一种用于伪距差分定位的误差修正方法及装置与流程

本文涉及卫星导航技术领域，尤指一种用于伪距差分定位的误差修正方法及装置。

背景技术：

目前，全球导航卫星系统(gnss，globalnavigationsatellitesystem)伪距单点定位是应用比较普遍的定位技术，其具有全天候、不受天气影响、体积小易于携带等特点，被广泛地应用在各个领域。然而，gnss伪距单点定位受多种误差影响，定位精度只能达到几米。为了提高卫星定位的精度，dgnss(differentialglobalnavigationsatellitesystem，差分全球导航卫星系统)、rtk(real-timekinematic，实时动态)、ppp(precisepointpositioning，精密单点定位)等技术被先后提出。其中，dgnss具有算法实现相对简单、定位精度优于单点定位等特点，被广泛用于车道级导航、船载航道导航、行人导航等多个领域。

技术实现要素：

本申请提供了一种用于伪距差分定位的误差修正方法及装置，可以提高dgnss定位精度。

一方面，本申请提供了一种用于伪距差分定位的误差修正方法，包括：移动站接收基准站发送的差分改正数后，计算所述基准站的电离层误差和对流层误差；所述移动站利用所述基准站的电离层误差和对流层误差修正所述差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；所述移动站在差分定位过程中，计算所述移动站的电离层误差和对流层误差；所述移动站利用所述移动站的电离层误差和对流层误差，修正所述移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；所述移动站利用所述无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正所述移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

另一方面，本申请提供一种用于伪距差分定位的误差修正装置，包括：接收模块，适于接收基准站发送的差分改正数；第一计算模块，适于计算所述基准站的电离层误差和对流层误差；第一修正模块，适于利用所述基准站的电离层误差和对流层误差修正所述差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；第二计算模块，适于在差分定位过程中，计算所述移动站的电离层误差和对流层误差；第二修正模块，适于利用所述移动站的电离层误差和对流层误差，修正所述移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；利用所述无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正所述移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

另一方面，本申请提供一种用于伪距差分定位的误差修正系统，包括：基准站和移动站；其中，所述基准站适于解算差分改正数，并发送所述差分改正数；所述移动站适于在接收所述差分改正数后，利用所述基准站的已知坐标和第一时间信息，计算所述基准站的电离层误差和对流层误差；利用所述基准站的电离层误差和对流层误差修正所述差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；在差分定位过程中，利用自身坐标和第二时间信息，计算所述移动站的电离层误差和对流层误差；利用所述移动站的电离层误差和对流层误差，修正所述移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；利用所述无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正所述移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

另一方面，本申请提供一种移动设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述提供的误差修正方法的步骤。

另一方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上述提供的误差修正方法的步骤。

在本申请中，移动站可以计算基准站的电离层误差和对流层误差，利用基准站的电离层误差和对流层误差修正基准站发送的差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；移动站在差分定位过程中，计算自身的电离层误差和对流层误差；并利用自身的电离层误差和对流层误差，修正伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；利用得到的无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。如此一来，可以在不需要外部信息辅助的情况下，消除由于基准站和移动站之间的高程差变大、基线变长、差分龄期变大导致的基准站和移动站的对流层和电离层误差相关性变弱，从而提升差分定位精度。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正系统的交互示意图；

图2为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正方法的一应用示例图；

图4为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正装置的示意图；

图5为本申请示例性实施例提供的移动设备的示意图。

具体实施方式

本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。

本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。

此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。

gnss单点定位受到卫星轨道、钟差、电离层、对流层等误差的影响，精度只能达到数米。dgnss可利用基准站和移动站误差的相关性，完全消除卫星钟差误差，消除大部分卫星轨道、电离层和对流层误差，可以将定位精度提升至亚米级。

在dgnss工作模式下，基准站可以根据已知的天线坐标和广播星历计算的卫星坐标，得到站星几何距离，并将站星几何距离和卫星伪距观测值之间的差值作为伪距改正数发送给移动站。这种改正数可以用于修正包含卫星轨道、钟差、基准站位置的电离层和对流层等多种误差。移动站直接利用这种改正数即可消除卫星钟差、以及大部分卫星轨道误差、电离层误差、对流层误差。

