CN112684475B - 一种基于区域cors的智能手机电离层误差改正方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法和装置。该方法包括：通过服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文，获得电离层平滑观测值和第一穿刺点地心经纬度，结合低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得观测方程，利用Kalman滤波器解算观测方程得区域电离层模型参数；智能手机端向服务器端获取区域电离层模型参数，根据获取的GNSS原始观测值分析出待改正观测值，根据获取的第二导航电文分析出第二穿刺点地心经纬度，和区域电离层模型参数确定电离层延迟改正数，对待改正观测值进行修正，基于修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果，从而提高了实时定位的精度。

Description

一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法和装置

技术领域

本申请涉及卫星导航技术领域，特别是涉及一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法和装置。

背景技术

智能手机和低成本芯片组的快速发展，为人们生活质量带来了极大的提升。谷歌公司在2016年5月的开发者大会上宣布，将为Android Nought操作系统提供获取原始GNSS(全球导航卫星系统)观测数据的接口，这对于智能手机定位具有划时代的重要意义。随着手机GNSS观测数据接口的开放和手机性能的提升，智能手机原始GNSS数据质量也在不断提升。但电离层延迟误差仍然影响着定位效果，如何更准确的进行电离层延迟改正，是提升智能手机实时定位精度的关键。

目前电离层改正模型都是利用广播星历或者IGS提供的格网文件进行改正，无法准确反应电离层的变化。自1998年，国际GNSS服务(Internal GNSS Service,IGS)发布了全球电离层TEC(电离层电子浓度总含量)格网产品，为全球电离层研究与应用提供了大量数据资源，特别是IGS可以提供预测电离层格网产品，能够用于智能手机实时定位，但该产品应用于小范围区域时，导致实时定位精度低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高实时定位精度的基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法和装置。

一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法，所述方法包括：

服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文；

所述服务器端根据所述第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度；

所述服务器端根据所述双频伪距观测值和所述双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值；

所述服务器端根据所述第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量；

所述服务器端将所述垂直方向的电离层电子浓度总含量与所述电离层平滑观测值结合，获得观测方程；

所述服务器端利用Kalman滤波器对所述观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数；

智能手机端向所述服务器端获取区域电离层模型参数；

所述智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文；

所述智能手机端根据所述GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值；

所述智能手机端基于所述第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度；

所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数；

所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

所述智能手机端基于所述修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正装置，所述装置包括：

第一数据获取模块，用于服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文；

第一电文分析模块，用于所述服务器端根据所述第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度；

电离层平滑观测值获得模块，用于所述服务器端根据所述双频伪距观测值和所述双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值；

TEC值获得模块，用于所述服务器端根据所述第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量；

观测方程获得模块，用于所述服务器端将所述垂直方向的电离层电子浓度总含量与所述电离层平滑观测值结合，获得观测方程；

观测方程解算模块，用于所述服务器端利用Kalman滤波器对所述观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数；

模型参数获取模块，用于智能手机端向所述服务器端获取区域电离层模型参数；

第二数据获取模块，用于所述智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文；

待改正观测值获得模块，用于所述智能手机端根据所述GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值；

第二电文分析模块，用于所述智能手机端基于所述第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度；

延迟分析模块，用于所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数；

观测值修正模块，用于所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

定位分析模块，用于所述智能手机端基于所述修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

上述基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法和装置，通过服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文，根据第一导航电文分析出第一穿刺点地心经纬度，根据双频伪距观测值和双频载波相位观测值分析出电离层平滑观测值，并根据第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量后，与电离层平滑观测值结合，获得观测方程，利用Kalman滤波器解算观测方程获得区域电离层模型参数；智能手机端向服务器端获取区域电离层模型参数；并获取GNSS原始观测值以及下载第二导航电文，根据GNSS原始观测值分析出待改正观测值，基于第二导航电文分析出第二穿刺点地心经纬度，根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数确定电离层延迟改正数，根据电离层延迟改正数对待改正观测值进行修正，基于修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。基于区域电离层模型参数对智能手机实时定位过程中电离层延迟进行改正，使得定位精度和高程方向收敛时间有明显提升，从而提高了实时定位的精度。

附图说明

图1为一个实施例中服务器端基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法的流程示意图；

图2为一个实施例中智能手机端基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法的流程示意图；

图3是区域电离层模型与Klobuchar模型电离层延迟对比图；

图4是无改正手机伪距Kalman定位结果图；

图5是使用Klobuchar模型改正手机伪距Kalman定位结果图；

图6是使用区域电离层模型改正手机伪距Kalman定位结果图；

图7是无改正手机单频PPP定位结果图；

图8是使用Klobuchar模型改正手机单频PPP定位结果图；

图9是使用区域电离层模型改正手机单频PPP定位结果图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法，包括以下步骤：

