CN107656295B - 一种基于原始观测数据的gnss高精度基线处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，包括步骤：S1.根据原始观测数据构建非差定位观测方程；S2.根据测站的初始位置选定基线，计算各基线的长度初始值；并在各基线两端的对流层分别施加一与基线长度相关的空间约束；S3.基于非差定位观测方程，对各基线两端的电离层延迟参数逐卫星施加与电离层穿刺点之间距离相关的空间约束；S4.根据非差定位观测方程、对流层空间约束、以及电离层空间约束构建法方程，解算法方程，获得非差浮点解模糊度，并形成双差模糊度，对双差模糊度固定，获得固定基线解。在观测时间时长仅为1小时、基线长度长达十几公里的情况下，采用本发明仍能获得毫米级的高精度基线解算结果。

Description

一种基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法
技术领域
本发明属于卫星导航定位与应用技术领域，尤其涉及一种基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法。
背景技术
随着卫星导航系统(GNSS)的不断发展和应用推广，GNSS技术已经取代传统的工程控制测量手段，成为高精度工程控制网布设的主要手段。在工程控制网布设中，GNSS观测时间一般较短，如1～2小时。而GNSS基线处理的精度往往与基线长短、观测时间长短直接相关。传统基线处理方法将观测方程建立在双差观测值上，并假设基线两端的对流层等大气延迟可通过双差削弱至可忽略的程度。然而这种假设与实际情况并不完全一致，尤其是在基线较长的情况下，这导致十几公里的基线在观测时间较短的情况下(如1小时)，难以获得高精度的基线解算结果。非差相对于双差模式保留了大气参数的估计能力，为大气空间约束提供了条件，也使得进一步提高基线解算的精度成为可能。
因此，研究一种基于非差模式，并顾及大气相关性的基线处理方法具有重要的科学和工程实用价值。
发明内容
针对现有技术在观测时间较短的情况下，难以高精度处理十几公里的基线的不足，本发明提供了一种顾及基线两端大气相关性的、基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法。
本发明提供的一种基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，包括步骤：
S1根据原始观测数据构建非差定位观测方程；所述非差定位观测方程中，将卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟、测站坐标和接收机端硬件延迟作为待估参数；
S2根据测站的初始位置选定一组独立的基线，计算各基线的长度初始值；并在各基线两端的对流层分别施加一与基线长度相关的空间约束；
S3基于非差定位观测方程，对各基线两端的电离层延迟参数逐卫星施加与电离层穿刺点之间距离相关的空间约束；
S4根据非差定位观测方程、对流层的空间约束、以及电离层的空间约束构建法方程，解算法方程，获得非差浮点解模糊度，并形成双差模糊度，对双差模糊度固定，获得固定基线解。
进一步的，步骤S1中所述原始观测数据为预处理后的原始观测数据。所述预处理包括去除粗差和标记周跳。
进一步的，所述非差定位观测方程为：
其中：
i表示频点编号，i＝1，2；
k表示测站编号；
和Pi k分别表示测站k在频率i下的载波相位观测值和伪距观测值；
Ak表示测站k的接收机至卫星方向的单位向量；
xk表示测站k的坐标；
和分别表示测站k的接收机钟差和卫星钟差；
Tk表示测站k的天顶方向的对流层延迟(VZTD)；
mi表示频率i下的对流层延迟映射系数；
λi表示频点i的载波波长,λ1表示第一个频点的载波相位的波长；
Ik表示测站k下斜路径上第一个频点的载波相位观测值上的电离层延迟；
表示测站k在频点i下的模糊度；
和分别表示测站k在频点i下载波相位观测值和伪距观测值的噪声；
表示测站k的接收机端硬件延迟。
值得指出的是，由于卫星端的硬件延迟将被电离层参数吸收，无需额外估计。而接收机端硬件延迟参数需要额外估计。这是由步骤S3中电离层参数约束条件导致。相位缠绕、相对论改正的其他改正均按照传统模型给出，此处不再列出。
进一步的，由测站k和测站l形成的基线，其两端对流层的空间约束如下：
并且，对长度超过50千米的基线不进行空间约束；
其中：
Tk和Tl分别表示测站k和测站l的天顶方向的对流层延迟；
ΔT表示测站k和测站l的对流层延迟之差；
表示ΔT的方差，单位：平方米；
d表示基线长度，单位：千米。
进一步的，对测站k和测站l同时观测的卫星，逐一进行电离层的空间约束，所述电离层的空间约束如下：
并且，对距离超过50千米的两个穿刺点处的电离层延迟参数不进行空间约束；
其中：
Ik和Il分别表示测站k和测站l的电离层延迟；
ΔI表示测站k和测站l的电离层延迟之差；
表示ΔI的方差，单位：平方米；
s表示测站k和测站l的电离层单层模型350千米处的穿刺点间的距离。
穿刺点是卫星信号传播途径与电离层单层模型的交点，一颗卫星一个时刻对应一个穿刺点。首先，采用传统方法计算两个穿刺点的坐标值；然后，根据坐标值计算两个穿刺点的距离。所述电离层单层模型为高度为350千米的薄层。
和现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
在观测时间时长仅为1小时、基线长度长达十几公里的情况下，仍能获得毫米级的高精度基线解算结果。
附图说明
图1为本发明方法的具体流程图；
图2为本发明方法解算结果与GAMIT软件解算结果的对比示意图，其中，图(a)、图(b)、图(c)分别为E方向、N方向、U方向的解算结果对比示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例进一步说明本发明的技术效果。
本实施例选取了WUH2和JFNG两个测站2015年337天24小时的观测数据，按照时间分为24个时间段，每个时间段为1个小时。如00点到01点为一个时间段，01点到02点为一个时间段，以此类推。采用IGS提供的最终精密星历。固定JFNG站的坐标为-2279828.9424，5004706.4899，3219777.4323。
数据处理流程为：
步骤1，对观测数据进行预处理，去除粗差、标记周跳，得到干净的观测数据；
步骤2，读取一个时段的WUH2和JFNG两个测站的观测数据，建立非差定位观测方程，将卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟、测站坐标和接收机端硬件延迟作为参数进行估计。
步骤3，WUH2和JFNG两个测站的距离约12km，根据测站距离选择合适的约束条件。
步骤4，根据WUH2和JFNG两个测站的穿刺点间的距离，选择合适的电离层约束条件。
步骤5，构建法方程，并求解法方程，获得非差浮点模糊度，将非差浮点模糊度映射为双差模糊度，并进行模糊度固定。最后，利用固定了的模糊度计算固定基线解。
按照上述步骤对24个时间段的数据分别进行处理，获得24组相应的WUH2测站的坐标解算结果。为比较分析，采用国际著名的GAMIT软件同样分别解算这24个时段WUH2测站的坐标结果。两种方法的对比结果见图2，从图2可以看出，本发明解算坐标，较GAMIT软件解算结果的变化幅度更小。GAMIT软件最终解算获得坐标在E、N、U方向重复性的均方根误差(RMS)分别为14mm、42mm、60mm。而本发明获得坐标在E、N、U方向重复性的RMS分别仅为5.7mm、8.9mm和9.9mm。表明本发明方法具有在观测时长仅为1小时、基线长达十多公里的情况下，仍获得毫米级坐标精度的能力。

