CN112649825B - 网络rtk的cors端单历元模糊度解算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网络RTK之单历元求解CORS端模糊度的方法，以提高网络RTK的性能。该模糊度求解方法，首先根据MW组合求解超宽巷模糊度，然后根据超宽或伪距，忽略掉对流层误差，固定宽巷模糊度，之后，根据固定了的GNSS系统内的超宽巷、宽巷模糊度以及伪距，固定不同GNSS系统间的宽巷模糊度，然后，按照对流层投影函数大小，进行排序，在相邻投影函数的卫星间作差，如两相邻投影函数之差小于用户预先定义的数值，则选择忽略掉对流层误差，固定其窄巷模糊度，最后，根据已固定的超宽巷、宽巷、窄巷模糊度，固定其余的窄巷模糊度。其中GNSS为全球导航卫星系统GNSS，CORS为Continuous OperatingReference Station，网络RTK为Network Real‑timeKinematic。本发明的有益效果是能够提高网络RTK的导航与定位性能。
Description
技术领域
本发明属于GNSS精密导航与定位之网络RTK领域，涉及一种单历元求解网络RTK的CORS端模糊度的方法。
背景技术
全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)网络RTK依赖于CORS端模糊度解算的效率和可靠性。要实现用户实时动态精密定位(RTK)，必须首先在CORS端解算出各基线的模糊度。但由于电离层和对流层误差的影响，使得目前需要经过较长的观测时间，才能将浮点模糊度收敛到较高的精度，从而固定模糊度。这影响了用户对网络RTK的使用和网络RTK的性能。
发明内容
本发明的目的是通过在对流层投影函数相互接近的两卫星之间作差，并根据实际情况，有选择的忽略残余对流层误差，实现网络RTK的CORS端单历元模糊度解算，从而提高网络RTK的性能。
本发明的有益效果是缩短了CORS端模糊度解算的时间，提高了模糊度解算的可靠性，从而改进了网络RTK的性能。
本发明的主要内容包括：通过在对流层投影函数相近的卫星之间作差，并忽略残余对流层延迟的影响，实现网络RTK的CORS端单历元模糊度求解。
1、网络RTK的CORS端单历元模糊度求解方法
依据网络RTK的CORS端接收机的性能以及站间距离的情况，可以将CORS端单历元模糊度求解方法可分为两种：
1)适用于接收机性能强且站间距离比较长的方法
这种方法要求CORS端各基站接收机能够接收GPS，伽利略和北斗三种GNSS的多频观测数据，且每一种GNSS都能够接收L1(1575.42MHz)和L5(1176.45MHz)两种频段的观测数据。具体方法如下：
第一步，利用MW组合求解CORS端基线双差超宽巷组合的模糊度；
第二步，忽略掉对流层误差，利用以下方程求解CORS端基线双差宽巷模糊度；
其中，Li,Lj和LEW为频段i，j的载波观测及超宽巷载波观测；I为电离层延迟；Ri，Rj及REW为对应的系数；Ni和Nj分别为频段i，j的模糊度；λi，λj和λEW为频段i，j波长及超宽巷组合波长；
是第一步求解得到的超宽巷模糊度解。式中，NW＝Ni-Nj。
第三步，通过组合公式(2)、(3)和(4)，求解GNSS间的双差宽巷模糊度：
其中，BL1,BL5,BC1和BC5对应L1和L5载波和伪距的接收机硬件延迟；
第四步，根据对流层投影函数大小，对所有观测卫星进行排序，如果相邻两卫星的投影函数之差小于用户预先定义的数值，则两卫星的双差窄巷模糊度可根据以下公式解算：
其中，
为固定的宽巷模糊度。
第五步，通过组合公式(6)、(7)、(8)和(9)，求解其它双差窄巷模糊度。
2)适用于站间距离比较短的网络RTK CORS端的模糊度单历元解算方法
这种方法对CORS端各基站的接收机的性能要求不高，但要求基线的长度一般不超过50公里。具体方法如下：
第一步，如GPS、伽利略或北斗可接收多频观测数据，则可利用MW组合求解对应的双差超宽巷组合的模糊度；
第二步，如已固定超宽巷组合模糊度，则可忽略对流层误差，利用以下方程求解CORS基线双差宽巷模糊：
否则，利用以下公式计算双差宽巷模糊度：
其中，
和/>
为对应伪距的电离层系数和观测向量。
第三步，根据对流层投影函数的大小，对各GNSS观测卫星进行排序，如果某一GNSS相邻两卫星的投影函数之差小于用户预先定义的数值，则两卫星的双差窄巷模糊度可根据以下公式解算：
其中，
为固定的宽巷模糊度。
第四步，通过组合各GNSS的公式(13)、(14)、(15)和(16)，求解其它双差窄巷模糊度。
附图说明
图1是CORS端单历元求解模糊度方法的数据处理流程图。
图2是传统方法固定宽巷模糊度的例图
具体实施方式
1、高性能接收机组成的CORS端的单历元模糊度解算方法的具体实施方式
第一步，CORS端基站接收机实时采集GNSS数据，并传送到数据处理中心；
第二步，数据处理中心接收基站数据，并进行预处理，包括周跳探测与修复、粗差探测与剔除等；
第三步，数据处理中心组成MW组合，并求解超宽巷模糊度；
第四步，数据处理中心按照公式(1)求解宽巷模糊度；
第五步，数据处理中心通过组合公式(2)(3)(4)求解GNSS系统间宽巷模糊度；
第六步，数据处理中心根据对流层投影函数的大小，对所有的观测卫星进行排序，并在相邻两卫星之间作差，同时根据投影函数的差值大小，选择忽略对流层误差与否，按照公式(5)，求解部分窄巷模糊度；
