CN114994723A - 基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质 - Google Patents

基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质，方法包括：电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据，所述星基增强数据包括单频星基增强信息和双频星基增强信息；获取地基增强数据；对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端。本发明可降低卫星播发的成本，且可为用户同时提供米级到厘米级的定位结果。

Description

基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质
技术领域
本发明涉及北斗导航技术领域，尤其涉及一种基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质。
背景技术
北斗卫星导航系统BDS(BeiDou Navigation Satellite System)拥有我国自主知识产权，可以向用户提供高精度定位服务，利用GEO卫星播发精密单点定位信号，具备动态分米级、静态厘米级，精密定位服务能力。
地基增强系统(GBAS)是卫星导航系统的补充。卫星导航系统是接收装置接收到4颗及以上导航卫星信号时，即可计算出其所在位置，但是这种定位方式精度为10m左右。为了提高定位精度，解决更大范围的高精定位需求，基于连续运行的永久参考站网(CORS站)，生成用户附近的虚拟观测数据，获取卫星定位测量时的误差，进而将卫星定位坐标与自身精确坐标对比后的“改正数”结果，通过互联网的方式发送给用户进行差分解算。从而用户终端提升定位精度，亦即实时动态定位(Real-Time Kinematic，RTK)技术。
北斗地基增强系统包括基准站网、监测站、数据传输网络、数据处理中心等部分。地基增强系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。通过提供差分修正信号，可达到提高卫星导航精度的目的，主要服务于地面应用。通过接收地面基准站网提供的差分修正信号、达到提高卫星导航精度的目的，优化后的定位精度可以从毫米级至亚米级不等。
地基增强的精度虽然很高，但覆盖范围却有一定限制。定位目标必须处在通信信号覆盖的范围之内，但在通信信号难以覆盖的高空、海上、沙漠和山区，则形成了大范围的定位盲区。
目前，通过星基增强系统弥补地基增强系统的不足，解决因地域限制而出现通信能力限制的问题。星基增强系统(SBAS)通过地球静止轨道(GEO)卫星搭载卫星导航增强信号转发器，可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息，具有精度高、可靠性好、广域覆盖的特点。
由于空中与海上无法建立连续运行参考站(CORS)作为基准站，无法使用地面上的局域差分技术。因此只能通过广域差分技术将定位误差中的各个部分通过模型计算出来，再以卫星信号的形式将这些修正信息发送至用户终端，用户终端根据修正信息并结合具体位置来计算出各个误差并对观测值进行改正。
北斗星基增强系统(BDSBAS)民用服务平台除了通过GEO卫星播发增强信息外，还可以通过其它通信网络向行业服务平台提供相较于空间信号更为丰富的SBAS增强信息，且其形式和信息格式可根据用户的需求进行定制。
通过北斗GEO卫星播发增强信息的常规应用模式，对用户终端天线要求较高，普通定位终端即使加入星基计算模块也无法应用SBAS星基数据进行定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质，可降低卫星播发的成本，且可为用户同时提供米级到厘米级的定位结果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于星基增强系统的高精度定位方法，包括：
电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据，所述星基增强数据包括单频星基增强信息和双频星基增强信息；
获取地基增强数据；
对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
本发明的有益效果在于：通过采用网络通信方式进行SBAS数据传输，可以节约卫星播发的成本；通过实现北斗星基增强系统监测站的星基数据与电力北斗精准位置网监测站的地基数据融合及增强处理，能够实现广域用户米级、分米级以及区域厘米级高精度、高完好性位置服务。本发明可以降低卫星播发的成本，提高用户终端的定位精度，为北斗增强服务系统提供实时的完好性服务评估策略。
附图说明
图1为本发明实施例一的一种基于星基增强系统的高精度定位方法的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种基于星基增强系统的高精度定位方法，包括：
电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据，所述星基增强数据包括单频星基增强信息和双频星基增强信息；
获取地基增强数据；
对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可以降低卫星播发的成本，且可为用户同时提供米级(星基增强)到厘米级(地基增强)的定位结果。
