高空设备的卫星定位方法、装置、计算机设备和存储介质与流程
本申请涉及卫星定位技术领域，特别是涉及一种高空设备的卫星定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术：
卫星定位是一种使用卫星对某物进行准确定位的技术，具体通过利用卫星和接收机的双向通信来确定接收机的位置，可以实现全球范围内实时为用户提供准确的位置坐标及相关的属性特征。目前，卫星定位的实现包括全球定位系统(globalpositioningsystem，gps)、全球导航卫星系统(globalnavigationsatellitesystem，gnss)、北斗卫星导航系统(beidounavigationsatellitesystem，bds)等。卫星定位技术在车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测和市政规划控制中的应用广泛。
然而，在大气物理观测应用中对高空设备，如导航式探空仪进行卫星定位时，高空设备所处的高空观测环境与传统地面观测环境差异较大，定位误差较大，导致高空设备的卫星定位准确度较低。
技术实现要素：
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高定位准确度的高空设备的卫星定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
一种高空设备的卫星定位方法，所述方法包括：
获取待定位的高空设备的设备观测数据；
根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星；
从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
在其中一个实施例中，根据设备观测数据确定高空设备的概略位置包括：
从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据；
根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。
在其中一个实施例中，根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站包括：
获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息；
根据概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离；
根据高空设备与各基准站分别对应的距离从各基准站中确定多于一个的基准站，作为目标基准站。
在其中一个实施例中，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星包括：
根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星；
根据基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星；
将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。
在其中一个实施例中，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据；根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据包括：
根据第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程；
根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程；
根据第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程；
根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
在其中一个实施例中，根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据包括：
从单差观测方程中确定各目标基准站对应目标共视卫星的目标单差观测方程，目标共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星；
将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程；
根据各目标基准站分别对应的双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
在其中一个实施例中，在从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据之后，还包括：
通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据。
一种高空设备的卫星定位装置，所述装置包括：
设备观测数据获取模块，用于获取待定位的高空设备的设备观测数据；
概略位置确定模块，用于根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
目标基准站确定模块，用于根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
共视卫星确定模块，用于根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星；
卫星定位处理模块，用于从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取待定位的高空设备的设备观测数据；
根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星；
从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取待定位的高空设备的设备观测数据；
根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星；
从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
上述高空设备的卫星定位方法、装置、计算机设备和存储介质，根据高空设备的设备观测数据确定的概略位置确定地面的多于一个的目标基准站，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星，并根据各共视卫星对应的共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。根据高空设备的概略位置确定准确的一个以上的目标基准站，并利用高空设备和多个目标基准站共同观测到的共视卫星的共视卫星观测数据对高空设备进行卫星定位，实现了单个高空设备和多个基准站及多个共视卫星的定位模式，有效消除高空设备所处的高空观测环境与基准站所处地面观测环境的差异带来的定位误差，提高了高空设备的卫星定位精度。
