一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法与系统技术方案

一种基于“云‑端”架构的PPP‑RTK增强方法，首先全球范围内的海量高精度用户端进行PPP，在其位置收敛后，生成基于自身精确位置的空间改正信息(包括电离层改正数、对流层改正数)，并通过通信链路将其上传至“云”。然后在“云”统一智能化处理海量用户端的空间改正信息，生成网格化的空间改正参数，并利用低轨卫星向对应区域的用户播发空间改正信息。用户端利用收到的改正信息再次进行PPP，并将基于自身精密位置的空间改正信息上传至“云”，通过这样海量用户端智能演进的方式实现全球范围内的PPP‑RTK服务。本发明专利技术解决了传统PPP‑RTK服务需要大量建设地面监测站成本巨大且无法实现全球范围内广域的PPP‑RTK服务的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法与系统
本专利技术属于卫星导航增强领域，涉及一种提高精密单点定位性能的系统和方法。
技术介绍
在精密单点定位(PrecisePointPositioning，PPP)发展过程中，传统的浮点解PPP技术首次收敛时间较长，后续发展的固定解PPP技术虽可在一定程度上提高定位精度并缩短首次收敛时间，但即使利用多系统的观测数据，固定解PPP技术的首次收敛时间仍然在十分钟左右，且信号失锁后需要的收敛时间与首次收敛时间几乎相同，这样的定位性能对于实时高精度、高动态领域的应用而言是难以接受的。因此基于低轨星座的全球导航增强系统成为卫星导航领域的研究热点，并且近年来低轨通信星座呈现井喷式的发展，国内外公司提出的Starlink、Oneweb、鸿雁星座等达到了数百颗～1万余颗，利用北斗/GNSS联合低轨卫星加速PPP收敛的研究也逐步开展。利用北斗/GNSS卫星联合低轨卫星进行PPP时，由于在双频、多频的定位模型中，除了估计模糊度参数，还需要估计对流层延迟、电离层延迟等空间改正参数，这些是制约低轨卫星增强北斗/GNSSPPP瞬时收敛的主要因素。并且当低轨卫星数量较少时，利用低轨卫星增强北斗/GNSSPPP更加无法实现瞬时收敛，造成以上问题的主要原因是空间参数未知，从而影响了最终定位方程的收敛。为了克服这样的问题，目前的主要方法是采用PPP-RTK(RealTimeKinematic,RTK)体制，通过在地面布设大量的监测站，布设密度约为30～80公里，在此基础上对区域的空间信息进行监测并播放改正数，用于加速用户PPP的收敛。虽然PPP-RTK的加速用户收敛效果较好，但是要实现广域PPP-RTK服务，需要建设数量巨大的地面监测站，成本巨大，且难以实现全球范围内的覆盖。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：进一步缩短低轨卫星增强北斗/GNSS的定位收敛时间，避免全球范围内大量建站，提出了一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强系统与方法。通过海量用户不断智能演进实现全球范围的PPP-RTK服务，从而实现在低轨卫星增强北斗/GNSSPPP后，进一步缩短PPP的收敛时间。本专利技术的技术解决方案是：一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，包括如下步骤：(1)全球范围内的海量用户端利用卫星导航系统进行单点定位，在其收敛后获得自身位置信息以及该位置对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数；(2)所述海量用户端通过通信链路，将所述自身的位置信息以及对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数作为空间改正信息上传至“云”；(3)在“云”基于海量的空间改正信息，进行内插生成网格化的空间改正信息；(4)“云”生成的网格化的空间改正信息通过低轨卫星向对应区域的用户播发；(5)用户端基于播发的空间改正信息更新自身的位置信息，在最终收敛后，在此基础上将该位置的空间改正信息通过通信链路再次上传至“云”；(6)重复步骤(3)～(5)，通过这样海量用户端智能演进的方式，实现“云”端更高精度的网格化改正信息生成。所述的电离层延迟改正数的获取方法为，采用公式其中，表示每个频率上的电离层延迟，是包含了已经矫正了天线相位中心、天线相位中心变化、地球自转、相对论效应的卫星与用户之间的距离，表示载波相位观测量，表示对流层延迟，λj表示电磁波j的波长，fr,j表示接收机端的载波相位硬件偏差，表示卫星端的载波相位硬件偏差，表示模糊度，表示载波相位的测量误差。所述的对流层延迟改正数的获取方法为，采用公式其中，表示对流层延迟，表示双频无电离层的载波相位观测量，是包含了已经矫正了天线相位中心、天线相位中心变化、地球自转、相对论效应的卫星与用户之间的距离，λj表示电磁波j的波长，fr,j表示接收机端的载波相位硬件偏差，表示卫星端的载波相位硬件偏差，表示模糊度，表示载波相位的测量误差。所述的云端进行内插生成网格化的空间改正信息，具体为：利用公式计算得到内插系数，式中，n为海量用户的数量，αi为内插系数，下标中的u表示网格化前的用户点，i表示网格化后的用户点，X表示的是本地平面坐标系下的坐标。所述的“云”为包括低轨星座、导航星座、地面处理系统统一构建的数据互联互通的云平台。所述步骤(2)中的通信链路为卫星通信链路、全球短报文或地面网络链路。一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强系统，包括用户端、低轨星座、导航星座和云服务平台，其中：用户端：利用导航星座进行单点定位，获得自身的位置信息以及对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数并发送给云服务平台；基于新的空间改正信息更新自身的定位信息，并在此基础上重新获得在新位置下对应的空间改正信息上传至云服务平台；云服务平台：基于海量的空间改正信息，进行内插生成网格化的空间改正信息，并通过低轨星座将网格化的空间改正信息向对应区域的用户客户端播发。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)区别于传统的PPP-RTK服务，本专利技术提出了利用全球范围内的海量用户进行PPP，并将其基于位置的空间改正信息智能化处理，避免了在全球范围内建站，同时能够利用海量用户实现全球范围的PPP-RTK服务。(2)区别于传统的“云-端”服务器需要系统升级后才能实现性能升级的处理方式。本专利技术提出了智能演进“云-端”，用户接入数量越大，“云-端”不断智能演进提高系统的服务能力。附图说明图1为本专利技术的原理图；图2为本专利技术方法的流程框图；图3为本专利技术“云”处理的结果。具体实施方式本专利技术借鉴PPP-RTK的思想，利用已经精确估计自身位置的海量PPP用户，通过双向通信链路(卫星通信链路或全球短报文或地面网络链路)将已经估计出基于自身位置的空间改正信息传输到由低轨卫星组成的“云-端”，再由“云-端”进行空间建模生成空间改正模型和参数，并将空间改正参数和模型通过低轨卫星播发给用户，用户利用播发的空间改正信息和模型可以进一步缩短低轨卫星增强北斗/GNSS的精密单点定位的首次初始化时间。本专利技术中，“云”是指借助于各类通信链路实现天地一体化数据共享的平台(主要包括低轨星座、导航星座、地面处理系统等统一构建)，“端”是指海量的高精度用户端。如图1所示，为本专利技术方法的原理图。首先是全球范围内的海量高精度用户进行北斗/GNSSPPP，在其位置精确收敛后，生成基于其位置的空间改正信息(主要包括对流层延迟、电离层延迟的改正信息)。这些海量用户生成了基于自身位置的空间改正信息后，通过多种的通信方式(北斗短报文等)将其上传至“云”。然后在“云”统一智能化处理海量用户的空间改正信息，生成空间改正模型与参数，并利用低轨卫星向对应的用户播发对应的空间改正信息。用户利用播发的改正信息再次进行PPP，并将自身空间改正信息接入“云”，通过这样海量用户智能演进的方式实现全球范围内的PPP-RTK服务如图2所示，为本专利技术方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，其特征在于包括如下步骤：/n(1)全球范围内的海量用户端利用卫星导航系统进行单点定位，在其收敛后获得自身位置信息以及该位置对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数；/n(2)所述海量用户端通过通信链路，将所述自身的位置信息以及对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数作为空间改正信息上传至“云”；/n(3)在“云”基于海量的空间改正信息，进行内插生成网格化的空间改正信息；/n(4)“云”生成的网格化的空间改正信息通过低轨卫星向对应区域的用户播发；/n(5)用户端基于播发的空间改正信息更新自身的位置信息，在最终收敛后，在此基础上将该位置的空间改正信息通过通信链路再次上传至“云”；/n(6)重复步骤(3)～(5)，通过这样海量用户端智能演进的方式，实现“云”端更高精度的网格化改正信息生成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)全球范围内的海量用户端利用卫星导航系统进行单点定位，在其收敛后获得自身位置信息以及该位置对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数；
(2)所述海量用户端通过通信链路，将所述自身的位置信息以及对应的电离层延迟改正数、对流层延迟改正数作为空间改正信息上传至“云”；
(3)在“云”基于海量的空间改正信息，进行内插生成网格化的空间改正信息；
(4)“云”生成的网格化的空间改正信息通过低轨卫星向对应区域的用户播发；
(5)用户端基于播发的空间改正信息更新自身的位置信息，在最终收敛后，在此基础上将该位置的空间改正信息通过通信链路再次上传至“云”；
(6)重复步骤(3)～(5)，通过这样海量用户端智能演进的方式，实现“云”端更高精度的网格化改正信息生成。


