CN111190203B - 基于非差观测模型和消秩亏的ppp-rtk定位方法 - Google Patents

基于非差观测模型和消秩亏的ppp-rtk定位方法 Download PDF

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CN111190203B CN202010036792.3A CN202010036792A CN111190203B CN 111190203 B CN111190203 B CN 111190203B CN 202010036792 A CN202010036792 A CN 202010036792A CN 111190203 B CN111190203 B CN 111190203B
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Abstract

一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP‑RTK定位方法，包括以下步骤：选用GNSS系统全球或区域跟踪站网的伪距和相位观测数据；利用观测数据，构建单系统多频率的原始观测方程；利用S‑basis消秩亏理论，对原始观测方程中的参数进行重新整合，消除原始观测方程中的数学秩亏，得到新观测方程。本设计以全球或区域GNSS跟踪站网多频点伪距与相位观测数据为基础，利用S‑basis消秩亏理论构建满秩非差非组合全参数估计模型，实现了卫星钟差、空间大气延迟及基础频率卫星相位偏差等定位增强参数的统一估计，提供PPP‑RTK高精度定位增强服务的同时，能后向兼容PPP、RTK等传统定位模式的服务需求。

Description

基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法
技术领域
本发明涉及卫星导航精密定位技术领域，尤其涉及一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法。
背景技术
全球导航卫星系统(GNSS)的建立旨在提供室外定位、导航和授时服务。如今，GNSS已经在多种领域得到发展，如车辆导航、大气监测、时间传递、精准农业等。卫星导航高精度定位技术历经多代更新与发展，包括实时差分动态定位(RTK)、精密单点定位(PPP和PPP-AR)、基于参考站网的实时动态定位(网络RTK)，以及新兴的PPP-RTK技术。传统卫星导航精密定位技术存在“模式众多”、“实现方式不统一”、“接口不一致”、“对外部信息共享机制亟待统一与优化”等问题。近年来发展的PPP-RTK技术，被称为“第四代卫星导航精密定位技术”，虽然兼具PPP“定位方式灵活”与RTK“定位过程高效”两者优势，但是其仍然无法满足多频多模应用环境以及单、双、多频用户高精度、高效的位置服务需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，该方法提供PPP-RTK高精度定位增强服务的同时，能后向兼容PPP、RTK传统定位模式的服务需求。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，该方法包括以下步骤：
A、选用GNSS系统全球或区域跟踪站网的伪距和相位观测数据；
B、利用跟踪站网中所有测站各基础频率的伪距和相位观测数据，构建单系统多频率的原始观测方程为：
Figure BDA0002366319150000011
上式中，上标s表示卫星；下标r表示接收机；下标f表示频率；i表示历元；P为伪距观测值，单位为米；L为载波相位观测值，单位为米；
Figure BDA0002366319150000021
为接收机r至卫星s的几何距离，单位为米；
Figure BDA0002366319150000022
为接收机r至卫星s的对流层投影函数值；Tr为天顶方向对流层延迟，单位为米；c为光在真空中的传播速度，c＝2.99792458×108米/秒；dtr为接收机r的钟差，单位为秒；dts为卫星s的钟差，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000023
为卫星s对应第一个频率的电离层斜延迟，单位为米；
Figure BDA0002366319150000024
为频率f与第一个频率电离层延迟间的比值，λ1为第一个频率对应的波长，单位为米；λf为频率f对应的波长，单位为米；br，f为接收机r对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000025
为卫星s对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000026
为接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度，单位为周；φr，f为接收机r对应频率f的相位偏差，单位为米；
Figure BDA0002366319150000027
为卫星s对应频率f的相位偏差，单位为米；
C、利用S-basis消秩亏理论，对原始观测方程中的参数进行重新整合，消除原始观测方程中的数学秩亏，得到新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000028
上式中，
Figure BDA0002366319150000029
为新观测方程解算的接收机r的钟差；
Figure BDA00023663191500000210
为新观测方程解算的卫星s的钟差；
Figure BDA00023663191500000211
为新观测方程解算的卫星s对应第一个频率的电离层斜延迟；
Figure BDA00023663191500000212
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500000213
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500000214
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的相位偏差；
Figure BDA00023663191500000215
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的相位偏差；