附图说明
图1为一个实施例中高空设备的卫星定位方法的应用环境图；
图2为一个实施例中高空设备的卫星定位方法的流程示意图；
图3为一个实施例中获得卫星定位数据的流程示意图；
图4为一个实施例中高空设备的卫星定位方法的共视卫星示意图；
图5为一个实施例中高空设备的卫星定位装置的结构框图；
图6为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的高空设备的卫星定位方法，可以应用于如图1所示的探空仪卫星定位应用环境中。其中，高空设备为高空气象探测中的导航式探空仪，地面设有多个基准站，导航式探空仪和基准站均可以对卫星进行观测，导航式探空仪和基准站分别与服务器104通过网络进行通信。高空设备将观测到的设备观测数据发送至服务器104，服务器104根据高空设备的设备观测数据确定的概略位置确定地面的多于一个的目标基准站，并根据设备观测数据和从目标基准站获取的基准站观测数据确定高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星，并根据各共视卫星对应的共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。其中，服务器104可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种高空设备的卫星定位方法，以该方法应用于图1中的服务器为例进行说明，包括以下步骤：
步骤s201，获取待定位的高空设备的设备观测数据。
其中，高空设备为高空环境中需要进行定位的用户站，例如，高空设备可以为高空气象探测中的探空仪，具体如导航式探空仪。探空仪是指测量天空不同高度上的大气物理参数，以确定气象要素的垂直分布面施放的仪器。设备观测数据为高空设备观测到的卫星数据，具体可以包括观测到的各卫星与高空设备的接收机之间的几何距离数据。用于定位的卫星，如gps卫星不断广播自身位置数据，高空设备观测到该gps卫星，即高空设备的接收机接收到gps卫星的广播信号后，根据广播信号中的卫星位置数据和时间戳，以及接收机的接收时间和广播信号的传播速度，可以得到各卫星与高空设备的接收机之间的几何距离数据。高空设备处于高空环境，视野开阔，可见卫星较多，观测得到的设备观测数据中卫星数目较多。在具体实现时，高空设备的设备观测数据可以通过网络发送至服务器，以由服务器对高空设备进行卫星定位处理。
步骤s203，根据设备观测数据确定高空设备的概略位置。
高空设备进行定位所需要的位置数据包括经纬度坐标和高度信息，但高空设备接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，即引入卫星与高空设备接收机的时间差作为未知数，从而可以通过构建4个方程解算得到该4个未知量，也就是说，利用卫星对高空设备进行定位，高空设备至少接收4个卫星的信号。本实施例中，通过高空设备观测得到的设备观测数据进行单点定位，可以确定高空设备的概略位置。其中，单点定位为根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，其只能采用伪距观测量，得到的概略位置精度较低，只可以作为高空设备的粗略定位。
具体实现时，可以根据至少4个卫星对应的设备观测数据，进行单点定位，即构建至少4个方程进行解算，得到高空设备的概略位置。
步骤s205，根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据。
其中，基准站预先设于地面，其设置位置确定，基准站可以通过内置的接收机接收卫星信号，从而可以与高空设备的观测数据进行差分定位，以确定高空设备的位置。基准站的数量根据实际需求设置，多个基准站可以构建得到基准站网，基准站长期持续观测，并且稳定不动，利用基准站的观测数据与高空设备的观测数据求差，可以消除绝大多数相关误差，从而提高高空设备的卫星定位精度。目标基准站为从地面预先设置的基准站中选取的参与高空设备定位处理的基准站，具体可以从各基准站中选取预设目标基准站数目的基准站，作为目标基准站。基准站观测数据为目标基准站观测到的卫星数据，具体可以包括观测到的各卫星与目标基准站的接收机之间的几何距离数据。
本实施例中，确定高空设备的概略位置后，根据该概略位置从设置于地面的各基准站中确定多于一个的目标基准站，具体可以选取与高空设备距离最近的多于一个的基准站，作为目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据。在具体实现时，gnss中的基准站的观测数据可以以rtcm格式，通过有线或无线等方式发送至服务器，以由服务器对高空设备进行定位处理。此外，服务器在接收到各目标基准站分别对应的基准站观测数据后，可以对基准站观测数据的完整性、误差与周跳、网络延迟等几个方面进行数据质量检测，以确保基准站观测数据的有效性和可靠性。
步骤s207，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星。
其中，共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星，即高空设备和目标基准站均接收到广播信号的卫星。一般地，各目标基准站处于地面不同位置，对应可以观测到的卫星不同或部分相同，而处于高空环境的高空设备可以的视野范围广阔，可以观测到更多的卫星数目，各目标基准站与处于高空环境的高空设备观测的卫星会有交集，即各目标基准站与高空设备会观测到相同的卫星，即为高空设备和目标基准站对应的共视卫星。高空设备和不同目标基准站共同观测到的共视卫星的数量和卫星编号不同。
本实施例中，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星，具体可以分别对设备观测数据和基准站观测数据中观测到的卫星进行分析，从而确定高空设备和各目标基准站共同观测到的共视卫星。
步骤s209，从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
共视卫星观测数据可以包括对应共视卫星由高空设备观测到的观测数据和由基准站观测到的观测数据，具体可以从设备观测数据和基准站观测数据中分确定。根据各共视卫星观测数据可以得到高空设备的卫星定位数据，如可以根据各共视卫星观测数据构建对应观测方程，解算观测方程得到高空设备的卫星定位数据。卫星定位数据可以包括高空设备的三维坐标，具体可以为经纬度坐标和高度数据。
本实施例中，根据高空设备的概略位置确定多于一个的目标基准站，并根据高空设备和各目标基准站分别对应共视卫星的共视卫星观测数据对高空设备进行卫星定位，可以实现单个高空设备和多个基准站及多个共视卫星的定位模式，从而可以有效利用众多的观测数据进行卫星定位，消除高空设备所处的高空观测环境与基准站所处地面观测环境的差异带来的定位误差，提高了高空设备的卫星定位精度。
