基于广播星历的高精度定位方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及一种基于广播星历的高精度定位方法、电子设备及存储介质，属于测绘定位技术领域。


背景技术：

2.精密单点定位技术(ppp)的基本理论和工程实践日益成熟，借助精密钟差、轨道等产品可以实现厘米级高精度定位服务，在广域精密定位、电离层监测和低轨卫星定轨等方面应用广泛。然而远洋作业时仍存在较难及时获取精密产品、差分改正信息或获取成本较高的情况，很难实现实时高精度定位。因此，基于广播星历实现低成本、较高精度的单点定位方法一直是国内外学者研究热点。
3.目前，定位方法主要有：spp、ppp、rt-ppp。传统单点定位(spp)采用差分定位法来实现定位，其简单可靠，由于在模型中消除和削弱了多种误差，在解算时不需要进行复杂的误差改正工作，同时具有未知数较少的优势，因此使用广泛，然而其仍存在不足，如至少需要两台接收机进行同步观测，使用成本较高。精密单点定位技术，采用载波相位观测值，进行非差精密定位解算，从而实现单台接收机就能获取再itrf框架下的准确坐标，其优势在于保障较高定位精度的前提下，无需架设地面基准站，有效降低了成本，同时作业无距离的限制，但获取精密产品的文件的成本较高且有滞后性。实时精密单点定位技术继承了精密单点定位技术的优点，在此基础上还实现了动态目标的实时精密定位与导航，但相关研究开始时间较短，针对实时流产品数据自身的质量评价，在实际中的定位效果还不够丰富，其次在实际运用中会遇到很多问题，诸如轨道钟差信息的恢复，不同系统之间的信息融合，实时流接收中断等，还没有统一确定的处理方法。
4.因此，考虑到其他几种定位方法的不足和广播星历文件的优势，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于广播星历的高精度定位方法、电子设备及存储介质，提高了数据的利用率。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.第一方面，本技术提供一种基于广播星历的高精度定位方法，其包括以下步骤：
8.s1、获取广播星历文件，对所述广播星历文件进行预处理，得到钟差文件、轨道产品、伪距观测值和载波相位观测值；
9.s2、根据所述钟差文件、伪距观测值和载波相位观测值构建双频消电离层组合模型，所述双频消电离层组合模型包括：
[0010][0011]
其中，表示伪距观测值，表示接收机和卫星二者天线相位中心的几何距离；
ts及tr分别表示接收机钟差与卫星钟差；z
r,w
表示对流层延迟、表示对应的函数；b
r,n
和分别表示接收器的伪距硬件延迟与卫星端的伪距硬件延迟；表示伪距数据值的观测噪声和多路径的累加值；表示载波相位观测值；b
r,n
和分别表示接收器的相位时延与卫星端的相位时延；表示载波相位的整周模糊度；表示载波相位的观测噪声和多路径累加值；
[0012]
s3、采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，得到获得每个历元时刻的坐标参数解。
[0013]
在其中一个可行的实施方式中，所述高精度定位方法还包括：
[0014]
根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差ts与推算结果产品的第一关系表达式：
[0015][0016]
其中，j和k分别代表不同频率；
[0017]
在其中一个可行的实施方式中，所述采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，包括：
[0018]
采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法对所述双频消电离层组合模型进行线性化和参数预估处理；
[0019]
再基于所述第一关系表达式，进行坐标参数结算，输出坐标参数解x，包括：
[0020][0021]
其中，表示伪距观测值和理论计算的数据之间的差值；表示载波相位观测值和理论计算的数据之间的差值；x表示坐标改正数；表示接收器指向卫星的一个向量；表示接收端的钟差参数；z
r,w
表示对流层石岩；表示模糊度；
[0022]
所述坐标参数解x为：
[0023][0024]
在其中一个可行的实施方式中，所述根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差ts与推算结果产品的第一关系表达式包括：
[0025]
引入参数和对所述双频消电离层组合模型展开参数得到：
[0026][0027]
基于展开参数得到的公式推算所述第一关系表达式。
[0028]
在其中一个可行的实施方式中，步骤s1中，所述预处理至少包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正。
[0029]
第二方面，本技术提供一种电子设备，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所述的基于广播星历的高精度定位方法。
[0030]
第三方面，本技术提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现第一方面所述的基于广播星历的高精度定位方法。
[0031]
本发明的有益效果在于：本技术的高精度定位方法基于获取得到的广播星历文件，得到当前测站在不同历元时刻下的坐标，通过将这些坐标与真实坐标进行比较，得出当前测站不同历元时刻的误差序列对比图，进而得出基于广播星历的定位结果。故，本技术所公开的技术方案充分利用广播星历文件所包括的卫星信息，提高了数据的利用率，并结合双频消电离层组合模型和卡尔曼滤波估计，为实现定位提供了一种新的方法。特别的，在远洋作业较难获取精密产品、差分改正信息或获取成本较高的情况下具有较好的适用性和更高的准确性，定位方法精度有着显著提高。
[0032]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0033]
图1为本技术一实施例提供的基于广播星历的高精度定位方法的方法步骤示意图；
[0034]
图2为本技术一实施例提供的本技术方法与spp、ppp方法的对比分析图；
[0035]
图3为本技术一实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0036]
为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0037]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，所描述的实施方式仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0038]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
