一种跨网连续的网络RTK定位服务方法与流程

一种跨网连续的网络rtk定位服务方法
技术领域
1.本发明涉及gnss导航定位技术领域，尤其涉及一种跨网连续的网络rtk定位服务方法。


背景技术：

2.目前，作为最成熟、应用最广泛的基于区域参考站网的高精度实时动态定位方法，网络rtk多采用参考站双差残差的形式进行误差改正，它需要在参考站网中选择主参考站，主参考站和其它参考站的观测数据需要进行站星间双差组合。在实际作业过程中流动站会在网络rtk参考站网范围内进行大幅度的移动，频繁的在参考站网范围内变换主参考站是不可避免的，由于服务端不同主参考站的载波相位观测值基准模糊度不一致，导致用户端在主参考站切换前已经固定或充分收敛的模糊度信息在切换后发生变化，用户若继续沿用切换前的模糊度信息或者无法及时获取切换后的正确模糊度信息，则用户的高精度定位结果将发生跳变，且需要一定时间才能重新收敛至高精度定位结果。
3.现有的改进方式主要分三种，第一种是服务端提供双通道差分数据，提前判断用户是否发生主参考站切换，发生切换前同时发送当前主参考站和邻近参考站生成的差分数据，当用户利用邻近的差分数据达到收敛的定位结果后，停止发送当前主参考站生成的差分数据，并将邻近参考站设置为当前主参考站；第二种是对用户终端rtk算法进行修改，当用户端发生主参考站切换后，用户端利用切换前的差分数据与当前用户的观测数据解算出高精度用户坐标，然后固定坐标反算出用户与当前差分数据的模糊度，或者利用当前的差分数据与切换前的观测数据进行解算，由于用户坐标已经精确解算，可以可快速解出用户模糊度，又由于用户运动过程中未发生周跳的模糊度保持不变，因此可计算出用户当前位置处的模糊度；第三种是对服务端算法进行修改，通过利用高精度卫星轨道、钟差及upd产品在服务端进行ppp-ar解算得到基准站非差电离层及对流层改正，然后将得到的各项误差改正进行转换得到用户上传的概率位置处的虚拟观测值。
4.上述方法的缺陷在于：第一种方法，增加了服务端与用户端的通信数据量；第二种方法增加了终端算法的复杂度；第三种算法依赖于高精度的卫星精密产品，包括轨道、钟差和upd产品等。