步骤S220,服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文。

其中，区域CORS站是区域连续运行参考站。双频伪距观测值是两个不同频率测量出来的伪距值，伪距值是卫星发射的测距码信号到达接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离。第一导航电文是区域CORS站接收到的由导航卫星发出用于描述导航卫星运行状态参数的电文，包括系统时间、星历、历书、卫星时钟的修正参数、导航卫星健康状况和电离层延时模型参数等内容。

步骤S240,服务器端根据第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度。

在一个实施例中，服务器端根据第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度的步骤，包括：服务器端根据第一导航电文进行坐标分析，获得第一卫星坐标；服务器端根据第一卫星坐标进行高度角分析，获得第一卫星高度角；服务器端基于第一卫星高度角采用穿刺点地心经纬度计算公式进行计算，获得第一穿刺点地心经纬度。

其中，第一卫星坐标是服务器端从区域CORS站数据流中获取的第一导航电文分析出来的卫星坐标。第一卫星高度角是服务器端根据第一卫星坐标分析出的卫星高度角。计算穿刺点地心经纬度时，采用单层电离层模型，该模型是建立在电离层薄壳假说的基础上，将在三维空间分布的自由电子压缩投影至二维平面，即假设电离层中所有自由电子都集中在特定高度的薄球面上，这样能够大大简化数据处理过程，将电离层高度设定为450km，用穿刺点(Ionospheric Pierce Point，IPP)表示卫星信号穿过电离层时的位置，穿刺点地心经纬度计算公式为：

其中，α_IPP代表穿刺点的地心张角，E代表卫星高度角(该值为第一卫星高度角的值)，R代表地球半径，H代表电离层高度，A代表卫星方位角，λ_s代表测站大地经度，

代表测站大地纬度，λ_IPP代表穿刺点的大地经度，

代表穿刺点的大地纬度，λ_I'_PP代表穿刺点地心经度，

代表穿刺点地心纬度，1/279.257224代表WGS-84椭球扁率。根据穿刺点地心经纬度计算公式计算出的λ′_IPP和

的值即为第一穿刺点地心经纬度。

步骤S260,服务器端根据双频伪距观测值和双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值。

在一个实施例中，服务器端根据双频伪距观测值和双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值的步骤，包括：

服务器端根据双频伪距观测值的差值，得出电离层观测值；服务器端根据双频载波相位观测值，获得载波相位观测值差值；服务器端基于载波相位观测值差值采用Hatch滤波公式对电离层观测值进行滤波处理，获得电离层平滑观测值。

其中，双频伪距观测值的计算公式为：

其中，P₁代表第1频率上的伪距观测值(m)，P₂代表第2频率上的伪距观测值(m)，ρ代表卫星与接收机的几何距离(m)，c代表真空中的光速(m/s)，dt代表接收机钟差(s)，dT代表卫星钟差(s)，d_trop代表对流层延迟误差(m)，d_ion代表L1上的斜向电离层延迟(m)，μ代表电离层延迟系数，

代表第1频率上接收机端码伪距硬件延迟(m)，

代表第2频率上接收机端码伪距硬件延迟(m)，

代表第1频率上卫星端码伪距硬件延迟(m)，

代表第2频率上与卫星端码伪距硬件延迟(m)，

代表多路径效应(m)，

代表相对论相应(m)，ε_i代表残差。

通过上述双频伪距观测值P₁和P₂求差可以得到电离层观测值关系公式(通过双频伪距观测值的计算公式进行求差的简化公式)如下：

式中，P₄表示电离层观测值，f₁,f₂代表L1载波和L2载波的频率，STEC代表斜向电子总含量，DCB_r代表接收机差分码偏差，DCB^s代表卫星差分码偏差。

由于双频伪距观测值的噪声较大，利用历元间Hatch滤波削弱观测噪声，因此电离层观测值也不平滑，通过基于载波相位观测值差值采用Hatch滤波公式对电离层观测值进行滤波处理，获得电离层平滑观测值。