Figure BDA00023663191500000216
为新观测方程解算的接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度；
当f＜3时，
Figure BDA00023663191500000217
和
Figure BDA00023663191500000218
不存在，各项参数的具体形式如下：
Figure BDA0002366319150000031
Figure BDA0002366319150000032
Br＝br，2-br，1
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure BDA0002366319150000033
γf＝α·(μf+1)
κf＝α·(μf+μ2)
Figure BDA0002366319150000034
Figure BDA0002366319150000035
Figure BDA0002366319150000036
上式中，dt1为选为钟差基准的接收机钟差；br，1为原始观测方程中接收机r对应第一个频率的伪距硬件延迟；br，2为原始观测方程中接收机r对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，1为原始观测方程中第一个接收机对应第一个频率的伪距硬件延迟；b1，2为原始观测方程中第一个接收机对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000041
为原始观测方程中卫星s对应第一个频率的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000042
为原始观测方程中卫星s对应第二个频率的伪距硬件延迟；φ1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的相位偏差；
Figure BDA0002366319150000043
为原始观测方程中接收机r与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000044
为原始观测方程中第一个接收机与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000045
为原始观测方程中第一个接收机与卫星s之间频率f对应的模糊度。
步骤A中，所述观测数据包括北斗二号系统三频观测数据、北斗三号系统三频观测数据、GPS系统双频观测数据、GLONASS系统双频观测数据和Galileo系统四频观测数据。
步骤B中，在卫星轨道、卫星钟差采用广播星历，且测站位置、测站钟差未知的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000046
Figure BDA0002366319150000047
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000048
和
Figure BDA0002366319150000049
不存在，各历元待解算参数包括
Figure BDA00023663191500000410
Figure BDA00023663191500000411
和
Figure BDA00023663191500000412
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA00023663191500000413
当f＜3时，
Figure BDA00023663191500000414
和
Figure BDA00023663191500000415
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA00023663191500000416
Figure BDA00023663191500000417
和
Figure BDA00023663191500000418
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道、卫星钟差和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000051
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000052
和
Figure BDA0002366319150000053
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA0002366319150000054
Figure BDA0002366319150000055
和
Figure BDA0002366319150000056
在解算新观测方程时，采用对流层投影函数模型确定投影测站对应的对流层投影函数值
Figure BDA0002366319150000057
电离层斜延迟
Figure BDA0002366319150000058
转换为
Figure BDA0002366319150000059
的形式，其中，
Figure BDA00023663191500000510
为接收机r和卫星s连线方向穿过电离层薄层处的投影函数，
Figure BDA00023663191500000511
为卫星s对应的垂直电离层延迟值。
在解算北斗三号系统的观测数据时，利用B2b频率上播发的精密卫星轨道、卫星钟差和卫星伪距硬件延迟信息，在新观测方程中对其加以权重约束。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法以全球或区域GNSS跟踪站网多频点伪距与相位观测数据为基础，利用S-basis消秩亏理论构建满秩非差非组合全参数估计模型，实现了卫星钟差、空间大气延迟及基础频率卫星相位偏差等定位增强参数的统一估计，提供PPP-RTK高精度定位增强服务的同时，能后向兼容PPP、RTK等传统定位模式的服务需求，有效解决了三种应用场景中(已知广播星历和测站位置，已知精密卫星轨道和测站位置，已知精密卫星轨道、卫星钟差和测站位置)实现非差精密定位增强综合服务的理论与技术难题。
附图说明
图1是本发明一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，该方法包括以下步骤：
