一種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法

2024-01-29 04:44:15

一種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法
【專利摘要】本發明提出了基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法，改善實時精密單點定位的精度和時效性。該方法基於星間、曆元間差分技術，利用區域參考站實時採集的全球衛星導航系統(GNSS)載波相位觀測值和國際GNSS服務(IGS)中心提供的超快速預報(IGU)星曆，通過多參考站聯合解算，獲得相對於參考曆元的相對衛星鐘差，結合IGU預報鐘差及其內插值，獲得全部曆元的相對鐘差值。本發明運算量小，解算速度快，僅需要少量參考站的載波相位觀測值便可以迅速獲得較高精度的實時衛星鐘差產品。基於多參考站的GNSS數據聯合處理，避免了單基站解算的不穩定性，減小了對流層參數時間和空間相關性對鐘差估計的不利影響。
【專利說明】—種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於GNSS地面增強【技術領域】，特別是涉及一種區域GNSS網絡的精密衛星鐘差實時估計方法。
【背景技術】
[0002]高精度的衛星鐘是導航定位系統的基礎。當前，制約實時精密單點定位技術推廣的重要因素仍然是精密衛星鐘差解算精度及其發布周期。實時的衛星精密軌道產品可以從IGS超快速星曆(IGU)獲得，IGU星曆每6h更新一次，軌道精度約為5cm，滿足實時精密單點定位的要求。而IGU的預報鐘差精度僅為3ns左右，引起的定位誤差將會達到亞米級甚至米級，並且誤差會隨時間呈線性增長，當時間積累得較長時，導致定位的誤差變大。近年來，實時PPP技術得到了長足的發展，如美國JPL已經開發了實時全球PPP系統；加拿大NRCan也開發了區域實時PPP系統，但其服務範圍僅限於加拿大及其周邊區域。
[0003]雖然IGS已於2013年4月I日開始提供實時的鐘差產品服務(亞納秒級精度)，但是由於網絡通訊的局限，存在數據實時獲取不方便，以及數據的可用性、完好性、連續性和可靠性不理想等問題。近年來，國內外學者對實時PPP的研究主要集中在利用IGS跟蹤站進行鐘差和大氣參數反演以達到區域增強來進行定位，這種模式需要一個覆蓋大片區域的GPS跟蹤網絡，觀測數據通過通訊系統傳輸到控制中心，由控制中心統一負責實時解算，再通過通訊系統將數據播發給用戶。目前，國內機構還不具備實時管理和處理大型IGS觀測網的能力，不可能通過IGS站的數據來實時獲取精密衛星鐘差。此外，跟蹤站之間的距離過遠，也會影響數據的實時處理和系統的應用。因此，目前不可能通過IGS跟蹤站的觀測數據來獲取實時的精密衛星鐘差改正信息，開發自主的區域實時PPP系統很有必要，而精密衛星鐘差的實時估計是其中重要的一環。
[0004]目前國內外學者利用IGS跟蹤站反演的鐘差產品與IGS最終精密鐘差的互差都能達到0.2ns以內，但是利用CORS基站反演鐘差的研究較少。隨著我國CORS技術的快速發展和廣泛應用，一些省市陸續建立了區域CORS網絡，一種基於區域CORS的精密鐘差估計應運而生，服務範圍可以覆蓋全網甚至網外的部分地區。基於網絡RTK技術發展起來的CORS系統已經比較成熟，這就為精密單點定位技術的實時應用提供了另一個發展思路。精密衛星鐘差一般通過區域或全球的GNSS觀測網進行估計，然而隨著觀測數目的增加，估計參數的個數會以一定比例增長，這樣就減緩了解算速度，影響了鐘差估計的實時性。