Hatch滤波公式为：

其中，

代表第k个历元的电离层平滑观测值，a_k代表第k个历元的平滑权重，P_4,k代表第k个历元的电离层观测值，L_4,k代表第k个历元的载波相位观测值差值，

代表第k-1个历元的电离层平滑观测值，L_4,k-1代表第k-1个历元的载波相位观测值差值。当k＝1时，a_k＝1，此后权重随历元逐渐减小，当其小于设定阈值后保持不变。设置每历元权重减小0.01，阈值为0.02。当发生周跳或者卫星失锁时，重新开始平滑，权重重设为1。

步骤S280,服务器端根据第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量。

其中，低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式为：

其中，VTEC代表垂直方向的电离层电子浓度总含量，n_max代表最高展开阶数，n代表展开阶数，m代表展开次数，

代表完全规格化后的n阶m次的勒让德函数，N_nm代表规划函数，θ＝λ_I'_PP-λ₀代表穿刺点的日固精度，λ₀代表太阳经度，A_nm和B_nm代表待估函数模型参数。

步骤S300,服务器端将垂直方向的电离层电子浓度总含量与电离层平滑观测值结合，获得观测方程。

其中，观测方程为：

其中，MF代表投影函数，

代表电离层平滑观测值，f₁代表L1载波的频率,f₂代表L2载波的频率，DCB_r代表接收机差分码偏差，DCB^s代表卫星差分码偏差。

步骤S320,服务器端利用Kalman滤波器对观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数。

其中，区域电离层模型参数是低阶球谐函数模型的参数，Kalman滤波器的状态方程和观测方程矩阵形式如下：

X＝[a₁,…,a_j,B₁,…,B_n,B¹,…,B^m]^T

X_k＝Ψ_k,k-1X_k,k-1+W_k

Z_k＝F_kX_k+V_k

其中，上标T代表转置矩阵，[a₁,…,a_j]代表区域电离层模型参数，[B₁，…,B_n]代表n个CORS站的硬件延迟，[B¹,…,B^m]代表m颗卫星的硬件延迟，

代表单历元电离层平滑观测值，k代表观测历元，Ψ_k,k-1参数的状态转移矩阵，F_k代表观测系数矩阵，W_k和V_k代表均值为零的高斯白噪声。

如图2所示，步骤S340,智能手机端向服务器端获取区域电离层模型参数。

其中，通过访问服务器端并下载模型参数文件，获得区域电离层模型参数。

步骤S360,智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文。

其中，在Android7.0及以上系统中，智能手机端获取智能手机GNSS原始观测值的接口主要包含在GnssMeasurment与GnssClock两大类中，访问这两大类中的接口，可以获取卫星载噪比、载波相位观测值、接收卫星时刻、星座类型等，然后根据第二导航电文能够解算伪距观测值。

步骤S380,智能手机端根据GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值。

其中，待改正观测值包括智能手机端的GNSS原始数据中的载波相位观测值，以及根据第二导航电文解算出来的伪距观测值。通过计算相应时间得到，计算公式如下：

ρ＝(t_Rx-t_Tx)·c

其中，ρ代表智能手机端的伪距观测值(即根据智能手机端的第二导航电文解算得到的伪距观测值)，c代表真空中的光速，t_Rx代表智能手机接收到信号的时间，t_Tx代表卫星发射信号的时间。t_Tx可通过get ReceivedSvTimeNanos()方法获取。t_Rx无法直接获取，需要计算获得，不同的GNSS系统，获取t_Rx时间各不相同。

步骤S400,智能手机端基于第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度。

其中，可以是根据第二导航电文进行坐标分析，获得第二卫星坐标(即根据智能手机端获取的第二导航电文分析出来的卫星坐标)；根据第二卫星坐标进行高度角分析，获得第二卫星高度角(即根据第二卫星坐标分析出来的卫星高度角)；基于第二卫星高度角采用穿刺点地心经纬度计算公式进行计算，获得第一穿刺点地心经纬度。

穿刺点地心经纬度计算公式为：

其中，α_IPP代表穿刺点的地心张角，E代表卫星高度角(该值为第二卫星高度角的值)，R代表地球半径，H代表电离层高度，A代表卫星方位角，λ_s代表测站大地经度，

代表测站大地纬度，λ_IPP代表穿刺点的大地经度，

代表穿刺点的大地纬度，λ′_IPP代表穿刺点地心经度，

代表穿刺点地心纬度，1/279.257224代表WGS-84椭球扁率。根据穿刺点地心经纬度计算公式计算出的λ_I'_PP和

的值即为第一穿刺点地心经纬度。

步骤S420,智能手机端根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数。

其中，第二穿刺点地心经纬度是智能手机端分析出来的穿刺点地心经纬度。电离层延迟改正数是用于修正智能手机端用于定位所需要的数据(该数据包括智能手机端的伪距观测值和载波相位观测值)的修正数。

