CN117008171A - 北斗星地增强定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星定位领域，公开了一种北斗星地增强定位系统及方法。该方法包括：所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过上述方式，将北斗地基增强系统与星基增强系统相结合，组成新的北斗星地增强系统，保证复杂山区全线铁路工程中的用户位置的连续实时的精确定位。

Description

北斗星地增强定位系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，尤其涉及北斗星地增强定位系统及方法。

背景技术

北斗地基增强系统向用户播发差分定位改正信息，用户采用差分定位方式，利用接收的差分定位改正信息进行高精度定位。该方法的前提是用户与参与解算的周围基准站的距离，不超过30公里。因此，北斗地基增强系统的布网较密。铁路线经常穿越一些地质条件复杂、地形起伏较大的山区，在这种条件下，难以选择符合观测条件和土建条件的站址，致使铁路沿线北斗地基增强系统的基准站网在某些地段较为稀疏，这导致在此路段的用户定位精度低。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种北斗星地增强定位系统及方法，旨在解决现有技术基准站网稀疏的地区用户定位精度差的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种北斗星地增强定位系统，所述北斗星地增强定位系统包括：相互连接的定位模块、基准站网和数据处理模块；

所述定位模块，用于向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；

所述基准站网，用于采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；

所述数据处理模块，用于接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；

所述定位模块，用于根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

可选地，所述基准站网，还包括地基增强基准站和星基增强基准站；

所述地基增强基准站，用于采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；

所述星基增强基准站，用于采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块。

可选地，所述数据处理模块，还用于接收所述定位模块的定位改正请求信息；

从所述地基增强基准站获取所述地基北斗数据，以及从所述星基增强基准站获取星基北斗数据；

根据所述定位改正请求信息确定所述定位模块的概略坐标信息，并根据所述概略坐标信息生成定位改正信息，并将所述定位改正信息发送至所述定位模块。

可选地，所述数据处理模块，还包括地基增强数据处理模块和星基增强数据处理模块；

所述地基增强数据处理模块，用于根据概略坐标信息和基准站坐标信息计算基准站距离信息，并根据所述基准站距离信息计算基准站北斗卫星观测值；

所述星基增强数据处理模块，用于根据所述基准站北斗卫星观测值、星基增强基准站的坐标和所述基准站距离信息确定目标挂载点，并根据所述目标挂载点生成定位改正信息。

可选地，所述定位模块，还包括单点定位模块、差分定位模块和非差定位模块；

所述单点定位模块，用于接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；

所述差分定位模块，用于在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；

所述非差定位模块，用于在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

可选地，所述北斗星地增强定位系统，还用于在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；

根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；

根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。

进一步地，为实现上述目的，本发明还提供一种北斗星地增强定位方法，所述北斗星地增强定位方法应用于北斗星地增强定位系统，所述北斗星地增强定位系统包括：

所述北斗星地增强定位方法包括：

所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；

所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；

所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；

所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

可选地，所述基准站网，还包括地基增强基准站和星基增强基准站；

所述所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，包括：

所述地基增强基准站采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；

所述星基增强基准站采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块。

可选地，所述定位模块，还包括单点定位模块、差分定位模块和非差定位模块；

所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息，包括：

所述单点定位模块接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；

所述差分定位模块在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；

所述非差定位模块在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

可选地，所述所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息之前，还包括：

在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；

根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；

根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。

本发明通过所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过这种方式，实现了将北斗地基增强系统与星基增强系统相结合，组成新的北斗星地增强系统，保证复杂山区全线铁路工程中的用户位置的连续实时的精确定位。

附图说明

图1为本发明北斗星地增强定位系统第一实施例的结构框图；

图2为本发明北斗星地增强定位系统一实施例中的基准站布设示意图；

图3为本发明北斗星地增强定位系统一实施例中的端口示意图；

图4为本发明北斗星地增强定位系统第二实施例的结构框图；

图5为本发明北斗星地增强定位系统一实施例中的完整实施流程示意图；

图6为本发明北斗星地增强定位方法第一实施例的流程示意图；

图7为本发明北斗星地增强定位方法第二实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明北斗星地增强定位系统第一实施例的结构框图。

