基于NTRIP测定任意坐标系成果的RTD方法

摘要

一种基于NTRIP测定任意坐标系成果的RTD方法，对源节点进行扩展，用于更详尽地传达流动站需求，不需要修改NTRIP协议，只需在NtripCaster软件中加入判断及算法，或在NtripCaster和流动站之间增加NtripProxy中继模块；需要实时得到参心坐标系下坐标，只需在登录服务器时选择相应的源节点并在手薄上填入非涉密七参数；需要实时得到正常高，只需在登录服务器时选择相应的源节点；需要实时得到ECEF坐标，只需在登录服务器时选择相应的源节点。作业方式基本不变，在符合保密政策的前提下，使RTD实时测量放样参心坐标系坐标和正常高得以实现，显著提高了测绘生产效率。

主权项

1.一种基于NTRIP测定任意坐标系成果的RTD方法，其特征在于：在NtripCaster服务器和NtripClient之间插入一个NtripProxy中继模块，NtripProxy中继模块所在服务器记为NtripProxy服务器，NtripClient表示流动站；测定过程包括以下步骤，步骤1，定义源节点和辅助七参数，计算辅助坐标系到目标坐标系的转换参数作为非涉密七参数；所述辅助七参数，包括3个平移量ΔX₁、ΔY₁、ΔZ₁，3个旋转参数ε_X1、ε_Y1、ε_Z1，1个尺度缩放因子m₁，得到下述布尔莎模型，${\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{FZ}}=(1+m_1)\left[\begin{array}{ccc}1& {ϵ}_{Z1}& -{ϵ}_{Y1}\\ -{ϵ}_{Z1}& 1& {ϵ}_{X1}\\ {ϵ}_{Y1}& -{ϵ}_{X1}& 1\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{ECEF}}+\left[\begin{array}{c}\Delta X_1\\ \Delta Y_1\\ \Delta Z_1\end{array}\right],$其中，${\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{FZ}}$表示辅助坐标系中的坐标，${\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{ECEF}}$表示ECEF坐标系中的坐标，ECEF坐标系表示地心地固坐标系；所述计算辅助坐标系到目标坐标系的转换参数作为非涉密七参数，包括设ECEF坐标系到目标坐标系的转化参数为ΔX₀、ΔY₀、ΔZ₀、ε_X0、ε_Y0、ε_Z0、m₀，定义辅助坐标系到目标坐标系的转换参数为ΔX、ΔY、ΔZ、ε_X、ε_Y、ε_Z、m，通过下式计算，$\left\{\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta X}\\ \mathrm{\Delta Y}\\ \mathrm{\Delta Z}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\Delta X_0\\ \Delta Y_0\\ \Delta Z_0\end{array}\right]+(1+m)\left[\begin{array}{ccc}1& {ϵ}_Z& -{ϵ}_Y\\ -{ϵ}_Z& 1& {ϵ}_X\\ {ϵ}_Y& -{ϵ}_X& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\Delta X_1\\ \Delta Y_1\\ \Delta Z_1\end{array}\right]\\ m=\frac{m_0-m_1}{1+m_1}\\ {ϵ}_X={ϵ}_{X0}-{ϵ}_{X1}\\ {ϵ}_Y={ϵ}_{Y0}-{ϵ}_{Y1}\\ {ϵ}_Z={ϵ}_{Z0}-{ϵ}_{Z1}\end{array}\right.$步骤2，生成网络RTK差分电文，包含以下子步骤，步骤2.1，NtripClient登录NtripProxy服务器，连接时选取源节点，并将初步定位得到的ECEF坐标系下的流动站概略位置$X_{\mathrm{rovECEF}}=\left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{rovECEF}}\\ Y_{\mathrm{rovECEF}}\\ Z_{\mathrm{rovECEF}}\end{array}\right]$发往NtripProxy服务器，NtripProxy服务器将X_rovECEF转发给NtripCaster服务器，NtripCaster服务器计算给出参考站坐标X_refECEF＝(X_refECEF,Y_refECEF,Z_refECEF)，并基于X_refECEF生成伪距改正数Λ及变率如下，Λ＝[dP¹dP²…dP^k]^T$\stackrel{·}{\Lambda }=(\Lambda \left(t\right)-\Lambda (t-1))/\mathrm{dt},$其中，k代表卫星颗数，为各颗卫星的初始伪距改正数；代表第i颗星到参考站的几何距离，Pi代表某时刻对第i颗星的伪距观测值，dt代表GNSS信号采样间隔；NtripCaster服务器将伪距改正数Λ及变率编制为电文并发送给NtripProxy服务器；步骤2.2，NtripProxy服务器执行以下操作，步骤2.2.1，将电文解码，还原出伪距改正数Λ，步骤2.2.2，将NtripClient发送的概略位置X_rovECEF按下述公式转换为经纬度大地高，$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{rovECEF}}=\arctan \left(\frac{Y_{\mathrm{rovECEF}}}{X_{\mathrm{rovECEF}}}\right)\\ B_{\mathrm{rovECEF}}=\arctan \left(\frac{Z_{\mathrm{rovECEF}}+e^{\prime 2}b{\sin }^3\theta }{\sqrt{({X_{\mathrm{rovECEF}}}^2+{Y_{\mathrm{rovECEF}}}^2)-e^{2}a{\cos }^3\theta }}\right)\\ H_{\mathrm{rovECEF}}=\frac{\sqrt{{X_{\mathrm{rovECEF}}}^2+{Y_{\mathrm{rovECEF}}}^2}}{\cos B_{\mathrm{rovECEF}}}-N\end{array}\right.