CN116840874A - 差分数据质量监测方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施方式提出一种差分数据质量监测方法、装置、电子设备及存储介质，属于定位技术领域，获取到待测虚拟参考站的差分数据后，基于差分数据对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数，并针对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，进而计算出每个差分数据的多路径误差，从而根据虚拟基站的电离层变化指数和差分数据的多路径误差，确定每个差分数据的质量，实现结合待测虚拟参考站的电离层活跃度和差分数据自身的伪距多路径来对差分数据质量进行综合评价，且不依赖第三方工具或已知的基准站，极大地提高了差分数据质量评价的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种差分数据质量监测方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
网络RTK(Real-time kinematic，载波相位差分技术)也称基准站RTK，是利用多个基准站构成一个基准站网络，基准站网络利用基准站的精确坐标作为已知信息来改善参考站间整周模糊度的固定效率，同时准确地估计站间实时的对流层延迟和电离层延迟等距离相关误差的影响。进而，利用它们建立空间相关模型，内插或外推模型生成虚拟参考站(Virtual Reference Station，VRS)，并播发给流动用户。
用户利用VRS差分数据消除或者削弱卫星端轨道误差、卫星端钟差对流动站的影响，从而达到提高定位结果精度。因此，VRS差分数据的质量对于测量测绘和终端用户定位至关重要。目前，VRS差分数据的评价一般依赖第三方工具或依赖已知的基准站网络的基准站，使得评价标准单一且准确度低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种差分数据质量监测方法、装置、电子设备及存储介质，其能够改善目前的VRS差分数据的评价标准单一且准确度低的问题。
为了实现上述目的，本发明实施方式采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施方式提供一种差分数据质量监测方法，所述方法包括：
获取待测虚拟参考站的差分数据；
基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；
对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径，并基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差；
结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量。
进一步的，所述基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数的步骤，包括：
对从所述待测虚拟参考站获取的差分数据进行采样，得到多个采样差分数据；
基于所述采样差分数据，计算相邻采样历元间的电离层变化率；
根据所述电离层变化率，评估出所述待测虚拟参考站的电离层变化指数。
进一步的，所述差分数据包括第一频率数据和第二频率数据；
所述基于所述采样差分数据，计算相邻采样历元间的电离层变化率的步骤，包括：
针对每个所述采样差分数据，将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据组成无距离组合，计算出所述采样差分数据的电离层延迟；
对于在相邻采样历元获取的两个采样差分数据，将所述两个采样差分数据的电离层延迟相减，得到电离层变化率。
进一步的，所述将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据组成无距离组合，计算出所述采样差分数据的电离层延迟的步骤，包括：
利用电离层延迟计算公式，将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据进行无距离组合，得到所述采样差分数据的电离层延迟；
所述电离层延迟计算公式包括：
其中，STEC表示电离层延迟，k表示固定系数，f1表示第一频率，f2表示第二频率，λ1表示第一频率载波相位波长，表示接收机至卫星在第一频率的载波相位观测量，λ2表示第二频率载波相位波长，/>表示接收机至卫星在第二频率的载波相位观测量。
进一步的，所述根据所述电离层变化率，评估出所述待测虚拟参考站的电离层变化指数的步骤，包括：
对每个所述电离层变化率取平方值，并计算出所有所述平方值的平均值，得到第一值；
计算出所有所述电离层变化率取平均值，并对所述平均值取平方值，得到第二值；
将所述第一值减去所述第二值，并对得到的差值进行开方运算，得到所述待测虚拟参考站的电离层变化指数。
进一步的，所述差分数据包括第一频率数据和第二频率数据；
所述对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径的步骤，包括：
针对每个所述差分数据，利用预设的伪距多路径方程，结合将所述差分数据的第一频率数据和第二频率数据，计算出所述第一频率数据的伪距多路径和所述第二频率数据的伪距多路径；