所述北斗星地增强定位系统包括：相互连接的定位模块10、基准站网20和数据处理模块30。

需要说明的是，现有的GNSS地基增强系统：用于向用户提供实时定位服务，系统向用户实时发送卫星定位所需的差分定位改正信息，用户利用自己观测的卫星信号，再加上接收的差分定位改正信息，实时计算出自己的位置，精度达到厘米级。具体可用于交通工程的勘测、工程的施工放样，以及车辆和人员的实时定位。系统组成如下：1)由观测站组成的基准站网：由若干个分布合理的连续运行观测站(基准站)组成；2)数据传输系统：基准站的GNSS数据通过有线或无线网络传输至数据处理和监测中心；3)数据处理和检测中心：接收基准站数据，进行数据处理和监控，形成用户数据；4)面向用户的数据发播系统：这一系统包括多种手段：如因特网，主要用于需要精密定位、精密定时、电离层延迟参数、对流层延迟参数等用户的数据发送；UHF/VHF电台和FM电台的副载波，在用户密集地区，这类电台可发送局域GPS差分导航数据、局域RTK定位数据、GPS气象数据等，在与全国联网条件成熟后，也可发射广域GNSS差分导航数据；用户也可通过移动电话如GSM、CDMA获取GPS定位数据和GNSS气象预报等数据。但是也存在以下缺点：1、北斗地基增强系统向用户播发差分定位改正信息，用户采用差分定位方式，利用接收的差分定位改正信息进行高精度定位。该方法的前提是用户与参与解算的周围基准站的距离，不超过30公里。因此，北斗地基增强系统的布网较密。铁路线经常穿越一些地质条件复杂、地形起伏较大的山区，在这种条件下，难以选择符合观测条件和土建条件的站址，致使铁路沿线北斗地基增强系统的基准站网在某些地段较为稀疏，这导致在此路段的用户定位精度低。2、在利用北斗地基增强系统进行定位时，一旦系统数据处理中心发生故障，用户则无法进行连续实时定位。3、在网络通信信号较差或着无网络信号时，用户无法获得定位的定位改正信息，无法精确定位。

应理解的是，基于上述缺陷，本实施例的方案(1)将北斗地基增强系统与星基增强系统相结合，组成新的北斗星地增强系统，保证复杂山区全线铁路工程中的连续实时定位。基于差分定位技术的北斗地基增强系统，为地形较为平坦、地质较为稳定区域的用户提供定位服务。基于非差定位技术的北斗星基增强系统，为地形起伏大，地质条件复杂的区域用户提供定位服务。(2)系统的基准站由两部分组成，其中，在地形较为平坦、地质较为稳定的区域，布设较多的基准站，作为地基增强基准站，观测数据输入北斗地基增强数据处理模块进行处理，相邻基准站间隔不超过20公里。在地形起伏大，地质条件复杂的区域，布设少量的基准站，作为星基增强基准站，观测数据输入北斗星基增强数据处理模块进行处理。相邻基准站间隔处于20至100公里之间。同时，为了增强北斗地基增强定位的可靠性，北斗星基基准站的观测数据不仅输入北斗星基增强数据处理模块进行处理，还输入北斗地基增强数据处理模块处理。系统根据用户距离最近基准站的概略距离，自动切换为地基或星基系统的定位服务。(3)北斗星地增强系统用户还可以分别采用由商业卫星和研究机构播发的实时定位改正信息，利用非差定位技术进行定位。其中，在铁路沿线无网络信号时，用户接收商业卫星播发的定位改正信息定位；在基准站网无法工作，或者用户所在区域无可用基准站时，或者系统的数据处理中心故障时，用户可采用由研究机构播发的定位改正信息进行定位。

在具体实现中，本实施例的方案中，本系统由基准站网、数据处理模块、定位模块组成。其中，基准站网用于观测北斗卫星信号，数据处理模块生产用于位置计算的定位改正信息，定位模块用于计算用户的位置。

所述定位模块10，用于向所述数据处理模块30发送定位改正请求信息。

需要说明的是，定位模块10首先生成定位改正请求信息，并发送至所述数据处理模块30，其中，定位改正请求信息包括但不限于定位模块10的概略位置信息。

所述基准站网20，用于采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块30，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据。

