了服务站组成(B2b-PPP信号接收单元、移动通信单元、RSMC发射接收单元、GSMC发射接收单元)、用户站组成(RNSS接收单元、RSMC接收单元、GSMC接收单元、PPP解算单元)，服务站分别通过B2b-PPP信号和移动通信单元接收SSR改正数，并通过北斗区域短报文RSMC链路和北斗全球短报文GSMC链路将SSR改正数传输给用户站，用户站利用来自服务站的SSR改正数和RNSS观测数据实现PPP精密单点定位。
附图说明
图1是实施本发明一种基于北斗短报文的精密单点定位系统结构示意图。图1中包括通过北斗星间链路连接的服务站和用户站，左下方是服务站，右下方是用户站。北斗星间链路上包括若干颗BD3-MEO卫星和若干颗BD3-GEO卫星，MEO(Medium Earth Orbit)是中圆地球轨道，GEO(Geosynchronous orbit，Geostationary Earth Orbit)是地球静止轨道。服务站与BD3-MEO卫星之间具有GSMC下行信号和GSMC上行信号，GSMC(Global Short MessageCommunication)是全球短报文通信。服务站与BD3-GEO卫星之间具有RSMC下行信号和RSMC上行信号，RSMC(Regional Short Message Communication)是区域短报文通信。用户站与BD3-MEO卫星之间具有GSMC下行信号和RNSS信号，RNSS(Radio Navigation SatelliteSystem)是定位导航授时。用户站与BD3-GEO卫星之间具有RSMC下行信号。BD3-GEO卫星向服务站和用户站广播B2b-PPP信号(PPP，Precise Point Positioning，精密单点定位)。服务站包括B2b-PPP信号接收单元，移动通信单元，RSMC发射接收单元，和GSMC发射接收单元。用户站包括RNSS接收单元，RSMC接收单元，GSMC接收单元，和PPP解算单元。
具体实施方式
下面结合附图(图1)和实施例对本发明进行说明。
图1是实施本发明一种基于北斗短报文的精密单点定位系统结构示意图。参考图1所示，一种基于北斗短报文的精密单点定位系统，包括通过北斗星间链路连接的服务站和用户站，所述北斗星间链路上包括若干颗BD3-MEO卫星(MEO，中圆地球轨道)和若干颗BD3-GEO卫星(GEO，地球静止轨道)，所述服务站接收BD3-GEO卫星广播的B2b-PPP信号，从所述B2b-PPP信号中得到实时的SSA改正数(PPP，Precise Point Positioning；SSA，SpaceStatement Representation，状态空间域)，将所述SSA改正数信息通过所述北斗星间链路以区域短报文RSMC以及全球短报文GSMC播发给用户站(RSMC，Regional Short MessageCommunication；GSMC，Global Short Message Communication)，用户站既可以自己接收B2b-PPP信号，也可接收服务站以短报文形式发过来的SSA改正数信息，进而进行精密单点定位。所述SSA改正数包括GNSS卫星精密轨道改正数及钟差改正数。所述GNSS卫星精密轨道改正数包括径向轨道改正数(GNSS，Global Navigation Satellite System)，切向轨道改正数，和法向轨道改正数。所述SSA改正数包括以下相关数据：卫星号和IODE(Issue ofData Ephemeris，global positioning system，星历数据发布)。
所述服务站包括B2b-PPP信号接收单元，移动通信单元，RSMC发射接收单元，和GSMC发射接收单元。所述B2b-PPP信号接收单元捕获及跟踪三颗BD3-GEO卫星的B2b-PPP信号，解析电文得到实时的SSR改正数，所述移动通信单元接收来自北斗地基增强系统GAS的SSR改正数(GAS，ground-based augmentation system，地基增强)，所述RSMC发射接收单元捕获三颗BD3-GEO卫星信号将SSR改正数广播给用户站，所述GSMC发射接收单元捕获B2b-PPP信号并通过BD3-MEO卫星将SSR改正数广播给用户站。
所述用户站包括RNSS接收单元(RNSS，Radio Navigation Satellite System，定位导航授时)，RSMC接收单元，GSMC接收单元，和PPP解算单元。所述RNSS接收单元捕获及跟踪BD3-MEO卫星或BD3-GEO卫星的GNSS信号，获取GNSS观测量及广播星历，所述RSMC接收单元接收来自服务站的SSR改正数信息，所述GSMC接收单元来自服务站的SSR改正数信息，所述PPP解算单元利用GNSS观测量、广播星历及SSR改正数进行精密单点定位。