A、选用GNSS系统全球或区域跟踪站网的伪距和相位观测数据；
B、利用跟踪站网中所有测站各基础频率的伪距和相位观测数据，构建单系统多频率的原始观测方程为：
Figure BDA0002366319150000061
上式中，上标s表示卫星；下标r表示接收机；下标f表示频率；i表示历元；P为伪距观测值，单位为米；L为载波相位观测值，单位为米；
Figure BDA0002366319150000062
为接收机r至卫星s的几何距离，单位为米；
Figure BDA0002366319150000063
为接收机r至卫星s的对流层投影函数值；Tr为天顶方向对流层延迟，单位为米；c为光在真空中的传播速度，c＝2.99792458×108米/秒；dtr为接收机r的钟差，单位为秒；dt5为卫星S的钟差，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000064
为卫星S对应第一个频率的电离层斜延迟，单位为米；
Figure BDA0002366319150000065
为频率f与第一个频率电离层延迟间的比值，λ1为第一个频率对应的波长，单位为米；λf为频率f对应的波长，单位为米；br，f为接收机r对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000066
为卫星s对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000067
为接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度，单位为周；φr，f为接收机r对应频率f的相位偏差，单位为米；
Figure BDA0002366319150000068
为卫星s对应频率f的相位偏差，单位为米；
C、利用S-basis消秩亏理论，对原始观测方程中的参数进行重新整合，消除原始观测方程中的数学秩亏，得到新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000069
上式中，
Figure BDA00023663191500000610
为新观测方程解算的接收机r的钟差；
Figure BDA00023663191500000611
为新观测方程解算的卫星s的钟差；
Figure BDA00023663191500000612
为新观测方程解算的卫星S对应第一个频率的电离层斜延迟；
Figure BDA00023663191500000613
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500000614
为新观测方程解算的卫星S对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500000615
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的相位偏差；
Figure BDA00023663191500000616
为新观测方程解算的卫星S对应频率f的相位偏差；
Figure BDA00023663191500000617
为新观测方程解算的接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度；
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000071
和
Figure BDA0002366319150000072
不存在，各项参数的具体形式如下：
Figure BDA0002366319150000073
Figure BDA0002366319150000074
Bγ＝bγ，2-bγ，1
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure BDA0002366319150000075
γf＝α·(μf+1)
κf＝α·(μf+μ2)
Figure BDA0002366319150000076
Figure BDA0002366319150000077
Figure BDA0002366319150000078
上式中，dt1为选为钟差基准的接收机钟差；br，1为原始观测方程中接收机r对应第一个频率的伪距硬件延迟；br，2为原始观测方程中接收机r对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，1为原始观测方程中第一个接收机对应第一个频率的伪距硬件延迟；b1，2为原始观测方程中第一个接收机对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000081
为原始观测方程中卫星s对应第一个频率的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000082
为原始观测方程中卫星s对应第二个频率的伪距硬件延迟；φ1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的相位偏差；
Figure BDA0002366319150000083
为原始观测方程中接收机r与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000084
为原始观测方程中第一个接收机与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000085
为原始观测方程中第一个接收机与卫星s之间频率f对应的模糊度。
步骤A中，所述观测数据包括北斗二号系统三频观测数据、北斗三号系统三频观测数据、GPS系统双频观测数据、GLONASS系统双频观测数据和Galileo系统四频观测数据。
步骤B中，在卫星轨道、卫星钟差采用广播星历，且测站位置、测站钟差未知的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000086
Figure BDA0002366319150000087
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000088
和
Figure BDA0002366319150000089
不存在，各历元待解算参数包括
Figure BDA00023663191500000810