其中，所述伪距多路径方程由载波相位观测方程和伪距观测方程构建得到。
进一步的，所述基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差的步骤，包括：
确定误差计算窗口，以及确定每个所述误差计算窗口内的所有差分数据；
针对每个所述误差计算窗口，根据所述误差计算窗口的所有差分数据的伪距多路径，计算出所述误差计算窗口的多路径均值；
针对每个所述差分数据，将所述差分数据的伪距多路径与所属的误差计算窗口的多路径均值间的差值，作为所述差分数据的多路径误差。
进一步的，所述确定误差计算窗口的步骤，包括：
采用周跳探测方法，对每个所述差分数据进行处理，探测出周跳，并将相邻的两个所述周跳间的时段作为一个误差计算窗口；
或者，将获取到连续的预设数量个所述差分数据的时段作为一个误差计算窗口。
进一步的，所述方法还包括构建伪距多路径方程的步骤，该步骤包括：
将伪距观测方程和载波相位观测方程相减，得到初始方程；
基于载波相位观测方程，进行差分数据的双频载波相位观测方程的相减，得到电离层方程；
将所述电离层方程代入至所述初始方程，得到伪距多路径方程。
进一步的，所述伪距多路径方程包括：
其中，表示第一频率数据的伪距多路径，f1表示第一频率，f2表示第二频率，P1表示第一频率上的伪距观测量，P2表示第二频率上的伪距观测量，λ1表示第一频率载波相位波长，/>表示接收机至卫星在第一频率的载波相位观测量，λ2表示第二频率载波相位波长，表示接收机至卫星在第二频率的载波相位观测量，N1表示接收机至卫星在第一频率的整周模糊度，N2表示接收机至卫星在第二频率的整周模糊度。
进一步的，所述基于载波相位观测方程，进行差分数据的双频载波相位观测方程的相减，得到电离层方程的步骤，包括：
基于载波相位观测方程，构建第一载波相位观测方程和第二载波相位观测方程；其中，所述第一载波相位观测方程表征第一频率数据的载波相位观测方程，所述第二载波相位观测方程表征第二频率数据的载波相位观测方程；
将所述第一载波相位观测方程减去所述第二载波相位观测方程，得到第一电离层方程；
将所述第二载波相位观测方程减去所述第一载波相位观测方程，得到第二电离层方程。
进一步的，所述初始方程包括第一频率数据的初始方程和第二频率数据的初始方程；
所述将所述电离层方程代入至所述初始方程，得到伪距多路径方程的步骤，包括：
将所述第一电离层方程代入所述第一频率数据的初始方程，得到第一频率数据的伪距多路径方程；
将所述第二电离层方程代入所述第二频率数据的初始方程，得到第二频率数据的伪距多路径方程。
进一步的，所述结合所述电离层变化指数和所述伪距多路径，确定每个所述差分数据的质量的步骤，包括：
针对每个所述差分数据，根据预设的权重值，结合所述电离层变化指数和所述差分数据的伪距多路径，计算出所述差分数据的质量分。
进一步的，所述结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量的步骤，包括：
判断所述电离层变化指数是否小于预设的指数阈值时，若否，则判定电离层异常；
判断所述差分数据的每个频率上的多路径误差是否均小于对应的误差阈值时，若否，则判定存在多路径异常。
第二方面，本发明实施方式提供一种差分数据质量监测装置，包括数据获取模块、第一分析模块、第二分析模块和质量评估模块；
所述数据获取模块，用于获取待测虚拟参考站的差分数据；
所述第一分析模块，用于基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；
所述第二分析模块，用于对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径，并基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差；
所述质量评估模块，用于结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量。
第三方面，本发明实施方式提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以如第一方面所述的差分数据质量监测方法。
第四方面，本发明实施方式提供一种存储介质，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第一方面所述的差分数据质量监测方法。
本发明实施方式提供的差分数据质量监测方法、装置、电子设备及存储介质，获取到待测虚拟参考站的差分数据后，基于差分数据对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数，并针对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，进而计算出每个差分数据的多路径误差，从而根据虚拟基站的电离层变化指数和差分数据的多路径误差，确定每个差分数据的质量，实现结合待测虚拟参考站的电离层活跃度和差分数据自身的多路径误差来对差分数据质量进行综合评价，且不依赖第三方工具或已知的基准站，极大地提高了差分数据质量评价的准确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施方式，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施方式提供的差分数据质量监测系统的结构示意图。