技术实现要素：

5.发明目的：为解决上述问题，本发明提供一种跨网连续的网络rtk定位服务方法，在不增加用户端和服务端通信数据量及修改用户端定位算法的前提下，解决了用户在跨网切换主参考站时造成的高精度定位不连续的问题，同时不依赖于高精度的卫星精密产品。
6.技术方案：一种跨网连续的网络rtk定位服务方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.(1)服务端接入子网基准站观测数据，对基准站间基线进行解算，得到基线双差模糊度整数解；
8.(2)选取非差模糊度基准，将基线双差模糊度整数解还原为各基准站非差模糊度
整数解；
9.(3)根据各基准站非差模糊度整数解得到各基准站非差校正数，对非差校正数进行建模，基于事先划分好的格网点信息，得到格网点处的非差校正数；
10.(4)基于格网点处的精确坐标、卫星星历及非差校正数，计算得到格网点处的虚拟观测值；
11.(5)根据用户实时上传的gps定位信息，选取离用户最近的格网点虚拟观测值发送给用户，用户收到格网点处的虚拟观测值后，用户端能保持跨网连续高精度定位解算。
12.所述步骤(2)中将基线双差模糊度整数解还原为各基准站非差模糊度整数解具体为，令服务端接入基准站a、b、c,由步骤(1)解算得到的卫星j、k的基准站a、b、c的双差模糊度整数解为：
[0013][0014]
式中，左端为双差模糊度整数解，右端为非差模糊度整数解；为双差计算因子，n为模糊度，a、b、c为基准站标识，j、k为卫星编号标识。
[0015]
上述方程中，线性独立的双差模糊度个数为2个，三个站的非差模糊度个数为6个，方程秩亏数为4，需要添加非差模糊度基准才能解算出各个基准站的非差模糊度。此时选取与基准站a和卫星k相关的所有非差模糊度为基准，模糊度值设为任意值，添加的基准个数正好为4个，可以解算出所有站的非差模糊度。
[0016]
依此类推，假设步骤1中服务端接入的子网基准站个数为m，基准站间的共视卫星颗数为n且处理的观测数据频率数为f，则子网内所有基线的独立双差模糊度整数解个数为f*(m-1)*(n-1)个，此时双差模糊度整数解还原为非差模糊度整数解的秩亏数为f*(m n-1)，选取其中一个基准站和一颗公共卫星相关的所有非差模糊度为基准，将其模糊度整数解设为零，则添加的与卫星相关的非差模糊度基准个数为f*m，与基站相关的非差模糊度基准个数为f*n,两者重复添加的基准个数为f，总共为f*(m n-1)个，刚好为双差模糊度整数解还原为非差模糊度整数解的秩亏数，即可还原所有子网内所有基准站上的非差模糊度整数解。
[0017]
所述步骤(3)具体步骤为：
[0018]
根据步骤(2)中计算得到基准站a到卫星k的的非差模糊度为则基准站a的非差相位残差可以用下式子计算：
[0019][0020]
式中，k和a分别代表卫星和接收机，l为相位观测值、b为硬件延迟、c为光速、δt为钟差、λ为波长、n为整周模糊度、ρ为几何距离、t为未模型化的对流层延迟、i为电离层延迟；
[0021]
令非差未模型化的误差服从距离相关或者空间相关性，则格网点v处的非差误差可由其周围的三个站点a、b、c内插得到：
[0022]
[0023][0024]
其中，δ为单差计算因子，d和e是通过基站的水平坐标计算出来的内插系数。
[0025]
所述步骤(4)为：
[0026]
求出格网点的非差误差后，则格网点v处卫星k的非差观测值可由下式计算得到：
[0027][0028]
式中，为格网点v处卫星k的非差观测值，为通过卫星k广播星历和格网点v处的精确坐标计算的卫星到格网点处的距离并经过固体潮、地球自转的改正；δtv、b
l,v
分别为卫星k的非差模糊度、格网点处的接收机钟差及接收机硬件延迟，其值均可设置为0，则v处的k卫星观测值的可表达为：
[0029][0030][0031]
同理可得到卫星j的观测方程：
[0032][0033]
所述步骤(5)中，用户收到格网点处的虚拟观测值后，用户端能保持跨网连续高精度定位解算，其过程为：
[0034]
令离用户端u最近的格网点为v，用户接收到格网点的观测数据后，对卫星j和k观测值进行星间单差，得到：
[0035][0036]
用户端u处的非差观测方程可表达为：
[0037][0038]
对用户端卫星j和卫星k进行星间差分，得到：
[0039][0040]
对用户站和格网点v处的单差方程再做站间差，得到双差观测方程为：
[0041][0042]
根据以上方程，可得到用户与格网点的双差模糊度为：
[0043][0044]
如步骤2中将选取的非差模糊度基准值设置为0，对基准站a、b、c的卫星j处的非差模糊度造成的偏差为对卫星k的非差模糊度造成的偏差为则根据以上推导过程，可得到用户处的双差模糊度为：
[0045]
[0046]
由于步骤1中基线ab和基线ac双差模糊度可以被正确固定，所以和项为0，故
[0047][0048]
该式表明，用户端处的双差模糊度可以固定为整数，且其相对于真值的差异为选择的非差模糊度基准偏差，只要保证选择的非差模糊度基准保持不变，则用户处的双差模糊度即可保持不变，不随着格网点的变化而变化，且不需要主参考站，解决了用户跨区域的连续高精度定位问题。
[0049]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
[0050]
