CN104730548A - 一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法，包括根据跨天的精密轨道、精密钟差数据，确定每颗卫星的精密轨道基准跳跃值、精密钟差基准跳跃值；将所得跳跃值作为附加产品添加到RTCM格式文件中，播发给用户端；用户端根据接收到的精密轨道跳跃值和精密钟差跳跃值改正到每一颗卫星上，根据改正后的精密轨道和精密钟差进行精密定位。本发明在该广播文件加入精密轨道和精密钟差基准跳跃信息供用户使用，解决了精密轨道和精密钟差一致性的问题。

Description

一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法

技术领域

本发明属于GNSS导航定位技术领域，特别涉及一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法。

背景技术

国际全球卫星定位导航服务组织IGS成立的目的就是为了导航定位用户提供一个高精度、连续、一直的参考框架。其最终产品包括轨道、钟差、地球自转参数、跟踪站的坐标、速度以及对流层电离层产品，这些产品之间的一致性和连续性是用户端进行高精度导航定位的基础和前提。而在全球定位系统GPS数据处理领域，非差处理模块越来越占据着重要的地位，尤其以单点定位为代表。在PPP(精密单点定位)中，必须有精密的卫星轨道和精密的卫星钟差作为基准。因此，精密轨道和精密钟差的一致性以及它们各自的连续性尤其重要。然而，中国的北斗卫星导航系统发展并不完善，其精密轨道和精密钟差在天与天之间并不连续。

发明内容

针对上述问题，本文提出一种改进的RTCM格式文件和处理方法，用于解决北斗导航系统事后精密轨道和精密钟差产品在天与天之间基准不连续的问题。

本发明技术方案提供一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法，包括以下步骤：

步骤1，根据跨天的精密轨道、精密钟差数据，确定每颗卫星的精密轨道基准跳跃值、精密钟差基准跳跃值如下，

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_d^i\\ {\mathrm{\Δy}}_d^i\\ {\mathrm{\Δz}}_d^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{d-1}^i\\ y_{d-1}^i\\ z_{d-1}^i\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_d^i\\ y_d^i\\ z_d^i\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i={\mathrm{CLK}}_{d-1}^i-{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(2\right)$

其中，(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(1)算出的精密轨道基准跳跃值；(xⁱ _d,yⁱ _d,xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密轨道数据；(xⁱ _d-1,yⁱ _d-1,zⁱ _d-1)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密轨道数据；△CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(2)算出的精密钟差基准跳跃值；CLK_a ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密钟差数据；CLK_d-1 ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密钟差数据；

步骤2，将步骤1所得精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值作为附加产品添加到RTCM格式文件中，播发给用户端；

步骤3，用户端根据接收到的精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值改正到每一颗卫星上，根据改正后的精密轨道和精密钟差进行精密定位，改正实现如下，

$\left[\begin{array}{c}{x}_t^i\\ y_t^i\\ z_t^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{t0}^i\\ y_{t0}^i\\ z_{t0}^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{y}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{z}_d^i\end{array}\right]---\left(3\right)$

${\mathrm{clk}}_t^i={\mathrm{clk}}_{t0}^i+\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(4\right)$

式中，(xⁱ _t,yⁱ _t,xⁱ _t)^T是第i颗卫星在第t历元经过精密轨道基准改正后的精密轨道；(xⁱ _t0,yⁱ _t0,zⁱ _t0)^T是第i颗卫星在第t历元没有经过精密轨道基准改正的精密轨道；(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是精密轨道基准跳跃值；clkⁱ _t是第i颗卫星在第t历元经过精密钟差基准改正后的精密钟差；clk_t0 ⁱ是第i颗卫星在第t历元没有经过精密钟差基准改正的精密钟差；△CLK_d ⁱ是精密钟差基准跳跃值。

而且，步骤2中，将精密轨道基准跳跃值按下表作为附加产品添加到RTCM格式文件中，

其中，第一列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据0～3列；第二列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第9～11列；第三列是精密轨道x方向基准跳跃信息，占据第16～29列；第四列是精密轨道y方向基准跳跃信息，占据第31～44列；第五列是精密轨道z方向基准跳跃信息，占据第46～59列；如果某颗卫星没有精密轨道基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。

而且，步骤2中，将精密钟差基准跳跃值按下表作为附加产品添加到RTCM格式文件中，

其中，第一列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第0～2列；第二列是精密钟差基准跳跃值信息△CLK，占据第10～25列；第三列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据60～63列；如果某颗卫星没有精密钟差基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。

