[發明專利]基于北斗全球短報文的空間信號測距誤差改正數編碼方法

有效

• 申請號: 202110794563.2
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113391334B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 耿濤;謝新;馬壯;程凌岳
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S19/37
• 分類號: G01S19/37;G01S19/40;G01S19/42
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于北斗全球短報文的空間信號測距誤差改正數編碼方法，在北斗全球短報文字節限制內，以提高實時精密單點定位精度和收斂速度為目標，基于衛星軌道、鐘差與用戶定位精度的關系，通過北斗全球短報文雙向通訊獲取用戶位置，計算精密軌道和鐘差改正數對用戶定位的綜合影響，得到空間信號測距誤差改正數，并基于北斗全球短報文通信將空間信號測距誤差改正數播發給用戶，進行用戶實時精密單點定位。該方案滿足北斗短報文通信容量，有效降低了編碼損失對定位精度的影響。

技術領域

本專利屬于GNSS導航定位領域，是利用北斗全球短報文通信功能播發空間信號測距誤差改正數的編碼方法，以實現用戶實時精密定位。

背景技術

世界上目前共有GPS、BDS、Galileo和GLONASS四大全球衛星導航系統，我國的北斗衛星導航系統是唯一能夠同時實現實時定位與短報文通信的系統，可為用戶提供全天候高精度定位、精確授時與大范圍、遠距離實時短報文通信服務等。北斗實現的短報文通信能允許用戶與用戶、用戶與地面控制中心之間進行雙向數據傳輸。與GPRS/CDMA/4G等現有常見通信方式相比，北斗全球短報文能夠實現衛星覆蓋范圍內的通信，在交通運輸、國土資源、海事通信等領域中應用越來越廣泛。北斗系統短報文傳輸數據具有如下特點：數據以明文形式進行傳輸；數據需要基于通信傳輸協議設計固定的報文格式；數據取值相對集中；單條報文傳輸的數據量和短報文服務的頻率十分有限。

GNSS精密單點定位是一種在高精度的參考框架下進行單個用戶精密定位的方法，通常使用偽距和載波相位觀測值，定位精度可達厘米級，常見的觀測模型包括雙頻無電離層組合模型、Uofc模型等，雙頻無電離層組合觀測方程如下：

P_IF和L_IF表示無電離層組合的偽距和載波相位觀測值，表示接收機(X_r,Y_r,Z_r)到衛星(X^s,Y^s,Z^s)之間的幾何距離，c表示真空中光速，dt_r和dt^s分別表示接收機和衛星鐘差，T表示對流層延遲，N_IF表示相位模糊度，和表示殘余誤差。GNSS精密單點定位需要改正廣播星歷的誤差對定位產生的影響，因此依賴于高精度的衛星軌道和鐘差產品。

國內外建立的具有代表性精密定位服務系統包括：JPL研制的GDGPS(GlobalDifferential GPS)系統、Navcom公司StarFire系統、Trimble公司的OmniSTAR系統、QZSS系統精密定位服務、北斗地基增強系統和北斗三號精密單點定位服務等。常見的精密定位服務系統通常播發GNSS精密定位所需的精密軌道和精密鐘差等改正產品，改正產品的播發都必須依賴其制定的通訊協議，通訊協議規定了數據交換的格式，以確保發送方與接收方能夠正確傳輸數據。例如，GDGPS實時改正產品可通過包括Internet在內的多種方式播發，StarFire系統采用JPL SOC格式或標準RTCM格式播發，OmniSTAR通過RTCM-SC-104協議播發，QZSS系統精密定位服務采用壓縮版的RTCM格式。以應用最為廣泛的RTCM-SC-104協議為例，GPS徑向、切向、法向的精密軌道和精密鐘差改正數的單條數據長度分別為22bits、20bits、20bits、22bits，尺度分別為0.1mm、0.4mm、0.4mm、0.1mm，每顆衛星的改正信息長度為92bits。考慮到每條北斗全球短報文存在560bits的數據長度限制，基于全球短報文的精密定位無法采用RTCM的編碼方案。

另一方面，影響用戶定位精度的是與用戶位置相關的衛星軌道和鐘差的綜合因素，即空間信號測距誤差Δρ。基于北斗全球短報文雙向通信的特點，系統可以實時獲取用戶粗略位置，將精密單點定位系統播發的軌道/鐘差改正數綜合為空間信號測距誤差改正數，直接應用于精密單點定位中，其雙頻無電離層組合觀測方程如下：