应理解的是，基准站网20由北斗地基增强基准站201和星基增强基准站202两部分组成。基准站沿着铁路线布设。其中，如图2所示，在地形较为平坦、地质较为稳定的区域，布设较多的基准站，作为北斗地基增强基准站201，相邻基准站间隔不超过20公里。在地形起伏大，地质条件复杂的区域，布设少量的基准站，作为北斗星基增强基准站202，相邻基准站间隔处于20至100公里之间。

进一步的，为了准确的采集北斗卫星观测数据，所述基准站网20，还包括地基增强基准站201和星基增强基准站202；所述地基增强基准站201，用于采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；所述星基增强基准站202，用于采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块30。

在具体实现中，北斗地基和星基增强基准站是持续工作的北斗卫星观测站，每个基准站中都提前设置了数据处理模块30的IP地址和端口号。基准站将接收的北斗卫星信号转换成rtcm3格式，通过无线网络的方式，根据提前在基准站中设置的IP地址和端口号，将基站的北斗卫星观测数据实时输入数据处理模块30。其中，地基增强基准站201中设置了一个端口号，用于向数据处理模块30中的地基增强数据处理模块301发送数据；星基增强基准站202中设置了两个端口号，分别向数据处理模块30中的地基增强数据处理模块301和星基增强数据处理模块302。

通过这种方式，实现了准确的采集北斗数据，从而辅助增强定位。

所述数据处理模块30，用于接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块10。

需要说明的是，据处理子系统30安装在连接网络的服务器上，包括地基增强数据处理模块301和星基增强数据处理模块302。

进一步的，为了准确的生成定位改正信息，所述数据处理模块20，还用于接收所述定位模块10的定位改正请求信息；从所述地基增强基准站201获取所述地基北斗数据，以及从所述星基增强基准站202获取星基北斗数据；根据所述定位改正请求信息确定所述定位模块10的概略坐标信息，并根据所述概略坐标信息生成定位改正信息，并将所述定位改正信息发送至所述定位模块10。

应理解的是，如图3所示，数据处理模块30的端口分为四类，第一类端口与地基增强数据处理模块301相连接，用于接收所有的基准站的北斗卫星观测数据，每个端口的端口号已提前设置于相应的基准站中；第二类端口与地基增强数据处理模块301相连接，用于接收定位模块10发送的与基准站坐标相同坐标系下的定位模块10的概略坐标，并向定位模块10发送定位改正信息。第三类端口与星基增强数据处理模块302相连接，用于接收所有的北斗星基增强基准站202的北斗卫星观测数据，每个端口的端口号已提前设置于相应的北斗星基增强基准站中。第四类端口与星基增强数据处理模块302相连接，用于接收定位模块10获取定位改正信息的请求信息。

通过这种方式，实现了准确的接收数据并处理。

进一步的，所述数据处理模块30，还包括地基增强数据处理模块301和星基增强数据处理模块302；所述地基增强数据处理模块301，用于根据概略坐标信息和基准站坐标信息计算基准站距离信息，并根据所述基准站距离信息计算基准站北斗卫星观测值；所述星基增强数据处理模块302，用于根据所述基准站北斗卫星观测值、星基增强基准站的坐标和所述基准站距离信息确定目标挂载点，并根据所述目标挂载点生成定位改正信息。

需要说明的是，地基增强数据处理模块301中存储了所有基准站的坐标以及坐标对应的端口号，实时接收通过第一类端口输入的所有基准站的北斗卫星观测数据，并存储。根据接入数据的端口号判断北斗卫星观测数据对应的基准站的坐标。

应理解的是，当地基增强数据处理模块301接收通过第二类端口输入的用户的概略坐标、定位模块10的IP地址和端口号时，该模块利用概略坐标和存储的基准站坐标，计算用户与所有基准站的距离。该模块根据距离，选出并利用与用户距离最小的前三个基准站的坐标，以及通过这三个坐标对应的端口接收的北斗卫星观测数据，计算出参与定位模块10计算用户位置的虚拟的基准站北斗卫星观测值，该虚拟基准站在物理上并不存在，其坐标与用户的概略坐标相同。地基增强数据处理模块301将虚拟基准站的北斗卫星观测值通过第二类端口，根据接收的定位模块的IP地址和端口号，以无线网络的方式发送给定位模块10。

