实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法及装置

技术领域

本发明涉及GNSS导航定位技术领域，具体涉及实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法。

背景技术

实时精密单点定位技术(Real Time Precise Point Positioning,RT-PPP)(简称PPP技术)是目前GNSS(Global Navigation Satellite System)领域常用的一种高精度绝对定位方法，可基于单台GNSS接收机获得全球范围内厘米级的定位精度。实时PPP技术是指基于单台GNSS接收机的实时载波相位和伪距观测值，通过综合考虑卫星轨道、钟差等各项误差的精确改正并进行非差定位解算，获得高精度的ITRF框架坐标的一种定位方法。实时PPP技术不需要用户自己架设基准站，不受作业距离限制、机动灵活，可广泛应用于精密农业，海洋测量，地震预警，自动驾驶等领域。

在实时PPP定位过程中，需要高精度的实时卫星轨道和卫星钟差信息，实时卫星轨道和钟差信息通常以相对于广播星历和钟差的SSR改正数的形式给出，并通过Internet网络或L波段通讯卫星播发给用户。对于实时PPP应用而言，无论基于何种通讯方式，一般要求用户能持续、实时地接收来自服务端的改正数信息。事实上，改正数从服务端生成到发送至用户会存在一定的传输延迟，并且服务端的改正数并非时刻都在播发，而是按一定的频率进行更新(比如10s)。这意味着用户端接收到的改正数并非严格意义上的“实时”，而是存在一定的数据龄期。SSR改正数龄期包括延迟和更新频率两个部分的影响。其中，延迟由网络延迟、计算延迟以及播发延迟三个部分组成，如图1所示。网络延迟指的是GNSS参考站实时数据流通过Internet网络传输至服务端的时间，计算延迟指服务端解算实时轨道和钟差的耗时，播发时延指的是服务端产品生成后发送至用户端的时延。考虑到延迟和更新频率，用户端实际的改正数龄期组成如图1所示，而用户在定位解算时需要对SSR改正数进行模型外推，数据龄期越大，改正数外推的精度损失就越大，进而对PPP定位的影响也就越大。因此，在实际定位过程中，难免会出现因通讯不稳定或者链路阻塞导致的SSR改正数龄期较大的问题，从而导致实时PPP定位不精确。

针对该问题，传统的做法是设定一个固定的龄期阈值，龄期在阈值范围内SSR改正数，直接采用线性外推的方式进行处理，而对于超出龄期阈值的改正数，则直接舍弃不用。但阈值的设定具有经验性，阈值过大会引入较大的外推误差，过小则会减少可用卫星数。而且实际上，对于钟差SSR改正数而言，由于其通常采用高频播发，在不发生数据中断的前提下短期内外推是可行的，而对于轨道改正数，由于其数据量较大、播发频率相对较低，导致外推时间较长，从而会降低轨道误差改正数精度，进而影响实时PPP定位结果。并且，改正数龄期对于轨道的影响主要取决于轨道改正数速度分量

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明的目的在于提供一种实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法，解决传统的轨道改正数和钟差SSR改正数外推误差大、可用卫星数不足，精度低，影响实时PPP定位性能的问题。

本发明采用以下技术方案：

实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法，包括以下步骤：

获取卫星的轨道改正数以及钟差改正数，分别对所述轨道改正数和钟差改正数进行补偿；

其中，对轨道改正数进行补偿包括：对轨道改正数进行拟合预报，若拟合预报成功，则将所述预报值作为轨道改正数；若拟合失败，根据改正数龄期，建立第一随机补偿模型，通过第一随机补偿模型对轨道改正数进行补偿；

对钟差改正数进行补偿包括：根据改正数龄期，建立第二随机补偿模型，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿。

可选的，所述拟合预报包括：

接收并存储轨道改正数；

对存储的轨道改正数进行拟合和预报；

其中，预报的轨道改正数满足以下公式：

y(t

式中，y(t

可选的，所述接收并存储轨道改正数步骤之后，所述对存储的轨道改正数进行拟合和预报步骤之前，还包括:

