一种基于行列号机制的网络RTK用户请求快速匹配方法与流程

一种基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法
技术领域
1.本发明属于卫星导航定位技术领域，特别是区域卫星导航差分增强技术，具体涉及一种基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法。


背景技术：

2.近年来我国北斗卫星导航系统建设飞速发展，北斗卫星导航系统已在工程测量、地质勘探、变形监测、车辆导航及智慧物流等国计民生领域发挥重要作用，随着人类社会的发展，人们对位置服务的需求越来越高。目前，卫星导航定位只能提供最高3米左右的水平定位精度，通过差分定位技术，能够大幅度提高定位精度。实时载波相位差分定位技术(rtk)是当前应用最为广泛的一种高精度定位技术，通过基准站与流动站进行双差消除共视误差，得到流动站用户高精度定位结果。但随着基准站与流动站距离的增大，二者的空间相关性变弱，使得常规rtk差分定位解算，由于距离的限制，致使定位精度下降。
3.由于常规rtk定位技术受基准站与流动站之间距离的限制，人们提出了网络rtk定位技术。网络rtk定位技术将区域内所有基准站划分为格网，通过计算格网内各基准站电离层、对流层及星历等综合误差，内插得到虚拟点各项误差改正数并在此基础上计算出伪距和载波相位观测值。各虚拟点虚拟观测值经标准编码后发送到播发平台，区域内流动站用户通过接收播发平台发送的虚拟点差分改正数，差分计算得到终端高精度位置坐标。网络rtk在技术上弥补了常规rtk技术的不足，能够实现区域范围内cm级实时动态定位解算，扩大了高精度定位的服务范围。由于虚拟参考站技术(vrs)在作业距离、精度、可靠性及实时性等方面具有很大的优势，已经成为网络rtk领域应用最广且最成功的解决方案，故本发明也采用vrs技术实现网络rtk差分服务功能。
4.网络rtk差分服务以格网内计算出的虚拟点虚拟观测值向外提供差分服务，当用户向服务中心请求差分数据产品时，服务中心会根据用户发送的概略坐标进行格网点位置的便利，寻找到离用户位置最近的格网点，并将该格网点的坐标和差分数据产品发送给用户，用户接收到产品进行高精度定位。当区域范围较大，划分间隔小，则区域内格网点数量非常之多，若根据用户位置遍历格网点数据库时，不仅效率低，而且会给区域服务带来延迟。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供
6.实现本发明目的的技术方案为：
7.一种基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，包括：
8.步骤1，获取卫星星历、基准站原始观测值及基准站坐标数据；
9.步骤2，根据基准站坐标，划定长方形区域，计算出长方形区域左下角最小经纬度值bl
min
和右上角最大经纬度值bl
max
，并按间隔inval依次划分出格网点；
10.步骤3，将区域内基准站点按照delaunay三角网元形式进行剖分，划分为一个个三
角网元；
11.步骤4，计算其中一个三角网元内基准站间模糊度，先进行宽巷模糊度固定，再利用无电离层组合模型固定宽巷及l1模糊度恢复其整数特性，最后利用已固定的宽巷及l1模糊度确定l2模糊度大小；
12.步骤5，计算基准站间空间相关误差，当基准站间模糊度固定后，实时计算生成各基准站间双差相位观测值δ
▽
φ，双差伪距观测值δ
▽
ρ，双差电离层延迟δ
▽
i、双差对流层延迟δ
▽
t和轨道等综合误差δ
▽
o；
13.步骤6，通过线性内插方式内插出各三角网元内主参考站与格网点处虚拟基准站间双差电离层残差δ
▽ii,vrs
，双差对流层残差δ
▽
t
i,vrs
和双差轨道残差δ
▽oi,vrs
，在此基础上，通过主参考站伪距观测值和载波相位观测值计算得到虚拟基准站伪距观测值p(vrs)和载波相位观测值
14.步骤7，重复步骤6，依次计算该三角网元内所有格网点虚拟基准站的伪距观测值和载波相位观测值，并将该格网点虚拟基准站的伪距观测值、载波相位观测值与格网点行列号进行一一映射；
15.步骤8，重复步骤4-7，依次计算所有格网点处虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值；
16.步骤9，当有用户进行服务请求时，首先验证其身份，验证失败则直接结束，验证通过时，根据用户上传的经纬度信息(bi,li)，与区域最小经纬度bl
min
(b
min
，l
min
)作差并除以间隔inval，计算出离用户位置最近的格网点位置(hi，ri)；
17.步骤10，将格网点(hi，ri)所映射的差分改正数产品发送给用户进行定位。
18.与现有技术相比，本发明的显著优点为：