一种基于北斗短报文的精密单点定位解算方法，用于上述基于北斗短报文的精密单点定位系统中PPP解算单元，包括以下步骤：a)获取观测数据和SSR改正数；b)每颗卫星设置导航电文的缓存，保证每颗星有离观测时刻最新的两组导航电文；c)根据SSR中的IODE参数，在缓存中匹配对应的导航电文，匹配成功以后，根据SSR改正算法，计算每颗卫星的精密轨道和精密钟差；d)根据高度角、载噪比、卫星可用性的参数剔除卫星，统计SSR和导航电文匹配成功且有符合解算条件的相位观测值数目，采用多普勒、GF或MW方法进行周跳探测(GF，Geometry free；MW，Melbourne-Wubeena combination)；e)进行对应的卫星钟跳探测和处理；f)对于PPP滤波器的初始状态，采用伪距观测值对相位进行初始化，并给所有的状态量设置相对较大的状态量方差，对于滤波器非初始状态，则根据前一历元的滤波解采用动态模型进行状态量的预测，状态量方差在传递中根据参数类型的不同，分别选取白噪声或随机游走的方式；g)先验状态量代入观测方程，解算伪距和相位观测值的残差，使用卡尔曼滤波器，对状态量进行更新，根据滤波后的伪距观测量中误差判断滤波器运行状态，根据滤波后的相位观测值标准差判断PPP状态更新的可用性。
本发明提出了一种基于北斗短报文的精密单点定位PPP(Precise PointPositioning)技术，精密单点定位作为北斗三号新增的特色服务，其优势体现在：a)和传统商业PPP相比，北斗系统提供的PPP服务是公开、免费的；b)利用北斗PPP服务可在亚洲及周边区域实现高精度定位服务，不受基站距离限制；c)由北斗系统提供服务支持，完全自主可控，使得服务更加稳定可靠。为保证稳定、可靠以及覆盖全国的精密单点定位，本发明优化PPP改正数的获取及传输机制。针对导航接收机无法收取B2b信号以及特定用户无法通过网络获取GAS服务的问题，采用北斗三区域短报文(RSMC)将改正数信息播发给用户；另外，针对GEO卫星易受遮挡的问题，采用全球短报文进行同步数据传输。全球短报文(GSMC)是北斗三号新增的特色服务，以满足全球用户通过北斗卫星进行简单的数据通信，由于承载这项服务的卫星类型为MEO(Medium Earth Orbit，中圆地球轨道)，不太可能在同一时刻全部受到遮挡，因此可以作为B2b-PPP以及RSMC的补充。由此，本发明基于北斗三短报文的PPP技术需设置一台服务站，接收B2b-PPP信号以及GAS数据，同时将改正数信息通过区域短报文以及全球短报文播发给用户；用户端既可以自己接收B2b-PPP信号，也可接收服务站以短报文形式发过来的改正数信息，进而进行精密单点定位。图1描述了基于北斗三短报文的精密单点定位技术其系统组成。图1中包括了服务站组成(B2b-PPP信号接收单元、移动通信单元、RSMC发射接收单元、GSMC发射接收单元)、用户站组成(RNSS接收单元、RSMC接收单元、GSMC接收单元、PPP解算单元)，服务站分别通过B2b-PPP信号和移动通信单元接收SSR改正数，并通过北斗区域短报文RSMC链路和北斗全球短报文GSMC链路将SSR改正数传输给用户站，用户站利用来自服务站的SSR改正数和RNSS观测数据实现PPP精密单点定位。
正常获取北斗PPP改正数的方式有两种，一是捕获跟踪北斗三颗GEO的B2b信号(GEO，Geosynchronous orbit)，解析电文中播发的基于B1C频点的SSR改正数；二是接入北斗地基增强系统(GAS)移动网络，获取基于B1I频点的SSR改正数。获取方式的单一性给PPP的应用带来了一些阻碍：对于无法支持B2b信号的用户来说即无法正常获取改正数，同时对于只支持B1I/B3I且无法接入移动网络的用户，也无法正常获取GAS播发的改正数。为了解决改正数获取方式单一的问题，本发明增加以北斗短报文作为播发手段获取PPP改正数的方式。北斗三号区域短报文(RSMC)单次报文长度足够播发所有可见星改正数，但是存在三颗GEO易受遮挡的问题，因此采用全球短报文(GSMC)作为播发手段的补充，GSMC的上行和下行接入由MEO卫星完成，可充分保证传播链路的通畅。同时，为了保证改正数的实时性，采用多卡并行和串行联合发送的方式，保证改正数时延不超过60s。经测试验证，基于北斗三号短报文的PPP技术在保证改正数实时性的同时，无论是静态和动态均可达到预期精度，即水平误差不大于0.3m，垂直误差不大于0.6m，收敛时间小于30分钟。基于北斗三号短报文的PPP技术充分发挥了北斗各项特色服务，融合区域及全球短报文服务、GAS服务、PPP服务，可在各种应用场景进行推广和使用。
基于北斗三短报文的精密单点定位技术其系统组成包括：
1)服务站，进一步组成包括：
a)B2b-PPP信号接收单元
捕获及跟踪BD3三颗GEO卫星的B2b-PPP信号，解析电文得到实时的SSR(SpaceStatement Representation)改正数。
b)移动通信单元
接收来自北斗地基增强系统的SSR改正数。
c)北斗区域短报文(RSMC)发射接收单元
捕获三颗北斗GEO卫星信号，通过RSMC服务将SSR改正数向组内所有用户进行广播。
d)北斗全球短报文(GSMC)发射接收单元
捕获北斗B2b信号，通过GSMC服务将SSR改正数向组内所有用户进行广播。
2)用户站，进一步组成包括：
a)RNSS接收单元
捕获及跟踪北斗三号GNSS信号，获取观测量及广播星历。工作模式可以是B1C/B2a双频或者B1I/B3I双频；同时，接收机也可自行捕获三颗北斗GEO卫星的B2b-PPP信号，获取实时SSR改正数。
b)RSMC接收单元