第七步，数据处理中心通过组合公式(6)(7)(8)(9)求解其它窄巷模糊度；
第八步，根据解算得到的模糊度，计算对流层和电离层改正，并生成虚拟参考站观测，并发送给用户；
第九步，用户接收CORS端发送的虚拟参考站观测数据，进行RTK导航与定位。
2、站间距离较短的CORS端的单历元模糊度解算方法的具体实施方式
第一步，CORS端基站接收机实时采集GNSS数据，并传送到数据处理中心；
第二步，数据处理中心接收基站数据，并进行预处理，包括周跳探测与修复、粗差探测与剔除等；
第三步，数据处理中心组成MW组合，并求解超宽巷模糊度；
第四步，数据处理中心按照公式(10)或(11)求解宽巷模糊度；
第五步，数据处理中心根据对流层投影函数的大小，对所有的观测卫星进行排序，并在相邻两卫星之间作差，同时根据投影函数的差值大小，选择忽略对流层误差与否，按照公式(12)，求解部分窄巷模糊度；
第六步，数据处理中心通过组合公式(13)(14)(15)(16)求解其它窄巷模糊度；
第七步，根据解算得到的模糊度，计算对流层和电离层改正，并生成虚拟参考站观测，并发送给用户；
第八步，用户接收CORS端发送的虚拟参考站观测数据，进行RTK导航与定位。
3、技术效果
为了展示所提出方法的效果，特以国际IGS跟踪站CEBR(4.4°W,40.4°N)和VILL(4.0°W,40.4°N)组成的基线为例，把新方法所达到的性能与传统方法做了比较。
1)宽巷模糊度的解算
图2为传统方法求解L1和L5组成的宽巷模糊度得到的浮点模糊度，左为GPS卫星，右为北斗卫星。固定标准为0.25周，表1是对所有GPS卫星、北斗卫星和伽利略卫星的固定结果的统计。我们可以看到，无论是GPS、北斗还是伽利略，只有50％左右的固定率，而且错误固定率可高达10％左右，表明传统方法效率低且不可靠。
表1传统方法固定宽巷模糊度性能测试
| 宽巷组合 | G15 | C15 | E15 |
| 成功率 | 50.1％ | 54.3％ | 52.7％ |
| 不确定率 | 40.6％ | 39.2％ | 40.1％ |
| 错误固定率 | 9.3％ | 6.5％ | 7.2％ |
下表是使用所提出的新方法对所有GPS、北斗和伽利略卫星尝试固定宽巷模糊度的测试结果。我们可以看到，单历元固定成功率都在95％以上，而且无错误固定情况发生，表明效率高且可靠。
表2新方法固定宽巷模糊度性能测试
| 宽巷组合 | G15 | E15 | C15 |
| 成功率 | 95.1％ | 99.1％ | 99.4％ |
| 不确定率 | 4.9％ | 0.9％ | 0.6％ |
| 错误固定率 | 0 | 0 | 0 |
2)不同GNSS间宽巷模糊度固定
表3给出了新方法固定不同GNSS间宽巷模糊度的固定测试结果，而传统方法没有这个功能。从表3可以看到，新方法单历元固定不同GNSS间宽巷模糊度的成功率高达95％左右，而且无错误固定情况。
表3不同GNSS间宽巷模糊度固定测试
| GNSS | Galileo-GPS | Galileo-BeiDou |
| 成功率 | 94.1％ | 95.7％ |
| 不确定率 | 5.9％ | 4.3％ |
| 错误固定率 | 0 | 0 |
3)窄巷模糊度的固定由于传统方法固定窄巷模糊度的数学模型中，需要考虑电离层和对流层，未知参数过多，导致通常需要几秒或者几分钟的时间才能固定窄巷模糊度。传统方法固定窄巷的效果在很多文献里面都可以找到，在这里，就不再展示传统方法的测试结果，只给出新方法的测试结果。可以看到，新方法固定窄巷模糊度的成功率高达98％左右，且无错误固定情况发生。
表4新方法窄巷模糊度测试结果
| 基线 | 成功率 | 不确定率 | 错误固定率 |
| CEBR-VILL | 97.9％ | 2.1％ | 0％ |
总的来说，新方法完全可以实现单历元解算CORS端模糊度的目标，且非常可靠，是传统方法所无法比拟的。
本发明适用于各种网络RTK技术，无论CORS端基站的数目多少、接收机是何种类型，站间距离多长等等，同时也适用于由坐标精确已知的两个站组成的基线的其它数据处理。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.网络RTK之CORS端单历元模糊度解算方法，其特征在于：
1)首先，利用MW组合固定GNSS系统内的超宽巷模糊度后，分别根据公式(1)，求解GNSS系统内的宽巷模糊度：
其中，Li,Lj和LEW为频段i，j的载波观测及超宽巷载波观测；I为电离层延迟；Ri，Rj及REW为对应的系数；Ni和Nj分别为频段i，j的模糊度；λi，λj和λEW为频段i，j波长及超宽巷组合波长；
为超宽巷模糊度解，NW＝Ni-Nj，为系统内的宽巷模糊度；
2)然后，通过组合任意两个不同GNSS系统之间的单差观测方程，联立公式(2)、(3)和(4)，求解不同GNSS之间的宽巷模糊度：
其中，BL1,BL5,BC1和BC5对应L1和L5载波和伪距的接收机硬件延迟；
3)最后，根据各卫星的对流层投影函数大小，进行排序，如果相邻两卫星的投影函数之差小于用户预先定义的数值，则可联立公式(5)、(6)、(7)和(8)，求解窄巷模糊度，这两卫星可为同一GNSS系统，也可为不同GNSS系统：
符号同公式(1)、(2)、(3)和(4)。
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