【發明內容】

[0005]發明目的:針對上述現有技術，提出一種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法，提高衛星鐘差實時解算的速度。
[0006]技術方案:一種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法，包括以下步驟:
[0007]步驟(I)，對參考站獲取的觀測文件數據進行預處理；[0008]步驟⑵，對實時獲取的I⑶預報軌道進行插值計算，以匹配所述觀測文件的採樣間隔；
[0009]步驟(3)，固定衛星軌道參數、參考站坐標和對流層參數，並對誤差模型改正；
[0010]步驟(4)，採用測量的精度為0.2~0.3mm的載波相位觀測值，通過非差無電離層組合，得到多個參考站的衛星無電離層組合相位觀測方程，並分別得到所述多個參考站對應的衛星無電離層組合相位觀測值L ;所述無電離層組合相位觀測方程為:
[0011]L= P+c.δ r-c.δ +N+Trop+dM+ ε φ (I)
[0012]式中，ρ為衛星與接收機之間的幾何距離；δ ρ δ分別為接收機和衛星鐘差；c為光速；N為無電離層組合的模糊度參數；Trop為對流層延遲改正；dM為相對論效應、潮汐改正和相位纏繞等誤差項的模型改正；ε Φ為相位的觀測噪聲；
[0013]步驟(5)，在同一參考站同一曆元中，對所述衛星無電離層組合相位觀測值進行星間差分，得到星間差分無電離層組合的相位觀方程，並得到星間差分無電離層組合的相位觀測值AL ;所述星間差分無電離層組合的相位觀方程為:
[0014]AL= Δ ρ -C.Δ δ+ΔΝ+Δ Trop+ Δ dM+ Δ ε φ (2)
[0015]式中，Δ ρ為站、星幾何距離星間差；Δ δ為鐘差星間差，即相對鐘差；c為光速；Λ N為星間差分模糊度參數；ATrop為星間差分對流層延遲改正；Λ dM為星間差分誤差項模型改正；Λ ε φ為星間差分觀測噪聲；
`[0016]遍歷所述多個參考站，得到所述每個參考站對應的星間差分無電離層組合的相位觀值；
[0017]步驟出)，對所述多個參考站對應的星間差分無電離層組合的相位觀測值進行曆元間差分，得到每個參考站對應的星間差分觀測方程，並得到每個參考站對應的星間差分觀測值的曆元間差▽ AL;所述星間差分觀測方程為:
[0018]V AL=V Ap-c*V Δδ + V Δ Trop+ V Δ dM+ V Δ ε φ (3)
[0019]式中，V Λ ρ為站、星幾何距離星間差分的曆元間差；c為光速;▽ A δ為相對鐘差的曆元間差▽ Λ Trop為對流層延遲改正星間差分的曆元間差；▽ AdM為誤差項模型改正星間差分的曆元間差；▽ Λ ε ^為觀測噪聲星間差分的曆元間差；
[0020]步驟(7)，所述多參考站對應的星間差分觀測方程聯立，採用最小二乘估計進行解算，得到相對於參考曆元的相對衛星鐘差:假設有m個參考站同步觀測η顆GPS星，定義參考衛星號為r = I，有如下觀測方程:
[0021]AX = B (4)
[0022]其中，未知參數矩陣X:
[0023]X = [Tw1,..., Twm, V Δ δ h2, V Δ δ 1>3,..., V Δ δ 1^]1 (5)
[0024]未知參數中有m個觀測站天頂對流層溼延遲Twm和η-1個相對衛星鐘差曆元間差
VΔ δ1'";假定天頂對流層溼延遲不變；係數矩陣A為:
【權利要求】
1.一種基於區域多參考站聯合解算的衛星鐘差實時估計方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟(1)，對參考站獲取的觀測文件數據進行預處理； 步驟(2)，對實時獲取的IGU預報軌道進行插值計算，以匹配所述觀測文件的採樣間隔; 步驟(3)，固定衛星軌道參數、參考站坐標和對流層參數，並對誤差模型改正； 步驟(4)，採用測量的精度為0.2~0.3mm的載波相位觀測值，通過非差無電離層組合，得到多個參考站的衛星無電離層組合相位觀測方程，並分別得到所述多個參考站對應的衛星無電離層組合相位觀測值L ;所述無電離層組合相位觀測方程為:
L= P +c.δ r-c.δ +N+Trop+dM+ ε φ (I) 式中，P為衛星與接收機之間的幾何距離；L、δ分別為接收機和衛星鐘差；c為光速；Ν為無電離層組合的模糊度參數；Trop為對流層延遲改正；dM為相對論效應、潮汐改正和相位纏繞等誤差項的模型改正；ε φ為相位的觀測噪聲； 步驟(5)，在同一參考站同一曆元中，對所述衛星無電離層組合相位觀測值進行星間差分，得到星間差分無電離層組合的相位觀方程，並得到星間差分無電離層組合的相位觀測值AL ;所述星間差分無電離層組合的相位觀方程為:
AL= Δ P -C.Δ δ+ΔΝ+Δ Trop+ Δ dM+ Δ ε φ (2) 式中，Δρ為站、星幾何距離星間差；Δ δ為鐘差星間差，即相對鐘差；c為光速；ΔΝ為星間差分模糊度參數；ATrop為星間差分對流層延遲改正AcIm為星間差分誤差項模型改正；Δ ε φ為星間差分觀測噪聲； 遍歷所述多個參考站，得到所述每個參考站對應的星間差分無電離層組合的相位觀值； 步驟出)，對所述多個參考站對應的星間差分無電離層組合的相位觀測值進行曆元間差分，得到每個參考站對應的星間差分觀測方程，並得到每個參考站對應的星間差分觀測值的曆元間差▽ AL;所述星間差分觀測方程為: V AL=V Δ P -C.V Δ δ + V Δ Trop+ V Δ dM+ V Δ ε φ (3) 式中，V Δ ρ為站、星幾何距離星間差分的曆元間差；c為光速；▽ Δ δ為相對鐘差的曆元間差▽ Λ Trop為對流層延遲改正星間差分的曆元間差；▽ AdM為誤差項模型改正星間差分的曆元間差；▽ Λ ε φ為觀測噪聲星間差分的曆元間差； 步驟(7)，所述多參考站對應的星間差分觀測方程聯立，採用最小二乘估計進行解算，得到相對於參考曆元的相對衛星鐘差:假設有m個參考站同步觀測η顆GPS衛星，定義參考衛星號為r = I，有如下觀測方程: AX = B (4) 其中，未知參數矩陣X:
X = [Tw1,...，Twm, V Δ δ h2, V Δ δ u，..., V Δ δ 1^]1 (5) 未知參數中有m個觀測站天頂對流層溼延遲Twn^P η-1個相對衛星鐘差曆元間差VΔ δ1'";假定天頂對流層溼延遲不變；係數矩陣A為:
【文檔編號】G01S19/27GK103728876SQ201410001062
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】潘樹國, 夏炎, 陳偉榮, 高旺, 時小飛, 王勝利, 何帆, 吳波 申請人:東南大學