对存储轨道改正数进行核验：在预报卫星轨道发送跳变时，通过比较轨道IODE值和广播星历的IODE值进行核验；在广播星历更新时，采用历元间二次差法进行核验；

在存储的轨道改正数中存在不通过核验的数据时，则清空存储的轨道改正数，重新存储轨道改正数，直到存储的m个轨道改正数均通过核验，m为自然数。

可选的，所述采用历元间二次差法进行核验，包括：

构建统计量，若统计量的绝对值小于k

其中统计量满足以下公式：

dif＝(y

式中，dif为构建的统计量，i为大于2的自然数，y

可选的，所述通过第一随机补偿模型进行补偿后的轨道改正数龄期和轨道改正数方差分别满足以下公式：

dt

其中，dt

可选的，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿后的钟差改正数的钟差改正数龄期和钟差改正数方差分别满足以下公式：

dt

其中，dt

可选的，所述接收并存储轨道改正数，包括：

采用滑动窗口的方式存储m个轨道改正数，所述m的值根据经验历史数据长度和轨道改正数播发间隔确定。

一种实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿装置，包括：

轨道改正数补偿单元，用于对轨道改正数进行拟合预报，若拟合预报成功，则将所述预报值作为轨道改正数；若拟合失败，根据改正数龄期，建立第一随机补偿模型，通过第一随机补偿模型对轨道改正数进行补偿；

钟差改正数补偿单元：用于根据改正数龄期，建立第二随机补偿模型，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿。

一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在被处理器执行时，实现所述的实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明针对部分卫星轨道改正数和钟差改正数延迟过大的问题，通过拟合预报修正和随机模型补偿等方式，具体的，在现有外推模型的基础上，基于改正数龄期建立了轨道改正数的第一随机函数补偿模型以及钟差改正数的第二随机函数补偿模型；针对轨道改正数延迟偏大的问题，采用轨道拟合预报的策略来降低外推误差，提高轨道改正精度，从而对终端接收到的SSR轨道改正数和钟差改正数延迟导致的外推误差进行了有效补偿，可降低轨道改正数和钟差改正数外推误差，进而提高用户实时PPP的定位性能。

附图说明

图1为本发明背景技术中提供的用户端实际的改正数龄期的示意图；

图2为本发明一实施例提供的实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种实时PPP定位解算方法的流程示意图；

图4为本发明一实施例提供的实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿装置的示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例：

实施例一：

如图2，示出了本发明的一种实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法，包括以下步骤：

步骤S1:获取卫星的轨道改正数以及钟差改正数，分别对所述轨道改正数和钟差改正数进行补偿；

需要说明的是，用户进行实时PPP定位时，需接收到服务端生成和播发的实时卫星轨道和钟差SSR(State Space Representation)改正数信息，为了节省播发数据流量和带宽，服务端播发的并非卫星轨道和钟差的绝对改正量，而是以相对于广播星历和钟差的差值形式给出，称为SSR轨道改正数和SSR钟差改正数。

在下面介绍中，轨道改正数可称为轨道SSR改正数或SSR轨道改正数，卫星钟差改正数可称为钟差SSR改正数或SSR钟差改正数，不作区分。

在本实施例中，卫星的轨道改正数以及钟差改正数采用传统的轨道改正数和钟差改正数计算方法获取，具体如下：

轨道改正数包括星固系下径向、切向和法向三个改正分量(δ

1)计算t时刻星固系下的轨道改正分量δO

式中，t

2)计算星固系在地心地固系下的单位向量(e

式中，r表示卫星广播位置向量，

3)计算地心地固系下的轨道改正分量δX

δX＝[e

4)基于广播星历生成精密星历X

X

式中X

5)计算t时刻的卫星钟差改正数：

δC＝C

6)计算t时刻的精密卫星钟差δt

式中，δt

在本实施例中，用户基于t时刻接收机的GNSS观测值，以及由上述步骤恢复得到的t时刻精密卫星轨道和钟差改正数，即可实现实时PPP定位解算。关于实时PPP定位原理可参考现有文献，此处不再赘述。

