参考站间模糊度的快速固定方法、系统及存储介质与流程

1.本发明属于全球卫星导航系统技术领域，特别涉及一种基于大气信息约束的 nrtk网络服务端的参考站间的模糊度快速固定方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.nrtk(network real-time kinematic,网络rtk)一般采用虚拟参考站(virtualreference station，vrs)技术，其基本原理是利用各个参考站的观测数据，通过建立精确的误差模型来修正距离相关误差，并在用户移动站附近产生一个物理上不存在的虚拟参考站，该站与用户形成短基线，即可按照常规差分解算的模式来进行定位。参考站间模糊度解算时整个网络rtk的核心基础，其解算效率及准确性直接影响生成虚拟观测值的精度，从而影响终端流动用户定位的实时性、可靠性和有效性。
3.当前比较成熟的参考站间模糊度解算方法主要分为两种：第一种是高星伟利用参考站坐标精确已知、模糊度的整数特性以及双频模糊度之间的线性关系条件优化参考站间的模糊度搜素基准，提出的一种在理想情况下的单历元模糊度固定方法；第二种是唐卫明等人提出的一种由宽巷组合、窄巷组合到原始载波逐步固定参考站间双差模糊度固定三步法。但上述方法在解算时均只考虑了两个参考站间组成的基线关系，解算效率还有较大的上升空间。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提出一种参考站间的模糊度快速固定方法，在进行基线模糊度解算时，利用参考站间的几何约束关系和已解算的基线信息，提高解算效率，可以快速固定参考站间的整周模糊度，从而保证了终端流动用户定位的实时性、可靠性和有效性。
5.本发明的另一目的是提出一种可以采用上述固定方法的模糊度快速固定系统以及存储有上述方法实例化的计算机程序的存储介质。
6.技术方案：本发明所述的参考站间的模糊度快速固定方法，包括如下步骤：
7.s1：输入参考站已知坐标，根据参考站坐标生成delaunay三角网，并输出独立三角网个数n_triangle和三角网信息结构体trianinfo；
8.s2：根据三角网信息结构体trianinfo，求解基线的长度；
9.s3：对每个参考站的观测数据进行周跳探测和数据预处理；
10.s4：同步每个三角网中的基线观测时间，确定基线间共视卫星和参考卫星，构建双差观测方程；
11.s5：根据待解算基线的长度选择解算基线模糊度的函数模型，并判断是否存在几何约束关系以及其它基线的解算信息，若存在，则利用几何约束关系和其它基线的解算信息获得该基线的整周模糊度；若不存在，则使用常规解算方法解算该基线的整周模糊度。
12.进一步的，还包括：
13.s6：利用已计算基线的每颗卫星大气信息内插未解算的卫星大气信息；
14.s7：重复步骤s2至s6，直至解算完所有参考站间的基线解算信息；
15.s8：提取所有已解算的基线大气信息进行建模，根据用户上传的gga信息生成虚拟观测值。
16.进一步的，所述步骤s5包括：
17.s5.1：当基线长度小于等于20km，则直接采用卡尔曼滤波对该基线的双差观测方程进行滤波，并采用lambda方法解算整周模糊度；
18.s5.2：当基线长度大于20km时，且三角网的另外两条基线解算完成，并利用已解算的基线大气信息内插该基线的大气信息成功，则将几何约束关系以及内插出的大气信息作为约束方程加入到原有的双差观测方程中，并用卡尔曼滤波对加入约束的双差观测方程进行滤波，再采用lambda方法解算整周模糊度；
19.s5.3：若利用已解算的基线大气信息内插该基线的大气信息失败，则使用常规解算方法解算该基线的双差模糊度。
20.进一步的，所述步骤s6包括：
21.s6.1：将参考站的站名与数字索引一一映射，与周围距离小于独立基线阈值的参考站组成独立基线，获得基线列表数组结构体；
22.s6.2：根据基线列表数组结构体内已解算出基线的大气信息内插出未解算或者无法解算的基线的大气信息。
