CN110568457B - 带状cors网络大气建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带状CORS网络大气建模方法，主要包括五个部分：(1)直接将区域各CORS站点依据最小生成树算法依次相连，形成基线以及带状CORS网的拓扑结构；(2)获取流动站的概略位置，并在上述基线中选择位置距离流动站最近的一条基线；(3)以流动站的位置向所选基线其所在的直线投影做垂线，获取垂足的点位；(4)获取基线两端CORS站的大气延迟量，结合两CORS站的坐标，利用线性插值方法计算出垂足点处的大气延迟量；(5)流动站位置的大气延迟量设置为与垂足点处的大气延迟量相等。

Description

带状CORS网络大气建模方法

技术领域

本发明涉及高精度卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种带状CORS网络大气建模方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是全球各类卫星导航定位系统的统称，目前正在运行的三个主要定位导航系统包括美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，以及我国的BDS系统(北斗卫星导航系统)。GNSS定位技术由于具有全天候、全球覆盖和高精度定位的特点而得到广泛关注，并已广泛用于测绘、航天航空、陆上交通、勘探、授时、海洋以及军事等行业。我国北斗卫星系统目前已处于运行初期，国产卫星导航定位服务具有巨大的应用前景。在GNSS定位过程中，大气延迟是影响其定位精度与收敛速度的重要因素。研究表明，卫星信号受对流层延迟影响在天顶方向误差可达2m。因此，有很多专家学者应用区域精密对流层模型来缩短PPP的收敛时间并取得一定的效果。例如通过最优拟合模型获得局部对流层拟合系数，建立实时区域对流层拟合模型；通过对基准站对流层建模，利用空间回归模型内插流动站，分析了大气延迟的内插精度；通过分析常用的实时区域对流层模型，提出球冠谐的区域精密对流层模型(图1是常见大气延迟内插建模示意图)。

针对一些带状分布的工程建设，由于受工程位置分布的影响，导致上述区域范围内建设的CORS站呈现出带状分布，例如铁路建设工程、南水北调和西气东输工程等。带状CORS网络的呈现出十分狭长的分布，网型结构极差，这时再用传统常规的内插模型对流动站进行插值，可能会导致内插的结果误差较大，尤其对于CORS网外围区域进行大气误差建模时。因此，如何在这种CORS网型的情况下进行大气延迟建模是我们急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种带状CORS网络大气建模方法。常用的网络RTK内插模型包括线性内插模型、线性组合模型、低趋势面模型和克里金插值法。网络RTK内插模型都是基于空间相关性原理,可通过数学方法推导建立其统一模型。但在CORS站带状分布的情况下，CORS网络呈现不规则形状，因此，通过对常用内插模型进行改进与优化，对带状CORS网形结构不规则引起的误差进行修正，以提高流动站对流层改正精度。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

(1)获取带状分布的CORS站坐标，按照最小生成树算法将CORS站连接，形成基线以及带状CORS网的拓扑结构。

(2)目前，网络RTK中参考站的站间距一般在30～70km，在CORS站数量较少，距离较远，网形呈现带状异形的情况下，使用传统的网络RTK内插方法进行大气建模可能会导致精度的降低。因此，在改进的方法中，需要顾及到CORS网形不规则的影响。首先获取流动站的概略坐标(X_r，Y_r)，选择距离流动站最近的一条基线，基线两端的基准站坐标分别为(X_a，Y_a)和(X_b，Y_b),以该流动站向其投影做垂线，则投影后垂足点的坐标可根据三角函数关系算出，再利用线性插值方法在这条直线路径上内插出垂足点处的值，以垂足点处的大气延迟值近似代替流动站点处的值。

本发明的有益效果在于：

目前，CORS网络均采用Delaunay三角形的构网方式来构建CORS网络的拓扑结构，这种构网方式适用于面状CORS网络的构建和大气误差建模。但对于带状分布的CORS网络，上述组网方式会造成网络中Delaunay三角形形状极其狭长，这种不利的网型结构将会导致在CORS网络外围附近区域进行大气误差建模时，计算出的大气延迟量不稳定，进而使得对应区域网络RTK的定位精度降低。本发明针对传统方法的上述不足，提出带状CORS网络大气建模方法。改进后的方法简化了CORS网型结构；只对带状区域大气延迟量沿着带状区域走向方向的分布进行建模，避免了网型结构差而导致的大气延迟计算的不稳定。方法还适用于仅有两个CORS站时，进行区域的大气延迟建模。方法特别适用于带状或线状分布的CORS网络的大气误差建模，及其后续的高精度位置服务。