Figure BDA00023663191500000811
和
Figure BDA00023663191500000812
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA00023663191500000813
当f＜3时，
Figure BDA00023663191500000814
和
Figure BDA00023663191500000815
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA00023663191500000816
Figure BDA00023663191500000817
和
Figure BDA00023663191500000818
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道、卫星钟差和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000091
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000092
和
Figure BDA0002366319150000093
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA0002366319150000094
Figure BDA0002366319150000095
和
Figure BDA0002366319150000096
在解算新观测方程时，采用对流层投影函数模型确定投影测站对应的对流层投影函数值
Figure BDA0002366319150000098
电离层斜延迟
Figure BDA0002366319150000099
转换为
Figure BDA00023663191500000910
的形式，其中，
Figure BDA00023663191500000911
为接收机r和卫星s连线方向穿过电离层薄层处的投影函数，
Figure BDA00023663191500000912
为卫星s对应的垂直电离层延迟值。
在解算北斗三号系统的观测数据时，利用B2b频率上播发的精密卫星轨道、卫星钟差和卫星伪距硬件延迟信息，在新观测方程中对其加以权重约束。
本发明的原理说明如下：
S-basis理论是指，将设计矩阵非列满秩的观测方程中的未知参数，重新整合为新的待估参数，使得新观测方程的设计矩阵具有列满秩的特征，即新的待估参数具备可估的特性，具体实施过程如下：
设原始观测方程为
Figure BDA00023663191500000913
其中，y为观测值向量，A为设计矩阵，x为未知参数向量，m为观测值的个数，n为未知参数的个数；设计矩阵A为列不满秩的矩阵，其秩rank(A)＝r＜n，即原始观测方程不能直接解算所有的未知参数；
将x分解为两部分
Figure BDA00023663191500000914
其中，矩阵S和V均为列满秩矩阵，且有A·V＝0的特征；α和β均为由未知参数按不同的规则组合而成的新参数，分别称为可估参数和不可估参数；
将分解后的x代入原始观测方程得：
Figure BDA00023663191500000915
令
Figure BDA00023663191500000916
所以得到新观测方程为
Figure BDA00023663191500000917
其中，设计矩阵
Figure BDA00023663191500000918
列满秩，参数向量
Figure BDA0002366319150000101
中的r个新未知参数均可解。
本设计利用S-basis理论，将原始观测方程中的未知参数重新整合，获得新的设计矩阵
Figure BDA0002366319150000102
和参数向量
Figure BDA0002366319150000103
(新参数的具体形式见实施例)，使得原始非差非组合观测方程经转换后，新设计矩阵列满秩，参数向量中的新未知参数可解。
本设计中，单个历元的参数Tr、
Figure BDA0002366319150000104
和
Figure BDA0002366319150000105
之间相互独立可解；可解算非差分非组合的伪距硬件延迟
Figure BDA0002366319150000106
和
Figure BDA0002366319150000107
即对应第三及以上基础频率对应的卫星端和接收机端伪距硬件延迟；可解算非差分非组合的相位偏差
Figure BDA0002366319150000108
和
Figure BDA0002366319150000109
即对应各基础频率对应的卫星端和接收机端相位偏差；解算的参数
Figure BDA00023663191500001010
都为基础频率对应的信息，可供单频、双频和多频用户使用；对解算的参数
Figure BDA00023663191500001011
进行组合后，生成新的参数可供用户实现传统的虚拟参考站(VRS)定位应用。
针对多频多模应用环境以及单、双、多频用户高精度、高效的位置服务需求，本设计以非差观测模型及S-basis消秩亏理论为基础，实现了PPP-RTK定位服务。通过构建理论上严密、数学上满秩、程序上易于实现的“PPP-RTK服务端与用户端”模型及算法，最大限度提高观测数据的利用率，并同步实现包括卫星钟差、相位偏差、伪距偏差、大气电离层与对流层等多类状态域参数的实时最优估计；能够灵活选择定位增强信息的组合类型、数值更新率及播发方式，进而为不同精度等级需求的用户提供多层级的定位增强信息服务，并进一步将传统的PPP、网络RTK和广域差分等处理模式拓展为新的综合PPP-RTK处理模式。
为实现PPP-RTK精密导航定位服务，本设计提供了利用GNSS系统全球或区域跟踪站的观测数据，利用非差观测模型实现各类改正信息同步估计，估计参数之间具有较好的一致性和自洽性，同时具有面向全球、区域和局部等不同尺度的电离层和对流层精确建模的功能。
实施例：
参见图1，一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，该方法包括以下步骤：
A、选用GNSS系统全球或区域跟踪站网的伪距和相位观测数据；
所述观测数据包括北斗二号系统三频观测数据、北斗三号系统三频观测数据、GPS系统双频观测数据、GLONASS系统双频观测数据和Galileo系统四频观测数据；