[0039]
进一步需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0040]
本技术中“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或多于两个。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。
[0041]
在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0042]
请参见图1，如图所示本技术提供一种基于广播星历的高精度定位方法，其包括以下步骤：
[0043]
s1、获取广播星历文件，对所述广播星历文件进行预处理，得到钟差文件、轨道产品、伪距观测值和载波相位观测值；
[0044]
s2、根据所述钟差文件、伪距观测值和载波相位观测值构建双频消电离层组合模型，所述双频消电离层组合模型包括：
[0045][0046]
其中，表示伪距观测值，表示接收机和卫星二者天线相位中心的几何距离；ts及tr分别表示接收机钟差与卫星钟差；z
r,w
表示对流层延迟、表示对应的函数；b
r,n
和分别表示接收器的伪距硬件延迟与卫星端的伪距硬件延迟；表示伪距数据值的观测噪声和多路径的累加值；表示载波相位观测值；b
r,n
和分别表示接收器的相位时延与卫星端的相位时延；表示载波相位的整周模糊度；表示载波相位的观测噪声和多路径累加值；
[0047]
s3、采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，得到获得每个历元时刻的坐标参数解。
[0048]
作为示例而非限定，所述高精度定位方法还包括：
[0049]
根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差ts与推算结果产品的第一关系表达式：
[0050][0051]
其中，j和k分别代表不同频率；
[0052]
作为示例而非限定，所述采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，包括：
[0053]
采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法对所述双频消电离层组合模型进行线性化和参数预估处理；
[0054]
再基于所述第一关系表达式，进行坐标参数结算，输出坐标参数解x，包括：
[0055][0056]
其中，表示伪距观测值和理论计算的数据之间的差值；表示载波相位观测值和理论计算的数据之间的差值；x表示坐标改正数；表示接收器指向卫星的一个向量；表示接收端的钟差参数；z
r,w
表示对流层石岩；表示模糊度；
[0057]
所述坐标参数解x为：
[0058][0059]
作为示例而非限定，所述根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差ts与推算结果产品的第一关系表达式包括：
[0060]
引入参数和对所述双频消电离层组合模型展开参数得到：
[0061][0062]
基于展开参数得到的公式推算所述第一关系表达式。
[0063]
具体的，在双频消电离层组合模型中，用j，k来分别代表不同的频率，它的模型可以按照以下方式进行简化：
[0064][0065]
引入参数和后，对双频消电离层组合模型中部分参数进行上述参数展开。基于展开后的公式可以推算出的卫星钟差必然也会带有此模型中所涉及的伪距硬件延迟，由此推算得到第一关系表达式。
[0066]
作为示例而非限定，步骤s1中，所述预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正等。
[0067]
作为本技术其中一个实施例，本实施例采用从igs中心采集2021-06-27这天中
djig测站的观测数据，行了24小时的观测，取它们的平均值，并对其进行了30秒的取样，共有2880个数据。
[0068]
请参考图2，本实施例通过上述基于广播星历的方法进行定位解算，得到与spp、ppp定位方法解算的结果对比。由图可知，从起始已知点位开始，进行连续24小时的动态数据采集，并以spp、ppp结果为对比对本技术方法的定位结果进行评价。从图中可以看出，本技术的方法定位精度显著高于spp定位方法，本技术方法在高程方向定位误差大于平面方向，6小时内的连续解算，平面定位精度可维持在1m以内，在24小时的连续解算过程中精度逐渐上升，基本与ppp定位方法的精度相同。
[0069]
请参考图3，为本技术实施例提供的电子设备1000的硬件结构示意图。如图3所示，电子设备1000可以包括处理器1001、存储器1002。存储器1002用于存储一个或多个计算机程序1003。一个或多个计算机程序1003被配置为被该处理器1001执行。该一个或多个计算机程序1003包括指令，上述指令可以用于实现在电子设备1000中执行上述的方法。
[0070]
可以理解的是，本实施例示意的结构并不构成对电子设备1000的具体限定。在另一些实施例中，电子设备1000可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。
[0071]
处理器1001可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器1001可以包括应用处理器(application processor，ap)，调制解调器，图形处理器(graphics processing unit，gpu)，图像信号处理器(image signal processor，isp)，控制器，视频编解码器，数字信号处理器(digital signal processor，dsp)，基带处理器，和/或神经网络处理器(neural-network processing unit，npu)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。
[0072]
处理器1001还可以设置有存储器，用于存储指令和数据。在一些实施例中，处理器1001中的存储器为高速缓冲存储器。该存储器可以保存处理器1001刚用过或循环使用的指令或数据。如果处理器1001需要再次使用该指令或数据，可从该存储器中直接调用。避免了重复存取，减少了处理器1001的等待时间，因而提高了系统的效率。
[0073]
