CN103605145A - 基于gnss多频数据和cors实现网络实时动态定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法，其中包括从全球定位系统和北斗卫星导航系统的接收机中获取三频数据；利用三频数据进行组合并构建两组超宽项组合观测值；从连续运行参考站获取已知站点信息；利用已知站点信息快速固定两组超宽项组合观测值的模糊度；利用固定了模糊度的两组超宽项观测值计算每个历元的电离层误差；利用电离层误差和已知站点信息计算大气误差模型信息；根据大气误差模型信息进行网络实时动态定位。采用该种基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法，可以实现避免了复杂的模糊度搜索，从而快速构建大气误差模型，为网络RTK差分信息的发布提供可靠的数据源，适用于大规模推广应用。

Description

基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法

技术领域

本发明涉及GNSS地基增强系统领域，尤其涉及利用GNSS系统多频数据进行实时动态定位领域，具体是指一种基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法。

背景技术

本世纪初，连续运行参考站系统(CORS，Continuously operating reference stations)相继建立，产生了依靠参考站网络进行RTK（Real-time kinematic，实时动态测量）定位的网络RTK技术，并逐渐取代传统1+1模式RTK定位成为目前主流的RTK测量模式。网络RTK技术依靠区域内永久建设的连续运行参考站的实时数据流，构建三角网进行区域大气误差估计，构建大气误差模型，进而提供实时动态定位服务，其核心技术是参考站网络中长基线模糊度的固定和大气误差模型构建，其中前者是后者的前提条件，大气误差模型构建的准确性和稳定性直接决定了移动站接收机的定位效果。

在BDS（BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统）投入使用之前，CORS系统参考站接收机多为GPS（Global position system，全球卫星导航系统）+GLONASS（格洛纳斯导航系统）双星双频接收机，因此，参考站网络基线模糊度固定和大气误差模型构建也都是基于GPS/GLONASS双频数据进行解算，并且以伪距质量高的GPS数据为主，伪距质量较低的GLONASS数据为辅，采用这种方法进行解算一般耗时较长，且模糊度固定结果的成功率容易受伪距精度影响，并且基线长度越长，固定的成功率越低，进而影响大气误差模型的准确性。

随着支持三频数据的BDS系统正式投入使用和GPS系统现代化增加L5波段，使用三频数据进行大气误差模型构建成为可能。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现使用GPS/BDS三频数据与GLONASS双频数据进行大气误差模型构建、进而实现实时动态定位、为网络RTK差分信息的发布提供可靠的数据源、适用于大规模推广应用的基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法。

为了实现上述目的，本发明的基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法具有如下构成：

该基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

（1）从全球定位系统和北斗卫星导航系统的接收机中获取三频数据；

（2）利用所述的三频数据进行组合并构建两组超宽项组合观测值；

（3）从连续运行参考站获取已知站点信息；

（4）利用所述的已知站点信息快速固定所述的两组超宽项组合观测值的模糊度；

（5）利用所述的固定了模糊度的两组超宽项观测值计算每个历元的电离层误差；

（6）利用所述的电离层误差和所述的已知站点信息计算所述的大气误差模型信息；

（7）根据所述的大气误差模型信息进行网络实时动态定位。

较佳地，所述的步骤（5）和（6）之间，还包括以下步骤：

（51）利用相位平滑伪距的方法对所述的电离层误差进行滤波。

更佳地，所述的利用所述的已知站点信息快速固定所述的两组超宽项组合观测值的模糊度，包括以下步骤：

（41）三个频率相位观测值对应波长分别为λ₁、λ₂、λ₅，对所述的连续运行参考站间基线构建双差观测方程如下：

其中，

$\mathrm{\Δ}\▿N_{(i,j,k)}=i*\mathrm{\Δ}\▿N_1+j*\mathrm{\Δ}\▿N_2+k*\mathrm{\Δ}\▿N_5$

${\mathrm{\λ}}_{(i,j,k)}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5}{i*{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5+j*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_5+k*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2};$

${\mathrm{\β}}_{(i,j,k)}={\mathrm{\λ}}_{(i.j.k)}\frac{i*{\mathrm{\λ}}_1+j*{\mathrm{\λ}}_2+k*{\mathrm{\λ}}_5}{{{\mathrm{\λ}}_1}^2}$

