CN106932788A - 一种gnss参考站网三频解算方法及系统 - Google Patents

一种gnss参考站网三频解算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GNSS参考站网三频算方法及系统，其特征在于，该方法包括：获取参考站、卫星以及流动站的相应数据，根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，再建立电离层模型，将所述电离层模型与所述观测值模型进行组合进行综合运算，得到电离层延迟，根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。本发明基于三频非组合高精度载波相位观测值，建立电离层模型计算电离层延迟，使整个测量的结果精确度更高，且不局限于短基线和电离层平静区域，具有一定的普适性。

Description

一种GNSS参考站网三频解算方法及系统
技术领域
本发明涉及空间大地测量领域，尤其涉及一种GNSS(全球导航卫星系统)参考站网三频算方法及系统。
背景技术
随着GNSS(全球导航卫星系统)的应用越来越广，网络RTK能够稳定可靠的运行取决于CORS(地基增强系统)服务器软件能够稳定准确提供差分改正数，网络RTK技术是指在一定区域均匀布设多个(三个或三个以上)永久性连续运行参考站，对该地区构成网状覆盖，并利用互联网作为通信链路，把参考站实时观测值发送到主控站(计算中心)，根据各参考站精确已知的坐标信息，实时解算网络参考站各基线的双差模糊度，然后提取各基线上的大气延迟信息，在主控站对网络范围内的电离层、对流层、轨道误差等误差进行计算，并实时生成流动站位置的改正项信息。
目前通常第一步采用两种双差宽巷观测值方程和采用载波相位和伪距线性组合的方法即MW组合来进行宽巷模糊度固定，再进一步消电离层观测模型滤波得到消电离层模糊度浮点解，再根据前两步的结果综合计算得到窄巷模糊度。但上述方法存在以下问题：1、采用双差宽巷观测值方程的方法通常适用于短基线(如30km)以及在电离层比较平静的时段和地域，在长基线模式下无法获取准确的宽巷模糊度，对条件的适应性差。2、采用载波相位和伪距线性组合的方法即MW组合，通过大量的实测数据发现，有些接收机采集的原始数据质量较差，具体表现为伪距的质量较差，且经常会出现超过30米以上的抖动，导致MW组合数值即使通过多个历元平滑也无法得到一个稳定的浮点值，则无法能准确的确定双差宽巷模糊度。3.采用肖电离层组合方法解算窄巷模糊度时，由于消电离层组合放大了观测值噪声，同时窄巷模糊度参数前面的系数较基础模糊度波长更小，因而窄巷模糊度很容易出现1-2周的偏差，从而需要更长的收敛时间。综上，目前采用的解算方法存在一定的偏差，且适用条件具有一定的局限性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种GNSS参考站网三频算方法及系统，其能解决目前解算方法存在一定的偏差且适用条件具有一定局限性的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
1.一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；
步骤20、根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，如公式(1)，
...
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
步骤30、建立电离层模型，如公式(2)，
其中I为电离层延迟，每个参考站相对于投影中心点的坐标，是电离层穿刺点的映射函数；
步骤40、将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算，得到电离层延迟I。
步骤50、根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
优选的，所述将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合具体可为公式(3)，
其中为天顶方向电离层延迟为所述公式(2)中I表示意义相同。
优选的，所述将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算具体得到公式(4)，
...
其中表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，表示电离层映射函数，ff表示f频段的频率，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计。
优选的，所述参考站个数为四。
根据本公开实施例的第二方面，提供了一种GNSS参考站网三频解算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；
计算模块，用于通过所述获取的相应的数据计算得到电离层延迟；
执行模块，用于根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
优选的，所述计算模块包括：
观测值模型生成模块，用于根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，如公式(1)，
...
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
电离层模型生成模块，用于建立电离层模型，如公式(2)，
其中I为电离层延迟，每个参考站相对于投影中心点的坐标，是电离层穿刺点的映射函数；
综合运算模块，用于将所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算，得到电离层延迟I。
优选的，所述将所述电离层模型公式(2)化简整合具体可为公式(3)，
其中为天顶方向电离层延迟为所述公式(2)中I表示意义相同。
优选的，所述将所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算具体得到公式(4)，
...
其中表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，表示电离层映射函数，ff表示f频段的频率，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计。
优选的，所述参考站个数为四。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本发明基于三频非组合高精度载波相位观测值，建立电离层模型计算电离层延迟，使整个测量的结果精确度更高，且不局限于短基线和电离层平静区域，具有一定的普适性。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种GNSS参考站网三频解算方法的流程图。
图2为本发明较佳实施例的一种GNSS参考站网三频解算系统的的模块图。
图3为本发明较佳实施例的一种GNSS参考站网三频解算方法中参考站在电离层穿刺点处投影示意图。
附图标记说明：100、获取模块；200、运算模块；201、观测值模型生成模块；202、电离层模型生成模块；203、综合运算模块；300、执行模块；400、中心点。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
图1为本发明较佳实施例的一种GNSS参考站网三频解算方法的流程图，参照图1所示，本实施例中的一种GNSS参考站网三频解算方法包括以下步骤：
步骤10、获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；首先在一定区域内选择4个参考站(也可为3个以及5个等其他不同数量)，确定出4个参考站的几何中心点O,四个参考站相对于几何中心的坐标为为已知值，其中n,m分别表示测站编号和卫星编号，参考站同时跟踪m颗GNSS卫星，主控站获取载波相位观测值，用L表示即为所述的观测信息，获取卫星与参考站的真实距离为ρ。
步骤20、根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，如公式(1)，
...
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