19.在用户向服务中心进行差分数据请求时，服务中心根据用户概略坐标与区域左下角经纬度作差，再除以划分间隔inval，求算得到行号值与列号值，直接将该行列号值所对应的格网点坐标及差分改正数产品发送给用户。该方法在差分改正数生成的过程中将行列号和改正数产品一一映射对应，高效快捷地寻找到离用户最近的格网点，无需遍历格网点数据库，提高了区域rtk软件的服务效率，特别是在区域范围较大、划分间隔较小的情况下，该用户请求匹配效率更显而易见。
20.下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
21.图1为基于行列号的服务请求快速匹配方法示意图。
22.图2为本发明采用的系统流程示意图。
具体实施方式
23.结合图1、图2，本实施例的一种基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法系统流程主要包括数据接入、数据解算和数据播发服务等步骤；
24.步骤1，获取卫星星历、基准站原始观测值及基准站精确坐标数据，将这些数据发送给软件数据接收模块，对星历和原始观测值数据进行解码，对基准站精确坐标进行存储；
25.区域内所有基准站数据通过ntrip协议接入到本地caster服务器中，经事后解算获得各基准站精密坐标。实时接入数据流，对星历和原始观测值数据进行解码，对基准站精确坐标进行存储；
26.步骤2，根据区域基准站组计算出长方形区域左下角最小经纬度值bl
min
和右上角最大经纬度值bl
max
，并按一定的间隔inval依次划分出格网点gw
(i,j)
，最大行列号分别为(h
max
，r
max
)；
27.根据基准站精确坐标，划定区域长方形区域，计算出长方形区域左下角最小经纬度值bl
min
和右上角最大经纬度值bl
max
，按一定的间隔inval依次划分出区域格网点gw
(i,j)
，最大行列号分别为(h
max
，r
max
)，根据式(1)、(2)分别获得bl
min
，bl
max
，根据式(3)、(4)分别获得最大行列号(h
max
，r
max
)，根据式(5)获得网格点经纬度gw
(i,j)
。
28.bl
min
＝min(bi，li)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
29.bl
max
＝max(bi，li)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0030][0031][0032]
gw
(i,j)
＝(min(bi)+i*inval，min(lj)+j*inval)(0≤i≤h
max
,0≤j≤r
max
)(5)
[0033]
其中，min()为取最小值函数，max()为取最大值函数，int[]为取整函数，bi表示纬度，li表示经度，i表示行号、j表示列号，hmax表示行号最大值，rmax表示列号最大值。
[0034]
步骤3，将区域内基准站点按照delaunay三角网元形式进行剖分，划分为一个个三角网元；
[0035]
步骤4，计算其中一个三角网元内基准站间模糊度，先进行宽巷模糊度固定，再利用无电离层组合模型固定宽巷及l1模糊度恢复其整数特性，最后利用已固定的宽巷及l1模糊度确定l2模糊度大小；
[0036]
计算三角网元内基准站间模糊度，一般采用“三步法”。
[0037]
第一步，依据宽巷的波长较长，受大气延迟误差影响小，宽巷模糊度n
iwide
比较容易固定，利用mw组合固定宽巷模糊度。mw组合的观测值如式(6)所示：
[0038][0039]
式中，φ
mw
为mw组合载波观测值，f1、f2为l1、l2频率，λ1、λ2为l1、l2波长，φ1、φ2为l1、l2载波观测值，p1、p2为l1、l2伪距观测值，λ
wide
为宽巷波长，n
wide
为宽巷模糊度，ε
p
为伪距噪声。
[0040]
进而可以得到mw组合双差观测方程为：
[0041]
δ
▽
φ
mw
＝λ
wide
δ
▽nwide
+δ
▽
ε
p
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0042]
式中δ
▽
为双差符号，从式(3)中可以看出，在利用mw组合双差观测值求解宽巷模糊度时，仅受伪距观测噪声影响，因而在数据处理过程中，为计算正确，可靠的宽巷模糊度，一般采用多个历元的平均值求解宽巷模糊度。
[0043]
第二步，利用无电离层组合模型通过自适应卡尔曼滤波估算得到l1模糊度浮点解。l1波段模糊度计算公式为：
[0044][0045]
式中δ
▽
n1为l1双差模糊度，δ
▽nw
为宽巷模糊度，λn、λw分别为窄巷、宽巷波长，δ
▽
ρ、δ
▽
o、δ
▽
t、δ
▽
m分别为双差星地距、双差轨道误差、双差对流层延迟、双差多路径效应。
[0046]
第三步，通过lambda算法对l1模糊度进行搜索固定，对l1模糊度固定后，利用已知的宽巷模糊度，得到l2模糊度固定解；
[0047]
