衛星實時精密定位產品的播發方法
2023-05-18 16:01:31 1
專利名稱：衛星實時精密定位產品的播發方法
技術領域：
本發明涉及衛星導航技術領域，具體的說是一種衛星實時精密定位產品的播發方 法。
背景技術：
目前，分米級廣域實時精密定位系統技術是GNSS應用領域的前沿技術與研究熱 點。該系統通過少量分布均勻的實時連續運行基準站與先進的實時精密定位信息處理系 統，通過星基增強方式播發實時精密定位產品信息，可以大幅度提高衛星導航系統在增強 信號覆蓋區域的導航服務精度、可用性、連續性和完好性。其中，精密定位產品(包括實時軌道和鐘差)的播發是廣域實時精密定位系統 中的重要一環，目前普遍採用同步衛星的通信方式，採用這種通信方式導致播髮帶寬成為 一種重要的資源，因此在設計精密定位產品播發格式時，需要考慮在不減少播發信息及減 弱信息精度的前提下，儘量減少播發欄位長度以減少服務成本。針對此種情況，目前美國 WASS、歐洲EGN0S、日本MSAS系統採用的RTCA格式以及美國JPL全球產分GPS格式等均選 取與廣播星曆進行差分的方式，通過播發相對於廣播星曆的差分改正數，以減少播發欄位 的要求。上述格式雖然在信息量上可以減少對帶寬的壓力，但保證精度與可靠性的前提是 需要播發端即伺服器的數據處理中心與接收端即用戶端通過廣播星曆解算的衛星軌道鍾 差的值相同，這就隱含著兩個限制條件1.保證播發端與接收端計算的同步鐘差採用同一組廣播星曆參數；2.基於廣播星曆計算的軌道與鐘差的方法一致，包括截斷誤差。為確保條件1，上述幾種方法採用比較播發端與接收端廣播星曆中的數據齡期，確 保採用同一組廣播星曆。雖然此方法在一般情況下可行，但實際上，在GPS廣播星曆中同一 顆衛星有可能在同一時段內有兩組星曆數據，兩組參數的參考時刻相距16秒。這種情況 下，播發端與接收端有可能分別接收到其中的一組數據，並一直使用到下一組星曆數據的 更新(約2小時後)，由此通過數據齡期作比較，用戶端在這2小時內就存在無法找到與播 發端一致的廣播星曆，而無法使用播發端播發的高精度差分信息。相同的問題同樣會出現 在廣播星曆更新時刻，有可能出現播發端比接收端更新早，在此情況下接收端同樣無法使 用高精度差分信息。關於條件2，由於伺服器端與用戶端所用的軟體往往不是同一組織或單位開發，由 此在模型及數值精度上很難保持嚴格的一致，因此也會引入誤差，影響定位精度。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述背景技術的不足之處，而提供一種衛星實時精密 定位產品的播發方法，它能解決伺服器與用戶端廣播星曆更新不一致、伺服器與用戶端軟 件算法模型及截斷誤差不一致而引起的高精度差分產品無法使用或精度降低等問題。
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為了實現上述目的，本發明提供的一種衛星實時精密定位產品的播發方法，所述 精密定位產品包括精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpre,該方法包括以下步驟(1)伺服器對在當前曆元獲取的精密定位產品進行質量檢驗，如果檢驗不通過，在 下一曆元時重複步驟(1)；如果檢驗通過，則進入步驟(2)；該步驟是為了判斷當前獲取的 精密定位產品其精度是否符合發送要求。(2)伺服器截取精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpm的百米位以下數值，並將該 數值作為差分改正數播發給用戶端。(3)用戶端接收到精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpm的百米位以下數值，再加 上同一時刻從廣播星曆中計算得到的衛星軌道信息ORBtodl及鐘差信息CLKtodl的百米位及 以上的數值，組合成完整的精密定位產品初值，包括軌道信息ORBpmci及鐘差信息CLKpre(l。(4)用戶端對精密定位產品初值進行質量檢驗，如果檢驗不通過，則校正精密軌道 信息ORBpretl及鐘差信息CLKpmci的百米位；如果檢驗通過，則獲得精密定位產品的最終值。