在基准站和移动站的高程差较小、基线距离较短、差分龄期较小时，卫星轨道、电离层和对流层误差具有较高的相关性，在伪距差分时能够消除绝大部分误差，定位精度较高。然而，如果基准站与移动站的高程差达到上百米以上，其对流层的偏差可达分米级别；如果基线距离较长，基准站和移动站对同一颗卫星的仰角和方位角不同，卫星轨道误差在站星观测方向上的分量对于基准站和移动站也会有所不同；同时卫星信号在对流层、电离层中的穿透点不同，基准站和移动站观测值中所包含的卫星轨道、对流层、电离层误差偏差会增大，即基准站和移动站的对流层和电离层延时的相关性变弱，则直接差分后残余误差会增大；当差分龄期较大时，由于卫星的运动，移动站对卫星的仰角和方位角在变化，卫星信号在对流层、电离层的穿透点在变化，因而移动站的伪距中包含的电离层和对流层延时随时间变化，引起与基准站观测时刻的电离层和对流层误差的相关性减弱，导致直接差分后电离层和对流层的残余误差会增大。

由此可见，目前的dgnss伪距差分技术存在以下局限性：基准站移动站的高程差变大时，差分后对流层误差残差变大，引起定位精度随高程差变大而下降；基线变长时，差分后电离层和对流层残差变大，引起定位精度随基线长度增大而下降；差分龄期增大时，差分后电离层和对流层残差较大，引起定位精度随差分龄期增大而下降。

本申请实施例提供一种用于伪距差分定位的误差修正方法及装置，在不需要外部信息辅助的情况下，利用电离层和对流层模型，消除由于基准站与移动站的高程差变大、基线变长、差分龄期变大导致的基准站和移动站的对流层和电离层误差相关性变弱，从而提高dgnss定位精度。

本申请实施例提供一种用于伪距差分定位的误差修正系统，包括：基准站和移动站；其中，基准站适于解算差分改正数，并发送该差分改正数；移动站适于在接收该差分改正数后，计算基准站的电离层误差和对流层误差；利用基准站的电离层误差和对流层误差修正该差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；在差分定位过程中，计算移动站的电离层误差和对流层误差；利用移动站的电离层误差和对流层误差，修正移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；利用无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

在实际应用中，基准站可以包括一套gnss接收机及相关配套设施，基准站的天线可以固定在空旷无遮挡的环境中；移动站的天线可以直接固定在车载平台上。然而，本申请对此并不限定。

图1为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正系统的交互示意图。如图1所示，本实施例提供的误差修正系统的交互过程可以包括：

s100、基准站获取伪距观测值及载波相位观测值后，实时解算出差分改正数。

其中，可以定义基准站b对卫星i的l1频点上的伪距观测值为综合考虑信号传播误差及卫星相关误差等，可以表达为：

在式(1)中，表示t时刻基准站b对卫星i的l1频点上的伪距观测值，表示t时刻卫星i到基准站b之间的几何距离，dtb(t)与dtsⁱ(t)分别表示t时刻接收机钟差和通过广播星历计算出的卫星钟差，tgd表示群波延迟，c表示光速，表示t时刻的对流层误差，表示t时刻的电离层误差，δpsⁱ(t)表示t时刻卫星i的轨道误差，δtsⁱ(t)表示t时刻的星钟误差，表示伪距噪声。

由于基准站b的位置精确已知，因此，基准站b与卫星i之间的几何距离可以被精确地计算出。

此时，基于式(1)可得出t0时刻差分改正数的表达式，如式(2)所示：

式(2)中，表示t0时刻的差分改正数，表示t0时刻基准站b对卫星i的伪距观测值，表示t0时刻卫星i到基准站b之间的几何距离，dtsⁱ(t0)表示t0时刻通过广播星历计算出的卫星钟差，tgd表示群波延迟，c表示光速；dtb(t0)表示t0时刻接收机钟差，表示t0时刻的对流层误差，表示t0时刻的电离层误差，δpsⁱ(t0)表示t0时刻卫星i的轨道误差，δtsⁱ(t0)表示t0时刻的星钟误差。需要说明的是，在式(2)中，忽略了伪距噪声在实际使用中，可以采用相应方法削弱伪距噪声。本申请对于伪距噪声的削弱方式并不限定。

s101、基准站向外播发解算得到的差分改正数。

s102、移动站在收到差分改正数后，修正伪距观测值。

s103、移动站利用修正后的伪距观测值进行差分定位解算。

本实施例中，为了尽可能消除基准站的电离层误差与对流层误差对移动站的影响，可以对式(2)的差分改正数进行修正；其中，移动站可以根据基准站生成差分改正数的时刻t0(对应上述的第一时间信息)，利用klobuchar电流层模型算法和saastamoinen对流层模型算法，分别计算得到基准站的电离层误差和对流层误差进而可得修正后的改正数为：

