CN111736186A - 一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，涉及高精度导航技术领域，能够利用iGMAS数据和PPP算法应用，提高双频GNSS接收机原始定位的精度。本发明包括：采集双频GNSS观测数据和IGS/iGMAS提供的精密改正数；利用所述双频GNSS观测数据和精密改正数，采用实时PPP算法得到高精度定位。本发明提供了实时PPP算法，结合观测数据与精密改正数，有效地提升了定位精度，解决了iGMAS超快速数据的普遍适用问题。

Description

一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法
技术领域
本发明涉及高精度导航技术领域，尤其涉及一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法。
背景技术
为了进一步推动多模GNSS(Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统)兼容和互操作，中国从2012年启动国际GNSS iGMAS(International GNSSMonitoring&Assessment System,监测评估系统)建设。iGMAS旨在建立我国自主的BDS、GPS、GLONASS和Galileo导航卫星全弧段、多重覆盖的全球近实时跟踪网，监控GNSS导航卫星的运行状况、信号质量和服务性能。
iGMAS能够向全球用户提供精密星历、钟差、地球定向参数等产品，为卫星导航技术试验提供支持，服务于科学研究以及各类应用，包括PPP(Precious Point Positioning,精密单点定位)技术。
相对于事后处理的精密单点定位，实时精准定位才能满足5G、物联网和无人驾驶等技术发展的需求，其中高质量精密星历、钟差改正产品的实时获取和应用是难点之一。目前国际上开展实时PPP应用主要基于IGS(Instrument guidance system，仪表引导系统)实时、近实时产品，包括IGS实时定位服务、IGDG(Internet-Based Global DifferentialGPS，基于互联网的全球差分定位系统)实时产品和BNC(BKG Ntrip Client，BKG Ntrip客户端)软件等，以及西班牙GMV公司、Trimble公司等推出的商业实时PPP服务。与国际上比较成熟的IGS系统相比，我国主导的iGMAS建设周期短，跟踪站、分析中心和数据中心数量相对较少，因此iGMAS产品(特别是超快速产品)的实际应用仍需进一步发展。
目前，国内外应用iGMAS超快速产品开展的实时精密单点定位研究，主要依靠跟踪站的观测数据模拟实时PPP解算，未能实现iGMAS超快速数据的实时获取和普遍适用。
发明内容
本发明提供一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，能够利用iGMAS数据和PPP算法应用，提高双频GNSS接收机原始定位的精度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，包括：
采集双频GNSS观测数据和IGS/iGMAS提供的精密改正数；
利用所述双频GNSS观测数据和实时精密改正数，采用实时PPP算法得到高精度定位。
进一步的，实时精密改正数采用下载软件下载，打通了数据下载与实际应用的通道。
进一步的，双频GNSS观测数据包括：双频GNSS伪距和载波相位观测值，GNSS广播星历、GNSS初步定位结果。
进一步的，精密改正数包括：GNSS超快速星历、钟差。
进一步的，实时PPP算法包括：
对精密改正数中的GNSS超快速星历、钟差进行处理，使得iGMAS超快速星历、钟差与观测数据采样时刻匹配，进行卫星的位置计算和钟差消除；
对双频GNSS观测数据进行粗差和周跳的探测、处理,得到干净可用的观测数据；
将处理后的iGMAS超快速精密星历、钟差和干净可用的观测数据带入PPP常规模型；
对所述PPP模型采用扩展卡尔曼滤波进行参数估计；
对所述双频GNSS观测数据中的各类误差采用各种模型进行处理。
进一步的，参数估计中所涉及的参数包括接收机位置、天顶对流层延迟、接收机钟差、系统间偏差和模糊度。
进一步的，误差包括卫星轨道及钟差、电离层延迟、对流层干延迟、卫星和接收机天线相位中心、相位缠绕、相对论效应、地球自转改正、固体潮、海潮、极潮。
进一步的，误差处理模型包括iGMAS超快速星历及钟差、双频无电离层组合、Hopfield模型+GPT2+VMF、igs14.atx及PCO+PCV、Wu模型、IERS协议、Sagnac效应、GOT4.8模型。
本发明的有益效果是：
现有技术中，应用iGMAS超快速产品开展的实时精密单点定位研究主要依靠跟踪站的观测数据模拟实时PPP解算，本发明中提供了实时PPP算法，结合观测数据与精密改正数，有效地提升了定位精度，解决了iGMAS超快速数据的实时获取和普遍适用问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是iGMAS数据下载应用用户界面；
图2是iGMAS数据实时下载程序设计流程图；
图3是实时PPP技术方案流程图；
图4是接收机自身定位和应用iGMAS超快速星历的PPP定位误差对比图；
图5是应用iGMAS超快速星历的PPP算法在ENU方向的误差收敛图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，流程如图3所示，包括：
S1、利用下载软件iGMAS Download实时下载iGMAS超快速星历，下载文件的命名格式为isuwwwwd_HH.sp3/clk.Z(wwww为北斗周；d为星期：0为星期日，1-6表示星期一至六；HH为小时，分为00，06，12，18；sp3/clk分别表示星历和钟差文件)。iGMAS Download软件可以实现对iGMAS提供的精密改正数的实时或分时下载，下载方式可以选择实时或者事后批量下载。
iGMAS Download程序实时刷新iGMAS数据中心产品文件，下载到指定文件夹并自动解压，以备实时PPP算法读取应用。同时，事后模式可以根据用户需求批量下载其他产品，包括跟踪站地心坐标、地球自转参数、大气环境参数、频间偏差信息、电离层闪烁指数、民用监测评估结果、完好性产品。下载应用用户界面如图1所示，下载流程如图2所示。