在上述技術方案中，該方法所述伺服器是指具有精密定位產品生成、廣播星曆接 收、數據處理、數據播發功能的播發端；所述用戶端是指具有廣播星曆接收、數據處理、服務 器播發數據接收功能的接收端。在上述技術方案中，步驟(1)中所述的質量檢驗是將獲取的精密軌道信息ORBpm 及鐘差信息CLKpre與同一時刻從廣播星曆中計算得到的軌道信息ORBtod及鐘差信息CLKtod 利用下式進行比較，其中C表示光速，Δ ORB = I ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果差分數A0RB、差分數ACLK大於30. 0，則判斷差分數無效，檢驗不通過；如果 差分數A0RB、差分數ACLK小於等於30.0，則判斷差分數有效，檢驗通過。判斷依據是正 常情況下採用6小時內的廣播星曆計算的軌道與獲取的精密軌道之間的差別在10米量級， 這個依據是目前對大量數據分析後得出的結論。在上述技術方案中，步驟(4)中所述的質量檢驗是將精密軌道信息ORBpretl及鐘差 信息CLKpmci與同一時刻從廣播星曆中計算得到的衛星軌道信息ORBtodl及鐘差信息CLKtodl 利用下式進行比較，其中C表示光速， Δ ORBO = I ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果差分數Δ ORBtl、差分數ACLKtl大於30. 0，則判斷差分數無效，檢驗不通過；如 果差分數Δ ORBtl、差分數Δ CLKtl小於等於30.0，則判斷差分數有效，檢驗通過。判斷依據是 正常情況下採用6小時內的廣播星曆計算的軌道與獲取的精密軌道之間的差別在10米量 級。在上述技術方案中，步驟(4)中所述對精密軌道信息ORBpretl及鐘差信息CLKpretl的 百米位進行校正是將百米位上的數值加1或減1，以滿足差分數Δ ORBtl、差分數Δ CLK0小於 等於30. 0的要求。本發明所述的衛星實時精密定位產品的播發方法相比較現有技術而言具有如下 優點一，保證定位產品的截斷誤差精度
該方法由於採用的是「大數計算，小數替換」的模式，其中「大數」是指百米位及以 上的數值，「小數」指百米位以下的數值，實際截斷誤差為「小數」最後一位所表示的單位， 因此，在保證播髮帶寬滿足要求的基礎上可以精確到毫米級(鐘差0.003納秒)或釐米級 (鐘差0.03納秒)的截斷誤差。二，播髮帶寬要求大大降低對於播發的定位產品來說，播髮帶寬與截斷誤差剛好是矛盾點，對於一個完整的 軌道鐘差數據來說，在保證毫米級的截斷誤差時，需要播發的帶寬就比較大。在廣域實時精 密定位系統中，使用地球同步衛星進行定位產品的發布，其播髮帶寬不超過1Kb，其中還要 留出部分帶寬用以播發電離層產品及冗餘檢驗信息。因此，播發數據的壓縮至關重要。該方法中「大數部分」是由廣播星曆計算得到，因此其實際需要的帶寬由「小數部 分」所佔的數據位數決定。經過處理後數據實際上是百米位以下數據如果以1毫米為截 斷誤差要求則單個分量數據只需要佔用16個數據位；如果以1釐米為截斷誤差要求則單個 分量數據只需要佔用13個數據位，以單個曆元32顆衛星為例，扣除時間等其它信息，考慮 衛星號佔用6個數據位，則分別需要280位元組與232位元組的播髮帶寬，大大縮減了對播髮帶 寬的要求。 三，確保定位產品的可靠性在傳統的如RTCA等格式播發差分信息時，為了降低播髮帶寬，播發廣播星曆的軌 道鐘差的差值，其軌道參數是由廣播星曆計算結果加上差分改正數，但當播發端與接收端 存在廣播星曆更新不同步或廣播星曆計算衛星軌道的算法軟體及截斷誤差不一致的情況 時，將使得精密定位產品精度降低或者無法使用。對於本發明方法而言，無需嚴格通過數據 齡期進行比對，只需播發端與接收端在相鄰6小時內有星曆，不同星曆塊計算結果差異只 在米級，不會影響到「大數」部分的匹配過程，因此，通過「大數計算，小數替換」的方法完全 可以恢復播發端計算出來的軌道鐘差參數，不損失任何精度。四，縮短初始化時間由於廣播星曆所固有的特性，當用戶開機後接收完整的廣播星曆需要30秒的時 間，為解決這個問題，一些播發端會在開機時將前次存儲的星曆發給用戶使用，這樣若採用 差分改正數模式，就會存在前一節存在的星曆不匹配的問題。從分米級的定位要求來看，必 須要30秒-59秒獲得新的星曆數據後才能開始定位。採用本發明方法，當開機間隔時間 (開機時刻相對上次關機時間)小於6小時，並且未更新的舊廣播星曆計算軌道鐘差與精密 軌道鐘差比較仍可滿足在30米內時，舊廣播星曆同樣能滿足精密定位恢復所需的「大數」 的要求，可以不顧及獲得新廣播星曆的時間而實現初始化。