在具体实施中，星基增强数据处理模块302中存储了所有星基增强基准站202的坐标以及坐标对应的端口号，实时接收通过第三类端口输入的所有星基增强基准站202的北斗卫星观测数据，根据接入数据的端口号判断北斗卫星观测数据对应的基准站的坐标。星基增强数据处理模块302根据每个基准站坐标及其对应的观测数据，实时计算出每个基准站对应的定位改正信息，用于定位模块10计算用户位置。定位改正信息包括卫星星历改正数、卫星钟差改正数、对流层和电离层延迟改正数。星基增强数据处理模块302中安装了可播发RTCM格式数据的NtripCaster程序。NtripCaster程序内为每个星基增强基准站202都设置了一个挂载点，用于实时发送该星基增强基准站202对应的定位改正信息。NtripCaster程序通过第四类端口接收由定位模块10发送的获取定位改正信息的请求信息，其中请求信息包括登录信息、定位模块10的概略坐标、IP地址和端口号。定位模块10已提前在NtripCaster中注册，NtripCaster中保存了定位模块10登录NtripCaster所需的登录信息，包括账户名和密码。当定位模块10发送正确的登录信息时，NtripCaster通过第四类端口向定位模块10发送定位改正信息。星基增强数据处理模块302根据定位模块10发送的请求信息中的概略位置信息，和所有星基增强基准站202的坐标，计算出用户与所有星基增强基准站202的概略距离，确定距离最小的坐标，及该坐标对应的基准站的挂载点。然后NtripCaster程序用该挂载点，将星基增强数据处理模块302计算的对应基准站的定位改正信息，通过第四类端口，根据接收的定位模块10的IP地址和端口号，实时发送给定位模块10。

所述定位模块10，用于根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

需要说明的是，定位模块根据定位改正信息计算得到定位模块的位置坐标信息包括两种情况，即是否满足差分定位条件，根据是否满足差分定位条件分别使用差分定位模块和非差定位模块进行计算。

进一步的，为了在数据处理模块20出现故障时进行准确定位，所述北斗星地增强定位系统，还用于在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。

应理解的是，当定位模块10网络通讯正常，但数据处理模块30发生故障时，此时差分定位模块或者单点定位模块2在向数据处理模块30发出请求信息时，长时间无法接收到虚拟观测值或改正信息。在这种情况下，单点定位模块1将实时接收的北斗卫星观测数据输入单点定位模块3。单点定位模块3接收到输入的数据后开始工作，利用GNSS定位研究机构发布的改正信息计算定位模块10的位置。单点定位模块3已提前在某GNSS定位研究机构中注册，保存了该研究机构的IP地址、端口号、挂载点的名称、用户名和密码。单点定位模块3根据研究机构的IP地址和端口，将登录信息、挂载点名称、定位模块10的IP地址和端口3的端口号，通过端口3发送给某GNSS定位研究机构GNSS数据服务中心，并实时接收由某GNSS定位研究机构GNSS数据服务中心发送的备用改正信息。备用改正信息包括卫星星历改正数、卫星钟差改正数。然后，单点定位模块3利用接收的北斗卫星观测数据和备用改正信息，采用非差定位算法实时计算定位模块10的位置。并且，由于备用改正信息比改正信息少了电离层延迟和对流层延迟改正信息，因此与单点定位模块2相比，单点定位模块3在计算位置时还采用了电离层和对流层延迟改正模型。

在具体实施中，当定位模块10所在区域无网络信号或者网络信号质量较差时，定位模块10无法向数据处理模块30和GNSS研究机构发送请求信息，也无法接收任何改正信息，此时，单点定位模块2通过端口5实时接收商业卫星播发的改正信息，并计算定位模块10的精确位置。