进一步地，所述电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据具体为：
根据各星基增强数据对应的发送周期，电力信息服务系统通过网络发送星基增强数据至电力北斗综合服务平台。
由上述描述可知，采用定期主动发送的机制发送数据，无需指令来驱动。
进一步地，所述电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据之后，进一步包括：
电力北斗综合服务平台对所述星基增强数据进行缓存；
根据预设的分隔符，对所述星基增强数据进行拆分，得到帧数据，并将所述帧数据加入至消息队列中。
由上述描述可知，通过发布-订阅模式的消息传递模式，支持分布式消息传递，基于可靠的消息队列，在客户端应用和消息系统之间异步传递消息。
进一步地，所述对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端之前，进一步包括：
当接收到用户端的定位服务请求时，获取所述用户端的概略位置；
根据所述概率位置，确定所述用户端请求的定位服务类型；
若所述定位服务类型为网络RTK服务，则生成对应的服务数据，并返回至所述用户端，否则执行所述对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端的步骤。
由上述描述可知，通过智能择优数据服务策略，根据用户等级智能选择一种最优的数据服务，并将数据播发给用户，满足高精度的定位需求，为用户终端使用提供更好的便利。
进一步地，所述将所述位置数据共同播发至用户端具体为：
通过RTCM协议将所述位置数据共同播发至用户端。
由上述描述可知，由于地基增强系统主要采用RTCM数据协议，考虑到数据协议通用性，使RTCM标准协议同时支持星基增强数据播发内容，因此，采用RTCM协议进行数据播发。
进一步地，所述单频星基增强信息包括星基增强PRN掩码、星基增强快变改正数、星基增强完好性信息、星基增强快变改正数降效因子、星基增强地球同步轨道卫星导航电文、星基增强降效因子、星基增强系统与协调世界时的时差参数、星基增强地球静止轨道卫星历书、星基增强电离层格网点掩码、星基增强电离层延迟改正数、星基增强慢变改正数、星基增强系统服务信息、星基增强星钟星历协方差阵和单频星基增强完好性告警信息；
所述双频星基增强信息包括星基增强PRN掩码、星基增强完好性信息、星基增强星钟星历修正数及协方差矩阵、星基增强系统卫星的星历、星历星钟协方差矩阵、星基增强降效参数、星基增强系统卫星历书、星基增强系统与协调世界时的时差参数、双频星基增强完好性告警信息。
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
实施例一
请参照图1，本发明的实施例一为：一种基于星基增强系统的高精度定位方法，可应用于定位服务系统。如图1所示，包括如下步骤：
S1：电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据。
电力信息服务系统和电力北斗综合服务平台间利用互联网专线进行通信，两端采用VPN设备进行数据加密。星基增强数据以实时数据流形式传输，实时数据流交互的网络传输协议是采用TCP/IP协议进行通信，即在传输层采用面向可靠连接的TCP传输协议，在网络层采用IP报文协议。
电力信息服务系统发往电力北斗综合服务平台的星基增强数据主要包括单频星基增强信息(BDS B1C、GPS L1)和双频星基增强信息(BDS B1C/B2a、GPS L1/L2)，都采用“定期主动发送”的机制发送数据，即按照规定频度主动发送，不需要由指令来驱动。
其中，单频星基增强信息包括以下信息：
1、星基增强PRN掩码，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星PRN掩码信息。
2、星基增强快变改正数，该信息最大更新间隔6秒。电力信息服务系统每6秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星快变改正数信息。
3、星基增强完好性信息，该信息最大更新间隔6秒。电力信息服务系统每6秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输n颗卫星星基增强完好性信息。
4、星基增强快变改正数降效因子，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整。
5、星基增强GEO卫星导航电文，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输n颗卫星星基增强GEO卫星导航电文信息。
6、星基增强降效因子，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输所有可视卫星降效因子信息。
7、SBAS(星基增强系统)与UTC(协调世界时)的时差参数，该信息最大更新间隔300秒。电力信息服务系统每240秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整。
8、星基增强GEO(地球静止轨道)卫星历书，该信息最大更新间隔300秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输n颗卫星星基增强GEO卫星历书信息。