图2示出了本发明实施方式提供的差分数据质量监测方法的流程示意图之一。
图3示出了图2中步骤S14的部分子步骤的流程示意图。
图4示出了图3中步骤S142的部分子步骤的流程示意图。
图5示出了本发明实施方式提供的差分数据质量监测方法的流程示意图之二。
图6示出了图2中步骤S16的部分子步骤的流程示意图。
图7示出了本发明实施方式提供的差分数据质量监测装置的方框示意图。
图8示出了本发明实施方式提供的电子设备的方框示意图。
附图标记：100-差分数据质量监测系统；10-监测设备；20-中央服务器；201-虚拟参考站；30-基准站；40-流动站；50-差分数据质量监测装置；501-数据获取模块；502-第一分析模块；503-第二分析模块；504-质量评估模块；60-电子设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
网络RTK是GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)中的一种卫星导航定位技术。网络RTK利用多个基准站构成一个基准站网，基准站网络利用基准站的精确坐标作为已知信息来改善参考站间整周模糊度的固定效率，同时准确地估计站间实时的对流层延迟和电离层延迟等距离相关误差的影响，进而利用它们建立空间相关模型，内插或外推模型生成虚拟参考站差分数据，并播发给流动用户。用户利用消除或者削弱卫星端轨道误差、卫星端钟差对流动站的影响，从而达到提高定位结果精度。
目前的VRS差分数据评价方法，一种是利用基准站作为流动站，VRS作为基准站，使用RTK算法解算“流动站”的位置信息，因为“流动站”的坐标已知，将两者做差，和预先设置的阈值作对比，依此来评价VRS的质量好坏。这种评价方法依赖第三方的工具，例如TEQC第三方开源工具，但是该工具只支持读取rinex2.0格式的观测数据，该格式并不支持目前VRS厂商支持的5星16频点的多系统多频点信号。
此外，这种评价方法依赖已知的基准站，而VRS点的距离相对于基准站的距离更远，超过15KM的长距离RTK解算会估计大气延迟，这样就失去了对评价VRS质量的意义，因为大气延迟是VRS数据质量评价的关键点。并且，对于短距离的RTK解算，只是以坐标超限作为评价指标并不能详细说明VRS的数据质量不好的根因。因此，存在评价标准单一且准确度低的问题。
基于上述考虑，本发明实施方式提供一种差分数据质量监测方法，其能够改善目前的VRS差分数据的评价标准单一且准确度低的问题。
本发明实施方式提供的差分数据质量监测方法，可以应用于如图1所示的差分数据质量监测系统100中，差分数据质量监测系统100包括监测设备10、中央服务器20、多个基准站30和流动站40，多个基准站30组成基准站30网。多个基准站30通过无线电或网络的方式与中央服务器20通信，中央服务器20通过无线电或网络等方式与监测设备10和流动站40通信连接，监测设备10可以通过无线电或网络等方式与流动站40通信连接。
每个基准站30将获取的GNSS数据发送至中央服务器20。
中央服务器20根据接收的所有GNSS数据，模拟出一个虚拟参考站201并生成VRS数据，以虚拟参考站201的身份向监测设备10和流动站40发送VRS数据。
监测设备10，用于利用本发明实施方式提供的差分数据质量监测方法对VRS数据进行评价，并将评价结果发送至流动站40。
流动站40，用于根据VRS数据的评价结果，利用VRS数据进行定位或导航。
应当理解的是，流动站40包括但不限于是：个人计算机、笔记本电脑、移动终端、手机和可穿戴式便携设备等设备。监测设备10可以是独立服务器，也可以是服务器集群。在本实施方式中，不作具体限定。
在一种可能的实施方式中，本发明实施方式提供了一种差分数据质量监测方法，参照图2，可以包括以下步骤。在本实施方式中，以该差分数据质量监测方法应用于图1中的监测设备10来举例说明。
S12，获取待测虚拟参考站的差分数据。
S14，基于差分数据，对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数。
S16，对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，并基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差。
S 18，结合电离层变化指数和多路径误差，确定每个差分数据的质量。
所有基准站30按相同的频率获取GNSS数据，并实时发送至中央服务器20，中央服务器20接收各基准站30发送的GNSS数据，并按多频差分技术，将接收的同一频率点的GNSS数据处理成多频差分数据。
在本实施方式中，同一频率点指的是在相同频率下的同一个时间点，例如，两个基准站30同频获取GNSS数据时，两者在12点1分5秒时获取的GNCC数据属于同一频率点的GNSS数据。以及，步骤S12中的差分数据为多频差分数据。
