一種GNSS原始觀測數據變換方法與流程
2023-05-31 20:49:36 2
本發明涉及衛星導航、大地測量領域，尤其涉及一種gnss原始觀測數據變換方法。
背景技術：
衛星導航定位的基本原理是採用多顆衛星到接收機的歐式距離進行空間幾何交會獲得接收機的空間位置。因為從本質上來說，接收機的原始觀測數據與接收機的空間位置是密切相關和等價的，所以通過長時間的靜態觀測可以非常精確地解算出接收機的空間坐標。
現有技術中要想獲得觀測數據的完成必然會涉及到接收機真實位置的洩漏，故需要一種方法在隱藏接收機真實位置的基礎上，保證觀測數據的各種信息的完整。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種gnss原始觀測數據變換方法，從而解決現有技術中存在的前述問題。
為了實現上述目的，本發明所述gnss原始觀測數據變換方法，所述方法包括：
s1，獲取接收機i觀測得到的與任意一顆衛星i之間的gnss原始觀測數據；所述gnss原始觀測數據包括原始碼偽距r和原始載波相位觀測值l；設定所述衛星i的空間坐標為(xs,ys,zs)；
s2，設定一個與所述接收機i存在相關性的假定接收機i′的空間坐標，記為(xr′,yr′,zr′)；
在gnss原始觀測數據的基礎上，進行接收機i的真實坐標解算及衛星位置計算，最後結合假定接收機i′的空間坐標，得到所述接收機i真實位置的空間坐標，記為(xr,yr,zr)；
所述相關性包括所述接收機i與所述假定接收機i′之間的直線距離在預先設定的閾值內，且所述接收機i與所述假定接收機i′在大地高方向上的變化在預先設定的閾值範圍內；
s3，通過公式(1)計算得到變換後的原始碼偽距r′；通過公式(2)計算得到變換後的原始載波相位觀測值l′；
r′＝r+dρ(1)
其中：c是真空中的光速；f是相應載波相位的頻率；
dρ是幾何距離修正量，dρ按照公式(3)計算：
優選地，步驟s1中，原始碼偽距r的計算公式為公式(4)：
原始載波相位觀測值l的計算公式為公式(5)
其中：λ是載波相位對應的波長；δclks、δclkr、δatm依次是衛星鐘差、接收機鐘差、大氣延遲；n是載波相位的整周模糊度；ε是觀測噪聲。
優選地，步驟s2中，在gnss原始觀測數據的基礎上，進行接收機i的真實坐標解算，按照下述實現：
在所述接收機i觀測得到的gnss原始觀測數據的基礎上，採用偽距最小二乘單點定位，獲得接收機的真實位置米級精度的三維空間坐標；
或者採用原始碼偽距r和原始載波相位觀測值l，結合國際組織提供的精密軌道和鐘差數據，通過載波相位精密單點定位算法，獲得接收機的真實位置亞米級至釐米級精度的三維空間坐標。
優選地，步驟s2中，在gnss原始觀測數據的基礎上，進行衛星位置計算，具體為：在gnss原始觀測數據的基礎上，進行實時定位條件下的衛星位置計算，提取gnss原始觀測數據中的時間信息，通過衛星導航系統的絕對時間直接求解得到衛星位置：
其中，實時定位條件下的衛星位置計算過程中採用廣播星曆；
當衛星導航系統為gps系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，gps系統的軌道參數為克卜勒軌道參數和軌道攝動修正參數；
當衛星導航系統為glonass系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，glonass系統使用列表星曆數據；
當衛星導航系統為北鬥衛星導航系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，北鬥衛星導航系統使用克卜勒軌道參數和軌道攝動參數；
當衛星導航系統為galileo系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，galileo系統使用克卜勒軌道參數和攝動參數。