23.进一步的，所述步骤s5中的常规解算方法包括由宽巷组合、窄巷组合到原始载波逐步固定参考站间整周模糊度的整周模糊度固定三步法。
24.本发明所述的参考站间的模糊度快速固定系统，包括：三角网生成模块，用于根据输入的参考站已知坐标，生成delaunay三角网，并输出独立三角网个数 n_triangle和三角网信息结构体trianinfo；预处理模块，用于对每个参考站的观测数据进行周跳探测和数据预处理；常规模糊度解算模块，用于在待解算基线所在独立三角网中的其他两条基线的未被解算时，使用常规算法解算该基线的整周模糊度；几何模糊度解算模块，用于在待解算基线所在的独立三角网中的其他两条基线已经被解算时，使用几何约束关系解算该基线的整周模糊度。
25.进一步的，还包括：卫星大气信息解算模块，用于计算基线的卫星的大气信息；观测模块，用于提取所有已解算的基线大气信息并进行建模，根据用户上传的gga信息生成虚拟观测值。
26.本发明所述的存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被设置为执行时实现上述参考站间的模糊度快速固定方法。
27.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：进行基线解算时，利用基线间的几何约束关系和已解算的基线信息，可以快速固定参考站间的模糊度，提高解算效率，保证终端流动用户定位的实时性、可靠性和有效性。
附图说明
28.图1为参考站几何约束关系示意图；
29.图2为参考站多基线集合关系示意图；
30.图3为本发明实施例的参考站间模糊度快速固定方法的流程图；
31.图4为本发明实施例的某一三角网基线解算流程图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
33.根据本发明实施例的参考站间模糊度快速固定方法，包括如下步骤：
34.s1：输入参考站已知坐标，根据参考站坐标生成delaunay三角网，并输出独立三角网个数n_triangle和三角网信息结构体trianinfo；
35.s2：根据三角网信息结构体trianinfo，求解基线的长度；
36.s3：对每个参考站的观测数据进行周跳探测和数据预处理；
37.s4：同步每个三角网中的基线观测时间，确定基线间共视卫星和参考卫星，构建双差观测方程；
38.s5：根据待解算基线的长度选择解算基线模糊度的函数模型，并判断是否存在几何约束关系以及其它两条基线的解算信息，若存在，则利用几何约束关系和其它基线的解算信息获得该基线的整周模糊度；若不存在，则使用常规解算方法解算该基线的整周模糊度。
39.参照图1，参考站a、b和c同时观测到卫星s1和s2，三条基线a-b、b-c 和c-a以s1为参考卫星分别组双差观测方程，求解模糊度和大气误差，则有如下几何关系：a-b、b-c和c-a三条基线解算的共视卫星s1-s2的整周模糊度之和为0。所以当三角网中的另外两条基线都已经得到解算时，则可以利用上述几何关系，获得剩余的未被解算的基线的模糊度，相对于采用常规的仅考虑基线两端的参考站之间关系的解算方法，可以提高解算效率，快速固定参考站间的模糊度到达有效的浮点精度。
40.参照图2所示，假设基线i-k没有解算，其余基线的信息都已解算成功。在这种情况下可以充分利用已解算的基线信息，通过星型网或者三角网内插出基线 i-k的相关信息。
41.采用上述方法快速固定参考站间的模糊度后，再将固定的模糊度回带解算大气信息，重复直至解算完毕所有基线的大气信息，根据大气信息进行建模，结合用户上传的gga信息即可生成虚拟观测值，对用户进行定位。通过提高解算效率，提高了对终端流动用户定位的实时性、可靠性和有效性。
42.实际中，具体的对基线的模糊度解算过程如下：
43.s5.1：当基线长度小于等于20km，则直接采用卡尔曼滤波对该基线的双差观测方程进行滤波，并采用lambda方法解算整周模糊度；