从公式(1)和公式(5)可以看出，用户在定位解算时需要对SSR改正数进行模型外推，数据龄期(t-t

因此，在针对传统的轨道改正数和钟差改正数的基础上，可分别对所述轨道改正数和钟差改正数进行补偿。

步骤S11:对轨道改正数进行补偿包括：对轨道改正数进行拟合预报，若拟合预报成功，则将所述预报值作为轨道改正数；若拟合失败，根据改正数龄期，建立第一随机补偿模型，通过第一随机补偿模型对轨道改正数进行补偿；

步骤S12:对钟差改正数进行补偿包括：根据改正数龄期，建立第二随机补偿模型，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿。

具体的，所述拟合预报包括：

步骤S111:接收并存储轨道改正数；

在本实施例中，假设需要存储m个数据进行轨道拟合，m可根据经验历史数据长度(一般为5-6min)和轨道改正数播发间隔确定。为节省存储空间，本方案采用滑动窗口的存储方式，即当存满m个轨道改正数后，对于第m+1个改正数，首先删除数组首位数据，然后将新来的数据存储在数组末尾，依次类推，保证内存中的数据量始终为m个。

步骤S112:对存储的轨道改正数进行拟合和预报；

其中，预报的轨道改正数满足以下公式：

y(t

式中，y(t

在本实施例中，当通过核验并已存满m个数据，进行轨道改正数拟合和预报。对于t

式中y表示轨道改正数分量，即δ

y(t

此时，使用公式9得到的轨道预报值替代公式1中的外推值δO进行计算。

可选的，所述步骤S111之后，所述步骤S112:之前，还包括:

对存储轨道改正数进行核验：在预报卫星轨道发送跳变时，通过比较轨道IODE值和广播星历的IODE值进行核验；在广播星历更新时，采用历元间二次差法进行核验；

在存储的轨道改正数中存在不通过核验的数据时，则清空存储的轨道改正数，重新存储轨道改正数，直到存储的m个轨道改正数均通过核验，m为自然数。

具体的，所述接收并存储轨道改正数，包括：

采用滑动窗口的方式存储m个轨道改正数，所述m的值根据经验历史数据长度和轨道改正数播发间隔确定。

具体的，所述采用历元间二次差法进行核验，包括：

构建统计量，若统计量的绝对值小于k

其中统计量满足以下公式：

dif＝(y

式中，dif为构建的统计量，i为大于2的自然数，y

在本实施例中，由于轨道改正数是通过预报卫星轨道和广播星历轨道互差得到，当发生广播星历更新或者预报轨道切换时，轨道改正数会产生跳变。该跳变点如果参与拟合计算，会导致预报值严重偏离实际值，因此需要进行探测和剔除。因此，前者可通过比较SSR轨道和广播星历的IODE值进行判定，对于后者本方案采用历元间二次差法进行判定。对于第i(i>2)个数据y

dif＝(y

对dif进行假设检验：H

具体的，所述通过第一随机补偿模型进行补偿后的轨道改正数龄期和轨道改正数方差分别满足以下公式：

dt

其中，dt

具体的，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿后的钟差改正数的钟差改正数龄期和钟差改正数方差分别满足以下公式：