B、利用跟踪站网中所有测站各基础频率的伪距和相位观测数据，构建单系统多频率的原始观测方程为：
Figure BDA0002366319150000111
上式中，上标s表示卫星；下标r表示接收机；下标f表示频率；i表示历元；P为伪距观测值，单位为米；L为载波相位观测值，单位为米；
Figure BDA0002366319150000112
为接收机r至卫星s的几何距离，单位为米；
Figure BDA0002366319150000113
为接收机r至卫星S的对流层投影函数值；Tγ为天顶方向对流层延迟，单位为米；c为光在真空中的传播速度，c＝2.99792458×108米/秒；dtr为接收机r的钟差，单位为秒；dts为卫星S的钟差，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000114
为卫星S对应第一个频率的电离层斜延迟，单位为米；
Figure BDA0002366319150000115
为频率f与第一个频率电离层延迟间的比值，λ1为第一个频率对应的波长，单位为米；λf为频率f对应的波长，单位为米；br，f为接收机r对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000116
为卫星s对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure BDA0002366319150000117
为接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度，单位为周；φr，f为接收机r对应频率f的相位偏差，单位为米；
Figure BDA0002366319150000118
为卫星s对应频率f的相位偏差，单位为米；
C、利用S-basis消秩亏理论，对原始观测方程中的参数进行重新整合，消除原始观测方程中的数学秩亏，得到新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000119
上式中，
Figure BDA00023663191500001110
为新观测方程解算的接收机r的钟差；
Figure BDA00023663191500001111
为新观测方程解算的卫星s的钟差；
Figure BDA00023663191500001112
为新观测方程解算的卫星s对应第一个频率的电离层斜延迟；
Figure BDA00023663191500001113
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500001114
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA00023663191500001115
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的相位偏差；
Figure BDA0002366319150000121
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的相位偏差；
Figure BDA0002366319150000122
为新观测方程解算的接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度；
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000123
和
Figure BDA0002366319150000124
不存在，各项参数的具体形式如下：
Figure BDA0002366319150000125
Figure BDA0002366319150000126
Br＝br，2-br，1
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure BDA0002366319150000127
γf＝α·(μf+1)
κf＝α·(μf+μ2)
Figure BDA0002366319150000128
Figure BDA0002366319150000129
Figure BDA00023663191500001210
上式中，dt1为选为钟差基准的接收机钟差；br，1为原始观测方程中接收机r对应第一个频率的伪距硬件延迟；br，2为原始观测方程中接收机r对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，1为原始观测方程中第一个接收机对应第一个频率的伪距硬件延迟；b1，2为原始观测方程中第一个接收机对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000131
为原始观测方程中卫星s对应第一个频率的伪距硬件延迟；
Figure BDA0002366319150000132
为原始观测方程中卫星s对应第二个频率的伪距硬件延迟；φ1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的相位偏差；
Figure BDA0002366319150000133
为原始观测方程中接收机r与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000134
为原始观测方程中第一个接收机与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure BDA0002366319150000135
为原始观测方程中第一个接收机与卫星s之间频率f对应的模糊度；α、β、μ2、κf都为常数；Bs、Br、
Figure BDA0002366319150000136
都为算子。
在解算新观测方程时，采用对流层投影函数模型确定投影测站对应的对流层投影函数值
Figure BDA0002366319150000137
电离层斜延迟
Figure BDA0002366319150000138
转换为
Figure BDA0002366319150000139
的形式，其中，
Figure BDA00023663191500001310
为接收机r和卫星s连线方向穿过电离层薄层处的投影函数，
Figure BDA00023663191500001311