为双差算子，

为载波相位观测值，δ_tr为对流层延迟误差，δ_ion为L1相位观测值的电离层延迟误差，N为模糊度，ξ为噪声；

（42）将所述的两组超宽项组合观测值代入所述的双差观测方程中，计算得到所述的两组超宽项组合观测值的模糊度。

更进一步地，所述的利用相位平滑伪距的方法对所述的电离层误差进行滤波，具体为：

利用相位平滑伪距的方法，用似电离层延迟对所述的电离层误差进行滤波，其中，所述的滤波公式为：

$\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(n\right)=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(t\right)}{n}+\frac{(n-1)\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{iion}}}^{\′}\left(n\right)-\underset{t=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ion}}}^{\′}\left(t\right);}{n}$

其中，

似电离层延迟

f为载波相位频率，

为双差电离层误差。

再进一步地，所述的利用所述的电离层误差和所述的已知站点信息计算所述的大气误差模型信息，包括以下步骤：

（61）利用所述的电离层误差按照如下公式计算对流层误差：

其中，

为所述的电离层误差，β_(i,j,k)为电离层延迟放大系数；

（62）利用对流层映射模型计算测量站和参考站天顶方向的对流层延迟，完成所述的大气误差模型信息的确定。

较佳地，所述的步骤（7）之后，还包括以下步骤：

（8）利用所述的大气误差模型信息计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

更佳地，所述的利用所述的大气误差模型信息计算格洛纳斯导航系统的电离层误差，包括以下步骤：

（81）从格洛纳斯导航系统的接收机中获取双频数据；

（82）利用所述的大气误差模型信息计算所述的双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度；

（83）利用所述的双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

采用了该发明中的基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法，实现了利用多频数据在数个观测历元内固定GPS/BDS超宽项模糊度，避免了复杂的模糊度搜索，从而快速构建大气误差模型，为网络RTK差分信息的发布提供可靠的数据源，适用于大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明的基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法的流程图。

图2为本发明的建立GPS/BDS大气误差模型的流程图。

图3为本发明的估算GLONASS电离层误差的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明创造了使用GPS/BDS三频数据与GLONASS双频数据进行大气误差模型构建的方法，本发明使用GPS/BDS三频数据与GLONASS双频数据进行大气误差模型构建，主要通过以下技术方案来实现：

1、先利用GPS/BDS的三频数据进行组合解算，求解GPS/BDS的大气误差模型。

2、再利用已知的对流层模型信息，求解GLONASS载波相位模糊度信息，估算GLONASS电离层误差。

其中，如图2所示，计算GPS/BDS大气误差模型通过如下方案实现：

1、对GPS和BDS三频数据进行组合，构建两组超宽项组合观测值。

2、基于超宽项组合观测值的宽项特性，利用CORS参考站已知站点信息快速固定两组超宽项模糊度。

3、利用固定了模糊度的两组超宽项观测值，估算每个历元的GPS/BDS电离层误差。

4、利用类似于相位平滑伪距的方法，对GPS/BDS电离层误差进行滤波，提高GPS/BDS电离层误差精度。

5、利用已知的电离层误差和CORS参考站已知站点信息估算区域对流层模型信息。

如图3所示，估算GLONASS电离层误差通过如下方案实现

1、利用已知的区域对流层模型信息求解GLONASS宽项模糊度和L1载波相位模糊度。

2、估算GLONASS系统电离层误差。

如图1所示为本发明的基于GNSS（Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统）多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法的流程图。本发明的方法包括如下步骤：

（1）从全球定位系统和北斗卫星导航系统的接收机中获取三频数据；

（2）利用三频数据进行组合并构建两组超宽项组合观测值；

（3）从连续运行参考站获取已知站点信息；

（4）利用已知站点信息快速固定两组超宽项组合观测值的模糊度；

具有以下两个子步骤：

（41）三个频率相位观测值对应波长分别为λ₁、λ₂、λ₅，对连续运行参考站间基线构建双差观测方程如下：

其中，

$\mathrm{\Δ}\▿N_{(i,j,k)}=i*\mathrm{\Δ}\▿N_1+j*\mathrm{\Δ}\▿N_2+k*\mathrm{\Δ}\▿N_5$