式(3)中的t0时刻接收机钟差dtb(t0)可以用多颗星求平均的方式扣除。

需要说明的是，本申请还可以采用其他对流层模型算法，只要保证使用相同的对流层模型算法计算基准站和移动站的对流层误差即可。

在本实施例中，移动站r对编号为i卫星的伪距观测值记为则移动站r的伪距观测方程可以表示：

在式(4)中，表示t时刻移动站r对卫星i的伪距观测值，表示t时刻卫星i到移动站r之间的几何距离，dtr(t)与dtsⁱ(t)分别表示t时刻接收机钟差和通过广播星历计算出的卫星钟差，tgd表示群波延迟，c表示光速，表示t时刻的对流层误差，表示t时刻的电离层误差，δpsⁱ(t)表示t时刻卫星i的轨道误差，δtsⁱ(t)表示t时刻的星钟误差，表示伪距噪声项。

其中，根据移动站r的时刻t(对应上述的第二时间信息)，利用klobuchar电离层模型算法和saastamoinen对流层模型算法，可以分别计算得到移动站的电离层误差和对流层误差卫星钟差dtsⁱ(t)通过星历获得，残余的卫星轨道误差和星钟误差可以通过根据式(3)修正后的差分改正数扣除。需要说明的是，移动站还可以采用其他对流层模型算法，只要保证采用相同的对流层模型计算基准站和移动站的对流层误差即可。

如此，可以得到定位观测方程为：

令

则式(5)可以写为：

移动站r利用跟踪到的多颗卫星，可以得到多个类似式(7)的观测方程，利用最小二乘或者卡尔曼滤波算法即可得到高精度的位置信息。

本实施例中，通过利用电离层模型和对流层模型，分别针对每颗卫星计算基准站和移动站各自的电离层误差和对流层误差，在差分算法中消除差分改正数中电离层和对流层不相关部分，从而可以提高在基准站和移动站之间的高程差变大、基线距离变长、差分龄期变大等场景下的差分定位精度。

图2为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的误差修正方法，应用于移动站，包括：

s201、移动站接收基准站发送的差分改正数后，计算基准站的电离层误差和对流层误差。

在一示例性实施例中，移动站可以利用基准站的已知坐标和第一时间信息，通过klobuchar模型求解出基准站的电离层误差；利用基准站的已知坐标和第一时间信息，通过对流层模型求解出基准站的对流层误差。示例性地，对流层模型可以为saastamoinen模型。然而，本申请对此并不限定。其中，第一时间信息为基准站生成差分改正数的时刻(或称为差分改正数的时间点)。其中，基准站在播发差分改正数时会携带生成该差分改正数的时间点。

本步骤中，通过求解出基准站的电离层误差和对流层误差，可以将基准站的电离层误差和对流层误差与其它误差量分离。

s202、移动站利用基准站的电离层误差和对流层误差修正差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数。

本步骤中，移动站可以对上述式(2)得到的差分改正数进行修正，生成上述式(3)所示的修正后的改正数。即，将s201计算得到的基准站的电离层误差和对流层误差从接收到的差分改正数中扣除。其中，修正后的改正数中的接收机钟差可以通过计算平均值得到，并从中扣除。

s203、移动站在差分定位过程中，计算移动站的电离层误差和对流层误差。

在一示例性实施例中，移动站可以利用自身坐标和第二时间信息(移动站进行差分定位的时刻)，通过klobuchar模型求解出移动站的电离层误差；利用自身坐标和第二时间信息，通过对流层模型求解出移动站的对流层误差。其中，本步骤所采用的对流层模型需要与步骤s201采用的对流层模型一致。示例性地，对流层模型可以为saastamoinen模型。

其中，移动站的自身坐标可以是前一时刻移动站的坐标，或者可以是利用移动站的前一时刻的坐标和速度推算的当前时刻的坐标。

s204、移动站利用移动站的电离层误差和对流层误差，修正移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差。