圖1為本發明方法伺服器端百米位以下數值的播發流程圖。圖2為本發明方法用戶端精密定位產品的恢復流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的描述。衛星實時精密定位產品的播發方法，主要通過伺服器端將衛星定位信息在百米位
5上下拆分成「大數」與「小數」；用戶端通過廣播星曆獲得「大數」與接收來之伺服器播發的 「小數」恢復完全一致的精密定位產品。其中伺服器端播發流程如圖1所示，用戶端恢復流 程如圖2所示。具體實施步驟如下(1)伺服器對在當前曆元觀測數據獲取的精密定位產品進行質量檢驗，如果檢驗 不通過，在下一曆元時重複步驟(1)；如果檢驗通過，則進入步驟(2)；(2)伺服器截取精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpm的百米位以下數值，並將該 數值作為差分改正數播發給用戶端；(3)用戶端接收到精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpm的百米位以下數值，再加 上同一時刻從廣播星曆中計算得到的衛星軌道信息ORBtodl及鐘差信息CLKtodl的百米位及 以上的數值，組合成完整的精密定位產品初值，包括軌道信息ORBpmci及鐘差信息CLKpretl ；(4)用戶端對精密定位產品初值進行質量檢驗，如果檢驗不通過，則校正精密軌道 信息ORBpretl及鐘差信息CLKpmci的百米位；如果檢驗通過，則獲得精密定位產品的最終值。步驟(1)中所述的質量檢驗是將獲取的精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpre與 同一時刻從廣播星曆中計算得到的軌道信息ORBtod及鐘差信息CLKtod利用下式進行比較， 其中C表示光速，Δ ORB = I ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果Δ ORB、Δ CLK大於30. 0，則檢驗不通過；如果Δ ORB、Δ CLK小於等於30. 0，
則檢驗通過。步驟(4)中所述的質量檢驗是將精密軌道信息ORBpretl及鐘差信息CLKpmci與同一 時刻從廣播星曆中計算得到的衛星軌道信息ORBtodl及鐘差信息CLKtodl利用下式進行比較， 其中C表示光速，Δ ORBO = | ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果AORB0, Δ CLKtl大於30. 0，則檢驗不通過；如果數Δ ORB0, ACLK^j、於等於 30.0，則檢驗通過。步驟(4)中所述對精密軌道信息ORB一及鐘差信息CLKpretl的百米位進行校正是 將百米位上的數值加1或減1，以滿足AORBp ACLK0小於等於30. 0的要求。下面結合實施例對本發明方法作進一步描述。本實施例採用2009年1月28日0 點0分0. 0秒，2號衛星精密軌道X分量為例。如下，一 .伺服器獲取精密軌道數值為Xprecise = 13888099. 393m。第一步自廣播星曆中計算同一時刻的衛星位置X分量=Xbroadcast = 13888101. 188m ；第二步質量檢驗，將上述兩者求差dX = 1. 795m < 30m,兩者之差符合要求，質量 檢驗通過；第三步自獲取的精密軌道數值截取百米位以下數值並轉換為毫米為單位，以整 數形式發送 X send = 99393mm = X right。二.用戶端
