基于北斗短报文并结合RTS数据的远海精密卫星相对定位与导航方法与流程

本发明属于远海的gnss相对定位技术领域，涉及一种通过北斗短报文，并结合rts数据，实现远海精密导航与定位的技术方法。

背景技术：

全球导航卫星系统gnss(globalnavigationsatellitesystem)。要实现远海的精密导航，需要进行gnss数据的传输。但由于远海无法使用我们常用的手机通讯手段，即gprs，也无internet服务，目前只有海事卫星电话通讯。但海事卫星电话通讯的费用异常昂贵，普通用户负担不起。

短报文是远海通讯的比较好的手段，但利用北斗短报文进行数据的传输，存在问题，即北斗短报文的发送量十分有限，普通用户每次只能发送78个字节，而且每分钟才能发送一次。要实现精密导航，需要克服这两个问题，否则无法满足实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的是通过北斗短报文，发送简化后的gnss数据和rts数据，实现远海的精密导航与定位。

本发明的有益效果是利用北斗短报文设备最终实现厘米级别精度的导航与定位，得到了与利用通讯卫星进行数据传输类似的定位性能，降低了成本。

本发明的主要内容包括：gnss数据和rts数据的简化方法；基于gnss数据和rts数据的导航与定位方法。

1、gnss数据和rts数据的简化方法

1)简化基站gnss伪距观测数据的方法

简化基站gnss伪距观测数据的方法包括以下步骤：

第一步，计算伪距观测的改正数据。

伪距的改正数据计算方法如下：

上式中，是从接收机到卫星的几何距离；和是卫星轨道和卫星钟误差；τr是接收机钟差；是对流层天顶延迟；是电离层延迟；是投影函数；是观测噪声；是伪距观测，可以是任何一个频段的伪距观测，也可以是任何一个不同频段组合的观测；

第二步，选择某一个卫星作为参考卫星，其它卫星的改正数据与参考卫星做差，或采用相邻卫星间做差，得到星间差的改正数据。对于多个gnss系统，也可以为每一个系统，选择不同的参考卫星；

第三步，选取绝对值最大的星间差或者非差改正数据，并取整或通过其它处理，得到一个能用单字节或少数几个字节发送的数据，记为d。其它星间差或非差改正数据除以d，得到的商记为e；

第四步，把e乘以100或其它与流动站约定好的数字，并取整，用单字节发送。

2)简化基站gnss相位观测数据的方法

简化基站相位观测数据的方法包括以下步骤：

第一步，计算相位观测的改正数据。

载波相位的改正数据计算方法如下：

上式中，是从接收机到卫星的几何距离；和是卫星轨道和卫星钟误差；τr是接收机钟差；是模糊度参数；λ是对应波长；是对流层天顶延迟；是投影函数；是观测噪声；是相位观测，可以是任何一个波段或频段相位观测，也可以是任何一种不同波段或频段组合的观测；

第二步，选择某一个卫星作为参考卫星，其它卫星的改正数据与参考卫星做差，或采用相邻卫星间做差，得到星间差的改正数据。对于多个gnss系统，也可以为每一个系统，选择不同的参考卫星。

后面的操作主要是针对星间差改正数据，但也可以应用于非差改正数据；

第三步，把第一个历元的星间差或非差相位改正数据变成以周为单位的数据，并获取其最近整周数。所有历元所有卫星的改正数据都减去其对应卫星的整周数；

第四步，通过上述处理得到的星间差或非差相位改正数据，如果绝对值小于127毫米，用单字节直接发送整数毫米数。或选取绝对值最大的星间差或者非差改正数据，并取整或通过其它处理，得到一个能用单字节或少数几个字节发送的数据，记为d。其它星间差或非差改正数据除以d，得到的商记为e。把e乘以100或其它数字，并取整，用单字节发送。

3)简化rts数据的方法

简化rts数据的方法包括以下步骤：

第一步，选取一个数据d，作为被除数，把rts改正数据分别除以d，得到的商记为e；

第二步，把e乘以100或其它数字，并取整，用单字节发送。

4)广播星历数据块变化或更新时gnss数据简化处理方法

当前后两个相邻历元所使用的广播星历数据块不同或不一致时，会导致gnss数据改正或rts数据，出现跳变，影响前面所述的伪距、相位和rts数据简化的处理结果，因此需要进行特殊处理。其处理方法如下：

第一步，无广播星历数据块变化或无更新时，伪距、相位和rts数据简化依照上述部分1和2所述处理；

第二步，当当前历元出现广播星历更新时，利用与流动站约定方法，计算使用老星历和新星历数据块得到的伪距、相位或rts改正数据之差d1：

d1＝v新星历-v老星历

上式中，v新星历和v老星历分别为利用新、老星历数据块得到的伪距、相位或rts改正数据；

第三步，利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距、相位数据改正或rts数据，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述改正之差d1，然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理；

第四步，当星历数据块再次出现更新时，依照第二步，计算新的改正之差d2；

第五步，利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距、相位或rts数据改正，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述所有改正之差的和，即d1+d2，然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理；