S2、双频GNSS接收机获取双频伪距、载波相位观测数据、广播星历和原始定位结果。
S3、对iGMAS精密星历数据与GNSS观测数据进行预处理，包括粗差探测消除，接收机钟跳和模糊度周跳探测。
S4、利用处理后的精密星历与GNSS观测数据，采用PPP常规模型对定位结果进行解算，采用双频伪距、载波相位观测值的无电离层组合作为函数模型，其基础模型表达式为
Figure BDA0002523071890000051
其中，
Figure BDA0002523071890000052
分别为伪距、载波相位无电离层组合观测值，
Figure BDA0002523071890000053
为接收机和卫星间几何距离，s为卫星编号，r为接收机编号，
Figure BDA0002523071890000054
为对流层延迟，δtr、δts分别表示接收机和卫星钟差，C是光速，δm为多路径延迟，
Figure BDA0002523071890000055
为包含卫星和接收机端初始相位和硬件延迟的无电离层组合模糊度，
Figure BDA0002523071890000056
和
Figure BDA0002523071890000057
分别表示两种组合观测值，即伪距和载波相的观测噪声及未被模型化的误差。
S5、采用卡尔曼滤波进行参数估计，待估计参数包括接收机位置、天顶对流层延迟、接收机钟差、系统间偏差和模糊度。再利用估计后的参数对双频GNSS接收机得到的原始定位结果的三维位置参数(x,y,z)进行静态处理。观测值参数估计方程和非线性展开为：
yk＝Hkx+vk (7)
Figure BDA0002523071890000061
式中，yk是新获得的量测值；Hk是量测矩阵；x是待估计参数；vk是量测噪声；
Figure BDA0002523071890000062
和
Figure BDA0002523071890000063
表示去电离层组合伪距观和载波相位观测值；(xr,0,yr,0,zr,0)为测站位置；(xs,ys,zs)为经过精密星历修正后的GNSS卫星位置；
Figure BDA0002523071890000064
为测站与GNSS卫星的空间距离；f1表示GPS卫星信号频率；c为光速；εp,IF和εφ,IF分别表示去电离层组合伪距观测方程误差和载波相位观测方程误差。
S6、对双频GNSS观测数据中的各类误差采用各种模型进行处理，处理后得到单点高精度定位参数。
如图3所示，本实施例中引入北斗伴侣M2检验算法有效性，北斗伴侣M2自身测量精度高，通过对比，能检测本发明的测算结果是否满足高精度条件。
具体的，各项误差处理方法如表1所示：
表1各项误差处理方法
Figure BDA0002523071890000065
本发明使用NovAtel OEM617双频接收机(单点定位精度：水平5m，高程10m)实时接收GPS观测数据，截止高度角设为10°，使用北斗伴侣M2 RTK固定解(定位精度：水平0.02m+1ppm，高程0.04m+1ppm)作为定位结果参考标准。在定位参考点的设计上，通过将NovAtel天线和北斗伴侣M2架设到两台三脚架并调整抵消其高度差，预先测量水平和高度误差并在算法中予以修正。使用iGMAS超快速星历和钟差产品，对GPS实测数据进行实时精密单点定位实验，并与基于IGS超快速星历的实时PPP定位进行对比，其中定位结果对比如表2和图4、图5所示。
表2接收机和实时PPP定位误差均方根统计
Figure BDA0002523071890000071
本发明的有益效果是：
本发明中提供了实时PPP算法，结合观测数据与精密改正数，有效地提升了定位精度，解决i了GMAS超快速数据的实时获取和普遍适用问题。
本发明将双频GNSS接收机的原始定位精度提高了一个量级，得到了分米级的高精度定位。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，包括：
采集双频GNSS观测数据和IGS/iGMAS提供的实时精密改正数；
利用所述双频GNSS观测数据和实时精密改正数，采用实时PPP算法得到高精度定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述实时精密改正数采用下载软件下载。
3.根据权利要求1所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述双频GNSS观测数据包括：双频GNSS伪距和载波相位观测值，GNSS广播星历、GNSS初步定位结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述精密改正数包括：GNSS超快速星历、钟差。
5.根据权利要求1所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述实时PPP算法包括：
对所述精密改正数中的GNSS超快速星历、钟差进行处理，使得iGMAS超快速星历、钟差与观测数据采样时刻匹配，进行卫星的位置计算和钟差消除；
对所述双频GNSS观测数据进行粗差和周跳的探测、处理,得到干净可用的观测数据；
将处理后的所述iGMAS超快速精密星历、钟差和干净可用的观测数据带入PPP常规模型；
利用扩展卡尔曼滤波对所述PPP模型进行参数估计；
对所述双频GNSS观测数据中的各类误差采用各种模型进行处理。
6.根据权利要求5所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述参数估计中所涉及的参数包括接收机位置、天顶对流层延迟、接收机钟差、系统间偏差和模糊度。
7.根据权利要求5所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述误差包括卫星轨道及钟差、电离层延迟、对流层干延迟、卫星和接收机天线相位中心、相位缠绕、相对论效应、地球自转改正、固体潮、海潮、极潮。
8.根据权利要求7所述的一种基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位方法，其特征在于，所述误差处理模型包括iGMAS超快速星历及钟差、双频无电离层组合、Hopfield模型+GPT2+VMF、igs14.atx及PCO+PCV、Wu模型、IERS协议、Sagnac效应、GOT4.8模型。
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