接收到精密軌道鐘差百米位以下數值X right = 99393mm。第一步自廣播星曆鍾計算同一時刻的軌道鐘差信息並提取百米位及以上的數值 Xbroadcastl = 13888101. 588m ；X left = 138881 ；第二步組合得到精密衛星定位產品初值XpreciseO = 13888199. 393m ；第三步將XpreciseO 與 Xbroadcastl 兩者求差，Xdif = XpreciseO-Xbroadcastl =97. 805m > 30m。檢驗不通過，需要校正XpreciseO的百米位，因此，這裡應該將百米位 數值減1，即可滿足IXdifI < 30，將校正後的XpreciseO再次組合後得到=Xprecisel = 13888099. 393m,該值即為精密軌道X分量的最終值。
權利要求
衛星實時精密定位產品的播發方法，所述精密定位產品包括精密軌道信息ORBpre及鐘差信息CLKpre，其特徵在於該方法包括以下步驟(1)伺服器對在當前曆元獲取的精密定位產品進行質量檢驗，如果檢驗不通過，在下一曆元時重複步驟(1)；如果檢驗通過，則進入步驟(2)；(2)伺服器截取精密軌道信息ORBpre及鐘差信息CLKpre的百米位以下數值，並將該數值播發給用戶端；(3)用戶端接收到精密軌道信息ORBpre及鐘差信息CLKpre的百米位以下數值，再加上同一時刻從廣播星曆中計算得到的衛星軌道信息ORBbrd1及鐘差信息CLKbrd1的百米位及以上的數值，組合成完整的精密定位產品初值，包括軌道信息ORBpre0及鐘差信息CLKpre0；(4)用戶端對精密定位產品初值進行質量檢驗，如果檢驗不通過，則校正精密軌道信息ORBpre0及鐘差信息CLKpre0的百米位；如果檢驗通過，則獲得精密定位產品的最終值。
2.根據權利要求1所述的衛星實時精密定位產品的播發方法，其特徵是該方法所述 伺服器是指具有精密定位產品生成、廣播星曆接收、數據處理、數據播發功能的播發端；所 述用戶端是指具有廣播星曆接收、數據處理、伺服器播發數據接收功能的接收端。
3.根據權利要求1所述的衛星實時精密定位產品的播發方法，其特徵是步驟(1)中 所述的質量檢驗是將獲取的精密軌道信息ORBpm及鐘差信息CLKpre與同一時刻從廣播星曆 中計算得到的軌道信息ORBtod及鐘差信息CLKtod利用下式進行比較，其中C表示光速，AORB = ORBpre-ORBbrdΔ CLK = I CLKpre-CLKbrd | X C如果Δ ORB、Δ CLK大於30. 0，則檢驗不通過；如果Δ ORB、Δ CLK小於等於30. 0，則檢驗通過。
4.根據權利要求1所述的衛星實時精密定位產品的播發方法，其特徵是步驟(4)中 所述的質量檢驗是將精密軌道信息ORBpretl及鐘差信息CLKpmci與同一時刻從廣播星曆中計 算得到的衛星軌道信息ORBtodl及鐘差信息CLKtodl利用下式進行比較，其中C表示光速，Δ ORBO = I ORBpre0-ORBbrdlΔ CLKO = I CLKpre0-CLKbrdl | X C如果Δ ORBO, Δ CLKO大於30. 0，則檢驗不通過；如果數Δ ORBO, Δ CLKO小於等於30. 0， 則檢驗通過。
5.根據權利要求4所述的衛星實時精密定位產品的播發方法，其特徵是步驟(4)中 所述對精密軌道信息ORBpretl及鐘差信息CLKpmci的百米位進行校正是將百米位上的數值加1 或減1，以滿足AORBO、ACLKO小於等於30. 0的要求。
全文摘要
本發明屬於衛星導航技術領域，提供了一種衛星實時精密定位產品的播發方法，主要通過伺服器端將衛星定位信息在百米位上下拆分成「大數」與「小數」；用戶端通過廣播星曆獲得「大數」與接收來之伺服器播發的「小數」恢復完全一致的精密定位產品。它能解決伺服器與用戶端廣播星曆更新不一致、伺服器與用戶端軟體算法模型及截斷誤差不一致而引起的高精度差分產品無法使用或精度降低等問題。
文檔編號H04L29/08GK101909070SQ20101010464
公開日2010年12月8日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者宋偉偉, 施闖, 楊蜀江, 樓益棟, 辜聲峰 申請人:國家衛星定位系統工程技術研究中心