中央服务器20将生成的多频差分数据，从模拟的待测虚拟参考站201发送至监测设备10。监测设备10接收到差分数据后，基于差分数据，对待测虚拟参考站201的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数，并分析出每个差分数据的伪距多路径，进而基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差。从而针对每个差分数据，根据电离层电话指数和该差分数据的多路径误差，确定该差分数据的质量。监测设备10将差分数据的质量发送至流动站40后，流动站40可以依据差分数据的质量，进行定位或导航。
应当理解的是，待测虚拟参考站201的电离层变化指数实质上是卫星的电离层变化指数。
与传统的差分数据的评价方法相比，上述差分数据质量监测方法，评估出待测虚拟参考站的电离层活跃度和差分数据的伪距多路径的多路径误差，以结合虚拟基站的电离层活跃度和差分数据自身的多路径误差来对差分数据质量进行综合评价，且不依赖第三方工具或已知的基准站，极大地提高了差分数据质量评价的准确度。
为了准确评估待测虚拟参考站的电离层活跃度，参照图3，上述步骤S 14可以进一步实施为以下步骤。
S141，对从待测虚拟参考站获取的差分数据进行采样，得到多个采样差分数据。
S142，基于采样差分数据，计算相邻采样历元间的电离层变化率。
S143，根据电离层变化率，评估出待测虚拟参考站的电离层变化指数。
对于步骤S141，可以按照预设的采样频率，对待测虚拟参考站201的差分数据进行采样，该采样频率可以灵活设置，例如，可以是1Hz，也可以是10Hz，在本实施方式中，不作具体限定。
考虑到差分数据为多频差分数据，在差分数据为双频数据时，即差分数据包括第一频率数据和第二频率数据时，参照图4，上述步骤S 142可以进一步实施为以下步骤。
S1421，针对每个采样差分数据，将采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据组成无距离组合，计算出采样差分数据的电离层延迟。
S1422，对于在相邻采样历元获取的两个采样差分数据，将两个采样差分数据的电离层延迟相减，得到电离层变化率。
对于步骤S1421，可以利用预配置的电离层延迟计算公式，将采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据进行无距离组合，得到采样差分数据的电离层延迟。
在本实施方式中，电离层延迟计算公式可以为：
其中，STEC表示电离层延迟，k表示固定系数，f1表示第一频率，f2表示第二频率，λ1表示第一频率载波相位波长，表示接收机至卫星在第一频率的载波相位观测量，λ2表示第二频率载波相位波长，/>表示接收机至卫星在第二频率的载波相位观测量。
固定系数k的值为根据大量历史经验数据计算得到的值，在一种优选的实施方式中，k＝80.62。
对于步骤S1422，为了提高电离层变化指数的准确度，计算相邻采样历元获取的两个采样差分数据的电离层变化率。
假设采样频率为1/30Hz，即每30秒采样一次，在5分钟的采样期内，分别在0秒，30秒，1分，1分30秒，2分，2分30秒，3分，3分30秒，4分，4分30秒，5分进行一次采样，则一共能够计算出10个电离层变化率。
电离层变化率的计算，可以用公式表示为：ROT＝STECk-STECk-1。其中，STECk表示第k个采样历元的采样差分数据的电离层延迟，STECk-1表示第k-1个采样历元的采样差分数据的电离层延迟，ROT表示电离层变化率。
为了避免重复使用采样差分数据计算电离层变化率导致的电离层变化指数的误差，在一种可能的实施方式中，每个采样差分数据可以不重复使用，重复的采样差分数据用在该采样差分数据的采样时间后延迟预设时长的差分数据代替，以计算与下一个采样差分数据间的电离层变化率。该预设时长小于采样周期。
例如，0秒和30秒计算一个电离层变化率后，可以在31秒获取一个差分数据，以用来计算该差分数据和1分的采样差分数据间的电离层变化率。
进一步的，计算电离层变化指数的方式可以灵活设置，例如，可以计算标准差，也可以按设定规则计算，在本实施方式中，不作具体限定。
在一种可能的实施方式中，为了使电离层变化指数能够准确反映电离层活跃度，在一种可能的实施方式中，步骤S143中，可以对每个电离层变化率取平方值，并计算出所有平方值的平均值，得到第一值，同时计算出所有电离层变化率取平均值，并对平均值取平方值，得到第二值，将第一值减去第二值，并对得到的差值进行开方运算，得到待测虚拟参考站201的电离层变化指数。
上述计算电离层变化指数的方法，可以用公式表示为： 其中，ORTI表示电离层变化指数。
如果使用10HZ或者1HZ的采样差分数据(即观测量)计算ROT，得到每秒的变化量，需要换算成分为单位，则会被扩大60倍，相应的导致噪声也被放大，进而导致电离层的变化信息会被噪声所淹没。为了避免上述情况，在优选的实施方式中，可以使用30S作为采样周期来获取采样差分数据(观测量)计算ROT，ROT换算成min时只会放大两倍，极大地减小了噪声影响。
需要说明的是，电子含量变化速率(Total Electron Content，TEC)指数，也称为ROTI，是指5分钟内TEC变化率ROT(Rate of TEC)的标准偏差，因此，在本实施方式中，进行5分钟的差分数据采样，来计算电离层变化指数。
在差分数据为双频数据时，即包括第一频率数据和第二频率数据时，对于步骤S16，针对每个差分数据，利用预设的伪距多路径方程，结合将差分数据的第一频率数据和第二频率数据，计算出第一频率数据的伪距多路径和第二频率数据的伪距多路径。
伪距多路径方程可以为：