上述高空设备的卫星定位方法中，根据高空设备的设备观测数据确定的概略位置确定地面的多于一个的目标基准站，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星，并根据各共视卫星对应的共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。根据高空设备的概略位置确定准确的一个以上的目标基准站，并利用高空设备和多个目标基准站共同观测到的共视卫星的共视卫星观测数据对高空设备进行卫星定位，实现了单个高空设备和多个基准站及多个共视卫星的定位模式，有效消除高空设备所处的高空观测环境与基准站所处地面观测环境的差异带来的定位误差，提高了高空设备的卫星定位精度。
在一个实施例中，根据设备观测数据确定高空设备的概略位置包括：从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据；根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。
本实施例中，利用高空设备的设备观测数据进行单点定位，得到高空设备的概略位置。具体地，得到高空设备的设备观测数据后，从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据。具体实现时，基于单点定位方式的要求，至少需要从设备观测数据中确定4个卫星对应的设备观测数据，以根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。具体实现时，可以根据各个卫星对应的设备观测数据分别构建对应的设备伪距观测方程，进一步组成设备伪距观测方程组，解算该设备伪距观测方程组可以得到高空设备的概略位置。
在一个实施例中，根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站包括：获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息；根据概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离；根据高空设备与各基准站分别对应的距离从各基准站中确定多于一个的基准站，作为目标基准站。
本实施例中，根据地面的基准站与高空设备之间的距离，从地面的基准站中确定多于一个的目标基准站。具体地，确定高空设备的概略位置后，获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息，基准站分布信息可以包括各基准站预先的分布位置及对应编号。一般地，基准站分布信息站间设置一定间隔，且构成德洛内(delaunay)三角网，同时避免直线设站，此外，还可以结合实际应用需求对各基准站的设置位置进行调控。如应用于高空气象探测中导航式探空仪的卫星定位时，各基准站的分布位置结合气象站分布和便于建设和维护等因素进行进一步调整。设于地面的基准站对应有卫星截止高度角，如可以大于等于15°，从而控制各基准站的有效观测视野。
得到各基准站对应的基准站分布信息后，根据高空设备的概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离，具体可以根据基准站分布信息中各基准站的位置与高空设备的概略位置分别计算得到高空设备与各基准站之间对应的距离。再根据高空设备与各基准站分别对应的距离，从中选取多于一个的基准站，作为目标基准站，具体可以选取距离较小的多于一个的基准站作为目标基准站。具体实现时，选取的基准站的数量可以预先设置，如设置一目标基准站阈值，则选取该目标基准站阈值数目的基准站作为目标基准站。
在一个实施例中，根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星包括：根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星；根据基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星；将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。
本实施例中，分别对设备观测数据和基准站观测数据中观测到的卫星进行分析，从而确定高空设备和各目标基准站共同观测到的共视卫星。
具体地，在得到各目标基准站对应的基准站观测数据后，根据各基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星，设备观测卫星为对应目标基准站观测到的卫星。各目标基准站设置于不同位置，可以观测到不同的卫星，根据各目标基准站分别对应的基准站观测数据，可以确定目标基准站对应观测到的卫星。另一方面，根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星，设备观测卫星为高空设备观测到的卫星。具体应用中，设备观测数据和基准站观测数据中携带有卫星标识，根据卫星标识可以分别从设备观测数据和基准站观测数据中确定对应观测到的卫星。确定设备观测卫星和基准站观测卫星后，将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。具体地，可以根据各卫星的卫星标识，从设备观测卫星和基准站观测卫星中确定相同标识的卫星，即确定相同的卫星作为高空设备与各目标基准站分别对应的共视卫星。
一般地，对于每一个目标基准站，其与高空设备均可确定出对应一个或多个的共视卫星，确定的共视卫星与该目标基准站对应，不同的目标基准站对应于不同或部分相同或相同的共视卫星。
在一个实施例中，如图3所示，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据；获得卫星定位数据的步骤，即根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据包括：
步骤s301，根据第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程。
本实施例中，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据。其中，第一观测数据包括高空设备观测到的共视卫星与高空设备之间的距离数据，具体可以从设备观测数据中确定，第二观测数据包括对应目标基准站与共视卫星之间的距离数据，具体可以从对应目标基准站的基准站观测数据中确定。通过第一观测数据和第二观测数据分别对应构建的观测方程确定单差观测方程，并利用目标基准站对应不同共视卫星的目标基准站构建双差观测方程进行解算，得到高空设备的卫星定位数据。