9、星基增强电离层格网点掩码，该信息最大更新间隔300秒。电力信息服务系统每240秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多个带的电离层格网点掩码信息。
10、星基增强电离层延迟改正数，该信息最大更新间隔300秒。电力信息服务系统每240秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多个带的电离层延迟改正数信息。
11、星基增强慢变改正数，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星慢变改正数信息。
12、星基增强SBAS服务信息，该信息最大更新间隔300秒。电力信息服务系统每240秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多个区域SBAS服务信息。
13、星基增强星钟星历协方差阵，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星星基增强星钟星历协方差阵信息。
14、单频星基增强完好性告警信息，该信息发送频率为随机。当电力信息服务系统需向单频服务用户发送告警时，即时发送星基增强完好性告警信息(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)。
双频星基增强信息包括以下信息：
1、星基增强PRN掩码，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星PRN掩码信息。
2、星基增强完好性信息，该信息最大更新间隔6秒。电力信息服务系统每6秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输n颗卫星星基增强完好性信息。
3、星基增强星钟－星历修正数及协方差矩阵，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星星基增强星钟星历修正数及协方差矩阵信息。
4、SBAS(星基增强系统)卫星的星历、星历－星钟协方差矩阵，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输多颗卫星的星历、星历星钟协方差矩阵信息。
5、星基增强降效参数，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输所有可视卫星降效参数信息。
6、SBAS(星基增强系统)卫星历书信息，该信息最大更新间隔120秒。电力信息服务系统每120秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输n颗卫星的SBAS卫星历书信息。
7、SBAS(星基增强系统)与UTC(协调世界时)的时差参数，该信息最大更新间隔240秒，电力信息服务系统每240秒发送一次(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)，数据发送起始时刻可调整；每次传输信息处理系统计算得到的SBAS与UTC时差信息。
8、双频星基增强完好性告警信息，该信息发送频率为随机。当电力信息服务系统需向双频服务用户发送告警时，即时发送星基增强完好性告警信息(一次发送中，信息需连续发送三遍以防信道误码)。
通过实现上述22类SBAS民用服务平台数据与电力北斗综合服务平台的数据联通，由SBAS民用服务平台中的电力信息服务系统通过地面网络向电力北斗综合服务平台发送SBAS(星基增强系统)电文，确定平台之间的接口关系，明确对应的接口内容与相关约定。北斗卫星应用综合服务平台将接收到的数据进行内部存储，不同的数据电文对应不同的缓冲段，并根据规则解析处理数据。
进一步地，为了解决粘包和拆包问题，在发送数据包末尾加入分割符，本实施例中，分隔符为8字节的0x23。在解析数据时，根据预设的分隔符将接收到的数据分割为帧数据，并将帧数据放入kafka消息队列中，通过发布-订阅模式的消息传递模式，支持分布式消息传递，基于可靠的消息队列，在客户端应用和消息系统之间异步传递消息。
也就是说，电力北斗综合服务平台接入民用服务平台的星基增强数据，对接入的星基增强数据选择容器进行缓存，不同电文数据对应不同的缓存段，并将接收到的SBAS电文按照约定的分隔符进行解析处理为帧数据，并将帧数据放入kafka消息队列中，通过发布-订阅模式的消息传递模式，在客户端应用和消息系统之间异步传递消息。
S2：获取地基增强数据；即电力北斗综合服务平台从地基增强系统(GBAS)获取差分改正信息。
S3：对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端。即实现北斗星基增强系统监测站的星基数据与电力北斗精准位置网监测站的地基数据融合及增强处理。
进一步地，由于地基增强系统主要采用RTCM数据协议，考虑到数据协议通用性，使RTCM标准协议同时支持星基增强数据播发内容，因此，采用RTCM协议进行数据播发，并通过NTRIP协议进行用户身份验证及服务请求。
进一步地，通过智能择优数据服务策略，当用户向数据中心请求数据服务时，系统监控用户状态，获取用户概略位置，以此判断用户请求定位服务类型，如果为网络RTK服务，则系统生成服务数据，用户接收数据完成定位。如果不是网络RTK服务，就提供SBAS服务，即将融合处理得到的位置数据播发给用户。