其中，表示第一频率数据的伪距多路径，N1表示接收机至卫星在第一频率的整周模糊度，N2表示接收机至卫星在第二频率的整周模糊度，P1表示第一频率上的伪距观测量，P2表示第二频率上的伪距观测量。
上述伪距多路径方程由载波相位观测方程和伪距观测方程构建得到。
在一种可能的实施方式中，参照图5，构建伪距多路径方程的方式可以实施为以下步骤。
S21，将伪距观测方程和载波相位观测方程相减，得到初始方程。
S22，基于载波相位观测方程，进行差分数据的双频载波相位观测方程的相减，得到电离层方程。
S23，将电离层方程代入至初始方程，得到伪距多路径方程。
差分数据中包括载波、伪距、多普勒和信噪比等观测量，载波观测量和伪距观测量由真实的卫地距和电离层、对流层、接收机钟、卫星轨钟、天线缠绕等误差组成。
因此，载波相位观测方程可以为： 伪距观测方程可以为：/>
其中，i和r分别表示频率和接收机，λi表示第i频率的载波相位波长，表示为接收机r至卫星s在第i频率的载波相位观测值，Pi，r表示第i频率的伪距观测值，/>表示接收机r至卫星s的几何距离，c表示光速，δtr表示接收机钟差，δts表示卫星钟差，/>表示接收机r至卫星s在第i频率的电离层延迟，/>表示对流层延迟，/>为投影系数，ZTD表示天顶对流层延迟，/>表示接收机r至卫星s在第i频率的整周模糊度，Bi，r和bi，r分别表示接收机载波和伪距的硬件延迟，Bi，s和bi，s分别表示卫星载波和伪距的硬件延迟，/>表示接收机r至卫星s在第i频率的载波相位观测值噪声。
使用载波相位观测方程减去伪距观测方程，得到初始方程，初始方程可以表示为：其中，/>Ii表示第i频率的电离层，Mi表示第i频率的伪距多路径的测量值，/>表示第i频率的伪距多路径的实际值。
对于步骤S22，在双频载波相位观测值(双频差分数据)的情况下，构建第一载波相位观测方程和第二载波相位观测方程，将第一载波相位观测方程减去第二载波相位观测方程，得到第一电离层方程，将第二载波相位观测方程减去第一载波相位观测方程，得到第二电离层方程。
第一载波相位观测方程表征第一频率数据的载波相位观测方程，即表征将第一频率数据代入载波相位观测方程后得到的方程，第二载波相位观测方程表征第二频率数据的载波相位观测方程，即表征将第二频率数据代入载波相位观测方程得到的方程。
第一电离层方程可以表示为：第二电离层方程可以表示为：/>
在差分数据为双频差分数据的情况下，初始方程包括第一频率数据的初始方程和第二频率数据的初始方程，因此，对于步骤23，将第一电离层方程代入第一频率数据的初始方程，得到第一频率数据的伪距多路径方程。同理，将第二电离层方程代入第二频率数据的初始方程，得到第二频率数据的伪距多路径方程。
通过上述S 141至S143及其子步骤，以及上述计算伪距多路径的方法，可以快速且准确地评估双频差分数据下的电离层活跃度以及每个差分数据的伪距多路径。
同理，在三频及其以上的多频差分数据的情况下，也可以采用上述原理，计算出每两个频率间的电离层变化指数和伪距多路径，本实施方式中，不再赘述。
进一步的，对于步骤S16，基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差的方式可以灵活设置，例如，可以将每个差分数据的伪距多路径与预设值间的差值作为多路径误差，也可以按设定规定计算，在本实施方式中，不做具体限定。
在一种可能的实施方式中，为了提高多路径误差的准确度，引入误差计算窗口，误差计算窗口实质是得到多个差分数据的一个时段，以误差计算窗口的所有差分数据的伪距多路径计算出均值，进而根据均值，计算每个差分数据的多路径误差。具体的，参照图6，可以通过以下步骤实现。
S161，确定误差计算窗口，以及确定每个误差计算窗口内的所有差分数据。
在本实施方式中，误差计算窗口的设置可以灵活选择，例如，可以是预设时长，也可以是周跳相关的时长，不作具体限定。
在一种可能的实施方式中，可以采用周跳探测方法，对每个差分数据进行处理，探测出周跳，并将相邻的两个周跳间的时段作为一个误差计算窗口。其中，周跳探测方法可以是但不限于是：GF组合、MW组合或历元间差分。
在另一种可能的实施方式中，可以将获取到连续的预设数量个差分数据的时段作为一个误差计算窗口。例如，假设预设数量是10，一共获取到20个差分数据，则获取到前10个差分数据的时段为一个误差计算窗口，获取到后10个差分数据的时段为一个误差计算窗口。
S162，针对每个误差计算窗口，根据误差计算窗口的所有差分数据的伪距多路径，计算出误差计算窗口的多路径均值。
S163，针对每个差分数据，将差分数据的伪距多路径与所属的误差计算窗口的多路径均值间的差值，作为差分数据的多路径误差。
需要说明的是，当每个差分数据为包括两个频率上的数据时，即第一频率数据和第二频率数据时，每个误差计算窗口有两个多路径均值，即第一频率上的多路径均值和第二频率上的多路径均值。以及，每个差分数据有两个多路径误差，即第一频率上的多路径误差(为第一频率上的伪距多路径和多路径均值间的差值)，和第二频率上的多路径误差(为第二频率上的伪距多路径和多路径均值间的差值)。
多路径误差可以表示为：其中，MPk表示差分数据第k频率上的多路径误差，Mpkj表示差分数据所属的误差计算窗口内的第j个差分数据在第k频率上的伪距多路径，n表示差分数据所属的误差计算窗口内的差分数据的总数。
例如，假设误差计算窗口有10个差分数据，则求出这10个差分数据的伪距多路径的均值，对于该误差计算窗口的每个差分数据，将该差分数据的伪距多路径减去伪距多路径均值，得到多路径误差。