为卫星s对应的垂直电离层延迟值；根据跟踪站网的覆盖范围(全球或区域)，对与大气相关的对流层延迟、电离层斜延迟施加相应的约束条件，实现全球和区域跟踪站网数据处理结果统一。
在解算北斗三号系统的观测数据时，利用B2b频率上播发的精密卫星轨道、卫星钟差和卫星伪距硬件延迟信息，在新观测方程中对其加以权重约束。
在卫星轨道、卫星钟差采用广播星历，且测站位置、测站钟差未知的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA00023663191500001312
Figure BDA00023663191500001313
当f＜3时，
Figure BDA00023663191500001314
和
Figure BDA00023663191500001315
不存在，各历元待解算参数包括
Figure BDA00023663191500001316
(为一算子)、
Figure BDA00023663191500001317
Figure BDA00023663191500001318
和
Figure BDA00023663191500001319
在已知高精度的卫星轨道和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000141
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000142
和
Figure BDA0002366319150000143
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA0002366319150000144
Figure BDA0002366319150000145
和
Figure BDA0002366319150000146
在已知高精度的卫星轨道、卫星钟差和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure BDA0002366319150000147
当f＜3时，
Figure BDA0002366319150000148
和
Figure BDA0002366319150000149
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure BDA00023663191500001410
Figure BDA00023663191500001411
和
Figure BDA00023663191500001412
将第一种应用场景解算的
Figure BDA00023663191500001413
参数，或第二种、第三种应用场景解算的Tr、
Figure BDA00023663191500001414
参数，由服务器通过网络传输至用户，可供用户实现PPP-RTK定位；当提供的卫星相位偏差信息是直接解算的基础频率的
Figure BDA00023663191500001415
参数时，可供用户实现非差非组合PPP-RTK定位；当提供的卫星相位偏差参数是将
Figure BDA00023663191500001416
按不同的频率组合后的信息时，可供用户实现传统的PPP-RTK服务。

Claims (7)

1.一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、选用GNSS系统全球或区域跟踪站网的伪距和相位观测数据；
B、利用跟踪站网中所有测站各基础频率的伪距和相位观测数据，构建单系统多频率的原始观测方程为：
Figure FDA0002366319140000011
上式中，上标S表示卫星；下标r表示接收机；下标f表示频率；i表示历元；P为伪距观测值，单位为米；L为载波相位观测值，单位为米；
Figure FDA0002366319140000012
为接收机r至卫星s的几何距离，单位为米；
Figure FDA0002366319140000013
为接收机r至卫星s的对流层投影函数值；Tr为天顶方向对流层延迟，单位为米；c为光在真空中的传播速度，c＝2.99792458×108米/秒；dtr为接收机r的钟差，单位为秒；dts为卫星s的钟差，单位为秒；
Figure FDA0002366319140000014
为卫星s对应第一个频率的电离层斜延迟，单位为米；
Figure FDA0002366319140000015
为频率f与第一个频率电离层延迟间的比值，λ1为第一个频率对应的波长，单位为米；λf为频率f对应的波长，单位为米；br，f为接收机r对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure FDA0002366319140000016
为卫星s对应频率f的伪距硬件延迟，单位为秒；
Figure FDA0002366319140000017
为接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度，单位为周；φr，f为接收机r对应频率f的相位偏差，单位为米；
Figure FDA0002366319140000018
为卫星s对应频率f的相位偏差，单位为米；
C、利用S-basis消秩亏理论，对原始观测方程中的参数进行重新整合，消除原始观测方程中的数学秩亏，得到新观测方程为：
Figure FDA0002366319140000019
上式中，
Figure FDA0002366319140000021
为新观测方程解算的接收机r的钟差；
Figure FDA0002366319140000022
为新观测方程解算的卫星s的钟差；
Figure FDA0002366319140000023
为新观测方程解算的卫星s对应第一个频率的电离层斜延迟；
Figure FDA0002366319140000024
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure FDA0002366319140000025
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure FDA0002366319140000026
为新观测方程解算的接收机r对应频率f的相位偏差；
Figure FDA0002366319140000027
为新观测方程解算的卫星s对应频率f的相位偏差；
Figure FDA0002366319140000028
为新观测方程解算的接收机r与卫星s之间频率f对应的模糊度；