具体地，从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据后，根据共视卫星观测数据中的第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程。其中，原始观测方程可以根据卫星定位系统对应预先设置。例如原始观测方程可以为式(1)形式，
其中，p为伪距观测值，r为高空设备或基准站的观测数据，trop为对流层延迟误差，ion为电离层延迟误差，c为光速，δt为钟差，o为卫星轨道误差，m为多路径效应，e为其它非模型化误差，ε为观测噪声，上标代表观测卫星号，下标代表观测站，如高空设备或基准站。本实施例中，可以将第一观测数据作为r代入式(1)中，得到第一观测数据对应的第一观测方程。此外，也可以对原始观测方程进行误差修正或简化后，将第一观测数据代入得到第一观测数据对应的第一观测方程，如进行对流层改正，且忽略多路径效应影响后代入第一观测数据得到第一观测方程。
步骤s303，根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程。
类似于第一观测方程，根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程，如可以将第二观测数据作为r代入式(1)中，得到第二观测数据对应的第二观测方程。第一观测方程和第二观测方程和共视卫星对应，即各目标基准站不同的共视卫星均可构建得到对应的第一观测方程和第二观测方程。
步骤s305，根据第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程。
得到共视卫星对应的第一观测方程和第二观测方程后，根据该第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程。具体可以将第一观测方程和第二观测方程进行差分处理，得到该共视卫星对应的单差观测方程。对各目标基准站对应各共视卫星进行相应处理，得到各目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程。
步骤s307，根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
得到各目标基准站对应的单差观测方程后，基于单差观测方程构建双差观测方程，如可以将同一目标基准站不同共视卫星对应的单差观测方程进行差分处理，得到各目标基准站分别对应的双差观测方程，并基于双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据包括：从单差观测方程中确定各目标基准站对应目标共视卫星的目标单差观测方程，目标共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星；将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程；根据各目标基准站分别对应的双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
本实施例中，将高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星作为目标共视卫星，并将该目标共视卫星对应目标基准站的其他共视卫星的单差观测方程与该单差观测方程的单差观测方程分别进行差分处理，得到双差观测方程，解算该双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
具体地，得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程后，从每一目标基准站对应单差观测方程中，确定目标共视卫星的目标单差观测方程。其中，目标共视卫星为高空设备和该目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近该目标基准站垂直上方位置的共视卫星。一般地，每一目标基准站与高空设备的共视卫星可能有多个，从多个共视卫星中确定最靠近该目标基准站垂直上方位置的共视卫星，作为该目标基准站的目标共视卫星。对于每一个目标基准站均确定其对应的目标共视卫星。将目标共视卫星对应的单差观测方程作为目标单差观测方程。将目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程中，除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与该目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程。每一目标基准站从对应的共视卫星中确定目标共视卫星，并将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与该目标共视卫星对应的目标单差观测方程进行差分，可以构建每一目标基准站对应的双差观测方程。结合各目标基准站对应的双差观测方程进行解算，可以得到得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，在从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据之后，还包括：通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据。
本实施例中，可以对共视卫星观测数据进行修正处理后进行后续的卫星定位处理。具体地，得到各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据之后，通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，例如通过对流层延迟改正模型，如hopfield模型、saastamoinen模型等对共视卫星观测数据进行修正，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据进行后续卫星定位处理，从而进一步消除定位误差，提高高空设备的卫星定位的定位准确度。
在一个实施例中，本申请提供的高空设备的卫星定位应用于高空气象探测应用场景中。气象数据是对地球大气环境及其演变过程的客观记载，随着观测手段和计算处理能力的不断提升，气象观测和预报范围随之扩展、精细化程度持续提高，由此气象数据覆盖的地域范围更广、时空密度更大、定位精度更高，可以获取的数据种类更多，数据的表现形式更为多样。中国气象局采集的观测数据主要包括地面气象资料和高空气象资料，同时，卫星探测资料，海洋资料，辐射资料，农气资料等共同辅助以实现数值预报。地面资料为各种观测手段获得的近地面气象观测资料及其综合分析衍生资料，高空资料通过施放探空气球的方式获得高空中的气压、位势高度、温度、温度露点差、比湿、大气密度、风向和风速等要素，以及跟这些要素相匹配的三维位置和时间信息。