在一些实施例中，处理器1001可以包括一个或多个接口。接口可以包括集成电路(inter-integrated circuit，i2c)接口，集成电路内置音频(inter-integrated circuit sound，i2s)接口，脉冲编码调制(pulse code modulation，pcm)接口，通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，uart)接口，移动产业处理器接口(mobile industry processor interface，mipi)，通用输入输出(general-purpose input/output，gpio)接口，sim接口，和/或usb接口等。
[0074]
在一些实施例中，存储器1002可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0075]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有计算机指令，当该指令在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述相关方法步骤实现上述实施例中的方法。
[0076]
其中，本实施例提供的电子设备、计算机存储介质均用于执行上文所提供的对应
的方法，因此，其所能达到的有益效果可参考上文所提供的对应的方法中的有益效果，此处不再赘述。
[0077]
实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
[0078]
在本技术所提供的几个实施例中，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例是示意性的，例如，该模块或单元的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0079]
该作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0080]
另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0081]
该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0082]
综上所述：本技术的高精度定位方法基于获取得到的广播星历文件，得到当前测站在不同历元时刻下的坐标，通过将这些坐标与真实坐标进行比较，得出当前测站不同历元时刻的误差序列对比图，进而得出基于广播星历的定位结果。故，本技术所公开的技术方案充分利用广播星历文件所包括的卫星信息，提高了数据的利用率，并结合双频消电离层组合模型和卡尔曼滤波估计，为实现定位提供了一种新的方法。特别的，在远洋作业较难获取精密产品、差分改正信息或获取成本较高的情况下具有较好的适用性和更高的准确性，定位方法精度有着显著提高。
[0083]
以上所述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。
[0084]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种基于广播星历的高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、获取广播星历文件，对所述广播星历文件进行预处理，得到钟差文件、轨道产品、伪距观测值和载波相位观测值；s2、根据所述钟差文件、伪距观测值和载波相位观测值构建双频消电离层组合模型，所述双频消电离层组合模型包括：其中，表示伪距观测值，表示接收机和卫星二者天线相位中心的几何距离；t
s
及t
r
分别表示接收机钟差与卫星钟差；z
r,w
表示对流层延迟、表示对应的函数；b
r,n
和分别表示接收器的伪距硬件延迟与卫星端的伪距硬件延迟；表示伪距数据值的观测噪声和多路径的累加值；表示载波相位观测值；b
r,n
和分别表示接收器的相位时延与卫星端的相位时延；表示载波相位的整周模糊度；表示载波相位的观测噪声和多路径累加值；s3、采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，得到获得每个历元时刻的坐标参数解。2.如权利要求1所述的高精度定位方法，其特征在于，所述高精度定位方法还包括：根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差t
s
与推算结果产品的第一关系表达式：其中，j和k分别代表不同频率；3.如权利要求2所述的高精度定位方法，其特征在于，所述采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法，解算所述双频消电离层组合模型，包括：采用扩展卡尔曼滤波参数估计方法对所述双频消电离层组合模型进行线性化和参数预估处理；再基于所述第一关系表达式，进行坐标参数结算，输出坐标参数解x，包括：其中，表示伪距观测值和理论计算的数据之间的差值；表示载波相位观测值和理论计算的数据之间的差值；x表示坐标改正数；表示接收器指向卫星的一个向量；表示接收端的钟差参数；z
r,w
表示对流层石岩；表示模糊度；所述坐标参数解x为：
4.如权利要求2所述的高精度定位方法，其特征在于，所述根据所述双频消电离层组合模型得到实际卫星钟差t
s
与推算结果产品的第一关系表达式包括：引入参数和对所述双频消电离层组合模型展开参数得到：基于展开参数得到的公式推算所述第一关系表达式。5.如权利要求1所述的高精度定位方法，其特征在于，步骤s1中，所述预处理至少包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正。6.一种电子设备，其特征在于，其包括处理器、存储器及存储于所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的基于广播星历的高精度定位方法。7.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1至5中任一项所述的基于广播星历的高精度定位方法。

技术总结
本申请涉及一种基于广播星历的高精度定位方法、电子设备及存储介质，该方法基于获取得到的广播星历文件，得到当前测站在不同历元时刻下的坐标，通过将这些坐标与真实坐标进行比较，得出当前测站不同历元时刻的误差序列对比图，进而得出基于广播星历的定位结果。本申请的技术方案充分利用广播星历文件所包括的卫星信息，提高了数据的利用率，并结合双频消电离层组合模型和卡尔曼滤波估计，为实现定位提供了一种新的方法。在远洋作业较难获取精密产品、差分改正信息或获取成本较高的情况下具有较好的适用性和更高的准确性，定位方法精度有着显著提高。有着显著提高。有着显著提高。


技术研发人员：王中元 田雨 郭宗顺
受保护的技术使用者：苏州元宇时空信息技术有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/14