由于通过北斗GEO卫星播发增强信息的常规应用模式，对用户终端天线要求较高，普通定位终端即使加入星基计算模块也无法应用SBAS星基数据进行定位，因此，本实施例采用网络通信方式进行SBAS数据传输，可以节约卫星播发的成本。
本实施例通过智能择优数据服务策略，根据用户等级智能选择一种最优的数据服务，并将数据播发给用户，满足各行业用户对于不同场景、不同精度的应用需求，兼顾通信成本及发挥星基和地基增强系统的优势，提供广域范围内米级、亚米级服务，区域范围内厘米级服务，确保用户得到更可靠、更高精度的数据服务，满足用户对于数据服务的需求，且保持稳定的高精度定位。
本实施例能够将星基增强系统与地基增强系统融合，形成优势互补，可以实现更大范围、更低成本、更高精度的定位服务，提高北斗综合服务平台运行的可靠性、高效性、稳定性和安全性，从而提升平台优势。
实施例二
本实施例是对应上述实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的基于星基增强系统的高精度定位方法实施例中的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
综上所述，本发明提供的一种基于星基增强系统的高精度定位方法及存储介质，通过采用网络通信方式进行SBAS数据传输，可以节约卫星播发的成本；通过实现北斗星基增强系统监测站的星基数据与电力北斗精准位置网监测站的地基数据融合及增强处理，能够实现广域用户米级、分米级以及区域厘米级高精度、高完好性位置服务；通过智能择优数据服务策略，根据用户等级智能选择一种最优的数据服务，并将数据播发给用户，满足各行业用户对于不同场景、不同精度的应用需求，提供广域范围内米级、亚米级服务，区域范围内厘米级服务，确保用户得到更可靠、更高精度的数据服务，满足用户对于数据服务的需求，且保持稳定的高精度定位。本发明能够将星基增强系统与地基增强系统融合，形成优势互补，可以实现更大范围、更低成本、更高精度的定位服务，提高北斗综合服务平台运行的可靠性、高效性、稳定性和安全性，从而提升平台优势。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，包括：
电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据，所述星基增强数据包括单频星基增强信息和双频星基增强信息；
获取地基增强数据；
对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端。
2.根据权利要求1所述的基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，所述电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据具体为：
根据各星基增强数据对应的发送周期，电力信息服务系统通过网络发送星基增强数据至电力北斗综合服务平台。
3.根据权利要求1所述的基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，所述电力北斗综合服务平台接收电力信息服务系统通过网络发送的星基增强数据之后，进一步包括：
电力北斗综合服务平台对所述星基增强数据进行缓存；
根据预设的分隔符，对所述星基增强数据进行拆分，得到帧数据，并将所述帧数据加入至消息队列中。
4.根据权利要求1所述的基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，所述对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端之前，进一步包括：
当接收到用户端的定位服务请求时，获取所述用户端的概略位置；
根据所述概率位置，确定所述用户端请求的定位服务类型；
若所述定位服务类型为网络RTK服务，则生成对应的服务数据，并返回至所述用户端，否则执行所述对所述星基增强数据与地基增强数据进行融合处理，得到位置数据，并将所述位置数据共同播发至用户端的步骤。
5.根据权利要求1或4所述的基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，所述将所述位置数据共同播发至用户端具体为：
通过RTCM协议将所述位置数据共同播发至用户端。
6.根据权利要求1所述的基于星基增强系统的高精度定位方法，其特征在于，所述单频星基增强信息包括星基增强PRN掩码、星基增强快变改正数、星基增强完好性信息、星基增强快变改正数降效因子、星基增强地球同步轨道卫星导航电文、星基增强降效因子、星基增强系统与协调世界时的时差参数、星基增强地球静止轨道卫星历书、星基增强电离层格网点掩码、星基增强电离层延迟改正数、星基增强慢变改正数、星基增强系统服务信息、星基增强星钟星历协方差阵和单频星基增强完好性告警信息；
所述双频星基增强信息包括星基增强PRN掩码、星基增强完好性信息、星基增强星钟星历修正数及协方差矩阵、星基增强系统卫星的星历、星历星钟协方差矩阵、星基增强降效参数、星基增强系统卫星历书、星基增强系统与协调世界时的时差参数、双频星基增强完好性告警信息。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
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