本实施例中，待定位的高空设备为探空仪，具体为导航式探空仪。导航式探空仪内置gnss定位模块，利用导航系统提供的定位信息，可以进行风场、高度和气压的解算，从而提高相关气象要素的探测精度。与传统探空仪相比，导航探空仪具有全球、全天候、实时性强、体积小、重量轻、操作方便等优点。为了提高导航式探空仪的卫星定位精度，通常采用差分的方法，即在探空气球施放区域建设基准站网，基准站长期持续观测，并且稳定不动，因此可以得到基准站的准确坐标，利用基准站卫星数据与探空仪卫星数据求差，可以消除绝大多数相关误差，从而提高探空仪的定位精度。但导航式探空仪所处的高空环境与地面基准站所处的观测环境存在差异性，常规增强系统所提供的是地面环境下的测站信息，定位误差较大，导致高空设备的卫星定位准确度较低。
本实施例中，预先在导航式探空仪的高空气象探测服务范围内，建设一定数量的gnss基准站，形成观测区域的网状覆盖，各基准站可以通过基准站编码进行管控，各基准站之间考虑间隔一定距离，且尽量构成德洛内三角网，同时避免直线设站，还结合气象站分布和便于建设和维护等因素进行综合设置。gnss基准站的卫星截止高度角为15°，其观测数据可以以rtcm格式，通过有线或无线等方式传输至服务器，服务器对观测数据的完整性、误差与周跳、网络延迟等几个方面进行数据质量检测，并可以对观测数据进行分析，计算各个基准站的可见卫星数及对应的卫星编号，从而确定各基准站观测到的卫星。
在对导航式探空仪进行卫星定位时，获取待定位的导航式探空仪的设备观测数据，设备观测数据可以为实时观测数据，也可以为存储的观测数据，从而实现对观测数据的后处理模式，并根据该设备观测数据进行单点定位，确定导航式探空仪的概略位置，具体可以将设备观测数据中各个卫星对应的设备观测数据代入上式(1)中，同时，卫星钟差通过广播星历改正，接收机钟差作为未知数，并进行线性化，忽略其它误差影响，同时观测4颗以上卫星，则可以组成观测方程组，解算后可以得到导航式探空仪的概略位置和钟差。根据得到的概略位置从各地面设置的基准站中确定多于一个的目标基准站，具体选取距离导航式探空仪的概略位置较近的多于一个的基准站作为目标基准站。如图4所示，本实施例中，根据导航式探空仪u的概略位置选取的目标基准站包括基准站a、基准站b和基准站c。
与地面基准站相比，高空中的用户站，即导航式探空仪不受卫星截止高度角的限制，因此可见卫星数多于单一地面基准站；由于天空中的用户站和基准站观测环境开阔，所以很少有多路径影响，可以忽略；以基准站a，基准站b，基准站c和导航式探空仪u为例，i，m和p分别代表导航式探空仪u与基准站a，b和c的目标共视卫星，目标共视卫星为导航式探空仪u和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星。对目标共视卫星进行对流层修正后，根据式(1)可以得到式(2)-(7)，
本实施例中，利用hopfield模型进行对流层误差改正，hopfield模型如下式(8)示，
其中，
进一步地，对于式(2)-(7)，对于相同的共视卫星，在导航式探空仪与基准站之间求差，可以消除共有误差，得到式(9)-(11)，
通过卫星间求差，消除了接收机钟差，削弱了相关误差，得到了卫星i，m和p的单差观测方程。若每个目标基准站的共视卫星至少2颗，类似方程(9)-(11)，至少可以得到另外一组卫星j，n和q的单差观测方程。然后再在不同的共视卫星间求差，即可得到用户关于不同基准站和不同卫星的双差观测方程，可以得到式(12)-(14)，
在双差组合的基础之上，忽略双差残余电离层延迟误差、卫星轨道误差和非模型化等残余误差，利用最小二乘法或者卡尔曼滤波的方法，解算线性化组合后的方程组可得到导航式探空仪的高精度三维位置坐标，从而消除了卫星钟差，进一步削弱了相关误差，提高了导航式探空仪的卫星定位准确度。
应该理解的是，虽然图2-3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种高空设备的卫星定位装置，包括：设备观测数据获取模块501、概略位置确定模块503、目标基准站确定模块505、共视卫星确定模块507和卫星定位处理模块509，其中：
设备观测数据获取模块501，用于获取待定位的高空设备的设备观测数据；
概略位置确定模块503，用于根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
目标基准站确定模块505，用于根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
共视卫星确定模块507，用于根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星；
卫星定位处理模块509，用于从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，概略位置确定模块503包括观测卫星确定模块和卫星数据处理模块；其中：观测卫星确定模块，用于从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据；卫星数据处理模块，用于根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。
在一个实施例中，目标基准站确定模块505包括分布信息获取模块、距离确定模块和目标基准站选取模块；其中：分布信息获取模块，用于获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息；距离确定模块，用于根据概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离；目标基准站选取模块，用于根据高空设备与各基准站分别对应的距离从各基准站中确定多于一个的基准站，作为目标基准站。
在一个实施例中，共视卫星确定模块507包括设备卫星确定模块、基准站卫星确定模块和相同卫星确定模块；其中：设备卫星确定模块，用于根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星；基准站卫星确定模块，用于根据基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星；相同卫星确定模块，用于将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。