通过这种方式，实现了在基准站网无法工作，或者用户所在区域无可用基准站时，或者系统的数据处理中心故障时，用户可采用由研究机构播发的改正信息进行定位。

本实施例通过所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过这种方式，实现了将北斗地基增强系统与星基增强系统相结合，组成新的北斗星地增强系统，保证复杂山区全线铁路工程中的用户位置的连续实时的精确定位。

参照图4，图4为本发明北斗星地增强定位系统第二实施例的结构框图，基于上述第一实施例，提出本发明北斗星地增强定位系统的第二实施例。

本实施例中，所述定位模块10，还包括单点定位模块101、差分定位模块102和非差定位模块103；

所述单点定位模块101，用于接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息。

需要说明的是，定位模块10是用户用来计算自己位置的系统。定位模块10由差分定位模块102、单点定位模块101、和非差定位模块103组成。其中，非差定位模块103由单点定位模块2和单点定位模块3组成。差分定位模块102用于基于北斗地基增强方式的定位，非差定位模块103用于基于星基增强方式的定位。单点定位模块1分别与差分定位模块101、单点定位模块2和单点定位模块3电连接。此外，定位模块10还包括5个端口，分别为端口1、端口2、端口3、端口4和端口5。

应理解的是，单点定位模块101通过端口1实时接收北斗卫星的观测信号，计算出定位模块10的概略位置。

所述差分定位模块102，用于在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息。

在具体实现中，当定位模块10网络通讯正常时，单点定位模块101中存储了所有基准站的坐标，单点定位模块101利用概略位置和其他基准站坐标，实时计算出与其他所有基准站的距离，并寻找出最小的距离，根据最小距离，判断是否使用差分定位模块102。当最小距离值小于等于20公里时，判定满足差分定位条件，使用差分定位模块102，当最小距离值大于20公里，且小于等于100公里时，判定不满足差分定位条件，使用非差定位模块103。

需要说明的是，最小距离值小于20公里时，单点定位模块101将北斗卫星观测信号和概略坐标传入差分定位模块102。差分定位模块102接收单点定位模块101输入的数据后，根据数据处理模块30的IP地址和第二类端口号，将概略坐标、定位模块10的IP地址和端口4的端口号通过端口4发送到数据处理模块30中的地基增强数据处理模块301。地基增强数据处理模块301生成虚拟基准站的观测值，根据定位模块的IP地址和端口4的端口号，通过第二类端口号将虚拟观测值发送至差分定位模块102。差分定位模块102利用输入的北斗卫星观测信号和虚拟基准站的观测值，采用差分定位算法计算出定位模块10的精确位置。该方法对定位模块10观测信号中的载波相位观测值、虚拟基准站的载波相位观测值进行周跳探测、粗差剔除及修复后，结合定位模块观测信号中的导航电文，建立动态定位双差观测方程和随机模型，并采用模糊度在航解算法确定载波相位观测值中的整周模糊度，在此基础上进行基线解算，计算出定位模块10的坐标。

所述非差定位模块103，用于在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

应理解的是，如图5为本实施例方案的完整实施流程，当最小距离值大于20公里，且小于等于100公里时，单点定位模块101将北斗观测信号和概略位置输入单点定位模块2和单点定位模块3。单点定位模块2中安装了NtripClient程序，该程序中预算设置了用于登录NtripCaster程序的登录信息，包括账户名和密码。单点定位模块2接收单点定位模块1输入的数据后，NtripClient根据数据处理模块30的IP地址和第四类端口号，将包括登录信息、概略坐标、定位模块10的IP地址和端口2的端口号在内的请求信息，发送到数据处理模块30中的星基增强数据处理模块302，然后由端口2实时接收星基增强数据处理模块302发送的改正信息。其中，与此同时，单点定位模块2利用接收的改正信息和北斗卫星观测信号，采用非差定位算法计算出定位模块10的精确位置。非差定位算法对北斗卫星观测信号中的载波相位观测值进行周跳探测与粗差剔除后，利用处理后的载波相位观测值建立观测方程和随机模型，将改正信息中的卫星星历改正数、卫星钟差改正数、对流层和电离层延迟改正数带入观测方程，并结合北斗卫星观测信号中的导航电文，计算出定位模块10的坐标。