本步骤中，可以在移动站的伪距观测方程中采用s203中通过对应的模型算法解算出的移动站的电离层误差和对流层误差。

s205、移动站利用无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

需要说明的是，本申请对于上述步骤的顺序并不限定。比如，移动站在差分定位过程中，可以在计算出移动站的电离层误差后，修正伪距观测值中的电离层误差，然后计算移动站的对流层误差，再修正伪距观测值中的对流层误差。或者，移动站在差分定位过程中，可以先计算出移动站的电离层误差和对流层误差，然后，再修正伪距观测值中的电离层误差和对流层误差。

本申请实施例中，在不需要外部信息辅助的情况下，利用电流层模型和对流层模型，可以消除由于基准站和移动站之间的高程差变大、基线变长、差分龄期变大导致的基准站和移动站针对同一卫星的对流层和电离层的弱相关性，从而提高dgnss定位精度。

图3为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正方法的一种应用示例图。在本示例性实施例中，移动站的处理过程包括：

s301、移动站获取伪距观测值及载波相位观测值。

s302、移动站进行载波相位平滑伪距处理。

s303、移动站判断是否收到基准站发送的新的差分改正数；若收到新的差分改正数，则执行s304，若没有收到新的差分改正数，则执行s306。

s304、移动站利用已知的基准站坐标和差分改正数对应的时间点，分别用klobuchar模型与saastamoinen模型计算基准站的电离层误差与对流层误差。

s305、移动站利用计算得到的基准站的电离层误差和对流层误差，修正收到的差分改正数，得到修正后的新改正数；其中，移动站可以将计算得到的基准站的电离层误差和对流层误差从收到的差分改正数中扣除，从而生成新改正数。

s307、移动站利用移动站的坐标和当前时刻，分别用klobuchar模型与saastamoinen模型计算移动站的电离层误差和对流层误差。

s308、移动站利用计算得到的移动站的电离层误差和对流层误差，修正移动站伪距观测值中的电离层误差和对流层误差。

s309、移动站利用s305中生成的新改正数，修正移动站伪距观测值中的轨道误差和星钟误差。

s310、移动站基于修正后的伪距观测值，采用最小二乘或卡尔曼滤波进行定位解算。

s306、移动站没有收到新的差分改正数时，移动站判断之前接收到的差分改正数是否在设定的差分龄期内，若在设定的差分龄期内，执行s307，若不在设定的差分龄期内，执行s311。

s311、移动站进行单点定位解算处理。

在本示例性实施例中，通过采用电离层和对流层模型，分别针对每颗卫星，计算基准站和移动站各自的电离层和对流层误差，在差分算法中消除差分改正数中电离层和对流层不相关部分，进而提升差分定位精度。

图4为本申请实施例提供的用于伪距差分定位的误差修正装置的示意图。如图4所示，本实施例提供的误差修正装置，应用于移动站，包括：接收模块401、第一计算模块402、第一修正模块403、第二计算模块404以及第二修正模块405。

其中，接收模块401，适于接收基准站发送的差分改正数；第一计算模块402，适于计算基准站的电离层误差和对流层误差；第一修正模块403，适于利用基准站的电离层误差和对流层误差修正差分改正数，生成无电离层误差和无对流层误差的改正数；第二计算模块404，适于在差分定位过程中，计算移动站的电离层误差和对流层误差；第二修正模块405，适于利用移动站的电离层误差和对流层误差，修正移动站的伪距观测值中的电离层误差和对流程误差；利用无电离层误差和无对流层误差的改正数，修正移动站的伪距观测值中剩余的卫星轨道误差和星钟误差。

关于本实施例提供的装置的相关说明可以参照上述方法实施例的描述，故于此不再赘述。

本申请实施例还提供一种移动设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例中提供的误差修正方法的步骤。

图5为本申请一示例性实施例提供的移动设备的示意图。如图5所示，在本示例中，移动设备500可包括：处理器502、存储器501、总线系统504和收发器503，其中，该处理器502、该存储器501和该收发器503通过该总线系统504相连，该存储器501用于存储指令，该处理器502用于执行该存储器501存储的指令，以控制该收发器503接收信号。具体地，上述移动设备中的接收模块的操作可由收发器503在处理器502的控制下执行，第一计算模块、第二计算模块、第一修正模块以及第二修正模块的操作可由处理器502执行。

应理解，处理器502可以是中央处理单元(cpu，centralprocessingunit)，处理器502还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器501可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器502提供指令和数据。存储器501的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，存储器501还可以存储设备类型的信息。

总线系统504除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图5中将各种总线都标为总线系统504。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现如上述实施例所述的任一方法的处理，比如图2或图3所示的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。