当f＜3时，
Figure FDA0002366319140000029
和
Figure FDA00023663191400000210
不存在，各项参数的具体形式如下：
Figure FDA00023663191400000211
Figure FDA00023663191400000212
Br＝br，2-br，1
α＝1/(μ2-1)
β＝μ2/(μ2-1)
Figure FDA00023663191400000213
γf＝α·(μf+1)
κf＝α·(μf+μ2)
Figure FDA0002366319140000031
Figure FDA0002366319140000032
Figure FDA0002366319140000033
上式中，dt1为选为钟差基准的接收机钟差；br，1为原始观测方程中接收机r对应第一个频率的伪距硬件延迟；br，2为原始观测方程中接收机r对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，1为原始观测方程中第一个接收机对应第一个频率的伪距硬件延迟；b1，2为原始观测方程中第一个接收机对应第二个频率的伪距硬件延迟；b1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的伪距硬件延迟；
Figure FDA0002366319140000034
为原始观测方程中卫星s对应第一个频率的伪距硬件延迟；
Figure FDA0002366319140000035
为原始观测方程中卫星s对应第二个频率的伪距硬件延迟；φ1，f为原始观测方程中第一个接收机对应频率f的相位偏差；
Figure FDA0002366319140000036
为原始观测方程中接收机r与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure FDA0002366319140000037
为原始观测方程中第一个接收机与第一个卫星之间频率f对应的模糊度；
Figure FDA0002366319140000038
为原始观测方程中第一个接收机与卫星s之间频率f对应的模糊度。
2.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：步骤A中，所述观测数据包括北斗二号系统三频观测数据、北斗三号系统三频观测数据、GPS系统双频观测数据、GLONASS系统双频观测数据和Galileo系统四频观测数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：
步骤B中，在卫星轨道、卫星钟差采用广播星历，且测站位置、测站钟差未知的应用场景中，新观测方程为：
Figure FDA0002366319140000039
Figure FDA00023663191400000310
当f＜3时，
Figure FDA0002366319140000041
和
Figure FDA0002366319140000042
不存在，各历元待解算参数包括
Figure FDA0002366319140000043
Figure FDA0002366319140000044
和
Figure FDA0002366319140000045
4.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure FDA0002366319140000046
当f＜3时，
Figure FDA0002366319140000047
和
Figure FDA0002366319140000048
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure FDA0002366319140000049
Figure FDA00023663191400000410
和
Figure FDA00023663191400000411
5.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：
步骤B中，在已知高精度的卫星轨道、卫星钟差和测站坐标的应用场景中，新观测方程为：
Figure FDA00023663191400000412
当f＜3时，
Figure FDA00023663191400000413
和
Figure FDA00023663191400000414
不存在，各历元待解算参数包括Tr、
Figure FDA00023663191400000415
Figure FDA00023663191400000416
和
Figure FDA00023663191400000417
6.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：
在解算新观测方程时，采用对流层投影函数模型确定投影测站对应的对流层投影函数值
Figure FDA00023663191400000418
电离层斜延迟
Figure FDA00023663191400000419
转换为
Figure FDA00023663191400000420
的形式，其中，Fr s为接收机r和卫星s连线方向穿过电离层薄层处的投影函数，
Figure FDA00023663191400000421
为卫星s对应的垂直电离层延迟值。
7.根据权利要求1所述的一种基于非差观测模型和消秩亏的PPP-RTK定位方法，其特征在于：在解算北斗三号系统的观测数据时，利用B2b频率上播发的精密卫星轨道、卫星钟差和卫星伪距硬件延迟信息，在新观测方程中对其加以权重约束。
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Assignee: GAC Dayou spacetime Technology (anqing) Co.,Ltd.

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Denomination of invention: PPP-RTK localization method based on non difference observation model and rank deficiency elimination

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