Claims (4)

1.一种基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，包括步骤：
S1根据原始观测数据构建非差定位观测方程，所述非差定位观测方程中，将卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟、测站坐标和接收机端硬件延迟作为待估参数；
S2根据测站的初始位置选定一组独立的基线，计算各基线的长度初始值；并在各基线两端的对流层分别施加一与基线长度相关的空间约束；
S3基于非差定位观测方程，对各基线两端的电离层延迟参数逐卫星施加与电离层穿刺点之间距离相关的空间约束；
S4根据非差定位观测方程、对流层的空间约束、以及电离层的空间约束构建法方程，解算法方程，获得非差浮点解模糊度，并形成双差模糊度，对双差模糊度固定，获得固定基线解。
2.如权利要求1所述的基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，其特征是：
所述非差定位观测方程为：
其中：
i表示频点编号，i＝1，2；
k表示测站编号；
和Pi k分别表示测站k在频点i下的载波相位观测值和伪距观测值；
Ak表示测站k的接收机至卫星方向的单位向量；
xk表示测站k的坐标；
和分别表示测站k的接收机钟差和卫星钟差；
Tk表示测站k的天顶方向的对流层延迟；
mi表示频点i下的对流层延迟映射系数；
λi表示频点i的载波波长,λ1表示第一个频点的载波相位的波长；
Ik表示测站k下斜路径上第一个频点的载波相位观测值上的电离层延迟；
表示测站k在频点i下的模糊度；
和分别表示测站k在频点i下载波相位观测值和伪距观测值的噪声；
表示测站k的接收机端硬件延迟。
3.如权利要求1所述的基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，其特征是：
步骤S2中对流层的空间约束，具体为：
由测站k和测站l形成的基线，其两端对流层的空间约束如下：
并且，对长度超过50千米的基线不进行空间约束；
其中：
Tk和Tl分别表示测站k和测站l的天顶方向的对流层延迟；
ΔT表示测站k和测站l的对流层延迟之差；
表示ΔT的方差，单位：平方米；
d表示基线长度，单位：千米。
4.如权利要求1所述的基于原始观测数据的GNSS高精度基线处理方法，其特征是：
步骤S3中所述的电离层空间约束；
对测站k和测站l同时观测的卫星，逐一进行电离层的空间约束，所述空间约束如下：
并且，对距离超过50千米的两个穿刺点处的电离层延迟参数不进行空间约束；
其中：
Ik和Il分别表示测站k和测站l的电离层延迟；
ΔI表示测站k和测站l的电离层延迟之差；
表示ΔI的方差，单位：平方米；
s表示测站k和测站l的穿刺点间的距离。
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