本发明针对北斗卫星导航系统发展并不完善，其事后精密轨道和精密钟差产品在天与天之间的交界处卫星的轨道基准和钟差基准不连续，导致播发给用户端的精密钟差产品和精密卫星轨道在天与天之间不连续，以至于需要进行跨天数据处理的精密单点定位用户无法进行连续精密定位的情况，提出在广播文件加入精密轨道和精密钟差基准跳跃信息供用户使用，解决了精密轨道和精密钟差一致性的问题；并提供了改进的RTCM格式，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

本发明提出，首先，根据跨天的精密轨道、精密钟差数据，确定每颗卫星的精密轨道基准跳跃值、精密钟差基准跳跃值；然后，将这些跳跃值作为附加产品添加到RTCM(差分信号格式)文件中，播发给客户端设备(通常称为用户端)；其次，用户端接收到精密数据之后，将精密轨道和精密钟差“跳跃值”作为改正数改正到每一颗卫星上，用户端根据改正后的精密轨道和精密钟差进行精密定位。

具体实施时，本领域技术人员可基于软件技术实现本发明所提供方案的自动流程运行。参见图1，实施例的各步骤具体实现如下：

一、确定精密轨道、精密钟差基准跳跃值：根据跨天的精密轨道、精密钟差数据，确定每颗卫星的精密轨道基准跳跃值、精密钟差基准跳跃值。

对于北斗卫星导航系统，其在天与天之间的精密轨道和精密钟差并不具有一致性，隔天的数据会有一定的跳跃，这个轨道和钟差的跳跃会导致用户端无法使用隔天的数据进行精密定位。但是，在播发隔天精密轨道和精密钟差之前，可以精确估计得出天与天之间精密轨道和精密钟差的“跳跃值”，从而将这些“跳跃值”附加到RTCM文件中和精密轨道以及精密钟差一起播发给用户端。

将轨道基准和钟差基准作为参数来估计，使用跨天的数据生成精密轨道和精密钟差产品，确定每天IGS精密轨道和精密钟差的基准跳跃，给出两天重叠时刻的轨道基准跳跃和钟差基准跳跃作为附加产品播发给用户端。附加产品包括精密轨道和精密钟差两部分产品。

精密轨道和精密钟差基准跳跃获取公式如下所示：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_d^i\\ {\mathrm{\Δy}}_d^i\\ {\mathrm{\Δz}}_d^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{d-1}^i\\ y_{d-1}^i\\ z_{d-1}^i\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_d^i\\ y_d^i\\ z_d^i\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i={\mathrm{CLK}}_{d-1}^i-{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(2\right)$

式中，(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(1)算出的精密轨道基准跳跃值；(xⁱ _d,yⁱ _d,xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密轨道数据；(xⁱ _d-1,yⁱ _d-1,zⁱ _d-1)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密轨道数据；△CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(2)算出的精密钟差基准跳跃值；CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密钟差数据；CLK_d-1 ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密钟差数据。

二、生成RTCM格式文件：将精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值作为附加产品添加到RTCM格式文件中，播发给用户端。

附加产品包括精密轨道和精密钟差两部分产品。具体实施时，本领域技术人员可自行指定精密轨道、钟差基准跳跃值的传播方式。本发明进一步提出一种改进的RTCM格式文件，将精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值信息作为附加产品添加到RTCM头文件中，以便提供精密轨道跨天数据改正信息和精密钟差跨天数据改正信息，如表1、表2所示。把该RTCM格式文件播发给需要进行精密定位的用户端。用户端可以将精密轨道和精密钟差基准跳跃信息加到当日每一颗卫星上，以此进行天与天之间的连续精密定位。

精密钟差播发产品添加信息如下：

表1精密轨道跨天数据改正信息

格式说明：第一列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据0～3列；第二列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第9～11列；第三列是精密轨道x方向基准跳跃信息，占据第16～29列；第四列是精密轨道y方向基准跳跃信息，占据第31～44列；第五列是精密轨道z方向基准跳跃信息，占据第46～59列；如果某颗卫星没有精密轨道基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。

精密钟差播发产品添加信息如下：

表2精密钟差跨天数据改正信息

格式说明：第一列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第0～2列；第二列是精密钟差基准跳跃值信息△CLK，占据第10～25列；第三列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据60～63列；如果某颗卫星没有精密钟差基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。

三、用户端进行精密定位

当用户端接受到精密轨道和精密钟差以及它们的跨天基准跳跃值之后，就可以进行跨天的精密卫星导航定位服务了。用户端根据接收到的精密轨道跳跃值和精密钟差跳跃值改正到每一颗卫星上，根据改正后的精密轨道和精密钟差进行精密定位，改正实现如下：

$\left[\begin{array}{c}{x}_t^i\\ y_t^i\\ z_t^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{t0}^i\\ y_{t0}^i\\ z_{t0}^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{y}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{z}_d^i\end{array}\right]---\left(3\right)$