本發明的有益效果是：
本發明解決衛星導航領域基準站數據安全保密問題的關鍵技術之一，在理論上具有科學性，在工程應用上具有可操作性，基於所述方法很好地實現高精度衛星導航定位基準站坐標和觀測數據的保密處理，同時，提供的新的觀測數據在進行相對定位、差分定位時，又具有與原數據相同的作用和功能，所以該專利技術在理論和實踐應用上都是學科前沿水平。
附圖說明
圖1是所述gnss原始觀測數據變換方法的流程示意圖；
圖2是假定接收機、接收機和衛星的位置示意圖；
圖3是接收機和衛星的位置示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例
本發明所述gnss原始觀測數據變換方法，所述方法包括：
s1，獲取接收機i觀測得到的與任意一顆衛星i之間的gnss原始觀測數據；所述gnss原始觀測數據包括原始碼偽距r和原始載波相位觀測值l；設定所述衛星i的空間坐標為(xs,ys,zs)；
s2，設定一個與所述接收機i存在相關性的假定接收機i′的空間坐標，記為(xr′,yr′,zr′)；
在gnss原始觀測數據的基礎上，進行接收機i的真實坐標解算及衛星位置計算，最後結合假定接收機i′的空間坐標，得到所述接收機i真實位置的空間坐標，記為(xr,yr,zr)；
所述相關性包括所述接收機i與所述假定接收機i′之間的直線距離在預先設定的閾值內，且所述接收機i與所述假定接收機i′在大地高方向上的變化控制在預先設定的閾值範圍內；
s3，通過公式(1)計算得到變換後的原始碼偽距r′；通過公式(2)計算得到變換後的原始載波相位觀測值l′；
r′＝r+dρ(1)
其中：c是真空中的光速；f是相應載波相位的頻率；
dρ是幾何距離修正量，dρ按照公式(3)計算：
關於本實施例所述gnss原始觀測數據變換方法的更詳細的解釋說明為：
(一)關於gnss原始觀測數據
隨著衛星導航定位技術的發展，衛星導航系統已經形成了美國gps、俄羅斯的glonass、中國的bds和歐洲的galileo並存的狀態，同時，某些區域的系統如日本的qzss等也能在gps的基礎上增強用戶的定位性能。因此，廣義的gnss通常包含各種可提供區域和全球定位的衛星導航系統。
gnss定位的原理本質上是幾何交會，通過測量多顆衛星到接收機的空間距離，當衛星的位置已知時，就可以直接解析出接收機的空間位置。所以，gnss原始觀測數據就是接收機天線到衛星天線的距離觀測值，由於gnss接收機採用了單向的衛星信號，測量獲得的距離觀測值中包含了接收機的鐘差和相關的衛星鐘差，因此，該gnss原始觀測數據實際上是一個偽觀測數據。
gnss衛星信號都採用的是基於擴頻通信技術的擴頻信號，gnss原始觀測數據包括碼偽距觀測值和載波相位觀測值。同時，為了克服電離層的折射影響，各個gnss系統都支持了多個頻率的信號。
步驟s1中，原始碼偽距r的計算公式為公式(4)：
原始載波相位觀測值l的計算公式為公式(5)
其中：λ是載波相位對應的波長；δclks、δclkr、δatm依次是衛星鐘差、接收機鐘差、大氣延遲；n是載波相位的整周模糊度；ε是觀測噪聲。
(二)關於gnss原始觀測數據變換
所述gnss原始觀測數據變換方法中涉及到的數據變換就通過對觀測值增加人為改正，實現接收機的真實空間坐標能夠得到隱藏，即採用變換後的數據進行接收機的定位解算，故無論採用什麼軟體和方法，都不能獲得接收機真實的位置。
(三)關於接收機坐標的解算
由於接收機的坐標本身就是gnss原始觀測數據的函數，接收機坐標的定位精度雖然與多種因素有關，但在本申請中，針對後續不同的定位精度的需求，可分別採用不同的定位方法獲取接收機真實坐標。更詳細的舉例說明為：
步驟s2中，在gnss原始觀測數據的基礎上，進行接收機i的真實坐標解算，按照下述實現：