步骤5、计算基准站间空间相关误差，当基准站间模糊度固定后，实时计算生成各基准站间双差相位观测值δ
▽
φ，双差伪距观测值δ
▽
ρ，双差电离层延迟δ
▽
i、双差对流层延迟δ
▽
t和轨道等综合误差δ
▽
o，一般对流层延迟和轨道综合误差一起计算；
[0048]
通过基准站间模糊度固定后，根据载波观测方程构建无几何观测方程，实时计算生成各基准站间双差电离层残差δ
▽
i、双差对流层残差δ
▽
t、双差轨道残差δ
▽
o等各基准站间空间误差值，δ
▽
i由式(9)计算，实时计算生成基准站间双差对流层延迟和轨道误差时一般合在一起计算，由式(10)计算。
[0049][0050][0051]
其中分别为l1、l2频点的载波相观测值，n1、n2分别为l1、l2频点的模糊度，c为光速。λ1、λ2分别为l1、l2频点的波长。
[0052]
步骤6，通过线性内插方式内插出各三角网元内主参考站与格网点处虚拟基准站间双差电离层残差δ
▽ii,vrs
，双差对流层残差δ
▽
t
i,vrs
和双差轨道残差δ
▽oi,vrs
，在此基础上，通过主参考站伪距观测值和载波相位观测值计算得到虚拟基准站伪距观测值p(vrs)和载波相位观测值
[0053]
根据格网点坐标，通过线性内插方式内插出各三角网元内主参考站与格网点处虚拟基准站间双差电离层残差δ
▽ii,vrs
，双差对流层残差δ
▽
t
i,vrs
和双差轨道残差δ
▽oi,vrs
，在此基础上，通过主参考站伪距观测值和载波相位观测值计算得到虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值；
[0054]
平面内插模型为反距离加权插值法，如式(6)所示，(xm,ym,zm)为虚拟参考站坐标值，(xi,yi,zi)为网元基准站坐标坐标值。
[0055]
[0056]
其中，di为虚拟参考站和网元基准站距离，bi为系数，b为系数之和，ai为系数权值。
[0057][0058]
式中，为格网点虚拟参考站载波相位观测值，为三角网元内主参考站对应l1、l2载波相位观测值(i＝1,2，分别对应l1、l2)，δρ
i,vrs
为二者站差，λi为为l1、l2频点的波长(i＝1,2，分别对应l1、l2)。为多路径误差和测量噪声。
[0059][0060]
式中，p(vrs)为格网点虚拟参考站伪距观测值，pi为三角网元内主参考站对应l1、l2伪距观测值(i＝1,2，分别对应l1、l2)，δρ
i,vrs
为二者站差，δ
▽mp,i,vrs
、ε
p,i,vrs
为多路径误差和测量噪声。
[0061]
步骤7，重复步骤6，依次计算该三角网元内所有格网点虚拟基准站的伪距观测值和载波相位观测值，并将该格网点虚拟基准站的伪距观测值、载波相位观测值与格网点行列号进行一一映射；
[0062]
步骤8，重复步骤4-7，依次计算所有格网点处虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值；
[0063]
按上述步骤，依次计算出所有格网点处虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值，并将格网点行列号与该格网点处虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值产品进行一一映射，形成数组。
[0064]
步骤9，当有用户进行服务请求时，首先验证其身份，验证失败则直接结束，验证通过时，根据用户上传的经纬度信息(bi,li)，与区域最小经纬度bl
min
(b
min
，l
min
)作差并除以间隔inval，计算出离用户位置最近的格网点位置(hi，ri)；
[0065]
当有用户进行服务请求时，首先验证其身份，验证失败则直接结束，验证通过时，根据用户上传的概略坐标经纬度信息(bi,li)，与区域最小经纬度bl
min
(b
min
，l
min
)作差并除以间隔inval，根据式(13)计算出离用户位置最近的格网点位置(hi，ri)；
[0066][0067]
步骤10，将格网点位置(hi，ri)所对应的差分改正数产品发送给用户进行高精度定位。

技术特征：
1.一种基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，包括：步骤1，获取卫星星历、基准站原始观测值及基准站坐标数据；步骤2，根据基准站坐标，划定长方形区域，计算出长方形区域左下角最小经纬度值bl
min
和右上角最大经纬度值bl
max
，并按间隔inval依次划分出格网点；步骤3，将区域内基准站点按照delaunay三角网元形式进行剖分，划分为一个个三角网元；步骤4，计算其中一个三角网元内基准站间模糊度，先进行宽巷模糊度固定，再利用无电离层组合模型固定宽巷及l1模糊度恢复其整数特性，最后利用已固定的宽巷及l1模糊度确定l2模糊度大小；步骤5，计算基准站间空间相关误差，当基准站间模糊度固定后，实时计算生成各基准站间双差相位观测值δ