dt

其中，dt

在本实施例中，若不通过或者预报失败，按公式1计算外推值，并进行随机模型补偿，对所有观测卫星计算轨道改正数龄期dt

dt

式中t

式中，k

对于SSR钟差改正数，采用类似上述步骤4的方式进行处理。假定没有延迟情况下的钟差改正数方差为σ

式中，dt

在具体实施中，由于SSR轨道和钟差的外推误差随时间变化不同，对应的改正数龄期经验阈值也可不一样。

在上述实现过程中，在轨道改正数和钟差改正数不出现长时间中断的情况下，针对部分卫星轨道改正数和钟差改正数延迟过大的问题，通过拟合预报修正和随机模型补偿等方式，具体的，在现有外推模型的基础上，基于改正数龄期建立了轨道改正数的第一随机函数补偿模型以及钟差改正数的第二随机函数补偿模型；针对轨道改正数延迟偏大的问题，采用轨道拟合预报的策略来降低外推误差，提高轨道改正精度，从而对终端接收到的SSR轨道和钟差改正数延迟导致的外推误差进行了有效补偿，可降低轨道改正数和钟差改正数外推误差，同时可提高可用卫星数，进而提高用户实时PPP的定位性能。

进一步的，基于历史存储的轨道改正数信息，可以建立较为准确的预报模型，该模型的预报精度要比目前的线性外推方式高，进而恢复得到的精密卫星轨道更加准确。同时，本发明的方法对SSR改正数龄期较大卫星不直接剔除，而是通过分段降权策略(如式11中，SSR轨道龄期越大，对应的轨道改正数方差也就越大。在实时PPP随机模型中考虑

实施例二：

请参照图3所示，图3示出了一种实时PPP定位解算方法，具体包括以下步骤：

1、通过采用实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法得到延迟补偿后的轨道改正数和钟差改正数；

2、计算轨道改正数的改正数龄期和钟差改正数的改正数龄期。

3、根据龄期调整各观测权值；

4、建立观测方程；

5、卡尔曼滤波参数估计；

6、求解用户位置。

在本实施例中，步骤2中计算轨道改正数的改正数龄期和钟差改正数的改正数龄期可参照以下方法得到：所有观测卫星计算SSR轨道改正数龄期dt

dt

所有观测卫星计算SSR钟差改正数龄期dt

在本实施例中，步骤3-6均通过现有技术或背景技术中原理实现，这里不作过多介绍。

在上述实现过程中，本发明的方法在实时PPP定位随机模型中考虑了轨道和钟差外推误差的影响，通过降权的方式来调整外推误差对定位的影响，得到的定位结果会更加可靠，使实时PPP定位的稳健性提高。

实施例三：

请参照图4所示，图4示出了了本发明的一种实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿装置，包括：

轨道改正数补偿单元，用于对轨道改正数进行拟合预报，若拟合预报成功，则将所述预报值作为轨道改正数；若拟合失败，根据改正数龄期，建立第一随机补偿模型，通过第一随机补偿模型对轨道改正数进行补偿；

钟差改正数补偿单元：用于根据改正数龄期，建立第二随机补偿模型，通过第二随机补偿模型对钟差改正数进行补偿。

实施例四：

图5为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，在本申请中可以通过图5所示的示意图来描述用于实现本申请实施例的本发明实时精密单点定位SSR改正数接收延迟补偿方法的电子设备100。

如图5所示的一种电子设备的结构示意图，电子设备100包括一个或多个处理器102、一个或多个存储装置104，这些组件通过总线系统和/或其它形式的连接机构(未示出)互连。应当注意，图5所示的电子设备100的组件和结构只是示例性的，而非限制性的，根据需要，所述电子设备可以具有图5示出的部分组件，也可以具有图5未示出的其他组件和结构。

所述处理器102可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制所述电子设备100中的其它组件以执行期望的功能。

所述存储装置104可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器102可以运行所述程序指令，以实现下文所述的本申请实施例中(由处理器实现)的功能以及/或者其它期望的功能。在所述计算机可读存储介质中还可以存储各种应用程序和各种数据，例如所述应用程序使用和/或产生的各种数据等。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，本发明的方法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，可以存储在该计算机存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机存储介质不包括电载波信号和电信信号。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。