在一个实施例中，智能手机端根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数的步骤，包括：智能手机端根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数，基于电离层延迟计算公式确定电离层延迟改正数；电离层延迟计算公式为：

其中，Z'为信号传播方向与天顶方向夹角，R代表地球半径，H代表电离层高度，E代表卫星高度角，TEC代表GNSS信号传播路径上当前时刻的总电子含量，d_ion代表电离层延迟改正数，f_s代表卫星信号频率。

步骤S440,智能手机端根据电离层延迟改正数对待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值。

在一个实施例中，智能手机端根据电离层延迟改正数对待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值的步骤，包括：

智能手机端根据电离层延迟改正数采用修正公式对待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；修正公式为：

其中，

代表测站r至卫星s第j个频率修改后的伪距观测值，

代表测站r至卫星s第j个频率修改后的载波相位观测值，t_r代表测站的钟差，t^s代表卫星的钟差，d_trop代表对流层延迟，d_ion代表电离层延迟，N代表载波整周模糊度，ε代表残差。

步骤S460,智能手机端基于修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

其中，根据卫星载噪比确定各卫星观测值权重的具体定权方案如下：当卫星载噪比小于15Db-Hz时，舍弃该卫星观测数据；当卫星载噪比大于15Db-Hz时，观测值权值计算公式如下：

其中，σ²代表观测权值，C/N₀代表载噪比，B_n代表相位跟踪环宽度，T代表一体化检测波时间，其值约等于导航数据的位长。由于观测值噪声的方差能量量级非常小，可以将其表示为：

Kalman滤波器构造方程如下：

式中，

代表待估参数，φ_k,k-1代表状态转移矩阵(因为卫星数量会变，需要将上个历元n阶

变为这个历元m阶

如果卫星数没变，则为单位阵)，

代表φ_k,k-1的转置矩阵，Γ_k,k-1代表系统噪声驱动阵，

代表Γ_k,k-1的转置矩阵，Q_k-1代表系统误差的正定矩阵，P_k,k-1代表方差-协方差阵，K_k代表增益矩阵，H_k代表观测方程的系数阵，R_k代表观测噪声的方差矩阵，可以根据卫星信噪比或高度角模型确定，L_k代表经误差改正(包括相对论、地球自转、固体潮、卫星相位缠绕、卫星相位中心偏移、接收机相位中心偏移等)的观测值所组成的矩阵，I代表单位阵。

上述基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法，通过服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文，根据第一导航电文分析出第一穿刺点地心经纬度，根据双频伪距观测值和双频载波相位观测值分析出电离层平滑观测值，并根据第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量后，与电离层平滑观测值结合，获得观测方程，利用Kalman滤波器解算观测方程获得区域电离层模型参数；智能手机端向服务器端获取区域电离层模型参数；并获取GNSS原始观测值以及下载第二导航电文，根据GNSS原始观测值分析出待改正观测值，基于第二导航电文分析出第二穿刺点地心经纬度，根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数确定电离层延迟改正数，根据电离层延迟改正数对待改正观测值进行修正，基于修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。基于区域电离层模型参数对智能手机实时定位过程中电离层延迟进行改正，使得定位精度和高程方向收敛时间有明显提升，从而提高了实时定位的精度。

主要分为服务器端电离层低阶球谐函数模型参数计算与智能手机端定位应用两部分：服务器端电离层低阶球谐函数模型参数计算需要先接收CORS数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和导航电文信息，对其进行预处理后计算穿刺点地心经纬度(即第一穿刺点地心经纬度)；然后利用载波对双频伪距观测值进行Hatch滤波处理，得到平滑后的电离层TEC观测值(即电离层平滑观测值)；紧接着选用低阶球谐函数模型模拟区域电离层TEC分布，将低阶球谐函数模型参数、卫星和接收机的硬件延迟作为状态向量，单历元所有CORS站观测数据组成方程，构建卡尔曼滤波器，得到区域电离层模型参数；最后将低阶球谐函数模型参数实时保存在本地服务器上。用户访问服务器并下载低阶球谐函数模型参数文件，并利用其进行电离层改正，得到高精度实时定位结果。使用本发明提出的方法，智能手机实时定位能够实现平面、高程均优于1.5m的定位精度，且高程方向收敛时间小于1min。对于智能手机实时定位精度的提高有重要意义。

