专利名称：卫星实时精密定位产品的播发方法
技术领域：
本发明涉及卫星导航技术领域，具体的说是一种卫星实时精密定位产品的播发方 法。
背景技术：
目前，分米级广域实时精密定位系统技术是GNSS应用领域的前沿技术与研究热 点。该系统通过少量分布均勻的实时连续运行基准站与先进的实时精密定位信息处理系 统，通过星基增强方式播发实时精密定位产品信息，可以大幅度提高卫星导航系统在增强 信号覆盖区域的导航服务精度、可用性、连续性和完好性。其中，精密定位产品(包括实时轨道和钟差)的播发是广域实时精密定位系统 中的重要一环，目前普遍采用同步卫星的通信方式，采用这种通信方式导致播发带宽成为 一种重要的资源，因此在设计精密定位产品播发格式时，需要考虑在不减少播发信息及减 弱信息精度的前提下，尽量减少播发字段长度以减少服务成本。针对此种情况，目前美国 WASS、欧洲EGN0S、日本MSAS系统采用的RTCA格式以及美国JPL全球产分GPS格式等均选 取与广播星历进行差分的方式，通过播发相对于广播星历的差分改正数，以减少播发字段 的要求。上述格式虽然在信息量上可以减少对带宽的压力，但保证精度与可靠性的前提是 需要播发端即服务器的数据处理中心与接收端即用户端通过广播星历解算的卫星轨道钟 差的值相同，这就隐含着两个限制条件1.保证播发端与接收端计算的同步钟差采用同一组广播星历参数；2.基于广播星历计算的轨道与钟差的方法一致，包括截断误差。为确保条件1，上述几种方法采用比较播发端与接收端广播星历中的数据龄期，确 保采用同一组广播星历。虽然此方法在一般情况下可行，但实际上，在GPS广播星历中同一 颗卫星有可能在同一时段内有两组星历数据，两组参数的参考时刻相距16秒。这种情况 下，播发端与接收端有可能分别接收到其中的一组数据，并一直使用到下一组星历数据的 更新(约2小时后)，由此通过数据龄期作比较，用户端在这2小时内就存在无法找到与播 发端一致的广播星历，而无法使用播发端播发的高精度差分信息。相同的问题同样会出现 在广播星历更新时刻，有可能出现播发端比接收端更新早，在此情况下接收端同样无法使 用高精度差分信息。关于条件2，由于服务器端与用户端所用的软件往往不是同一组织或单位开发，由 此在模型及数值精度上很难保持严格的一致，因此也会引入误差，影响定位精度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种卫星实时精密 定位产品的播发方法，它能解决服务器与用户端广播星历更新不一致、服务器与用户端软 件算法模型及截断误差不一致而引起的高精度差分产品无法使用或精度降低等问题。
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为了实现上述目的，本发明提供的一种卫星实时精密定位产品的播发方法，所述 精密定位产品包括精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpre,该方法包括以下步骤(1)服务器对在当前历元获取的精密定位产品进行质量检验，如果检验不通过，在 下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；该步骤是为了判断当前获取的 精密定位产品其精度是否符合发送要求。(2)服务器截取精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpm的百米位以下数值，并将该 数值作为差分改正数播发给用户端。(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpm的百米位以下数值，再加 上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBtodl及钟差信息CLKtodl的百米位及 以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpmci及钟差信息CLKpre(l。(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，如果检验不通过，则校正精密轨道 信息ORBpretl及钟差信息CLKpmci的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。在上述技术方案中，该方法所述服务器是指具有精密定位产品生成、广播星历接 收、数据处理、数据播发功能的播发端；所述用户端是指具有广播星历接收、数据处理、服务 器播发数据接收功能的接收端。在上述技术方案中，步骤(1)中所述的质量检验是将获取的精密轨道信息ORBpm 及钟差信息CLKpre与同一时刻从广播星历中计算得到的轨道信息ORBtod及钟差信息CLKtod 利用下式进行比较，其中C表示光速，Δ ORB = I ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果差分数A0RB、差分数ACLK大于30. 0，则判断差分数无效，检验不通过；如果 差分数A0RB、差分数ACLK小于等于30.0，则判断差分数有效，检验通过。判断依据是正 常情况下采用6小时内的广播星历计算的轨道与获取的精密轨道之间的差别在10米量级， 这个依据是目前对大量数据分析后得出的结论。在上述技术方案中，步骤(4)中所述的质量检验是将精密轨道信息ORBpretl及钟差 信息CLKpmci与同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBtodl及钟差信息CLKtodl 利用下式进行比较，其中C表示光速， Δ ORBO = I ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果差分数Δ ORBtl、差分数ACLKtl大于30. 0，则判断差分数无效，检验不通过；如 果差分数Δ ORBtl、差分数Δ CLKtl小于等于30.0，则判断差分数有效，检验通过。判断依据是 正常情况下采用6小时内的广播星历计算的轨道与获取的精密轨道之间的差别在10米量 级。在上述技术方案中，步骤(4)中所述对精密轨道信息ORBpretl及钟差信息CLKpretl的 百米位进行校正是将百米位上的数值加1或减1，以满足差分数Δ ORBtl、差分数Δ CLK0小于 等于30. 0的要求。本发明所述的卫星实时精密定位产品的播发方法相比较现有技术而言具有如下 优点一，保证定位产品的截断误差精度