接入RSMC服务接收来自服务站的改正数信息。
c)GSMC接收单元
接入GSMC服务接收来自服务站的改正数信息。
d)PPP解算单元
利用GNSS观测量、广播星历及改正数进行精密单点定位。
服务站一方面通过捕获跟踪三颗北斗三号GEO卫星的B2b信号，解析电文类型2播发的轨道改正数以及电文类型4播发的钟差改正数；另一方面，接入GAS移动网络接收改正数信息。GAS改正数基于RTCM格式，1303号电文同时包含轨道和钟差改正数信息，一般为5s播发一次。服务站实时获取到SSR改正数之后再通过RSMC及GSMC服务将其播发给用户。
改正数通过RSMC及GSMC服务播发时采用多卡并行及串行联合发送的方式，接收机每20s将最新的B2b-PPP改正数以及GAS改正数进行合并(将B2b-PPP与GAS改正数同一颗星的改正数进行合并)、分割(三颗星为1包)并打包发送(同时采用RSMC及GSMC)。
B2b-PPP及GAS改正数相关数据包括包括卫星号、IODE(Issue of DataEphemeris，global positioning system)、轨道改正数(径向、切向、法向)、卫星钟差改正数，采用紧凑格式的二进制打包方式，各类型参数需要的比特数如下表所示：
设计上最多传输15颗卫星的改正数，考虑到B2b-PPP与GAS对于同一颗星的改正数可能存在差异，则需同时发送B2b-PPP以及GAS改正数，则每颗星除卫星号外其他参数均需发送两套，共计158bit。以分钟卡(即1分钟可以进行一次短报文通信)为例，在多张卡并行发送的基础上，采用多卡组串行发送。即在上一组卡进入一分钟冷却期的时候，由另一组卡继续播发，多组卡轮流发送，缩短播发周期。因此，采用15张RSMC/GSMC指挥卡，5张卡分一组共三组，每张卡一次播发3颗卫星的改正数。当第1组RSMC/GSMC指挥卡播发完毕之后进入1分钟冷却期，此时由第2组RSMC/GSMC指挥卡接着进行播发，第2组播发完进入冷却期后由第三组继续播发，由此循环。则对于用户端，若采用RSMC/GSMC播发的改正数，最大更新频率为20s一次。采用该多卡并行及串行联合发送的方式可保证SSR改正数总时延不超过60s，经测试60s以内的时延不会对PPP精度产生太大的影响。
以分钟卡(即1分钟可以进行一次短报文通信)为例，RSMC一次最大可传输14000比特，即可一次性发送88颗星的改正数，播发完之后1分钟可再进行下一次播发；而GSMC一次最大可传输560bit，若同时发送B2b及GAS改正数，则只能发送3颗卫星的改正数，无法一次性发完。另外，若采用RSMC同时发送所有卫星改正数，则在发生误码或者用户机受到短暂遮挡的情况下，则当前播发的所有卫星改正数无法正常接收，因此无论是RSMC还是GSMC，均采用多张卡并行发送的模式，一方面提高短报文发送效率，另一方面防止一次接收失败导致所有卫星改正数无法正常使用的问题。
另外，需保证PPP改正数时延不超过60s，对于RSMC来说，端到端时延大概在秒级，而对于GSMC，经测试，端到端时延基本在20s以内；另外，对于GAS改正数，网络时延大概在20s以内。因此，考虑时延最大的情况，即采用GSMC发送GAS改正数，1分钟发送一次，则时延最大可达100s，可能会对PPP精度产生影响。因此，考虑在多张卡并行发送的基础上，采用多卡组串行发送。即在上一组卡进入一分钟冷却期的时候，由另一组卡继续播发，多组卡轮流发送，缩短播发周期。因此，采用15张RSMC/GSMC指挥卡，5张卡分一组共三组，每张卡一次播发3颗卫星的改正数。当第1组RSMC/GSMC指挥卡播发完毕之后进入1分钟冷却期，此时由第2组RSMC/GSMC指挥卡接着进行播发，第2组播发完进入冷却期后由第三组继续播发，由此循环。则对于用户端，若采用RSMC/GSMC播发的改正数，最大更新频率为20s一次。用户端通过RSMC/GSMC接收PPP改正数，可进行基于B1C/B2a或者B1I/B3I的精密单点定位解算，其解算流程为：
a)获取观测数据和SSR改正数(对于不同的应用模式采用不同的SSR改正数)。
b)每颗卫星设置导航电文的缓存，保证每颗星有离观测时刻最新的两组导航电文。
c)根据SSR中的IODE参数，在缓存中匹配对应的导航电文。匹配成功以后，根据SSR改正算法，计算每颗卫星的精密轨道和精密钟差。
d)根据高度角、载噪比、卫星可用性等参数剔除卫星，统计SSR和导航电文匹配成功且有符合解算条件的相位观测值数目。采用多普勒、GF(Geometry free)、MW(Melbourne-Wubeena combination)等方法进行周跳探测。
e)根据配置，进行对应的卫星钟跳探测和处理。
f)对于PPP滤波器的初始状态，采用伪距观测值对相位进行初始化，并给所有的状态量设置相对较大的状态量方差。对于滤波器非初始状态，则根据前一历元的滤波解采用动态模型进行状态量的预测，状态量方差在传递中根据参数类型的不同，分别选取白噪声或随机游走的方式。
g)先验状态量代入观测方程，解算伪距和相位观测值的残差、设计矩阵。使用卡尔曼滤波器，对状态量进行更新。根据滤波后的伪距观测量中误差判断滤波器运行状态，根据滤波后的相位观测值标准差判断PPP状态更新的可用性。