为体现本申请的方法的效果和优势，首先分析传统Klobuchar模型改正方法与本申请的方法的电离层延迟改正误差。从图3可以看出，利用Klobuchar模型的电离层改正误差在5m左右，部分卫星达到10m。而利用本申请提出的区域电离层模型(该区域电离层模型即基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法中的低阶球谐函数模型)的电离层延迟改正误差均保持在1m左右，说明区域电离层模型能够更准确的计算出电离层延迟改正。

为进一步体现本申请方法对于智能手机实时定位的效果和优势，使用智能手机进行定位实验，实验地点为东南大学九龙湖校区李文正图书馆北门一控制点，测站坐标通过网络RTK事先精确测得。

第一次实验选取伪距Kalman定位模型进行解算，观测时长1h。

表1伪距Kalman定位模型定位中误差(m)

表2单频PPP定位模型定位中误差(m)

结合图4、图5、图6、图7、图8、图9、表1以及表2分析定位结果可知：

(1)忽略电离层延迟误差的影响，伪距Kalman定位结果精度较低，平面保持在5m以内，高程能达到10m以内；Klobuchar模型对定位精度有所提升，但仍不能满足手机高精度定位的需求；说明电离层延迟误差是手机高精度定位过程中不可忽略的误差之一，必须通过适当的模型加以削弱；

(2)比较Klobuchar模型和区域电离层模型(该区域电离层模型即基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法中的低阶球谐函数模型)对两种定位模型结果的影响，发现两种方式的定位结果在不同定位模型下都有提升。Klobuchar模型改正在平面精度上分别提升18％和30％，高程精度上提升20％和31％；区域电离层模型改正在平面精度上提升38％和65％，高程精度上提升48％和60％。综合分析，区域电离层模型改正提升效果更为明显，说明区域电离层模型对于电离层延迟的改正更有效。

为了评估区域电离层模型对于手机单频PPP定位收敛时间的影响，设置五组实验，每组持续时间10min，收敛条件为连续20s的极差小于0.5m。由于电离层改正主要影响高程方向精度，对平面收敛时间不做分析。分析表3可知，区域电离层模型相比于Klobuchar模型能够缩短高程方向的收敛时间，这对于智能手机定位精度的提升有重要意义。

表3 PPP定位高程方向收敛时间(s)

应该理解的是，虽然图1-2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正装置，装置包括：

第一数据获取模块，用于服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文；

第一电文分析模块，用于服务器端根据第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度；

电离层平滑观测值获得模块，用于服务器端根据双频伪距观测值和双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值；

TEC值获得模块，用于服务器端根据第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量；

观测方程获得模块，用于服务器端将垂直方向电离层电子浓度总含量与电离层平滑观测值结合，获得观测方程；

观测方程解算模块，用于服务器端利用Kalman滤波器对观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数；

模型参数获取模块，用于智能手机端向服务器端获取区域电离层模型参数；

第二数据获取模块，用于智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文；

待改正观测值获得模块，用于智能手机端根据GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值；

第二电文分析模块，用于智能手机端基于第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度；

延迟分析模块，用于智能手机端根据第二穿刺点地心经纬度和区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数；

观测值修正模块，用于智能手机端根据电离层延迟改正数对待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

定位分析模块，用于智能手机端基于修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

关于基于区域CORS的智能手机电离层误差改正装置的具体限定可以参见上文中对于基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法的限定，在此不再赘述。上述基于区域CORS的智能手机电离层误差改正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正方法，其特征在于，所述方法包括：

服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文；

所述服务器端根据所述第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度；

所述服务器端根据所述双频伪距观测值和所述双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值；

所述服务器端根据所述第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量；

所述服务器端将所述垂直方向的电离层电子浓度总含量与所述电离层平滑观测值结合，获得观测方程；

所述服务器端利用Kalman滤波器对所述观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数；

智能手机端向所述服务器端获取区域电离层模型参数；

所述智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文；

所述智能手机端根据所述GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值；

所述智能手机端基于所述第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度；

所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数；

所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

所述智能手机端基于所述修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器端根据所述第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度的步骤，包括：

所述服务器端根据所述第一导航电文进行坐标分析，获得第一卫星坐标；

所述服务器端根据所述第一卫星坐标进行高度角分析，获得第一卫星高度角；

所述服务器端基于所述第一卫星高度角采用穿刺点地心经纬度计算公式进行计算，获得第一穿刺点地心经纬度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述穿刺点地心经纬度计算公式为：