该方法由于采用的是“大数计算，小数替换”的模式，其中“大数”是指百米位及以 上的数值，“小数”指百米位以下的数值，实际截断误差为“小数”最后一位所表示的单位， 因此，在保证播发带宽满足要求的基础上可以精确到毫米级(钟差0.003纳秒)或厘米级 (钟差0.03纳秒)的截断误差。二，播发带宽要求大大降低对于播发的定位产品来说，播发带宽与截断误差刚好是矛盾点，对于一个完整的 轨道钟差数据来说，在保证毫米级的截断误差时，需要播发的带宽就比较大。在广域实时精 密定位系统中，使用地球同步卫星进行定位产品的发布，其播发带宽不超过1Kb，其中还要 留出部分带宽用以播发电离层产品及冗余检验信息。因此，播发数据的压缩至关重要。该方法中“大数部分”是由广播星历计算得到，因此其实际需要的带宽由“小数部 分”所占的数据位数决定。经过处理后数据实际上是百米位以下数据如果以1毫米为截 断误差要求则单个分量数据只需要占用16个数据位；如果以1厘米为截断误差要求则单个 分量数据只需要占用13个数据位，以单个历元32颗卫星为例，扣除时间等其它信息，考虑 卫星号占用6个数据位，则分别需要280字节与232字节的播发带宽，大大缩减了对播发带 宽的要求。 三，确保定位产品的可靠性在传统的如RTCA等格式播发差分信息时，为了降低播发带宽，播发广播星历的轨 道钟差的差值，其轨道参数是由广播星历计算结果加上差分改正数，但当播发端与接收端 存在广播星历更新不同步或广播星历计算卫星轨道的算法软件及截断误差不一致的情况 时，将使得精密定位产品精度降低或者无法使用。对于本发明方法而言，无需严格通过数据 龄期进行比对，只需播发端与接收端在相邻6小时内有星历，不同星历块计算结果差异只 在米级，不会影响到“大数”部分的匹配过程，因此，通过“大数计算，小数替换”的方法完全 可以恢复播发端计算出来的轨道钟差参数，不损失任何精度。四，缩短初始化时间由于广播星历所固有的特性，当用户开机后接收完整的广播星历需要30秒的时 间，为解决这个问题，一些播发端会在开机时将前次存储的星历发给用户使用，这样若采用 差分改正数模式，就会存在前一节存在的星历不匹配的问题。从分米级的定位要求来看，必 须要30秒-59秒获得新的星历数据后才能开始定位。采用本发明方法，当开机间隔时间 (开机时刻相对上次关机时间)小于6小时，并且未更新的旧广播星历计算轨道钟差与精密 轨道钟差比较仍可满足在30米内时，旧广播星历同样能满足精密定位恢复所需的“大数” 的要求，可以不顾及获得新广播星历的时间而实现初始化。
图1为本发明方法服务器端百米位以下数值的播发流程图。图2为本发明方法用户端精密定位产品的恢复流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的描述。卫星实时精密定位产品的播发方法，主要通过服务器端将卫星定位信息在百米位
5上下拆分成“大数”与“小数”；用户端通过广播星历获得“大数”与接收来之服务器播发的 “小数”恢复完全一致的精密定位产品。其中服务器端播发流程如图1所示，用户端恢复流 程如图2所示。具体实施步骤如下(1)服务器对在当前历元观测数据获取的精密定位产品进行质量检验，如果检验 不通过，在下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；(2)服务器截取精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpm的百米位以下数值，并将该 数值作为差分改正数播发给用户端；(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpm的百米位以下数值，再加 上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBtodl及钟差信息CLKtodl的百米位及 以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpmci及钟差信息CLKpretl ；(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，如果检验不通过，则校正精密轨道 信息ORBpretl及钟差信息CLKpmci的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。步骤(1)中所述的质量检验是将获取的精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpre与 同一时刻从广播星历中计算得到的轨道信息ORBtod及钟差信息CLKtod利用下式进行比较， 其中C表示光速，Δ ORB = I ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果Δ ORB、Δ CLK大于30. 0，则检验不通过；如果Δ ORB、Δ CLK小于等于30. 0，