在所述接收機i觀測得到的gnss原始觀測數據的基礎上，採用偽距最小二乘單點定位，獲得接收機的真實位置米級精度的三維空間坐標；
或者採用原始碼偽距r和原始載波相位觀測值l，結合國際組織提供的精密軌道和鐘差數據，通過載波相位精密單點定位算法，獲得接收機的真實位置亞米級至釐米級精度的三維空間坐標。
同時，因為使用者得到的並不是處於真實位置的接收機發送的gnss原始觀測數據，而是變換後的gnss原始觀測數據，故，使用者在計算接收機真實位置時，得到的位置信息並不是接收機的真實位置。
(四)假定接收機坐標的確定
假定接收機空間坐標的確定無固定的方法，可以採用隨機函數產生坐標，也可以按一定的算法規則產生坐標。但假定接收機空間坐標必須滿足的條件是：
1、假定的接收機位置坐標與接收機真實位置之間的距離控制在一定的範圍內。
2、假定的接收機空間坐標儘量與真實的接收機在大地高方向不要有大的變化。
(五)衛星位置計算
步驟s2中，在gnss原始觀測數據的基礎上，進行衛星位置計算，具體為：在gnss原始觀測數據的基礎上，進行實時定位條件下的衛星位置計算，提取gnss原始觀測數據中的時間信息，通過衛星導航系統的絕對時間直接求解得到衛星位置：
其中，實時定位條件下的衛星位置計算過程中採用廣播星曆；
當衛星導航系統為gps系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，gps系統的軌道參數為克卜勒軌道參數和軌道攝動修正參數；
當衛星導航系統為glonass系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，glonass系統使用列表星曆數據；
當衛星導航系統為北鬥衛星導航系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，北鬥衛星導航系統使用克卜勒軌道參數和軌道攝動參數；
當衛星導航系統為galileo系統時，進行實時定位條件下的衛星位置計算過程中，galileo系統使用克卜勒軌道參數和攝動參數。
衛星位置的計算可參照各個衛星導航系統的接口控制文件，本專利涉及的衛星位置計算都是針對實時定位條件下的衛星位置計算，因此，衛星位置的計算採用的必須是廣播星曆，其中gps系統的軌道參數採用了克卜勒軌道參數和軌道攝動修正參數、glonass系統採用了列表星曆數據，北鬥衛星導航系統採用了克卜勒軌道參數和軌道攝動參數，galileo系統採用了克卜勒軌道參數和攝動參數。
由於gnss原始觀測值數據本身包含了時間信息，因此通過各個衛星導航系統的絕對時間可以直接求解得到衛星位置。
(六)關於變換後的gnss原始觀測值數據
變換後的gnss原始觀測值數據就是在原先的gnss原始觀測值數據的基礎上，增加距離修正量。在計算載波相位時需要除以相應頻率的波長，獲得準確的載波相位值。
關於f是相應載波相位的頻率如表1所示：
表1各個衛星導航系統的相應載波相位的頻率f
本發明所述方法應用於gnss接收機的原始觀測數據的單向等價變換，實現對真實基準站原始觀測數據的屏蔽，從而實現對基準站位置的屏蔽。本發明所述方法，實現了對接收機真實位置的隱藏，同時還保持了觀測數據上的各種信息的完整。
通過採用本發明公開的上述技術方案，得到了如下有益的效果：
本發明解決gnss接收機原始觀測數據的數據安全問題的關鍵技術之一，在理論上具有科學性，在工程應用上具有可操作性，基於所述方法很好地實現我國高精度衛星導航定位基準站坐標和觀測數據的數據安全技術處理，同時，提供的新的觀測數據在進行相對定位、差分定位時，又具有與原數據相同的作用和功能，所以該專利技術在理論和實踐應用上都是學科前沿水平。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護範圍。