在一个实施例中，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据；卫星定位处理模块509包括第一观测方程模块、第二观测方程模块、单差观测方程模块和双差观测方程模块；其中：第一观测方程模块，用于根据第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程；第二观测方程模块，用于根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程；单差观测方程模块，用于根据第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程；双差观测方程模块，用于根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，双差观测方程模块包括目标共视卫星模块、双差观测方程获得模块和双差观测方程解算模块；其中：目标共视卫星模块，用于从单差观测方程中确定各目标基准站对应目标共视卫星的目标单差观测方程，目标共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星；双差观测方程获得模块，用于将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程；双差观测方程解算模块，用于根据各目标基准站分别对应的双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，还包括修正处理模块，用于通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据。
关于高空设备的卫星定位装置的具体限定可以参见上文中对于高空设备的卫星定位方法的限定，在此不再赘述。上述高空设备的卫星定位装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种高空设备的卫星定位方法。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取待定位的高空设备的设备观测数据；
根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星；
从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据；根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息；根据概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离；根据高空设备与各基准站分别对应的距离从各基准站中确定多于一个的基准站，作为目标基准站。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星；根据基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星；将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。
在一个实施例中，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据；处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程；根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程；根据第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程；根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：从单差观测方程中确定各目标基准站对应目标共视卫星的目标单差观测方程，目标共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星；将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程；根据各目标基准站分别对应的双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取待定位的高空设备的设备观测数据；
根据设备观测数据确定高空设备的概略位置；
根据概略位置确定设于地面的多于一个的目标基准站，并获取各目标基准站分别对应的基准站观测数据；
根据设备观测数据和基准站观测数据确定高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星；共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的卫星；
从设备观测数据和基准站观测数据中确定各共视卫星分别对应的共视卫星观测数据，并根据各共视卫星观测数据得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：从设备观测数据中确定各个卫星对应的设备观测数据；根据各个卫星对应的设备观测数据得到高空设备的概略位置。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取设于地面的各基准站对应预设的基准站分布信息；根据概略位置和基准站分布信息确定高空设备与各基准站分别对应的距离；根据高空设备与各基准站分别对应的距离从各基准站中确定多于一个的基准站，作为目标基准站。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据设备观测数据确定高空设备观测到的设备观测卫星；根据基准站观测数据确定各目标基准站分别对应观测到的基准站观测卫星；将设备观测卫星和基准站观测卫星中相同的卫星确定为高空设备和各目标基准站分别对应的共视卫星。
在一个实施例中，共视卫星观测数据包括从设备观测数据中确定的第一观测数据和从基准站观测数据中确定的第二观测数据；计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据第一观测数据和预设的原始观测方程构建第一观测方程；根据第二观测数据和原始观测方程构建第二观测方程；根据第一观测方程和第二观测方程得到目标基准站对应各共视卫星的单差观测方程；根据各目标基准站对应的单差观测方程构建双差观测方程，并根据各双差观测方程得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：从单差观测方程中确定各目标基准站对应目标共视卫星的目标单差观测方程，目标共视卫星为高空设备和目标基准站共同观测到的共视卫星中最靠近目标基准站垂直上方位置的共视卫星；将除目标单差观测方程之外的单差观测方程分别与目标单差观测方程进行差分，得到目标基准站对应的双差观测方程；根据各目标基准站分别对应的双差观测方程解算得到高空设备的卫星定位数据。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过预设的误差修正模型对共视卫星观测数据进行修正处理，并将修正后的共视卫星观测数据作为共视卫星观测数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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