1、定位连续性好，不依赖于主参考站，解决了用户在跨子网时由于主参考站切换带来的定位不连续的问题；2、成本较低，该发明在服务端的解算不依赖于高精度的卫星精密产品，服务端解算出的产品数据量与格式与之前保持一致，用户端的定位算法不用进行修改，降低了用户端算法的改造成本。
附图说明
[0051]
图1为一种跨网连续的网络rtk定位服务方法的流程图。
具体实施方式
[0052]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0053]
如图1所示，一种跨网连续的网络rtk定位服务方法，包括以下步骤：
[0054]
(1)服务端接入子网基准站观测数据，对基准站间基线进行解算，得到基线双差模糊度整数解；
[0055]
(2)选取非差模糊度基准，将基线双差模糊度整数解还原为各基准站非差模糊度整数解；
[0056]
(3)根据各基准站非差模糊度整数解得到各基准站非差校正数，对非差校正数进行建模，基于事先划分好的格网点信息，得到格网点处的非差校正数；
[0057]
(4)基于格网点处的精确坐标、卫星星历及非差校正数，计算得到格网点处的虚拟观测值；
[0058]
(5)根据用户实时上传的gps定位信息，选取离用户最近的格网点虚拟观测值发送给用户，用户收到格网点处的虚拟观测值后，用户端能保持跨网连续高精度定位解算。
[0059]
所述步骤(2)中将基线双差模糊度整数解还原为各基准站非差模糊度整数解具体为，令服务端接入基准站a、b、c,由步骤(1)解算得到的卫星j、k的基准站a、b、c的双差模糊度整数解为：
[0060][0061]
式中，左端为双差模糊度整数解，右端为非差模糊度整数解；为双差计算因子，n为模糊度，a、b、c为基准站标识，j、k为卫星编号标识。
[0062]
上述方程中，线性独立的双差模糊度个数为2个，三个站的非差模糊度个数为6个，
方程秩亏数为4，需要添加非差模糊度基准才能解算出各个基准站的非差模糊度。此时选取与基准站a和卫星k相关的所有非差模糊度为基准，模糊度值设为任意值，添加的基准个数正好为4个，可以解算出所有站的非差模糊度。
[0063]
依此类推，假设步骤1中服务端接入的子网基准站个数为m，基准站间的共视卫星颗数为n且处理的观测数据频率数为f，则子网内所有基线的独立双差模糊度整数解个数为f*(m-1)*(n-1)个，此时双差模糊度整数解还原为非差模糊度整数解的秩亏数为f*(m n-1)，选取其中一个基准站和一颗公共卫星相关的所有非差模糊度为基准，将其模糊度整数解设为零，则添加的与卫星相关的非差模糊度基准个数为f*m，与基站相关的非差模糊度基准个数为f*n,两者重复添加的基准个数为f，总共为f*(m n-1)个，刚好为双差模糊度整数解还原为非差模糊度整数解的秩亏数，即可还原所有子网内所有基准站上的非差模糊度整数解。
[0064]
所述步骤(3)具体步骤为：
[0065]
根据步骤(2)中计算得到基准站a到卫星k的的非差模糊度为则基准站a的非差相位残差可以用下式子计算：
[0066][0067]
式中，k和a分别代表卫星和接收机，l为相位观测值、b为硬件延迟、c为光速、δt为钟差、λ为波长、n为整周模糊度、ρ为几何距离、t为未模型化的对流层延迟、i为电离层延迟；
[0068]
令非差未模型化的误差服从距离相关或者空间相关性，则格网点v处的非差误差可由其周围的三个站点a、b、c内插得到：
[0069][0070][0071]
其中，δ为单差计算因子，d和e是通过基站的水平坐标计算出来的内插系数。
[0072]
所述步骤(4)为：
[0073]
求出格网点的非差误差后，则格网点v处卫星k的非差观测值可由下式计算得到：
[0074][0075]
式中，为格网点v处卫星k的非差观测值，为通过卫星k广播星历和格网点v处的精确坐标计算的卫星到格网点处的距离并经过固体潮、地球自转的改正；δtv、b
l,v
分别为卫星k的非差模糊度、格网点处的接收机钟差及接收机硬件延迟，其值均可设置为0，则v处的k卫星观测值的可表达为：
[0076][0077][0078]
同理可得到卫星j的观测方程：
[0079][0080]
所述步骤(5)中，用户收到格网点处的虚拟观测值后，用户端能保持跨网连续高精度定位解算，其过程为：
[0081]
令离用户端u最近的格网点为v，用户接收到格网点的观测数据后，对卫星j和k观测值进行星间单差，得到：
[0082][0083]
用户端u处的非差观测方程可表达为：
[0084][0085]
对用户端卫星j和卫星k进行星间差分，得到：
[0086][0087]
对用户站和格网点v处的单差方程再做站间差，得到双差观测方程为：
[0088][0089]
根据以上方程，可得到用户与格网点的双差模糊度为：
[0090][0091]
如步骤2中将选取的非差模糊度基准值设置为0，对基准站a、b、c的卫星j处的非差模糊度造成的偏差为对卫星k的非差模糊度造成的偏差为则根据以上推导过程，可得到用户处的双差模糊度为：
[0092][0093]
由于步骤1中基线ab和基线ac双差模糊度可以被正确固定，所以和项为0，故
[0094][0095]
该式表明，用户端处的双差模糊度可以固定为整数，且其相对于真值的差异为选择的非差模糊度基准偏差，只要保证选择的非差模糊度基准保持不变，则用户处的双差模糊度即可保持不变，不随着格网点的变化而变化，且不需要主参考站，解决了用户跨区域的连续高精度定位问题
[0096]
需要说明的是，本技术给出的公式推导是基于卫星某一个频点上的观测数据，其他频点的观测数据过程一样。