第六步，以此类推，每当出现星历数据块更新时，依照第二步，计算新的改正之差di。并利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距、相位或rts数据改正，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述所有改正之差的和，即然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理。

2、基于gnss数据和rts数据的导航与定位方法

方法操作步骤如下：

第一步，利用北斗短报文设备发送的gnss改正数据，获得海洋载体每分钟一次的精密位置；

第二步，利用北斗短报文设备发送的rts产品数据，获得其它时刻的精确位置。

附图说明

图1是实现远海精密导航的流程图；

图2是实现远海精密导航的结构图。

具体实施方式

1、数据简化方法的具体实施方式

数据简化方法的具体实施方式，主要包括简化gnss伪距数据的实施方式、简化gnss相位数据的实施方式和简化rts数据的实施方式。

1)、简化基站gnss伪距数据的实施方式：

第一步，基站数据预处理，计算改正数据，并进行粗差探测与剔除；

第二步，计算星间差改正数据；

第三步，选取绝对值最大的星间差或者非差改正数据，并取整或通过其它处理，得到一个能用单字节或少数几个字节发送的数据，记为d，在短报文中发送d；

第四步，其它星间差或非差改正数据除以d，得到的商记为e；

第五步，把e乘以100或与流动站约定好的其它数字，并取整，用单字节发送；

第六步，流动站接收短报文设备发送来的基站数据，除以100或其它数字，然后乘以接收到的d。

2)、简化基站gnss相位数据的实施方式：

第一步，基站数据预处理，计算相位改正数据，并进行周跳探测与修复；

第二步，选择某一个卫星作为参考卫星，其它卫星的改正数据与参考卫星做差，得到星间差的改正数据；

第三步，把第一个历元的星间差或非差相位改正数据变成以周为单位的数据，并获取其最近整周数。所有历元所有卫星的改正数据都减去该整周数；

第四步，通过上述处理得到的星间差或非差相位改正数据，如果绝对值小于127毫米，用单字节直接发送整数毫米数。或选取绝对值最大的星间差或者非差改正数据，并取整或通过其它处理，得到一个能用单字节或少数几个字节发送的数据，记为d。其它星间差或非差改正数据除以d，得到的商记为e。把e乘以100或其它数字，并取整，用单字节发送。并在短报文中发送d；

第五步，流动站接收短报文设备发送来的基站数据，除以100或其它数字，然后乘以接收到的d。

3)、简化rts数据方法的实施方式：

第一步，针对每个历元所有的rts改正数据，选取一个数据，作为被除数，记为d。也可针对位置改正和时间改正分别选取一个数据，作为被除数。还可分别针对三个位置方向的改正和时间改正分别选取一个数据，作为被除数；

第二步，把rts改正数据除以第一步选取的对应的被除数d，得到的商，乘以100或其它数字，并取整，用短报文发送。

4)、当出现广播星历数据块变化或更新时的特殊数据处理方法的实施方式：

第一步，无广播星历数据块变化或无更新时，伪距、相位或rts数据简化依照上述部分1和2所述处理；

第二步，当当前历元出现广播星历更新时，利用与流动站约定方法，计算使用老星历和新星历数据块得到的伪距、相位或rts数据改正之差d1：

d1＝v新星历-v老星历

上式中，v新星历和v老星历分别为利用新、老星历数据块得到的伪距、相位或rts改正。

该约定方法可以为：

为每一种卫星约定一个从卫星到基站的观测距离，并据此计算利用新、老星历数据块得到的改正之差。如为gps卫星，约定的观测距离可为：20200公里；如为伽利略卫星，约定的观测距离可为：23600公里；如为glonass卫星，约定的观测距离可为：19100公里；如为北斗静地卫星或倾斜高轨道，约定的观测距离可为：36000公里；如为北斗中圆轨道卫星，约定的观测距离可为：21500公里；

第三步，利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距、相位或rts数据改正，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述改正之差d1，然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理；

第四步，当星历数据块再次出现更新时，依照第二步，计算新的改正之差d2；

第五步，利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距或相位数据改正，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述所有改正之差的和，即d1+d2，然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理；

第六步，以此类推，每当出现星历数据块更新时，依照第二步，计算新的改正之差di。并利用新星历数据块，计算当前历元以及后面历元的伪距、相位或rts数据改正，直到星历数据块再次出现更新。从这些历元的改正中，减去上述所有改正之差的和，即然后再按照部分1或2中的简化方法进行处理。

2、基于gnss数据和rts数据的导航与定位方法的具体实施方式

下面结合具体实施方式对基于gnss数据和rts数据的导航与定位方法进行详细说明。

第一步，海洋载体利用接收到的简化的基站数据，与载体采集的gnss数据进行差分，进而获得每分钟一次的海洋载体与基站的精密相对位置；

第二步，基于收到的rts产品数据，利用时间基线法，获得相邻历元的海洋载体的相对位移；并与第一步中获得的每分钟一次的精密位置相加，即可获得任意时刻的海洋载体的精确位置。

本发明的应用不限于海洋，也可应用于陆上无其它网络通讯手段的情况。应用设备不限于测地型gnss接收机，也可应用于手机、平板、u-blox等可输出原始gnss观测的设备。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。