高精度集中式差分定位方法技术

本发明专利技术高精度集中式差分定位方法是一种新型高精度集中式差分定位的方法，适用于GPS、北斗和GLONASS等全球卫星定位系统，特别适用于提高大批量监控目标的定位精度。该方法包括1）由独立的各个终端接收卫星定位数据，并通过无线方式将该卫星定位数据发送到后台数据处理中心；2）数据处理中心通过差分基站或者第三方获得差分数据源，对多个终端的数据集中进行差分解算，得到每个终端的高精度位置信息；3）数据处理中心将步骤（2）得到的高精度位置信息传送给后台监控系统进行显示或通过无线通讯发回步骤（1）传送卫星定位数据的各终端。

High Precision Centralized Differential Location Method

【技术实现步骤摘要】
高精度集中式差分定位方法
本专利技术高精度集中式差分定位方法是一种新型高精度集中式差分定位的方法，适用于GPS、北斗和GLONASS等全球卫星定位系统，特别适用于提高大批量监控目标的定位精度。
技术介绍
卫星定位系统由多颗卫星组成，如果已知天上卫星的位置，那么测量出3颗卫星与接收机之间的距离，就可求得地面接收机的三维坐标。在实际的卫星定位系统中，天上的卫星将其轨道数据（也就是星历）发送给地面接收机，从而让接收机可以计算出卫星的实时位置坐标。同时，接收机测量卫星信号传输到地面的时间，乘以无线电波的传输速度，即可求得卫星至接收机的距离。但是由于接收机的时钟与卫星上的标准时钟存在误差，所以把这个误差作为第4个未知数带入方程，利用4颗卫星的数据，求解4个方程，即可求得地面接收机的三维坐标以及时钟误差。这种定位方式称为单点定位，其精度主要取决于两个方面：一是观测精度，二是所观测卫星的空间几何分布。GPS在全球覆盖率高达98%，定位精度在10-20米左右。北斗系统目前虽然覆盖率尚不如GPS，但是针对中国及其周边地区做了加强，所以在中国境内也可以达到与GPS相近的定位精度。然而10米的定位精度对于一些需要高精度定位的应用，如汽车导航、无人驾驶、精准农业、无人机等，难以满足使用需求。为得到更高的定位精度，发展出了差分定位技术。其主要思想是通过一个或者多个安装于已知位置点上的接收机作为基准站接收机，通过对基准站接收机的定位数据以及已知精确的定位信息进行分析，然后将差分数据发送给移动站接收机，移动站接收机根据接收到的差分数据信息独立解算出相应的精确定位信息，以提高移动站接收机的定位精度。目前国内也有第三方差分数据供应商建立起覆盖全国的差分基准站，然后以收费服务的形式，通过3G/4G等移动无线网络或者Internet将差分数据发送给客户。这样用户无需建立自己的基准站，亦可实现差分定位。采用这种差分定位方式，需要每个移动站接收机都具有差分数据接收单元和差分计算单元；如果是采用第三方提供的差分数据，则每台移动站接收机都需要支付差分服务费，致使移动站接收机的成本大大增加。
技术实现思路
本专利技术针对上述差分定位方式的不足，提出一种高精度集中式差分定位方法，该方法将各独立终端的卫星定位数据发送到后台数据处理中心，由后台统一进行差分解算，从而得到每个终端的位置信息。本专利技术是采取以下技术方案实现的：高精度集中式差分定位方法，包括如下步骤，1）由独立的各个终端接收卫星定位数据，并通过无线方式将该卫星定位数据发送到后台数据处理中心；2）数据处理中心通过差分基站或者第三方获得差分数据源，对多个终端的数据集中进行差分解算，得到每个终端的高精度位置信息；3）数据处理中心将步骤（2）得到的高精度位置信息传送给后台监控系统进行显示或通过无线通讯发回步骤（1）传送卫星定位数据的各终端。所述终端为移动站接收机。后台数据处理中心采用计算机来进行数据差分解算。后台监控系统具有显示屏和主机。差分定位主要分为位置差分、伪距差分、载波相位差分等几种，可以达到米级，甚至厘米级别的实时定位精度。本专利技术可应用于上述差分定位方式。通常我们使用的GPS、北斗等系统的卫星定位接收机，采用的是伪距定位原理。移动站接收机测出的接收机与卫星i间的距离Pi，满足以下方程：式(1)其中,i为卫星的编号，取大于0的自然数；Pi为伪距，也就是接收机测出的接收机到卫星i的距离；pi为卫星i到接收机的真实距离：(Xi,Yi,Zi)为卫星i的坐标，(Xu,Yu,Zu)为用户接收机的准确坐标；c为光速，dtu为接收机时钟与卫星时钟之间的误差；T和I分别为对流层延迟和电离层延迟；为伪距噪声。对于电离层和对流层延迟，可以使用电离层和对流层改正模型进行估算；对于伪距噪声，测量精度要求不高时可以忽略不计。那么，式中只剩下四个未知数：移动站接收机的三维坐标（Xu,Yu,Zu）和钟差dtu。如果能接收到4颗卫星的数据，分别代入式（1），列出4组方程，即可求解。然而在实际应用过程中，由于卫星钟误差、星历误差、电离层模型误差、对流层模型误差、伪距噪声等的影响，这种单点定位方式的精度只能达到10米左右。在移动站接收机与基准站接收机直线距离很近，可以通过同一组卫星进行定位的情况下，位置差分实现起来最为简单，定位精度可以得到一定程度的提高。常规位置差分，即利用一个已知精确坐标为（xr，yr，zr）的基准站，该基准站利用上述单点定位方式解算得到测量坐标为(Xr,Yr,Zr)，由于存在前述各种误差，基准站位置坐标的精确值与测量值之间存在差异，两者之间的差值即作为该基准站的位置坐标改正数：；同时可求得坐标改正数的变化率：；在满足位置差分应用条件的情况下，移动站的位置坐标改正数和改正数变化率可以参照基准站的相应数据，由基准站将坐标改正数（ΔXr，ΔYr，ΔZr）和改正数变化率（dΔXr，dΔYr，dΔZr）发送给移动站接收机，移动站据此可得修正后的位置坐标（xu，yu，zu）：；其中，(t-t0)是移动站定位时间t与差分数据有效时间t0的差值。在无法满足位置差分应用条件的情况下，可以直接利用伪距这一测量值，对其进行差分运算，以提高接收机的定位精度。伪距差分，同样基于一个已知精确坐标为(Xr,Yr,Zr)的基准站，根据卫星星历求得卫星i到基准站之间的真实距离ri：由于前述各种因素的影响，卫星i到基准站之间的真实距离ri与基准站接收机测得的伪距Ri也存在着误差，两者之差就是伪距改正数ΔRi：同时可求得改正数的变化率：在移动站与基准站相距不远的情况下，对于同一颗卫星，移动站的伪距改正数和改正数变化率可以参照基准站的相应数据。移动站接收机据此求出修正后的伪距：最后利用改正后的伪距Picor解算出接收机的位置坐标。在常规的伪距差分定位系统中，基准站将伪距改正数ΔRi和伪距改正数变化率dRi发送给移动站接收机，由移动站接收机据根据修正后的伪距计算出其准确位置。除了伪距之外，移动站接收机从北斗、GPS等卫星信号中获取的另一个基本测量值为载波相位，利用载波相位进行差分运算可以实现精密定位。考虑接收机钟差、卫星钟差以及各类延时等误差因素，移动站接收机的载波相位测量值Φ可由以下观测方程表示：式（2）其中，λ为载波波长；r为卫星与接收机之间的几何距离；为接收机钟差；为卫星钟差；N为整周模糊度；为接收机载波相位测量噪声。基于载波相位测量值的精密相对定位，作为差分定位的一种形式，基准站向移动站直接播发其载波相位测量值，从而实现实时动态差分技术。假定卫星信号全被持续锁定，各整周模糊度相应保持不变，首先考虑两个相距不远的移动站接收机u与基准站接收机r在单个时刻跟踪一颗编号为i的卫星，参照式（2），移动接收机u、基准站接收机r对卫星i的载波相位测量值、可分别表示为：式（3）式（4）由此可得移动站接收机u和基准站接收机r之间对卫星i的单差载波相位测量值：式（5）其中，；；；；；；由于移动站与基准站相距不远，单差电离层延时约等于零，而当两者又位于同一高度时，单差对流层延时也接近于零，故对于短基线系统来说，式（5）可简化为：式（6）在此基础上考虑移动接收机u和基准站接收机r在单个时刻跟踪卫星i和卫星j，参照式（6），可得移动接收机u、基准站接收机r对卫星j的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高精度集中式差分定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1）由独立的各个终端接收卫星定位数据，并通过无线方式将该卫星定位数据发送到后台数据处理中心；2）数据处理中心通过差分基站或者第三方获得差分数据源，对多个终端的数据集中进行差分解算，得到每个终端的高精度位置信息；3）数据处理中心将步骤（2）得到的高精度位置信息传送给后台监控系统进行显示或通过无线通讯发回步骤（1）传送卫星定位数据的各终端。