通过上述步骤S161至S163，以实际的误差计算窗口内的所有差分数据的伪距多路径的均值作为衡量值，计算出每个差分数据的伪距多路径与该均值的差值作为多路径误差，能够更精确地衡量每个差分数据的多路径误差。
进一步的，对于步骤S18，根据电离层变化指数和多路径误差，确定车分数据的质量的方式可以灵活设置，例如，可以将电离层变化指数和多路径误差各自对应阈值进行比较，也可以按设定规则进行评分，本实施方式中，不作具体限定。
在一种可能的实施方式中，步骤S18可以实施为：针对每个差分数据，根据预设的权重值，结合电离层变化指数和差分数据的多路径误差，计算出差分数据的质量分。
例如，可以确定电离层变化指数所落入的等级分值，以及多路径误差所落入的等级分值，再分别与对应的权重值相乘后，将乘积相加，得到权重分。
在另一种可能的实施方式中，对于步骤S18，可以判断电离层变化指数是否小于预设的指数阈值时，若否，则判定电离层异常，以及判断差分数据的每个频率的多路径误差是否均小于对应的误差阈值时，若否，则判定存在多路径异常。
假设指数阈值为0.5TECU/min，1TECU＝1×1016electrons/m2，在在电离层变化指数小于0.5TECU/min时，标识电离层无异常，否则标识电离层异常。
假设第一频率的误差阈值为0.45m，第二频率的误差阈值为0.35m，则在第一频率上的多路径误差小于0.45m，且第二频率上的多路径误差小于0.35m时，标识为多路径无异常，否则标识为多路径异常。
为了进一步提高对差分数据质量的评价准确度，在一种可能的实施方式中，可以每间隔预设的评价时长，计算一次参考虚拟基站的电离层变化指数，且每个差分数据的质量，结合该差分数据的多路径误差及时间对应的电离层变化指数来进行评价。
例如，以评价时长为5分钟为例，对于第5分钟至第10分钟获取的差分数据，则结合第5分钟至第10分钟的电离层变化指数和自身的多路径误差，来进行质量评价。
本发明实施方式提供的差分是数据质量监测方法，提供了一种针对VRS差分数据的质量监测方法，能够定量的分析RTK用户所关注的VRS差分数据质量的关键信息，评估出电离层质量和多路径误差。通过计算电离层变化指数来评估电离层质量，以能够反映出VRS的卫星观测量是否受到电离层扰动、电离层异常的影响，有助于改善终端用户不能通过RTK算法消除大气影响的问题。同时，扩充了现有工具不支持多系统多频点信号的缺点，通过不同频率组合计算各个频点的伪距多路径，来评估VRS引入的终端误差。
基于与上述差分数据质量监测方法相同的构思，在本发明一种可能的实施方式中还提供了一种差分数据质量监测装置50，可以应用于图1中的监测设备10。参照图7，差分数据质量监测装置50可以包括数据获取模块501、第一分析模块502、第二分析模块503和质量评估模块504。
数据获取模块501，用于获取待测虚拟参考站的差分数据。
第一分析模块502，用于基于差分数据，对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数。
第二分析模块503，用于对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，并基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差。
质量评估模块504，用于结合电离层变化指数和多路径误差，确定每个差分数据的质量。
上述差分数据质量监测装置50中，评估出待测虚拟参考站的电离层活跃度和差分数据的伪距多路径的误差，以结合虚拟基站的电离层活跃度和差分数据自身的多路径误差来对差分数据质量进行综合评价，且不依赖第三方工具或已知的基准站，极大地提高了差分数据质量评价的准确度。
关于差分数据质量监测装置50的具体限定可以参见上文中对于差分数据质量监测方法的限定，在此不再赘述。上述差分数据质量监测装置50中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于电子设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一种实施方式中，提供了一种电子设备60，该电子设备60可以是服务器，其内部结构图可以如图8所示。该电子设备60包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口和输入装置。其中，该电子设备60的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备60的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备60的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式提供的差分数据质量监测方法。
图8中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的电子设备60的限定，具体的电子设备60可以包括比图8中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一种实施方式中，本发明提供的差分数据质量监测装置50可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图8所示的电子设备60上运行。电子设备60的存储器中可存储组成该差分数据质量监测装置50的各个程序模块，比如，图7所示的数据获取模块501、第一分析模块502、第二分析模块503和质量评估模块504。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的差分数据质量监测方法中的步骤。