则检验通过。步骤(4)中所述的质量检验是将精密轨道信息ORBpretl及钟差信息CLKpmci与同一 时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBtodl及钟差信息CLKtodl利用下式进行比较， 其中C表示光速，Δ ORBO = | ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果AORB0, Δ CLKtl大于30. 0，则检验不通过；如果数Δ ORB0, ACLK^j、于等于 30.0，则检验通过。步骤(4)中所述对精密轨道信息ORB一及钟差信息CLKpretl的百米位进行校正是 将百米位上的数值加1或减1，以满足AORBp ACLK0小于等于30. 0的要求。下面结合实施例对本发明方法作进一步描述。本实施例采用2009年1月28日0 点0分0. 0秒，2号卫星精密轨道X分量为例。如下，一 .服务器获取精密轨道数值为Xprecise = 13888099. 393m。第一步自广播星历中计算同一时刻的卫星位置X分量=Xbroadcast = 13888101. 188m ；第二步质量检验，将上述两者求差dX = 1. 795m < 30m,两者之差符合要求，质量 检验通过；第三步自获取的精密轨道数值截取百米位以下数值并转换为毫米为单位，以整 数形式发送 X send = 99393mm = X right。二.用户端
接收到精密轨道钟差百米位以下数值X right = 99393mm。第一步自广播星历钟计算同一时刻的轨道钟差信息并提取百米位及以上的数值 Xbroadcastl = 13888101. 588m ；X left = 138881 ；第二步组合得到精密卫星定位产品初值XpreciseO = 13888199. 393m ；第三步将XpreciseO 与 Xbroadcastl 两者求差，Xdif = XpreciseO-Xbroadcastl =97. 805m > 30m。检验不通过，需要校正XpreciseO的百米位，因此，这里应该将百米位 数值减1，即可满足IXdifI < 30，将校正后的XpreciseO再次组合后得到=Xprecisel = 13888099. 393m,该值即为精密轨道X分量的最终值。
权利要求
卫星实时精密定位产品的播发方法，所述精密定位产品包括精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre，其特征在于该方法包括以下步骤(1)服务器对在当前历元获取的精密定位产品进行质量检验，如果检验不通过，在下一历元时重复步骤(1)；如果检验通过，则进入步骤(2)；(2)服务器截取精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，并将该数值播发给用户端；(3)用户端接收到精密轨道信息ORBpre及钟差信息CLKpre的百米位以下数值，再加上同一时刻从广播星历中计算得到的卫星轨道信息ORBbrd1及钟差信息CLKbrd1的百米位及以上的数值，组合成完整的精密定位产品初值，包括轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0；(4)用户端对精密定位产品初值进行质量检验，如果检验不通过，则校正精密轨道信息ORBpre0及钟差信息CLKpre0的百米位；如果检验通过，则获得精密定位产品的最终值。
2.根据权利要求1所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是该方法所述 服务器是指具有精密定位产品生成、广播星历接收、数据处理、数据播发功能的播发端；所 述用户端是指具有广播星历接收、数据处理、服务器播发数据接收功能的接收端。
3.根据权利要求1所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是步骤(1)中 所述的质量检验是将获取的精密轨道信息ORBpm及钟差信息CLKpre与同一时刻从广播星历 中计算得到的轨道信息ORBtod及钟差信息CLKtod利用下式进行比较，其中C表示光速，AORB = ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果Δ ORB、Δ CLK大于30. 0，则检验不通过；如果Δ ORB、Δ CLK小于等于30. 0，则检验通过。
4.根据权利要求1所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是步骤(4)中 所述的质量检验是将精密轨道信息ORBpretl及钟差信息CLKpmci与同一时刻从广播星历中计 算得到的卫星轨道信息ORBtodl及钟差信息CLKtodl利用下式进行比较，其中C表示光速，Δ ORBO = I ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果Δ ORBO, Δ CLKO大于30. 0，则检验不通过；如果数Δ ORBO, Δ CLKO小于等于30. 0， 则检验通过。
5.根据权利要求4所述的卫星实时精密定位产品的播发方法，其特征是步骤(4)中 所述对精密轨道信息ORBpretl及钟差信息CLKpmci的百米位进行校正是将百米位上的数值加1 或减1，以满足AORBO、ACLKO小于等于30. 0的要求。
全文摘要
本发明属于卫星导航技术领域，提供了一种卫星实时精密定位产品的播发方法，主要通过服务器端将卫星定位信息在百米位上下拆分成“大数”与“小数”；用户端通过广播星历获得“大数”与接收来之服务器播发的“小数”恢复完全一致的精密定位产品。它能解决服务器与用户端广播星历更新不一致、服务器与用户端软件算法模型及截断误差不一致而引起的高精度差分产品无法使用或精度降低等问题。
文档编号H04L29/08GK101909070SQ20101010464
公开日2010年12月8日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者宋伟伟, 施闯, 杨蜀江, 楼益栋, 辜声峰 申请人:国家卫星定位系统工程技术研究中心