本实施例通过所述单点定位模块，用于接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；所述差分定位模块，用于在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；所述非差定位模块，用于在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过这种方式，实现了根据基准站距离的不同情况采用不同的方式进行用户位置的准确定位。

进一步地，参照图6，图6为本发明北斗星地增强定位方法，图5为本发明北斗星地增强定位方法第一实施例的流程示意图，所述北斗星地增强定位方法应用于北斗星地增强定位系统，所述北斗星地增强定位系统包括：

所述北斗星地增强定位方法包括：

步骤S10：所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息。

需要说明的是，定位模块首先生成定位改正请求信息，并发送至所述数据处理模块，其中，定位改正请求信息包括但不限于定位模块的概略位置信息。

步骤S20：所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据。

应理解的是，基准站网由北斗地基增强基准站和星基增强基准站两部分组成。基准站沿着铁路线布设。其中，如图2所示，在地形较为平坦、地质较为稳定的区域，布设较多的基准站，作为北斗地基增强基准站，相邻基准站间隔不超过20公里。在地形起伏大，地质条件复杂的区域，布设少量的基准站，作为北斗星基增强基准站，相邻基准站间隔处于20至100公里之间。

进一步的，为了准确的采集北斗卫星观测数据，所述基准站网，还包括地基增强基准站和星基增强基准站；所述地基增强基准站，用于采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；所述星基增强基准站，用于采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块。

在具体实现中，北斗地基和星基增强基准站是持续工作的北斗卫星观测站，每个基准站中都提前设置了数据处理模块的IP地址和端口号。基准站将接收的北斗卫星信号转换成rtcm3格式，通过无线网络的方式，根据提前在基准站中设置的IP地址和端口号，将基站的北斗卫星观测数据实时输入数据处理模块。其中，地基增强基准站中设置了一个端口号，用于向数据处理模块中的地基增强数据处理模块发送数据；星基增强基准站中设置了两个端口号，分别向数据处理模块中的地基增强数据处理模块和星基增强数据处理模块。

通过这种方式，实现了准确的采集北斗数据，从而辅助增强定位。

步骤S30：所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块。

需要说明的是，数据处理模块安装在连接网络的服务器上，包括地基增强数据处理模块和星基增强数据处理模块。

步骤S40：所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

需要说明的是，定位模块根据定位改正信息计算得到定位模块的位置坐标信息包括两种情况，即是否满足差分定位条件，根据是否满足差分定位条件分别使用差分定位模块和非差定位模块进行计算。

进一步的，为了在数据处理模块出现故障时进行准确定位，所述北斗星地增强定位系统，还用于在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。

应理解的是，当定位模块网络通讯正常，但数据处理模块发生故障时，此时差分定位模块或者单点定位模块2在向数据处理模块发出请求信息时，长时间无法接收到虚拟观测值或改正信息。在这种情况下，单点定位模块1将实时接收的北斗卫星观测数据输入单点定位模块3。单点定位模块3接收到输入的数据后开始工作，利用GNSS定位研究机构发布的改正信息计算定位模块的位置。单点定位模块3已提前在某GNSS定位研究机构中注册，保存了该研究机构的IP地址、端口号、挂载点的名称、用户名和密码。单点定位模块3根据研究机构的IP地址和端口，将登录信息、挂载点名称、定位模块的IP地址和端口3的端口号，通过端口3发送给某GNSS定位研究机构GNSS数据服务中心，并实时接收由某GNSS定位研究机构GNSS数据服务中心发送的备用改正信息。备用改正信息包括卫星星历改正数、卫星钟差改正数。然后，单点定位模块3利用接收的北斗卫星观测数据和备用改正信息，采用非差定位算法实时计算定位模块10的位置。并且，由于备用改正信息比改正信息少了电离层延迟和对流层延迟改正信息，因此与单点定位模块2相比，单点定位模块3在计算位置时还采用了电离层和对流层延迟改正模型。

在具体实施中，当定位模块所在区域无网络信号或者网络信号质量较差时，定位模块无法向数据处理模块和GNSS研究机构发送请求信息，也无法接收任何改正信息，此时，单点定位模块2通过端口5实时接收商业卫星播发的改正信息，并计算定位模块的精确位置。