2.根据权利要求1所述的一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，其特征在于：所述的电离层延迟改正数的获取方法为，采用如下公式计算



其中，表示每个频率上的电离层延迟，是包含了已经矫正了天线相位中心、天线相位中心变化、地球自转、相对论效应的卫星与用户之间的距离，表示载波相位观测量，表示对流层延迟，λj表示电磁波j的波长，fr,j表示接收机端的载波相位硬件偏差，表示卫星端的载波相位硬件偏差，表示模糊度，表示载波相位的测量误差。


3.根据权利要求1所述的一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，其特征在于：所述的对流层延迟改正数的获取方法为，采用如下公式计算



其中，Tik表示对流层延迟，表示双频无电离层的载波相位观测量，是包含了已经矫正了天线相位中心、天线相位中心变化、地球自转、相对论效应的卫星与用户之间的距离，λj表示电磁波j的波长，fr,j表示接收机端的载波相位硬件偏差，表示卫星端的载波相位硬件偏差，表示模糊度，表示载波相位的测量误差。


4.根据权利要求1所述的一种基于“云-端”架构的PPP-RTK增强方法，其特征在于：所述的云端进行内插生成网格化的空间改正信息，具体为：
利用公式计算得到内插系数，
式中，n为海量用户端的数量，αi为内插系数，下标中的u表示网格化前的用户点，i表示网格化后的用户点，X表示的是本地平面坐标系下的坐标。


5.根据权利要求1所述的一种基于“云-端...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒙艳松，边朗，田野，王瑛，严涛，贾亦哲，韩琳，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61