例如，图8所示的电子设备60可以通过如图7所示的差分数据质量监测装置50中的数据获取模块501执行步骤S12。电子设备60可以通过第一分析模块502执行步骤S14。电子设备60可以通过第二分析模块503执行步骤S16。电子设备60可以通过质量评估模块504执行步骤S18。
在一种实施方式中，提供了一种电子设备60，包括存储器和处理器，该存储器存储有机器可执行指令，该处理器执行机器可执行指令时实现以下步骤：获取待测虚拟参考站的差分数据；基于差分数据，对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，并基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差；结合电离层变化指数和多路径误差，确定每个差分数据的质量。
在一种实施方式中，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：获取待测虚拟参考站的差分数据；基于差分数据，对待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；对每个差分数据进行伪距多路径分析，得到每个差分数据的伪距多路径，并基于伪距多路径，计算出每个差分数据的多路径误差；结合电离层变化指数和多路径误差，确定每个差分数据的质量。
在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种差分数据质量监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待测虚拟参考站的差分数据；
基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；
对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径，并基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差；
结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量。
2.根据权利要求1所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数的步骤，包括：
对从所述待测虚拟参考站获取的差分数据进行采样，得到多个采样差分数据；
基于所述采样差分数据，计算相邻采样历元间的电离层变化率；
根据所述电离层变化率，评估出所述待测虚拟参考站的电离层变化指数。
3.根据权利要求2所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述差分数据包括第一频率数据和第二频率数据；
所述基于所述采样差分数据，计算相邻采样历元间的电离层变化率的步骤，包括：
针对每个所述采样差分数据，将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据组成无距离组合，计算出所述采样差分数据的电离层延迟；
对于在相邻采样历元获取的两个采样差分数据，将所述两个采样差分数据的电离层延迟相减，得到电离层变化率。
4.根据权利要求3所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据组成无距离组合，计算出所述采样差分数据的电离层延迟的步骤，包括：
利用电离层延迟计算公式，将所述采样差分数据的第一频率数据和第二频率数据进行无距离组合，得到所述采样差分数据的电离层延迟；
所述电离层延迟计算公式包括：
其中，STEC表示电离层延迟，k表示固定系数，f1表示第一频率，f2表示第二频率，λ1表示第一频率载波相位波长，表示接收机至卫星在第一频率的载波相位观测量，λ2表示第二频率载波相位波长，/>表示接收机至卫星在第二频率的载波相位观测量。
5.根据权利要求2所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述根据所述电离层变化率，评估出所述待测虚拟参考站的电离层变化指数的步骤，包括：
对每个所述电离层变化率取平方值，并计算出所有所述平方值的平均值，得到第一值；
计算出所有所述电离层变化率取平均值，并对所述平均值取平方值，得到第二值；
将所述第一值减去所述第二值，并对得到的差值进行开方运算，得到所述待测虚拟参考站的电离层变化指数。
6.根据权利要求1所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述差分数据包括第一频率数据和第二频率数据；
所述对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径的步骤，包括：
针对每个所述差分数据，利用预设的伪距多路径方程，结合将所述差分数据的第一频率数据和第二频率数据，计算出所述第一频率数据的伪距多路径和所述第二频率数据的伪距多路径；