说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，包括通过北斗星间链路连接的服务站和用户站，所述北斗星间链路上包括若干颗BD3-MEO卫星和若干颗BD3-GEO卫星，所述服务站接收BD3-GEO卫星广播的B2b-PPP信号，从所述B2b-PPP信号中得到实时的SSA改正数，将所述SSA改正数信息通过所述北斗星间链路以区域短报文RSMC以及全球短报文GSMC播发给用户站，用户站既可以自己接收B2b-PPP信号，也可接收服务站以短报文形式发过来的SSA改正数信息，进而进行精密单点定位。
2.根据权利要求1所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述SSA改正数包括GNSS卫星精密轨道改正数及钟差改正数。
3.根据权利要求2所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述GNSS卫星精密轨道改正数包括径向轨道改正数，切向轨道改正数，和法向轨道改正数。
4.根据权利要求1所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述SSA改正数包括以下相关数据：卫星号和IODE。
5.根据权利要求1所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述服务站包括B2b-PPP信号接收单元，移动通信单元，RSMC发射接收单元，和GSMC发射接收单元。
6.根据权利要求5所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述B2b-PPP信号接收单元捕获及跟踪三颗BD3-GEO卫星的B2b-PPP信号，解析电文得到实时的SSR改正数，所述移动通信单元接收来自北斗地基增强系统GAS的SSR改正数，所述RSMC发射接收单元捕获三颗BD3-GEO卫星信号将SSR改正数广播给用户站，所述GSMC发射接收单元捕获B2b-PPP信号并通过BD3-MEO卫星将SSR改正数广播给用户站。
7.根据权利要求1所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述用户站包括RNSS接收单元，RSMC接收单元，GSMC接收单元，和PPP解算单元。
8.根据权利要求7所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统，其特征在于，所述RNSS接收单元捕获及跟踪BD3-MEO卫星或BD3-GEO卫星的GNSS信号，获取GNSS观测量及广播星历，所述RSMC接收单元接收来自服务站的SSR改正数信息，所述GSMC接收单元来自服务站的SSR改正数信息，所述PPP解算单元利用GNSS观测量、广播星历及SSR改正数进行精密单点定位。
9.一种基于北斗短报文的精密单点定位解算方法，用于上述权利要求1-8之一所述的基于北斗短报文的精密单点定位系统中PPP解算单元，包括以下步骤：
a)获取观测数据和SSR改正数；
b)每颗卫星设置导航电文的缓存，保证每颗星有离观测时刻最新的两组导航电文；
c)根据SSR中的IODE参数，在缓存中匹配对应的导航电文，匹配成功以后，根据SSR改正算法，计算每颗卫星的精密轨道和精密钟差；
d)根据高度角、载噪比、卫星可用性的参数剔除卫星，统计SSR和导航电文匹配成功且有符合解算条件的相位观测值数目，采用多普勒、GF或MW方法进行周跳探测；
e)进行对应的卫星钟跳探测和处理；
f)对于PPP滤波器的初始状态，采用伪距观测值对相位进行初始化，并给所有的状态量设置相对较大的状态量方差，对于滤波器非初始状态，则根据前一历元的滤波解采用动态模型进行状态量的预测，状态量方差在传递中根据参数类型的不同，分别选取白噪声或随机游走的方式；
g)先验状态量代入观测方程，解算伪距和相位观测值的残差，使用卡尔曼滤波器，对状态量进行更新，根据滤波后的伪距观测量中误差判断滤波器运行状态，根据滤波后的相位观测值标准差判断PPP状态更新的可用性。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115826017A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 武汉大学 | 约束模糊度定位方法、装置、设备及存储介质 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110798257A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 交通运输部长江通信管理局 | 一种用于构建北斗ais差分数据播发系统及方法 |
| CN111045042A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-21 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种基于“云-端”架构的ppp-rtk增强方法与系统 |
