专利名称：基于星型结构的虚拟参考站网络rtk定位方法
技术领域：
本发明涉及连续运行参考站(C0RS)系统站间星形结构组网、整周模糊度网络固 定方法与网络误差改正数的计算，尤其涉及GNSS网络差分定位系统中的一种基于星形结 构的虚拟参考站(VRS)网络RTK定位方法。
背景技术：
GNSS网络差分定位技术是目前卫星定位领域的热门技术，广泛应用于测绘及国土 资源调查等行业，以虚拟参考站(VRS)技术为代表的网络差分技术兴起，使得建立基准站 网络式GPS服务体系成为当前GPS技术应用发展的最新趋势。VRS技术作为多基准站环境 下的GPS实时动态定位技术，是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络技术以及GPS 技术为一体的网络RTK定位技术，也是当前应用最广、最成功的代表性高新技术成果，VRS 技术体系代表了常规RTK之后新一代定位技术的发展方向。VRS技术定位的基本方法为各个参考站连续采集观测数据，实时传输到数据处 理与控制中心的数据库，进行网络计算；控制中心在线解算GPS参考站网内各独立基线的 载波相位整周模糊度值；数据处理中心利用参考站网载波相位观测值计算每条基线上的 双差综合误差，并据此建立距离相关误差的空间参数模型；移动站用户将通过单点定位得 到的NMEA格式的概略坐标发送给控制中心，控制中心在该坐标位置创建一个虚拟参考站 (VRS)；控制中心根据参考站、用户及GPS卫星的相对几何关系，通过内插计算模型得到移 动站与参考站间的空间相关误差，再根据虚拟观测值计算模型生成VRS处的虚拟观测值； 控制中心把虚拟观测值作为网络差分改正信息发送给移动站用户；用户移动站接收网络差 分信息与VRS构成短基线，通过常规RTK计算模型进行差分解算，确定用户位置。传统VRS技术，以用户所在三角形为基本解算单元建立网络改正模型，它仅选择 用移动站所在的三角形区域的三个基准站及基线数据，建立覆盖三角形区域的改正计算模 型。这种解算单元能保证改正区域与流动站最大程度的符合，只要该三角形解算单元网络 初始化正常，就能保证较优的网络改正精度和可靠性，同时也不受其它单元初始化错误的 影响。但这种三角形网络结构也有一些不足之处，主要表现在(1)它采用的是单基线解算 模式，没有充分利用多基准站多余观测信息，导致对于长基线和低高度角卫星的模糊度固 定时间较长，不利于大规模基准站网络的初始化；(2)独立基线信息较少(2条基线)，因此 限制了内插计算时可供选择的数学模型(模型参数<=2)的精确性，因而在一定程度上影 响了改正数的精度，特别是对于高程差异较大区域的定位精度会有所降低；(3)对于基本 解算单元以外的区域，其改正精度随距离的增加大幅下降。
发明内容
本发明针对目前VRS网络RTK中三角形构网的不足，提出了一种基于星型结构的 虚拟参考站网络RTK定位方法，采用星型虚拟参考站网络RTK定位方法来提高网络RTK定 位精度与可靠性。
本发明的技术方案是一种基于星型结构的虚拟参考站网络RTK定位方法，各个 参考站连续采集观测数据，实时传输到数据处理与控制中心的数据库，进行网络计算；控制 中心在线解算GPS参考站网内各独立基线的载波相位整周模糊度值；数据处理中心利用参 考站网载波相位观测值计算每条基线上的双差综合误差，并据此建立距离相关误差的空间 参数模型；移动站用户将通过单点定位得到的NMEA格式的概略坐标发送给控制中心，控制 中心在该坐标位置创建一个虚拟参考站VRS ；控制中心根据参考站、用户及GPS卫星的相对 几何关系，通过内插计算模型得到移动站与参考站间的空间相关误差，再根据虚拟观测值 计算模型生成VRS处的虚拟观测值；控制中心把虚拟观测值作为网络差分改正信息发送给 移动站用户；用户移动站接收网络差分信息与VRS构成短基线，通过常规RTK计算模型进行 差分解算，确定用户位置；其特征在于建立星型结构的基本解算单元，构建一种星型结构的VRS网络RTK基 线解算方式替代以用户所在三角形为基本解算单元建立网络改正模型的方法，按以下步骤 