${\mathrm{clk}}_t^i={\mathrm{clk}}_{t0}^i+\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(4\right)$

式中，(xⁱ _t,yⁱ _t,xⁱ _t)^T是第i颗卫星在第t历元经过精密轨道基准改正后的精密轨道；(xⁱ _t0,yⁱ _t0,zⁱ _t0)^T是第i颗卫星在第t历元没有经过精密轨道基准改正的精密轨道；(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(1)算出的精密轨道基准跳跃值；clkⁱ _t是第i颗卫星在第t历元经过精密钟差基准改正后的精密钟差；clk_t0 ⁱ是第i颗卫星在第t历元没有经过精密钟差基准改正的精密钟差；△CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(2)算出的精密钟差基准跳跃值。

在进行跨天的精密数据处理时，当天的精密卫星轨道和精密卫星钟差中每一颗卫星的每一个历元都需要加上“基准跳跃值”，如公式(3)、(4)所示。

经过改正后的精密轨道和精密钟差就不存在一致性的问题，它可以满足用户连续精密定位的需求。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据跨天的精密轨道、精密钟差数据，确定每颗卫星的精密轨道基准跳跃值、精密钟差基准跳跃值如下，

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{y}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{z}_d^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{d-1}^i\\ y_{d-1}^i\\ z_{d-1}^i\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}{x}_d^i\\ y_d^i\\ z_d^i\end{array}\right]---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i={\mathrm{CLK}}_{d-1}^i-{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(2\right)$

其中，(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(1)算出的精密轨道基准跳跃值；(xⁱ _d,yⁱ _d,xⁱ _d)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密轨道数据；(xⁱ _d-1,yⁱ _d-1,zⁱ _d-1)^T是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密轨道数据；△CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处根据公式(2)算出的精密钟差基准跳跃值；CLK_d ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d天的精密钟差数据；CLK_d-1 ⁱ是第i颗卫星在第d天和第d-1天数据重合处的第d-1天的精密钟差数据；

步骤2，将步骤1所得精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值作为附加产品添加到RTCM格式文件中，播发给用户端；

步骤3，用户端根据接收到的精密轨道基准跳跃值和精密钟差基准跳跃值改正到每一颗卫星上，根据改正后的精密轨道和精密钟差进行精密定位，改正实现如下，

$\left[\begin{array}{c}{x}_t^i\\ y_t^i\\ z_t^i\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{x}_{t0}^i\\ y_{t0}^i\\ z_{t0}^i\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{x}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{y}_d^i\\ \mathrm{\Δ}{z}_d^i\end{array}\right]---\left(3\right)$

${\mathrm{clk}}_t^i={\mathrm{clk}}_{t0}^i+\mathrm{\Δ}{\mathrm{CLK}}_d^i---\left(4\right)$

式中，(xⁱ _t,yⁱ _t,xⁱ _t)^T是第i颗卫星在第t历元经过精密轨道基准改正后的精密轨道；(xⁱ _t0,yⁱ _t0,zⁱ _t0)^T是第i颗卫星在第t历元没有经过精密轨道基准改正的精密轨道；(△xⁱ _d,△yⁱ _d,△xⁱ _d)^T是精密轨道基准跳跃值；clkⁱ _t是第i颗卫星在第t历元经过精密钟差基准改正后的精密钟差；clk_t0 ⁱ是第i颗卫星在第t历元没有经过精密钟差基准改正的精密钟差；△CLK_d ⁱ是精密钟差基准跳跃值。

2.根据权利要求1所述基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法，其特征在于：步骤2中，将精密轨道基准跳跃值按下表作为附加产品添加到RTCM格式文件中，

其中，第一列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据0～3列；第二列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第9～11列；第三列是精密轨道x方向基准跳跃信息，占据第16～29列；第四列是精密轨道y方向基准跳跃信息，占据第31～44列；第五列是精密轨道z方向基准跳跃信息，占据第46～59列；如果某颗卫星没有精密轨道基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。

3.根据权利要求1所述基于导航卫星精密轨道和精密钟差的精密定位方法，其特征在于：步骤2中，将精密钟差基准跳跃值按下表作为附加产品添加到RTCM格式文件中，

SATELLITE △CLK COMMENT C01 JUMP C02 JUMP ┇ ┇ ┇ C14 JUMP

其中，第一列是卫星序列信息SATELLITE，C01等代表卫星序列号，占据第0～2列；第二列是精密钟差基准跳跃值信息△CLK，占据第10～25列；第三列是行识别信息COMMENT，JUMP代表这一行是钟差基准跳跃行，占据60～63列；如果某颗卫星没有精密钟差基准跳跃值，则这一行不写入头文件中。