其中，所述伪距多路径方程由载波相位观测方程和伪距观测方程构建得到。
7.根据权利要求1或6所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差的步骤，包括：
确定误差计算窗口，以及确定每个所述误差计算窗口内的所有差分数据；
针对每个所述误差计算窗口，根据所述误差计算窗口的所有差分数据的伪距多路径，计算出所述误差计算窗口的多路径均值；
针对每个所述差分数据，将所述差分数据的伪距多路径与所属的误差计算窗口的多路径均值间的差值，作为所述差分数据的多路径误差。
8.根据权利要求7所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述确定误差计算窗口的步骤，包括：
采用周跳探测方法，对每个所述差分数据进行处理，探测出周跳，并将相邻的两个所述周跳间的时段作为一个误差计算窗口；
或者，将获取到连续的预设数量个所述差分数据的时段作为一个误差计算窗口。
9.根据权利要求6所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述方法还包括构建伪距多路径方程的步骤，该步骤包括：
将伪距观测方程和载波相位观测方程相减，得到初始方程；
基于载波相位观测方程，进行差分数据的双频载波相位观测方程的相减，得到电离层方程；
将所述电离层方程代入至所述初始方程，得到伪距多路径方程。
10.根据权利要求6所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述伪距多路径方程包括：
其中，Mp1表示第一频率数据的伪距多路径，f1表示第一频率，f2表示第二频率，P1表示第一频率上的伪距观测量，P2表示第二频率上的伪距观测量，λ1表示第一频率载波相位波长，表示接收机至卫星在第一频率的载波相位观测量，λ2表示第二频率载波相位波长，/>表示接收机至卫星在第二频率的载波相位观测量，N1表示接收机至卫星在第一频率的整周模糊度，N2表示接收机至卫星在第二频率的整周模糊度。
11.根据权利要求9所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述基于载波相位观测方程，进行差分数据的双频载波相位观测方程的相减，得到电离层方程的步骤，包括：
基于载波相位观测方程，构建第一载波相位观测方程和第二载波相位观测方程；其中，所述第一载波相位观测方程表征第一频率数据的载波相位观测方程，所述第二载波相位观测方程表征第二频率数据的载波相位观测方程；
将所述第一载波相位观测方程减去所述第二载波相位观测方程，得到第一电离层方程；
将所述第二载波相位观测方程减去所述第一载波相位观测方程，得到第二电离层方程。
12.根据权利要求11所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述初始方程包括第一频率数据的初始方程和第二频率数据的初始方程；
所述将所述电离层方程代入至所述初始方程，得到伪距多路径方程的步骤，包括：
将所述第一电离层方程代入所述第一频率数据的初始方程，得到第一频率数据的伪距多路径方程；
将所述第二电离层方程代入所述第二频率数据的初始方程，得到第二频率数据的伪距多路径方程。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的差分数据质量监测方法，其特征在于，所述结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量的步骤，包括：
针对每个所述差分数据，根据预设的权重值，结合所述电离层变化指数和所述差分数据的多路径误差，计算出所述差分数据的质量分。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的差分数据指令评价方法，其特征在于，所述结合所述电离层变化指数和所述伪距多路径，确定每个所述差分数据的质量的步骤，包括：
判断所述电离层变化指数是否小于预设的指数阈值时，若否，则判定电离层异常；
判断所述差分数据的每个频率上的多路径误差是否均小于对应的误差阈值时，若否，则判定存在多路径异常。
15.一种差分数据质量监测装置，其特征在于，包括数据获取模块、第一分析模块、第二分析模块和质量评估模块；
所述数据获取模块，用于获取待测虚拟参考站的差分数据；
所述第一分析模块，用于基于所述差分数据，对所述待测虚拟参考站的电离层活跃度进行评估，得到电离层变化指数；
所述第二分析模块，用于对每个所述差分数据进行伪距多路径分析，得到每个所述差分数据的伪距多路径，并基于所述伪距多路径，计算出每个所述差分数据的多路径误差；
所述质量评估模块，用于结合所述电离层变化指数和所述多路径误差，确定每个所述差分数据的质量。
16.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以如权利要求1至14中任一项所述的差分数据质量监测方法。
17.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至14中任一项所述的差分数据质量监测方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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