实时获取参心坐标系坐标和正常高的网络RTK定位方法

摘要

本发明涉及一种实时获取参心坐标系坐标和正常高的网络RTK定位方法，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，只需相应地在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，易于实现；如需实时得到参心坐标系坐标，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，其余作业方式不变；流动站需要得到正常高，只需在登录服务器时选择相应的源节点，其余作业方式不变；在符合国家保密政策的前提下，使实时测量、放样参心坐标系坐标和正常高得以实现。

主权项

1.一种实时获取参心坐标系坐标和正常高的网络RTK定位方法，其特征在于：在NtripCaster服务器和流动站之间插入一个NtripProxy中继模块，NtripProxy中继模块所在服务器记为NtripProxy服务器；定位过程包括以下步骤，步骤1，定义源节点和辅助七参数，计算辅助坐标系到参心坐标系的转换参数作为非涉密七参数；所述辅助七参数，是指能将ECEF转换到某一辅助坐标系下的七个参数，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，${\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{FZ}}=(1+m_1)\left[\begin{array}{ccc}1& {ϵ}_{Z1}& {-ϵ}_{Y1}\\ {-ϵ}_{Z1}& 1& {ϵ}_{X1}\\ {ϵ}_{Y1}& {-ϵ}_{X1}& 1\end{array}\right]{\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]}_{\mathrm{ECEF}}+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta X}}_1\\ {\mathrm{\Delta Y}}_1\\ {\mathrm{\Delta Z}}_1\end{array}\right],$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参心坐标系的转换参数作为非涉密七参数，包括设ECEF坐标系到参心坐标系的转化参数为ΔX₀、ΔY₀、ΔZ₀、ε_X0、ε_Y0、ε_Z0、m₀，定义辅助坐标系到参心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，$\left\{\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta X}\\ \mathrm{\Delta Y}\\ \mathrm{\Delta Z}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta X}}_0\\ {\mathrm{\Delta Y}}_0\\ {\mathrm{\Delta Z}}_0\end{array}\right]+(1+m)\left[\begin{array}{ccc}1& {ϵ}_Z& {-ϵ}_Y\\ {-ϵ}_Z& 1& {ϵ}_X\\ {ϵ}_Y& {-ϵ}_X& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Delta X}}_1\\ {\mathrm{\Delta Y}}_1\\ {\mathrm{\Delta Z}}_1\end{array}\right]\\ m=\frac{m_0-m_1}{1+m_1}\\ {ϵ}_X={ϵ}_{X0}-{ϵ}_{X1}\\ {ϵ}_Y={ϵ}_{Y0}-{ϵ}_{Y1}\\ {ϵ}_Z={ϵ}_{Z0}-{ϵ}_{Z1}\end{array}\right.$步骤2，生成网络RTK差分电文，包含以下子步骤，步骤2.1，流动站登录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服务器计算出VRS（虚拟参考站）的ECEF坐标$X_{\mathrm{vrsECEF}}=\left[\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{vrsECEF}}\\ Y_{\mathrm{vrsECEF}}\\ Z_{\mathrm{vrsECEF}}\end{array}\right],$生成相应的GNSS观测值，并将二者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ECEF坐标系下的流动站概略位置X_rovECEF和从电文中解码所得虚拟参考站的ECEF坐标X_vrsECEF按下述公式分别转换为流动站的概略ECEF大地坐标${\Phi }_{\mathrm{rovECEF}}=\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{rovECEF}}\\ B_{\mathrm{rovECEF}}\\ H_{\mathrm{rovECEF}}\end{array}\right]$和虚拟参考站的ECEF大地坐标${\Phi }_{\mathrm{vrsECEF}}=\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{vrsECEF}}\\ B_{\mathrm{vrsECEF}}\\ H_{\mathrm{vrsECEF}}\end{array}\right],$$\left\{\begin{array}{c}L=\arctan \left(\frac{Y}{X}\right)\\ B=\arctan \left(\frac{Z+{e\prime }^{2}b{\sin }^3\theta }{\sqrt{(X^2+Y^2)-e^{2}a{\cos }^3\theta }}\right)\\ H=\frac{\sqrt{X^2+Y^2}}{\cos B}-N\end{array}\right.$其中$N=\frac{a}{\sqrt{1-e^2{\sin }^{2}B}},$$\theta =\arctan \left(\frac{\mathrm{aZ}}{b\sqrt{X^2+Y^2}}\right),$$e^2=\frac{a^2-b^2}{a^2},$${e\prime }^2=\frac{a^2-b^2}{b^2},$a为ECEF椭球长半轴长，b为椭球短半轴长；X、Y、Z取X_rovECEF的坐标时，L、B、H为L_rovECEF、B_rovECEF、H_rovECEF；X、Y、Z取X_vrsECEF的坐标时，L、B、H为L_vrsECEF、B_vrsECEF、H_vrsECEF；步骤2.2.2，利用L_rovECEF和B_rovECEF，结合似大地水准面精化的成果，内插得到Φ_rovECEF处的高程异常值ξ_rovECEF；计算虚拟参考站的伪大地高将虚拟参考站的伪大地坐标${\Phi }_{\mathrm{vrsECEF}}^{\prime }=\left[\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{vrsECEF}}\\ B_{\mathrm{vrsECEF}}\\ H_{\mathrm{vrsECEF}}^{\prime }\end{array}\right]$转换为空间直角坐标如下，$X_{\text{vrsECEF}}^{\prime }=\left[\begin{array}{c}X\prime \\ Y\prime \\ Z\prime \end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(N+H_{\mathrm{vrsECEF}}^{\prime })\cos B_{\mathrm{vrsECEF}}\cos L_{\mathrm{vrsECEF}}\\ (N+H_{\mathrm{vrsECEF}}^{\prime })\cos B_{\mathrm{vrsECEF}}\sin L_{\mathrm{vrsECEF}}\\ [N(1-e^2)+H_{\mathrm{vrsECEF}}^{\prime }]\sin B_{\mathrm{vrsECEF}}\end{array}\right]$采用步骤1中的布尔莎模型计算虚拟参考站的伪空间直角坐标X′_vrsECEF在辅助坐标系下的坐标X_vrsFZ，作为改化后的参考站坐标；步骤2.2.3，将原电文中虚拟参考站的ECEF坐标X_vrsECEF替换为改化后的参考站坐标X_vrsFZ，并保持相应的GNSS观测值不变，重新编制为电文并发送给流动站；步骤3，流动站完成定位，包括在接收NtripProxy服务器发来的电文后，根据改化后的参考站坐标X_vrsFZ解算出当前流动站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流动站参心坐标系下的坐标以及正常高，通过投影可进一步得到流动站参心坐标系下的高斯平面直角坐标。