${\mathrm{\λ}}_{(i,j,k)}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5}{i*{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5+j*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_5+k*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2};$

${\mathrm{\β}}_{(i,j,k)}={\mathrm{\λ}}_{(i.j.k)}\frac{i*{\mathrm{\λ}}_1+j*{\mathrm{\λ}}_2+k*{\mathrm{\λ}}_5}{{{\mathrm{\λ}}_1}^2}$

为双差算子，为载波相位观测值，δ_tr为对流层延迟误差，δ_ion为L1相位观测值的电离层延迟误差，N为模糊度，ξ为噪声；

（42）将两组超宽项组合观测值代入双差观测方程中，计算得到两组超宽项组合观测值的模糊度。

（5）利用固定了模糊度的两组超宽项观测值计算每个历元的电离层误差；

（51）利用相位平滑伪距的方法对电离层误差进行滤波。

利用相位平滑伪距的方法，用似电离层延迟对电离层误差进行滤波，其中，滤波公式为：

$\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(n\right)=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(t\right)}{n}+\frac{(n-1)\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{iion}}}^{\′}\left(n\right)-\underset{t=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ion}}}^{\′}\left(t\right);}{n}$

其中，

似电离层延迟

f为载波相位频率，

为双差电离层误差。

（6）利用电离层误差和已知站点信息计算大气误差模型信息；

具体包括以下两个子步骤：

（61）利用电离层误差按照如下公式计算对流层误差：

其中，为电离层误差，β_(i,j,k)为电离层延迟放大系数；

（62）利用对流层映射模型计算测量站和参考站天顶方向的对流层延迟，完成大气误差模型信息的确定。

（7）根据大气误差模型信息进行网络实时动态定位。

（8）利用大气误差模型信息计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

具体包括以下两个子步骤：

（81）从格洛纳斯导航系统的接收机中获取双频数据；

（82）利用大气误差模型信息计算双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度；

（83）利用双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

以下举一个具体实施例加以说明求解GPS/BDS大气误差模型的方法：

1、对参考站间基线构建双差观测方程，假设三个频率相位观测值对应波长分别为λ₁、λ₂、λ₅，构建的双差观测方程为：

其中:

$\mathrm{\Δ}\▿N_{(i,j,k)}=i*\mathrm{\Δ}\▿N_1+j*\mathrm{\Δ}\▿N_2+k*\mathrm{\Δ}\▿N_5$

${\mathrm{\λ}}_{(i,j,k)}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5}{i*{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5+j*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_5+k*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2};$

${\mathrm{\β}}_{(i,j,k)}={\mathrm{\λ}}_{(i.j.k)}\frac{i*{\mathrm{\λ}}_1+j*{\mathrm{\λ}}_2+k*{\mathrm{\λ}}_5}{{{\mathrm{\λ}}_1}^2}$

为双差算子，

为载波相位观测值，δ_tr为对流层延迟误差，δ_ion为L1相位观测值的电离层延迟误差，N为模糊度，ξ为噪声。

构建两个超宽项组合观测值和

利用其宽项特性和站点已知信息可直接在几个历元内固定对应的超宽项模糊度

和

。

2、然后利用超宽项观测值和固定的超宽项模糊度解算电离层延迟：

3、此时求得的电离层误差精度不高，可利用类似于相位平滑伪距的方法，用似电离层延迟对求得的电离层误差进行滤波，提高电离层误差精度，其中似电离层延迟为：

滤波公式为：

$\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(n\right)=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(t\right)}{n}+\frac{(n-1)\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{iion}}}^{\′}\left(n\right)-\underset{t=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ion}}}^{\′}\left(t\right);}{n}$

4、利用滤波后的电离层误差即可估算对流层误差：

5、然后可通过对流层映射模型求得两站天顶方向的对流层延迟大小，完成区域对流层模型的确定。

采用了该发明中的基于GNSS多频数据和CORS实现网络实时动态定位的方法，实现了利用多频数据在数个观测历元内固定GPS/BDS超宽项模糊度，避免了复杂的模糊度搜索，从而快速构建大气误差模型，为网络RTK差分信息的发布提供可靠的数据源。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种基于GNSS多频数据和连续运行参考站实现网络实时动态定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