44.s5.2：当基线长度大于20km时，且三角网的另外两条基线解算完成，并利用已解算的基线大气信息内插该基线的大气信息成功，则将几何约束关系以及内插出的大气信息作为约束方程加入到原有的双差观测方程中，并用卡尔曼滤波对加入约束的双差观测方程进行滤波，再采用lambda方法解算整周模糊度；
45.s5.3：若利用已解算的基线大气信息内插该基线的大气信息失败，则使用常规解算方法解算该基线的双差模糊度。
46.以参考站m，n的观测值为例，两站共视卫星s的站间差分观测值为：
47.[0048][0049][0050][0051][0052]
这里为数学模型改正后的站间单差相位和伪距观测值，为站间单差几何距离相关项，c为信号传播速度，δtm，δtn两参考站的接收机钟差，为站间电离层误差，和分别为站间载波和伪距的观测噪声，为站间对流层误差，其中mf(
·
)为对流层映射函数，和分别为卫星相对于测站m和 n的高度角，其值与参考站和卫星的坐标有关，zpd为参考站天顶方向对流层延迟。对于不同类型接收机的glonass观测值，还需要考虑接收机通道偏差的改正。
[0053]
在参考站单差观测值的基础上，再以卫星s,k作星间差分，得到：
[0054][0055][0056]
由于参考站坐标精确已知，对于码分多址的卫星观测系统，参考站间的双差观测方程为：
[0057][0058][0059]
对于频分多址的卫星观测系统，参考站间的双差观测方程为：
[0060][0061][0062]
当基线长度小于20km时，且两参考站间的高程变化比较平坦时，两参考站间受大气误差的影响是近似相等的，式(8)和式(10)中只包含了模糊度参数，通过卡尔曼滤波，求解基线间的双差浮点模糊度，最后采用lambda方法求解整周模糊度。
[0063]
当基线长度大于20公里，或者两参考站间的高程相差较大时，电离层及对流层和模糊度是线性相关的，采用卡尔曼滤波时，达到有效的模糊度浮点解的精度时间较长。在这种情况下，先判断三角网的另外两条基线解算是否完成，若完成，则在原有的双差观测方程中增加模糊度虚拟观测方程，如式(12)所示：
[0064][0065]
是由三角网几何关系计算出共视卫星的双差模糊度，然后利用步骤(5)中参考站对应的基线列表数组中存取的电离层、对流层信息内插该条基线共视卫星的的电离层和对流层信息，若内插成功，将内插出的电离层信息和对流层信息作为虚拟观测信息作为约束方程加入原有的双差观测方程中，如式(13)和式(14) 所示：
[0066]
[0067][0068]
当在式(8)、式(9)的基础上增加了式(12)、式(13)和式(14)时，在卡尔曼滤波时，通过约束模糊度和大气信息之间的关系可以辅助模糊度的快速解算，有效的减少达到有效模糊度浮点解精度的时间。最后采用lambda方法求解整周模糊度。
[0069]
若无法内插出该条基线信息，则采用背景技术中所提的由宽巷组合、窄巷组合到原始载波逐步固定参考站间双差模糊度固定三步法等常规解算方法对基线进行解算。
[0070]
根据本发明实施例的参考站间的模糊度快速固定系统，包括三角网生成模块、预处理模块、常规模糊度解算模块、几何模糊度解算模块、卫星大气信息解算模块和观测模块。其中三角网生成模块用于根据输入的参考站已知坐标，生成 delaunay三角网，并输出独立三角网个数n_triangle和三角网信息结构体 trianinfo；预处理模块用于对每个参考站的观测数据进行周跳探测和数据预处理；常规模糊度解算模块用于在待解算基线所在独立三角网中的其他两条基线的未被解算时，使用常规算法解算该基线的整周模糊度；几何模糊度解算模块用于在待解算基线所在的独立三角网中的其他两条基线已经被解算时，使用几何约束关系解算该基线的整周模糊度；卫星大气信息解算模块用于计算基线的卫星的大气信息；观测模块用于提取所有已解算的基线大气信息并进行建模，根据用户上传的 gga信息生成虚拟观测值。
