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结合实时数据产品与北斗短报文的厘米级海洋精密相对定位*

材料写作网    时间: 2023-03-11 11:30:06     阅读:

姬生月,杨 浩,董 蔺,王振杰,贺凯飞

(1. 中国石油大学(华东) 海洋与空间信息学院, 山东 青岛 266580; 2. 青岛杰瑞自动化有限公司, 山东 青岛 266061)

随着全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)的不断发展,卫星导航定位的精确性与可靠性也得到了增强[1],同时基于海洋资源在未来的发展潜力[2-3],结合GNSS精密导航与定位技术促进海洋领域生产发展已成为研究的热点,例如在海洋资源勘探、海上救援、水下定位等方面提供技术支持[4-7]。

精密相对定位在海洋中的应用很少,原因在于实现定位需要借助无线通信手段从基站端传输其观测数据到流动端,其服务范围不能覆盖海洋或远海[8-10]。海洋上空卫星通信由于成本昂贵普通用户无法承担,目前,远海精密导航与定位主要依赖于国外的服务提供商,包括天宝、徕卡等公司,每年的服务费用可达几十万元,限制了精密相对定位在海洋上的普及。

北斗短报文因其低廉的服务费用,成为海洋传输基站端数据,是实现海洋精密相对导航与定位的另一种选择,具有通信抗干扰能力强、可靠性高、范围广的特点[11-12]。但北斗短报文传输数据存在两个缺点:第一,单次通信容量有限,一条短报文只能传输78.5 B的内容;
第二,通信频率有限,发送两次短报文需要一定的时间间隔,民用短报文的通信间隔为1 min,且该时间间隔有变为5 min的趋势。

为了克服北斗短报文传输基站端数据的第一个缺点,文献[13]提出了用伪距和相位改正数取代原始伪距和相位观测值进行传输的方法,显著减少了需要传输的数据量。为了克服北斗短报文传输基站端数据的第二个缺点,即低通信频率,文献[14-17]提出了两种方法:第一种方法为增加北斗短报文设备的数目,该方法的缺点为显著增加了通信和硬件成本;
第二种为空间相对定位与时间基线相结合的方法,时间基线法是利用单台接收机在不同历元采集观测数据,计算两个历元间的相对位置。如图1所示,首先在站点ti处架设GNSS接收机进行观测,然后快速将接收机架设到站点ti+1处进行观测,最后基于不同历元间的GNSS观测数据进行差分计算ti和ti+1的相对位置。但该方法定位精度会随累积时间的延长而快速降低,1 min的累积,其三维定位精度可降低到10~20 cm;
5 min的累积,其三维定位精度将会更低。

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