通过这种方式，实现了在基准站网无法工作，或者用户所在区域无可用基准站时，或者系统的数据处理中心故障时，用户可采用由研究机构播发的改正信息进行定位。

本实施例通过所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过这种方式，实现了将北斗地基增强系统与星基增强系统相结合，组成新的北斗星地增强系统，保证复杂山区全线铁路工程中的用户位置的连续实时的精确定位。

参照图7，图7为本发明北斗星地增强定位方法第二实施例的流程示意图，基于上述图6所示的实施例，提出本发明北斗星地增强定位方法的第二实施例。

在本实施例中，所述步骤S30包括：

步骤S301：所述单点定位模块接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息。

需要说明的是，定位模块是用户用来计算自己位置的系统。定位模块由差分定位模块、单点定位模块、和非差定位模块组成。其中，非差定位模块由单点定位模块2和单点定位模块3组成。差分定位模块用于基于北斗地基增强方式的定位，非差定位模块用于基于星基增强方式的定位。单点定位模块1分别与差分定位模块、单点定位模块2和单点定位模块3电连接。此外，定位模块还包括5个端口，分别为端口1、端口2、端口3、端口4和端口5。

应理解的是，单点定位模块通过端口1实时接收北斗卫星的观测信号，计算出定位模块的概略位置。

步骤S302：所述差分定位模块在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息。

在具体实现中，当定位模块网络通讯正常时，单点定位模块中存储了所有基准站的坐标，单点定位模块利用概略位置和其他基准站坐标，实时计算出与其他所有基准站的距离，并寻找出最小的距离，根据最小距离，判断是否使用差分定位模块。当最小距离值小于等于20公里时，判定满足差分定位条件，使用差分定位模块，当最小距离值大于20公里，且小于等于100公里时，判定不满足差分定位条件，使用非差定位模块。

需要说明的是，最小距离值小于20公里时，单点定位模块将北斗卫星观测信号和概略坐标传入差分定位模块。差分定位模块接收单点定位模块输入的数据后，根据数据处理模块的IP地址和第二类端口号，将概略坐标、定位模块的IP地址和端口4的端口号通过端口4发送到数据处理模块中的地基增强数据处理模块。地基增强数据处理模块生成虚拟基准站的观测值，根据定位模块的IP地址和端口4的端口号，通过第二类端口号将虚拟观测值发送至差分定位模块。差分定位模块利用输入的北斗卫星观测信号和虚拟基准站的观测值，采用差分定位算法计算出定位模块的精确位置。该方法对定位模块观测信号中的载波相位观测值、虚拟基准站的载波相位观测值进行周跳探测、粗差剔除及修复后，结合定位模块观测信号中的导航电文，建立动态定位双差观测方程和随机模型，并采用模糊度在航解算法确定载波相位观测值中的整周模糊度，在此基础上进行基线解算，计算出定位模块的坐标。

步骤S303：所述非差定位模块在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

应理解的是，如图5为本实施例方案的完整实施流程，当最小距离值大于20公里，且小于等于100公里时，单点定位模块将北斗观测信号和概略位置输入单点定位模块2和单点定位模块3。单点定位模块2中安装了NtripClient程序，该程序中预算设置了用于登录NtripCaster程序的登录信息，包括账户名和密码。单点定位模块2接收单点定位模块1输入的数据后，NtripClient根据数据处理模块的IP地址和第四类端口号，将包括登录信息、概略坐标、定位模块的IP地址和端口2的端口号在内的请求信息，发送到数据处理模块中的星基增强数据处理模块，然后由端口2实时接收星基增强数据处理模块发送的改正信息。其中，与此同时，单点定位模块2利用接收的改正信息和北斗卫星观测信号，采用非差定位算法计算出定位模块的精确位置。非差定位算法对北斗卫星观测信号中的载波相位观测值进行周跳探测与粗差剔除后，利用处理后的载波相位观测值建立观测方程和随机模型，将改正信息中的卫星星历改正数、卫星钟差改正数、对流层和电离层延迟改正数带入观测方程，并结合北斗卫星观测信号中的导航电文，计算出定位模块的坐标。

