一種基于虛擬網(wǎng)格的偽距差分定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位領(lǐng)域，尤其涉及衛(wèi)星定位在亞米級(jí)動(dòng)態(tài)定位中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 差分定位中，可以分為使用單一基站進(jìn)行差分模式，即單基站差分。也可以由多基 站構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中，使用多個(gè)基站數(shù)據(jù)共同差分模式，即多基站差分。
[0003] 單基站差分：即一個(gè)參考站為多個(gè)用戶提供差分服務(wù)。單基站差分存在的主要問 題是：其定位精度隨著終端與基站距離的增加，定位精度逐漸衰減，尤其在高程方向更為明 顯。由于移動(dòng)站與基站之間的距離決定著偽距差分定位的精度，即這種偽距差分方式受到 距離的限制，所以不適合大區(qū)域的高精度定位。
[0004] 多基站中選擇最近基站進(jìn)行差分：即根據(jù)用戶提供的概略位置，從多個(gè)基站中選 擇距離用戶最近的基站作為參考站。相對(duì)于單基站差分，該方法的作業(yè)區(qū)域有所擴(kuò)大。但 是在動(dòng)態(tài)定位中，由于流動(dòng)站位置的變動(dòng)，流動(dòng)站與基站距離也隨之改變，就有面臨著變換 基站的問題，當(dāng)基站距離較遠(yuǎn)時(shí)，兩站之間變換時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差跳躍。因此這種方式在高精度 定位中存在因參考站變換而導(dǎo)致定位不穩(wěn)定的問題。
[0005] VRS(虛擬參考站）模式：VRS模式采用用戶位置信息，使用多基站數(shù)據(jù)虛擬出距離 用戶很近的（小于100米）的虛擬基站，用戶終端利用虛擬基站生成的虛擬觀測(cè)值進(jìn)行差 分定位。相對(duì)于以上兩種方式，VRS模式定位精度最優(yōu)。但是存在的問題是，在數(shù)據(jù)處理中 心，只要有一個(gè)用戶上線，數(shù)據(jù)處理中心就必須為該用戶生成一套虛擬觀測(cè)值。當(dāng)同時(shí)有成 千上萬(wàn)甚至更多用戶接入時(shí)，如果任為每個(gè)用戶都生成一套虛擬觀測(cè)值，就會(huì)大大增加數(shù) 據(jù)處理中心的計(jì)算量，增加數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)處理時(shí)間?？赡軙?huì)導(dǎo)致有些用戶上傳信息 數(shù)據(jù)中心不能及時(shí)處理而導(dǎo)致用戶終端定位延遲，甚至數(shù)據(jù)處理中心由于無(wú)法承受龐大的 計(jì)算量而崩潰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種基于虛擬網(wǎng)格的偽距定位系統(tǒng)，解決亞米 級(jí)定位中用戶量大而導(dǎo)致定位延遲的問題。
[0007] 技術(shù)方案：一種基于虛擬網(wǎng)格的偽距差分定位方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1)，將實(shí)際參考站網(wǎng)所在區(qū)域用網(wǎng)格劃分，設(shè)定網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位置為各虛擬觀 測(cè)站的位置；
[0009] 步驟2)，對(duì)于任一虛擬觀測(cè)站，利用該虛擬觀測(cè)站周圍至少三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù) 據(jù)，通過二維差值來內(nèi)插得到該虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值；
[0010] 步驟3)，根據(jù)用戶的概略位置，選擇距離用戶位置最近的虛擬觀測(cè)站作為虛擬參 考站來進(jìn)行差分定位。
[0011] 進(jìn)一步的，所述步驟2)中，所述參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)包括衛(wèi)星Q、L2載波相位觀測(cè) 值，(；、Ρ2偽距觀測(cè)值，S。以言噪比觀測(cè)值；利用三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)通過二維差值來內(nèi) 插得到虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值，包括如下步驟：
[0012]a)，假設(shè)三個(gè)參考站的經(jīng)煒坐標(biāo)分別為Pi沉山)，P2 (B2,L2)，P3 (B3,L3)，三個(gè)參考 站的觀測(cè)數(shù)據(jù)分別為丨ti表示參考站編號(hào)，i= 1，2, 3 ;擬合三個(gè)參 考站形成的三角單元的平面方程為：
[0013] Obs=f(B,L) =aQ+a^+a^L (1)
[0014] 其中，系數(shù)aQ、ai、a2通過三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)確定，如方程（2)所示：
[0015]
C2)