【技术特征摘要】
1.高精度集中式差分定位方法，其特征在于，包括如下步骤：1）由独立的各个终端接收卫星定位数据，并通过无线方式将该卫星定位数据发送到后台数据处理中心；2）数据处理中心通过差分基站或者第三方获得差分数据源，对多个终端的数据集中进行差分解算，得到每个终端的高精度位置信息；3）数据处理中心将步骤（2）得到的高精度位置信息传送给后台监控系统进行显示或通过无线通讯发回步骤（1）传送卫星定位数据的各终端。2.根据权利要求1所述的高精度集中式差分定位方法，其特征在于：所述终端为移动站接收机。3.根据权利要求1所述的高精度集中式差分定位方法，其特征在于：后台数据处理中心采用计算机来进行数据差分解算。4.根据权利要求1所述的高精度集中式差分定位方法，其特征在于：后台监控系统具有显示屏和主机。5.根据权利要求1所述的高精度集中式差分定位方法，其特征在于：所述步骤（2）中，由终端将其观测到的未经修正过的伪距Pi发送给后台数据处理中心，由后台数据处理中心根据基准站发来的伪距改正数ΔRi和改正数的变化率dRi，对终端发来的Pi进行修正，求得改正后的伪距Picor，并进一步解算出终端的精确坐标。6.根据权利要求1所述的高精度集中式...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖劲松，张维，
申请(专利权)人：南京九度卫星科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32