（1）从全球定位系统和北斗卫星导航系统的接收机中获取三频数据；

（2）利用所述的三频数据进行组合并构建两组超宽项组合观测值；

（3）从连续运行参考站获取已知站点信息；

（4）利用所述的已知站点信息快速固定所述的两组超宽项组合观测值的模糊度；

（5）利用所述的固定了模糊度的两组超宽项观测值计算每个历元的电离层误差；

（6）利用所述的电离层误差和所述的已知站点信息计算所述的大气误差模型信息；

（7）根据所述的大气误差模型信息进行网络实时动态定位。

2.根据权利要求1所述的基于GNSS多频数据和连续运行参考站实现网络实时动态定位的方法，其特征在于，所述的步骤（5）和（6）之间，还包括以下步骤：

（51）利用相位平滑伪距的方法对所述的电离层误差进行滤波。

3.根据权利要求2所述的基于GNSS多频数据和连续运行参考站实现网络实时动态定位的方法，其特征在于，所述的利用所述的已知站点信息快速固定所述的两组超宽项组合观测值的模糊度，包括以下步骤：

（41）三个频率相位观测值对应波长分别为λ₁、λ₂、λ₅，对所述的连续运行参考站间基线构建双差观测方程如下：

其中，

$\mathrm{\Δ}\▿N_{(i,j,k)}=i*\mathrm{\Δ}\▿N_1+j*\mathrm{\Δ}\▿N_2+k*\mathrm{\Δ}\▿N_5$

${\mathrm{\λ}}_{(i,j,k)}=\frac{{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5}{i*{\mathrm{\λ}}_2{\mathrm{\λ}}_5+j*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_5+k*{\mathrm{\λ}}_1{\mathrm{\λ}}_2};$

${\mathrm{\β}}_{(i,j,k)}={\mathrm{\λ}}_{(i.j.k)}\frac{i*{\mathrm{\λ}}_1+j*{\mathrm{\λ}}_2+k*{\mathrm{\λ}}_5}{{{\mathrm{\λ}}_1}^2}$

为双差算子，

为载波相位观测值，δ_tr为对流层延迟误差，δ_ion为L1相位观测值的电离层延迟误差，N为模糊度，ξ为噪声；

（42）将所述的两组超宽项组合观测值代入所述的双差观测方程中，计算得到所述的两组超宽项组合观测值的模糊度。

4.根据权利要求3所述的基于GNSS多频数据和连续运行参考站实现网络实时动态定位的方法，其特征在于，所述的利用相位平滑伪距的方法对所述的电离层误差进行滤波，具体为：

利用相位平滑伪距的方法，用似电离层延迟对所述的电离层误差进行滤波，其中，所述的滤波公式为：

$\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(n\right)=\frac{\underset{t=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{\stackrel{\‾}{\mathrm{\δ}}}_{\mathrm{ion}}\left(t\right)}{n}+\frac{(n-1)\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{iion}}}^{\′}\left(n\right)-\underset{t=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}\▿{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ion}}}^{\′}\left(t\right);}{n}$

其中，

似电离层延迟

f为载波相位频率，

为双差电离层误差。

5.根据权利要求4所述的基于GNSS多频数据和连续运行参考站实现网络实时动态定位的方法，其特征在于，所述的利用所述的电离层误差和所述的已知站点信息计算所述的大气误差模型信息，包括以下步骤：

（61）利用所述的电离层误差按照如下公式计算对流层误差：

其中，

为所述的电离层误差，β_(i,j,k)为电离层延迟放大系数；

（62）利用对流层映射模型计算测量站和参考站天顶方向的对流层延迟，完成所述的大气误差模型信息的确定。

6.根据权利要求1所述的基于GNSS多频数据实现网络实时动态测量大气误差模型构建的方法，其特征在于，所述的步骤（7）之后，还包括以下步骤：

（8）利用所述的大气误差模型信息计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

7.根据权利要求6所述的基于GNSS多频数据实现网络实时动态测量大气误差模型构建的方法，其特征在于，所述的利用所述的大气误差模型信息计算格洛纳斯导航系统的电离层误差，包括以下步骤：

（81）从格洛纳斯导航系统的接收机中获取双频数据；

（82）利用所述的大气误差模型信息计算所述的双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度；

（83）利用所述的双频数据的宽项模糊度和载波相位模糊度计算格洛纳斯导航系统的电离层误差。

Images