▽
φ，双差伪距观测值δ
▽
ρ，双差电离层延迟δ
▽
i、双差对流层延迟δ
▽
t和轨道等综合误差δ
▽
o；步骤6，通过线性内插方式内插出各三角网元内主参考站与格网点处虚拟基准站间双差电离层残差δ
▽
i
i,vrs
，双差对流层残差δ
▽
t
i,vrs
和双差轨道残差δ
▽
o
i,vrs
，在此基础上，通过主参考站伪距观测值和载波相位观测值计算得到虚拟基准站伪距观测值p(vrs)和载波相位观测值步骤7，重复步骤6，依次计算该三角网元内所有格网点虚拟基准站的伪距观测值和载波相位观测值，并将该格网点虚拟基准站的伪距观测值、载波相位观测值与格网点行列号进行一一映射；步骤8，重复步骤4-7，依次计算所有格网点处虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值；步骤9，当有用户进行服务请求时，首先验证其身份，验证失败则直接结束，验证通过时，根据用户上传的经纬度信息(b
i
,l
i
)，与区域最小经纬度bl
min
(b
min
，l
min
)作差并除以间隔inval，计算出离用户位置最近的格网点位置(h
i
，r
i
)；步骤10，将格网点(h
i
，r
i
)所映射的差分改正数产品发送给用户进行定位。2.根据权利要求1所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，最大行列号(h
max
，r
max
)计算公式为：)计算公式为：其中，min()为取最小值函数，max()为取最大值函数，int[]为取整函数，b
i
表示纬度，l
i
表示经度。3.根据权利要求2所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，网格点经纬度gw
(i,j)
，通过下式计算：gw
(i,j)
＝(min(b
i
)+i*inval，min(l
j
)+j*inval)(0≤i≤h
max
,0≤j≤r
max
)其中i表示行号、j表示列号。4.根据权利要求1所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在
于，步骤4具体包括以下步骤：第一步，利用mw组合固定宽巷模糊度，得到mw组合双差观测方程；第二步，利用无电离层组合模型通过自适应卡尔曼滤波估算得到l1模糊度n
1i
浮点解；第三步，通过lambda算法对l1模糊度进行搜索固定，对l1模糊度固定后，利用已知的宽巷模糊度，得到l2模糊度固定解。5.根据权利要求4所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，l1波段模糊度计算公式为：式中δ
▽
n1为l1双差模糊度，δ
▽
n
w
为宽巷模糊度，λ
n
、λ
w
分别为窄巷、宽巷波长，δ
▽
ρ、δ
▽
o、δ
▽
t、δ
▽
m分别为双差星地距、双差轨道误差、双差对流层延迟、双差多路径效应；f1、f2为l1、l2频率，φ1、φ2为l1、l2载波观测值。6.根据权利要求5所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，δ
▽
i由式(9)计算，实时计算生成基准站间双差对流层延迟和轨道误差时合在一起计算，由式(10)计算：算，由式(10)计算：n1、n2分别为l1、l2模糊度，c为光速。λ1、λ2分别为l1、l2波长。7.根据权利要求5所述的基于行列号机制的网络rtk用户请求快速匹配方法，其特征在于，离用户位置最近的格网点位置(h
i
，r
i
)为：其中(b
i
,l
i
)为用户上传的经纬度信息，(b
min
，l
min
)为区域最小经纬度。

技术总结
本发明公开了一种基于行列号机制的网络RTK用户请求快速匹配方法，包括获取卫星星历、基准站原始观测值及基准站坐标数据；格网划分模块根据基准站组左下角最小值、右上角最大值及划分间隔划分区域格网点；根据基准站组精确坐标进行Delaunay三角网元剖分并计算每个三角形重心坐标；根据剖分结果计算每个三角形网元内基准站间模糊度；计算生成各基准站间空间相关误差值；内插出虚拟基准站伪距观测值和载波相位观测值；将所有差分改正数产品发送至播发平台；当有用户进行产品服务请求时，播发平台首先对用户进行验证，验证不通过则拒绝服务，验证通过则进行产品快速匹配，匹配完成后播发给用户完成高精度定位。播发给用户完成高精度定位。播发给用户完成高精度定位。


技术研发人员：徐学永 汤深权 欧阳磊 周叶 刘梦楠 陈炜灿 王琛琛 吴波 惠孟堂 李阳 王家伟 黑甜甜 王伟 王成呈
受保护的技术使用者：北方信息控制研究院集团有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/8/23