$其中$N=\frac{a}{\sqrt{1-e^2{\sin }^2{B}_{\mathrm{rovECEF}}}},$$\theta =\arctan \left(\frac{a{Z}_{\mathrm{rovECEF}}}{b\sqrt{{X_{\mathrm{rovECEF}}}^2+{Y_{\mathrm{rovECEF}}}^2}}\right),$$e^2=\frac{a^2-b^2}{a^2},$a为ECEF坐标系的椭球长半轴长，b为椭球短半轴长；步骤2.2.3，利用L_rovECEF、B_rovECEF，结合似大地水准面精化的成果，内插出NtripClient处的高程异常值ξ_rovECEF，令NtripClient的伪大地高H_r′_ovECEF＝H_rovECEF-ξ_rovECEF，将NtripClient的伪大地坐标${\Phi }_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }=\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{rovECEF}}\\ B_{\mathrm{rovECEF}}\\ H_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\end{array}\right]$重新转换为空间直角坐标如下，$X_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }=\left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\\ Y_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\\ Z_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(N+H_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime })\cos B_{\mathrm{rovECEF}}\cos L_{\mathrm{rovECEF}}\\ (N+H_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime })\cos B_{\mathrm{rovECEF}}\sin L_{\mathrm{rovECEF}}\\ [N(1-e^2)+H_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }]\sin B_{\mathrm{rovECEF}}\end{array}\right]$得到更新后的NtripClient的伪空间直角坐标X′_rovECEF；步骤2.2.4，计算最终伪距改正数Ψ及其变率：Ψ＝Λ+Γ$\stackrel{·}{\Psi }=(\stackrel{·}{\Psi }\left(t\right)-\stackrel{·}{\Psi }(t-1))/\mathrm{dt},$其中，变量Γ按以下公式求取，$\Gamma =\left[\begin{array}{ccc}{l}^1& m^1& n^1\\ l^2& m^2& n^2\\ & ·& \\ & ·& \\ & ·& \\ l^k& m^k& n^k\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}d{X}_{\mathrm{rovECEF}}\\ d{Y}_{\mathrm{rovECEF}}\\ d{Z}_{\mathrm{rovECEF}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{l}^1& m^1& n^1\\ l^2& m^2& n^2\\ & ·& \\ & ·& \\ & ·& \\ l^k& m^k& n^k\end{array}\right]\left\{\right[(1+m)\left[\begin{array}{ccc}1& {ϵ}_Z& -{ϵ}_Y\\ -{ϵ}_Z& 1& {ϵ}_X\\ {ϵ}_Y& -{ϵ}_X& 1\end{array}\right]-I]\left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\\ Y_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\\ Z_{\mathrm{rovECEF}}^{\prime }\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta X}\\ \mathrm{\Delta Y}\\ \mathrm{\Delta Z}\end{array}\right]\}$$\left\{\begin{array}{c}{l}^i=\frac{X_{\mathrm{rovECEF}}-X^i}{d_{\mathrm{rovECEF}}^i}\\ m^i=\frac{Y_{\mathrm{rov}}-Y^i}{d_{\mathrm{rovECEF}}^i}\\ n^i=\frac{Z_{\mathrm{rov}}-Z^i}{d_{\mathrm{rovECEF}}^i}\end{array}\right.$$d_{\mathrm{rovECEF}}^i=\sqrt{{(X_{\mathrm{rov}}-X^i)}^2+{(Y_{\mathrm{rov}}-Y^i)}^2+{(Z_{\mathrm{rov}}-Z^i)}^2}$其中，第i颗卫星Xⁱ坐标为(Xⁱ,Yⁱ,Zⁱ)，i＝1,2,…,k；lⁱ、mⁱ、nⁱ分别表示从NtripClient至第i颗卫星的方向余弦，为NtripClient至第i颗卫星的几何距离，I为单位矩阵；步骤2.2.5，NtripProxy服务器将原电文中的伪距改正数Λ及其变率分别替换为步骤2.2.4所得最终伪距改正数Ψ及其变率，重新编制为电文并发送给NtripClient；步骤3，NtripClient完成定位，包括在接收NtripProxy服务器发来的电文后，解算出当前NtripClient在辅助坐标系下的坐标X_rovFZ，根据步骤1所得非涉密七参数得到NtripClient的正常高以及目标坐标系下的高斯平面直角坐标。