本实施例通过所述单点定位模块，用于接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；所述差分定位模块，用于在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；所述非差定位模块，用于在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。通过这种方式，实现了根据基准站距离的不同情况采用不同的方式进行用户位置的准确定位。

此外，需要说明的是，在本文中，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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，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效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述北斗星地增强定位系统包括：相互连接的定位模块、基准站网和数据处理模块；

所述定位模块，用于向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；

所述基准站网，用于采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；

所述数据处理模块，用于接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；

所述定位模块，用于根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

2.如权利要求1所述的北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述基准站网，还包括地基增强基准站和星基增强基准站；

所述地基增强基准站，用于采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；

所述星基增强基准站，用于采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块。

3.如权利要求2所述的北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述数据处理模块，还用于接收所述定位模块的定位改正请求信息；

从所述地基增强基准站获取所述地基北斗数据，以及从所述星基增强基准站获取星基北斗数据；

根据所述定位改正请求信息确定所述定位模块的概略坐标信息，并根据所述概略坐标信息生成定位改正信息，并将所述定位改正信息发送至所述定位模块。

4.如权利要求2所述的北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述数据处理模块，还包括地基增强数据处理模块和星基增强数据处理模块；

所述地基增强数据处理模块，用于根据概略坐标信息和基准站坐标信息计算基准站距离信息，并根据所述基准站距离信息计算基准站北斗卫星观测值；

所述星基增强数据处理模块，用于根据所述基准站北斗卫星观测值、星基增强基准站的坐标和所述基准站距离信息确定目标挂载点，并根据所述目标挂载点生成定位改正信息。

5.如权利要求1所述的北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述定位模块，还包括单点定位模块、差分定位模块和非差定位模块；

所述单点定位模块，用于接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；

所述差分定位模块，用于在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；

所述非差定位模块，用于在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

6.如权利要求1所述的北斗星地增强定位系统，其特征在于，所述北斗星地增强定位系统，还用于在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；

根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；

根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。

7.一种北斗星地增强定位方法，其特征在于，所述北斗星地增强定位方法应用于北斗星地增强定位系统，所述北斗星地增强定位系统包括：

所述北斗星地增强定位方法包括：

所述定位模块向所述数据处理模块发送定位改正请求信息；

所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，所述北斗卫星观测数据包括星基北斗数据和地基北斗数据；

所述数据处理模块接收所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据，并根据所述定位改正请求信息和所述北斗卫星观测数据生成定位改正信息发送至所述定位模块；

所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

8.如权利要求7所述的北斗星地增强定位方法，其特征在于，所述基准站网，还包括地基增强基准站和星基增强基准站；

所述所述基准站网采集北斗卫星观测数据并发送到所述数据处理模块，包括：

所述地基增强基准站采集地基北斗数据并发送至所述数据处理模块；

所述星基增强基准站采集星基北斗数据并发送至所述数据处理模块。

9.如权利要求7所述的北斗星地增强定位方法，其特征在于，所述定位模块，还包括单点定位模块、差分定位模块和非差定位模块；

所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息，包括：

所述单点定位模块接收北斗卫星观测数据，根据所述北斗卫星观测数据计算所述定位模块的概略位置信息，并根据所述概略位置信息生成定位改正请求信息；

所述差分定位模块在满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息确定虚拟基准站观测值，并根据所述虚拟基准站观测值计算确定所述定位模块的位置坐标信息；

所述非差定位模块在不满足差分定位条件时，根据所述定位改正信息和北斗卫星观测信号通过预设非差定位方法计算得到所述定位模块的位置坐标信息。

10.如权利要求7所述的北斗星地增强定位方法，其特征在于，所述所述定位模块根据所述定位改正信息计算得到所述定位模块的位置坐标信息之前，还包括：

在所述数据处理模块发生故障时，向预设定位机构请求备选定位改正信息；

根据所述备选定位改正信息确定卫星星历改正参数和卫星钟差改正参数；

根据所述卫星星历改正参数和所述卫星钟差改正参数计算所述定位模块的位置坐标信息。