| CN111381262A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-07-07 | 航天宏图信息技术股份有限公司 | 一种北斗三号精密单点定位参数优化方法和装置 |
| CN112083462A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种海洋精密单点定位方法 |
| CN112415550A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 武汉大学 | 一种基于北斗短报文的低轨卫星实时精密定轨方法及系统 |
| CN112711048A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-27 | 中山大学 | 基于北斗三号rdss短报文的ssr传输方法及高精度定位系统 |
| CN113267790A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-08-17 | 武汉大学 | 基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法 |
| CN113391334A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-14 | 武汉大学 | 基于北斗全球短报文的空间信号测距误差改正数编码方法 |
| CN114280644A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | 一种基于PPP-B2b服务的精密单点定位系统及方法 |
-
2022
- 2022-04-21 CN CN202210421373.0A patent/CN114966777A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110798257A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 交通运输部长江通信管理局 | 一种用于构建北斗ais差分数据播发系统及方法 |
| CN111045042A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-21 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种基于“云-端”架构的ppp-rtk增强方法与系统 |
| CN111381262A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-07-07 | 航天宏图信息技术股份有限公司 | 一种北斗三号精密单点定位参数优化方法和装置 |
| CN112083462A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种海洋精密单点定位方法 |
| CN112415550A (zh) * | 2020-10-27 | 2021-02-26 | 武汉大学 | 一种基于北斗短报文的低轨卫星实时精密定轨方法及系统 |
| CN112711048A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-27 | 中山大学 | 基于北斗三号rdss短报文的ssr传输方法及高精度定位系统 |
| CN113267790A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-08-17 | 武汉大学 | 基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法 |
| CN113391334A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-14 | 武汉大学 | 基于北斗全球短报文的空间信号测距误差改正数编码方法 |
| CN114280644A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-05 | 广州南方卫星导航仪器有限公司 | 一种基于PPP-B2b服务的精密单点定位系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 马瑞;施闯;: "基于北斗卫星导航系统的精密单点定位研究", 导航定位学报, no. 02, 20 June 2013 (2013-06-20), pages 7 - 10 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115826017A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-21 | 武汉大学 | 约束模糊度定位方法、装置、设备及存储介质 |
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