[0071]
根据本发明实施例的存储介质，存储有上述方法实例化的计算机程序，其流程如图3和图4所示，包括以下步骤：
[0072]
步骤1:读取服务端n个参考站的坐标信息，生成delaunary三角网，确定独立三角网个数n-triangle和独立基线长度，将参考站、基线等信息存储到三角网信息结构体trianinfo中。
[0073]
步骤2.1：开辟基线信息内插线程thread0，确定基线长度阈值l＝100km。
[0074]
步骤2.2：根据基线阈值循环n个参考站，生成n个参考站与参考站之间的基线列表信息结构体数组m_corsinfo[n]。每次循环时以该参考站为主参考站，其余的参考站为辅站，当主站与辅站的基线距离小于阈值l时，构成主站与辅站的基线。假设第i(i≤n)个主站与周边m(m≤n)个辅站可以构成基线，则m_corsinfo[i]中含有m条基线信息，每条基线信息包括每颗卫星的电离层、对流层和相应的精度信息等。
[0075]
步骤2.3：循环遍历n个m_corsinfo结构体，对已解算出的基线大气信息进行标记。
[0076]
步骤2.4：循环遍历n个m_corsinfo结构体，对m_corsinfo[i]结构体中的基线大气信息进行查看，若该条基线对应的大气信息未解出，但可以用m_corsinfo[i] 中存放的其它基线的大气信息内插出，则进行内插，并把内插的大气信息及其精度信息存放在m_corsinfo[i]结构体中。
[0077]
步骤3：根据独立三角网个数n_triangle开辟n_thread (n_thread＝n_triangle)个线程。
[0078]
步骤4：从rabbitmq中间件中读取参考站的观测数据，存储到三角网trianinfo 中。
[0079]
步骤5：在开辟的n_thread个线程中，每个线程分别负责一个独立三角网的基线解算，具下面给出一个线程thread1的计算步骤。
[0080]
步骤5.1：循环三角网的第i(i≤3)条基线，同步两个参考站的观测数据。
[0081]
步骤5.2：对单个参考站的观测数据进行周跳探测和粗差剔除，组单差观测方程，并进行单差观测数据的周跳探测。
[0082]
步骤5.3：选取参考卫星，组双差观测方程。
[0083]
步骤5.4：判断基线长度是否小于20km和参考站间的高差是否小于100m，若两个条件同时满足，则采用卡尔曼滤波求解双差模糊度浮点解。
[0084]
步骤5.5：用lambda方法固定步骤5.4中解算出来的双差模糊度浮点解，然后回代观测方程求解电离层和对流层信息，同时用方程协方差传播定律求取电离层和对流层的精度信息，解算完毕后退出该线程。
[0085]
步骤5.6:若步骤5.4的条件不满足，则判断三角网的另外两条基线是否解算完成，若解算完成，通过三角网的几何约束关系求解基线共视卫星的双差模糊度，将几何约束求解的共视卫星双差模糊度作为虚拟观测信息，在双差方程中加入几何约束方程。
[0086]
步骤5.7：判断基线共视卫星的大气信息是否可以用m_corsinfo中的大气信息进行约束，若可以，则将corsinfo中的电离层信息和对流层信息作为虚拟观测值，在双差观测方程中加入大气约束方程。
[0087]
步骤5.8：若观测方程中存在大气约束方程，则用卡尔曼滤波求解模糊法浮点解，然后用lambda方法求解模糊度整数解。
[0088]
步骤5.9：将模糊度整数解回代观测方程求解大气信息，将大气信息存放在 m_corsinfo中，解算完毕退出该线程。
[0089]
步骤5.10：若观测方程中不存在大气约束方程，则采用三步法求模糊度。若存在模糊度约束方程，可以将模糊度约束方程作为模糊度是否固定的检核条件。
[0090]
步骤5.11：将5.10中求出的模糊度回代观测方程，求解电离层、对流层信息，并存放到m_corsinfo中，解算完毕退出该线程。
[0091]
步骤6：循环遍历n_thread个线程，直至所有基线的模糊度都固定。