[0016] 其中，0bSl、0bs2、0bs3為三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，解方程⑵得到系數(shù)a。、&1、a2 為：
[0017]
[0018]b)，將三個(gè)參考站的觀測(cè)數(shù)據(jù)0bSl、0bs2、0bs3分別用參考站觀測(cè)值C^P2、Q、L2、 SpS2代入，求得每種觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的系數(shù)a。、ai、a2;然后將各虛擬觀測(cè)站的經(jīng)煒度B、L代入 每種觀測(cè)值對(duì)應(yīng)的系數(shù)所確定的（1)式，得到虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟3)中，按照公式（4)匹配距離用戶位置最近的虛擬觀測(cè)站：
[0020]
[0021] 其中，Nx，％分別為距離用戶位置最近的虛擬觀測(cè)站在網(wǎng)格中的行號(hào)和列號(hào)；□為 四舍五入算子；X、Y為用戶的概略位置坐標(biāo)；xMIN、YMIN分別為各虛擬觀測(cè)站的坐標(biāo)經(jīng)度、煒 度最小值；d為網(wǎng)格間距。
[0022] 有益效果：本發(fā)明方法通過對(duì)實(shí)際參考站網(wǎng)所在區(qū)域用網(wǎng)格劃分，設(shè)定網(wǎng)格的節(jié) 點(diǎn)位置為各虛擬觀測(cè)站的位置，通過任一虛擬觀測(cè)站周圍三個(gè)或者多個(gè)參考站來內(nèi)插得到 虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值；然后根據(jù)用戶上傳來的概略坐標(biāo)，選擇距離用戶最近的虛擬觀 測(cè)站，將該虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值編碼后發(fā)送給用戶終端，用戶利用獲取的虛擬觀測(cè)值 進(jìn)行差分定位。由于實(shí)際參考站網(wǎng)所在區(qū)域網(wǎng)格是根據(jù)一定間隔劃分，其位置不發(fā)生變化， 因此在同一時(shí)間數(shù)據(jù)處理中心無(wú)論有多少用戶終端上線，數(shù)據(jù)處理中心都不用重新為用戶 生成新的虛擬觀測(cè)值，大大減少了數(shù)據(jù)終端計(jì)算量。以全國(guó)為例，中國(guó)東西長(zhǎng)5200km，南北 5500km，各種車輛及個(gè)人用戶假設(shè)有1億，如果30km為一個(gè)網(wǎng)格，需要生成的虛擬觀測(cè)站的 個(gè)數(shù)為5200/30X5500/30 = 31778,也就是需要計(jì)算31778次。如果采用VRS模式，1億個(gè) 用戶，就需要生成1億個(gè)虛擬觀測(cè)站。本發(fā)明方法即基于網(wǎng)格的偽距差分方法，計(jì)算量還不 足VRS模式的0. 05%，顯然采用本發(fā)明的方法可以大大提高計(jì)算效率。當(dāng)然此處假設(shè)中國(guó) 區(qū)域的東西、南北方向都為最大時(shí)計(jì)算的。實(shí)際上中國(guó)有960萬(wàn)平方公里，如果以面積算網(wǎng) 格數(shù)，則只需要960\10000八30\30)= 10667個(gè)虛擬參考站。此處選擇301〇11間距來劃分 網(wǎng)格，因?yàn)閭尉嘤^測(cè)值本身噪聲較大，在30km內(nèi)，RTD定位精度主要取決于偽距質(zhì)量，所以 只需要用30km即可，沒有必要把網(wǎng)格劃分的太密，如果把間距放寬至50km，顯然基于網(wǎng)格 的偽距差分定位方法的優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
【附圖說明】
[0023] 圖1為基于虛擬網(wǎng)格的偽距差分定位方法的系統(tǒng)拓?fù)鋱D；
[0024] 圖2為基于虛擬網(wǎng)格的偽距差分定位方法的數(shù)據(jù)處理流程圖；
[0025] 圖3為實(shí)際參考站網(wǎng)所在區(qū)域用網(wǎng)格劃分示意圖；
[0026] 圖4為三角網(wǎng)形式生成虛擬觀測(cè)站的虛擬觀測(cè)值示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0028] 一種基于虛擬網(wǎng)格的偽距差分定位方法，該方法所基于的系統(tǒng)包括實(shí)際參考站 網(wǎng)、虛擬網(wǎng)格參考站生成服務(wù)器、差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器以及亞米級(jí)定位終端用戶，如圖1所 示?；谔摂M網(wǎng)格的偽距差分定位方法包括如下步驟：
[0029] 步驟1)，利用虛擬網(wǎng)格參考站生成服務(wù)器，將實(shí)際參考站網(wǎng)所在區(qū)域用網(wǎng)格劃分， 設(shè)定網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位置為各虛擬觀測(cè)站的位置。如圖3所示，本實(shí)施例中，實(shí)際參考站網(wǎng)中 共有五個(gè)參考站，即基站A-E，根據(jù)參考站中最大的維度（BMAX)、最小維度（BMIN)、最大經(jīng)度 (Lmx)、最小經(jīng)度（LMIN)，將基站A-E所在的區(qū)域劃分為三行三列