步骤30、建立电离层模型，在一定的区域范围内电离层迟在测站之件有较强的相关性，在卫星之间是弱相关甚至相互独立的，因此将测站间的电离层延迟相关性以测站区域中心进行泰勒展开，如图3所示为测站在电离层穿刺点所在的曲面即中心电离层面的投影，三角形为测站投影点，O400为每个测站相对于投影中心点，每个测站相对于投影中心点O400的坐标为则测站的单层电离层延迟可以表达为如公式(2)，
其中是电离层穿刺点的映射函数。通常我们只需要展开到一阶项，即得到公式(3)，
其中为天顶方向电离层延迟为所述公式(2)中I表示意义相同。
步骤40：所述将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算具体得到公式(4)，
...
其中表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，表示电离层映射函数，ff表示f频段的频率，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计。将所述公式(4)定义为矩阵求解，假设在某一观测时间点t，该区域内的N个基站共观测到了M颗共视卫星，则误差方程的形式如公式(4.1)所示，
V＝AX-L (4.1)
其中A是系数矩阵，X是参数矩阵，L是常数矩阵，V是观测值残矩阵，以三个基站A、B、C组成一个三角形网，则具体公式(4.2)，
其中AAB,ABC,ACA分别对应三条基线观测方程的系数矩阵，它们的形式类似，以其中一条基线的系数矩阵为例，包含对流层系数、电离层系数、宽巷模糊度波长，其具体形式如公式(4.3)，
其中其中分别是A站和B站的电离层映射函数，参数矩阵X如公式(4.4)，
X中分别包含以下参数：对流层参数△T，电离层参数(m＝1,2,…m)，电离层模型系数模糊度参数
L是观测值减去模型值，具体表达式如公式(4.5)，
参照上述公式，可以算出参数X如公式(4.6)，
X＝(ATPA)-1ATPL (4.6)
在滤波解算出所有的参数X之后，即可获得所有卫星所有频段的整周模糊度和区域电离层模型系数最终计算得出电离层延迟。
步骤50：根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
本公开实施例提供的解算方法，本发明基于三频非组合高精度载波相位观测值，建立电离层模型计算电离层延迟，使整个测量的结果精确度更高，且不局限于短基线和电离层平静区域，具有一定的普适性。
基于上述一种GNSS参考站网三频解算方法，本发明实施例还提供了一种GNSS参考站网三频解算系统，如图2所示，包括：
获取模块100，用于获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；
计算模块200，用于通过所述获取的相应的数据计算得到电离层延迟；
执行模块300，用于根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
所述计算模块包括：观测值模型生成模块201，用于根据获取的相应的数据建立观测值模型，如公式(1)，
...
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
电离层模型生成模块202，用于建立电离层模型，如公式(2)，
其中I为电离层延迟，每个参考站相对于投影中心点的坐标，是电离层穿刺点的映射函数；
综合运算模块203，用于将所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算，得到电离层延迟I。
关于上述实施例中的系统，其中各个模块的执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再详细阐述说明。
本实施例中所述的解算系统，观测值墨香生成模块基于三频非组合高精度载波相位观测值，通过电离层模型生成模块和综合运算模块，建立电离层模型计算电离层延迟，使整个测量的结果精确度更高，且不局限于短基线和电离层平静区域，具有一定的普适性。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤10、获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；
步骤20、根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，如公式(1)，
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
步骤30、建立电离层模型，如公式(2)，
其中I为电离层延迟，每个参考站相对于投影中心点的坐标，是电离层穿刺点的映射函数；
步骤40、将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算，得到电离层延迟I。
步骤50、根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，所述将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合具体可为公式(3)，
其中为天顶方向电离层延迟为所述公式(2)中I表示意义相同。
3.根据权利要求2所述的一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，所述将步骤3中所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算具体得到公式(4)，
其中表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，表示电离层映射函数，ff表示f频段的频率，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计。
4.根据权利要求1所述的一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，所述参考站个数为四。
5.一种GNSS参考站网三频解算系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取参考站、卫星以及流动站的相应数据；
计算模块，用于通过所述获取的相应的数据计算得到电离层延迟；
执行模块，用于根据所述电离层延迟，对流动站位置实时生成改正项信息，并将所述改正项信息通过无线通讯链路向用户实时连续发布。
6.根据权利要求5所述的一种GNSS参考站网三频解算系统，其特征在于，所述计算模块包括：
观测值模型生成模块，用于根据所述获取的相应的数据采用三频载波相位非组合观测值建立观测值模型，如公式(1)，
其中，表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值，ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，ff表示f频段的频率，I1是f1频段的电离层延迟，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计；
电离层模型生成模块，用于建立电离层模型，如公式(2)，
其中I为电离层延迟，每个参考站相对于投影中心点的坐标，是电离层穿刺点的映射函数；
综合运算模块，用于将所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算，得到电离层延迟I。
7.根据权利要求6所述的一种GNSS参考站网三频解算系统，其特征在于，所述将所述电离层模型公式(2)化简整合具体可为公式(3)，
其中为天顶方向电离层延迟为所述公式(2)中I表示意义相同。
8.根据权利要求7所述的一种GNSS参考站网三频解算系统，其特征在于，所述将所述电离层模型公式(2)化简整合后与步骤1所述观测值模型公式(1)进行综合运算具体得到公式(4)，
其中表示双差算子(测站间一次差，卫星间二次差)，Lf是f频段以米为单位的双差载波相位观测值ρ是测站与卫星之间的几何距离，T是对流层延迟，表示电离层映射函数，ff表示f频段的频率，λf表示第f频段载波相位观测值的波长，λf表示f频段的波长，Nf表示f频段的整周模糊度，ε表示传输过程中的噪声，可忽略不计。
9.根据权利要求5所述的一种GNSS参考站网三频解算方法，其特征在于，所述参考站个数为四。
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