实现(1)建立星型结构的基本解算单元；1)将整个C0RS网络按Delaunay三角网构网原则建立不规则三角网；2)从C0RS网络中的参考站中选取中心参考站，选取的原则为中心参考站与其余 参考站形成的基线数目最少且中心参考站必须位于Delaunay三角网边界之内，将其余参 考站作为辅助参考站，形成一个星型结构基本解算单元；3)将整网依据中心参考站的数目分成若干个子网，而这些子网以星型拓扑结构构 建，以中心参考站名称命名；(2)星型VRS网络模糊度解算1)由单基线模式利用宽巷组合的长波特性快速固定宽巷模糊度基线长度为30 50km时，采用宽巷组合定义求解法根据双频宽巷组合观测值的定义，把宽巷模糊度表示成
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权利要求
一种基于星型结构的虚拟参考站网络RTK定位方法，各个参考站连续采集观测数据，实时传输到数据处理与控制中心的数据库，进行网络计算；控制中心在线解算GPS参考站网内各独立基线的载波相位整周模糊度值；数据处理中心利用参考站网载波相位观测值计算每条基线上的双差综合误差，并据此建立距离相关误差的空间参数模型；移动站用户将通过单点定位得到的NMEA格式的概略坐标发送给控制中心，控制中心在该坐标位置创建一个虚拟参考站VRS；控制中心根据参考站、用户及GPS卫星的相对几何关系，通过内插计算模型得到移动站与参考站间的空间相关误差，再根据虚拟观测值计算模型生成VRS处的虚拟观测值；控制中心把虚拟观测值作为网络差分改正信息发送给移动站用户；用户移动站接收网络差分信息与VRS构成短基线，通过常规RTK计算模型进行差分解算，确定用户位置；其特征在于建立星型结构的基本解算单元，构建一种星型结构的VRS网络RTK基线解算方式替代以用户所在三角形为基本解算单元建立网络改正模型的方法，按以下步骤实现(1)建立星型结构的基本解算单元；1)将整个CORS网络按Delaunay三角网构网原则建立不规则三角网；2)从CORS网络中的参考站中选取中心参考站，选取的原则为中心参考站与其余参考站形成的基线数目最少且中心参考站必须位于Delaunay三角网边界之内，将其余参考站作为辅助参考站，形成一个星型结构基本解算单元；3)将整网依据中心参考站的数目分成若干个子网，而这些子网以星型拓扑结构构建，以中心参考站名称命名；(2)星型VRS网络模糊度解算1)由单基线模式利用宽巷组合的长波特性快速固定宽巷模糊度基线长度为30～50km时，采用宽巷组合定义求解法根据双频宽巷组合观测值的定义，把宽巷模糊度表示成式中，为双差算子；Nw为宽巷模糊度；和分别为L1、L2波段载波相位观测值；f1、f2为L1、L2波段的频率；λw＝c/(f1 f2)为宽巷观测值的波长；ρ，O，T，I，M，ε分别为卫地距、轨道误差、对流层延迟、电离层延迟、多路径效应及观测噪声；基线长度为50～100km时，采用双频伪距P码P1、P2和相位观测值线性组合求解法由于双频码相关的GPS接收机，不但可以获得载波相位观测值，而且还能获得L1，L2频率上的P码伪距，采用双频P码和相位观测值的线性组合法求解宽巷模糊度式中P1，P2分别为L1、L2波段P码伪距值；根据噪声的偶然误差特性，采用综合多历元观测数据进行求解；2)由多基线模式利用无电离层组合、宽巷模糊度与L1、L2模糊度之间的关系解算出L1、L2双差模糊度对于星型解算单元中每一条基线在固定宽巷模糊度之后，采用无电离层组合分离出L1双差模糊度，其计算公式为由上式可见，采用无电离层组合可以有效地消除电离层的影响，其中轨道误差O、多路径效应M可以忽略不计，因此影响精度主要为对流层延迟，任意一条基线pq的双差对流层延迟可以表示为 <mrow><mi>Δ</mi><mo>▿</mo><msubsup> <mi>T</mi> <mi>pq</mi> <mi>ij</mi></msubsup><mo>=</mo><msub> <mi>ZD</mi> <mi>q</mi></msub><mo>▿</mo><mi>MF</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>θ</mi><mi>pq</mi><mi>ij</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>RZD</mi> <mi>pq</mi></msub><mo>▿</mo><mi>MF</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>θ</mi><mi>p</mi><mi>ij</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中RZDpq为相对天顶对流层延迟，所以第k条基线多卫星模糊度解算模型如下式中r为参考卫星，s为非参考卫星，m为中心参考站，k为辅助参考站；首先选择星型基本解算单元中基线最短的基线进行模糊度解算，构建卡尔曼滤波器，即可快速估计出中心参考站m的天顶对流层延迟ZDm、m与k两站相对天顶对流层延迟RZDmk以及模糊度浮点解；由于星型基本解算单元具有同一中心参考站m，将已估计出的天顶对流层延迟ZDm应用于其余基线的解算，加快模糊度浮点解解算效率，构造新的卡尔曼滤波器，只估计相对天顶对流层延迟RZDmk和模糊度浮点解，最后采用LAMBDA算法加快模糊度固定速度；(3)星型VRS网络改正数计算模型在VRS网络模糊度固定之后，则需要进行VRS网络误差改正数的计算建模，由于电离层延迟误差的色散性，采用双频相位观测值计算参考站网络各基线上的电离层延迟，忽略观测噪声和高阶电离层延迟误差的影响，得到基线上的电离层双差改正数，如下式式中为电离层双差改正数。对于对流层双差改正数计算，在估计出中心参考站m的天顶对流层延迟ZDm，以及m站与辅助参考站k之间相对天顶对流层延迟RZDmk之后即可以求出，其中映射函数由Neill模型得到；在获取星型基本解算单元中各条基线的改正数之后，采用如下通用公式来内插出中心参考站与移动站的误差改正数μv，n＝α1μ1，n+...+αiμi，n+...+αn 1μi 1，n式中μ为误差改正数，αi为内插系数，i＝(1，…，n 1)。下标v为虚拟参考站，n代表中心参考站，1，…，n 1代表n 1个辅助参考站。FSA00000265675300011.tif,FSA00000265675300012.tif,FSA00000265675300013.tif,FSA00000265675300014.tif,FSA00000265675300021.tif,FSA00000265675300022.tif,FSA00000265675300023.tif,FSA00000265675300024.tif,FSA00000265675300025.tif,FSA00000265675300026.tif,FSA00000265675300028.tif,FSA00000265675300029.tif,FSA00000265675300032.tif
2.根据权利要求1所述基于星型结构的虚拟参考站网络RTK定位方法，其特征在于采用LIM模型内插双差电离层改正数和LSM模型内插双差对流层改正数，对星型VRS网络结构进行数据处理。
全文摘要
本发明公开了一种基于星型结构的虚拟参考站网络RTK定位方法，首先建立星型结构的基本解算单元，构建一种星型结构的VRS网络RTK基线解算方式，并提出了适用于星型结构VRS网络RTK模糊度解算方法；然后针对这种星型结构分别对VRS网络RTK中电离层、对流层改正数的算法进行了研究。本发明方法在网络模糊度解算方面固定速度明显加快，提高幅度约50％，在生成的网络改正数方面精度及可靠性更高。
文档编号G01S19/42GK101943749SQ201010278990
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者沈雪峰, 潘树国, 王伟亮, 王庆 申请人:东南大学