附图说明

图1是常见大气延迟内插建模示意图；

图2是带状CORS网络下的大气延迟内插方法示意图；

图3是带状CORS网形下流动站与基准站的相对位置图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示：本发明包括以下步骤：

(1)获取带状分布的CORS站坐标，按照最小生成树算法将CORS站连接，形成基线以及带状CORS网的拓扑结构；

(2)获取流动站的概略位置，并在上述基线中选择位置距离流动站最近的一条基线；

(3)以流动站的位置向所选基线其所在的直线投影做垂线，获取垂足的点位；

(4)获取基线两端CORS站的大气延迟量，结合两CORS站的坐标，利用线性插值方法计算出垂足点处的大气延迟量；

(5)流动站位置的大气延迟量设置为与垂足点处的大气延迟量相等。

本发明以一个实例来详细说明，某区域布设的CORS网形呈现带状，如果按传统的Delaunay三角形划分子网，那我们需要的流动站点可能会处在三角网的外部(如图3所示)。

在这种情况下，本发明所采取的措施是将流动站投影到距离其最近的一条基线上，由于带状工程中，流动站一般与基线的距离较为相近，可以认为投影的垂足点位处的大气信息与流动站点基本相一致，然后看垂足点落在哪两个CORS站点的连线上，再选择线性插值的方法内插出垂足点处的大气延迟值，以该点处的大气延迟值近似代替流动站的值。如下图2所示，根据流动站所处的概略位置P(X₀，Y₀)以及基线两端的CORS站确定坐标A(X₁，Y₁)和B(X₂，Y₂)，为求点P的投影坐标，即是求过点P(X₀，Y₀)的直线PQ垂直于直线AB的交点Q(X_s，Y_s)。由于两条直线相互垂直，则有：k_AB*k_PQ＝-1，设直线AB其方程为l₁：y＝kx+b，其中k为直线的斜率。那么过P点的直线l₂其方程为：y-y₀＝k^-1(x-x₀)。联立两方程即可求出垂足点Q(X_s，Y_s)的坐标：

其中k,b由AB两点坐标可直接求出,

b＝y₁-kx₁。

解出两基准站连线的直线方程y＝kx+b后，把已知的流动站概略坐标(X₀，Y₀)代入上述方程组便可以很容易的求出投影点的坐标(X_s，Y_s)。接下来需要计算出AB间的距离和AQ之间的距离，

由于A点处的大气延迟ZWD_A和B点处的大气延迟ZWD_B均为已知，故可以算出两点之间的大气延迟差ΔZWD_AB＝ZWD_B-ZWD_A,然后根据线性内插公式知，P点处的大气延迟值为直线AB上按距离的权重进行分配后得到，可得

结论：

本发明提出了一种带状CORS网络的大气延迟建模方法，该方法针对传统的大气建模技术在带状CORS情况下的不足进行了优化与改进。若流动站点处于基准站网外部时。本文所采用的方法为，先将该点投影到离其最近的一条基线上，再用基线两端已知站点的大气湿延迟值来线性内插出垂足点处的大气湿延迟值，以垂足点的内插结果近似代替流动站处的大气延迟值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种带状CORS网络大气建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)获取带状分布的CORS站坐标，按照最小生成树算法将CORS站连接，形成基线以及带状CORS网的拓扑结构；

(2)获取流动站的概略位置P(X₀，Y₀)，并在上述基线中选择位置距离流动站最近的一条基线；

(3)以流动站的位置向所选基线其所在的直线投影做垂线，获取垂足的点位Q(X_s，Y_s)；

(4)获取基线两端CORS站的大气延迟量ZWD_A和ZWD_B，结合两CORS站的坐标A(X₁，Y₁)和B(X₂，Y₂)，利用线性插值方法计算出垂足点处的大气延迟量ZWD_Q，即

其中：ΔZWD_AB＝ZWD_B-ZWD_A；D_AQ为A_Q之间的距离；D_AB为AB之间的距离；

(5)流动站位置的大气延迟量设置为与垂足点处的大气延迟量相等。

Images