其中，α_IPP代表穿刺点的地心张角，E代表卫星高度角，R代表地球半径，H代表电离层高度，A代表卫星方位角，λ_s代表测站大地经度，

代表测站大地纬度，λ_IPP代表穿刺点的大地经度，

代表穿刺点的大地纬度，λ_I'_PP代表穿刺点地心经度，

代表穿刺点地心纬度，1/279.257224代表WGS-84椭球扁率。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器端根据所述双频伪距观测值和所述双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值的步骤，包括：

所述服务器端根据所述双频伪距观测值的差值，得出电离层观测值；

所述服务器端根据所述双频载波相位观测值，获得载波相位观测值差值；

所述服务器端基于所述载波相位观测值差值采用Hatch滤波公式对电离层观测值进行滤波处理，获得电离层平滑观测值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述Hatch滤波公式为：

其中，

代表第k个历元的电离层平滑观测值，a_k代表第k个历元的平滑权重，P_4,k代表第k个历元的电离层观测值，L_4,k代表第k个历元的载波相位观测值差值，

代表第k-1个历元的电离层平滑观测值，L_4,k-1代表第k-1个历元的载波相位观测值差值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式为：

其中，VTEC代表垂直方向的电离层电子浓度总含量，n_max代表最高展开阶数，n代表展开阶数，m代表展开次数，

代表完全规格化后的n阶m次的勒让德函数，N_nm代表规划函数，θ＝λ_I'_PP-λ₀代表穿刺点的日固精度，λ₀代表太阳经度，A_nm和B_nm代表待估函数模型参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述观测方程为：

其中，MF代表投影函数，

代表电离层平滑观测值，f₁代表L1载波的频率,f₂代表L2载波的频率，DCB_r代表接收机差分码偏差，DCB^s代表卫星差分码偏差，n代表展开阶数，m代表展开次数。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数的步骤，包括：

所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数，基于电离层延迟计算公式确定电离层延迟改正数；

所述电离层延迟计算公式为：

其中，Z'为信号传播方向与天顶方向夹角，R代表地球半径，H代表电离层高度，E代表卫星高度角，TEC代表GNSS信号传播路径上当前时刻的总电子含量，d_ion代表电离层延迟改正数，f_s代表卫星信号频率，n代表展开阶数，m代表展开次数。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值的步骤，包括：

所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数采用修正公式对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

所述修正公式为：

其中，

代表测站r至卫星s第j个频率修改后的伪距观测值，

代表测站r至卫星s第j个频率修改后的载波相位观测值，t_r代表测站的钟差，t^s代表卫星的钟差，d_trop代表对流层延迟，d_ion代表电离层延迟，N代表载波整周模糊度，ε代表残差。

10.一种基于区域CORS的智能手机电离层误差改正装置，其特征在于，所述装置包括：

第一数据获取模块，用于服务器端获取区域CORS站数据流中的双频伪距观测值、双频载波相位观测值和第一导航电文；

第一电文分析模块，用于所述服务器端根据所述第一导航电文进行分析，获得第一穿刺点地心经纬度；

电离层平滑观测值获得模块，用于所述服务器端根据所述双频伪距观测值和所述双频载波相位观测值进行分析处理，获得电离层平滑观测值；

TEC值获得模块，用于所述服务器端根据所述第一穿刺点地心经纬度和低阶球谐函数模型拟合区域VTEC公式，获得垂直方向的电离层电子浓度总含量；

观测方程获得模块，用于所述服务器端将所述垂直方向的电离层电子浓度总含量与所述电离层平滑观测值结合，获得观测方程；

观测方程解算模块，用于所述服务器端利用Kalman滤波器对所述观测方程进行解算，获得区域电离层模型参数；

模型参数获取模块，用于智能手机端向所述服务器端获取区域电离层模型参数；

第二数据获取模块，用于所述智能手机端获取GNSS原始观测值并下载第二导航电文；

待改正观测值获得模块，用于所述智能手机端根据所述GNSS原始观测值进行分析，获得待改正观测值；

第二电文分析模块，用于所述智能手机端基于所述第二导航电文采用穿刺点地心经纬度计算公式进行分析，获得第二穿刺点地心经纬度；

延迟分析模块，用于所述智能手机端根据所述第二穿刺点地心经纬度和所述区域电离层模型参数进行电离层延迟分析，确定电离层延迟改正数；

观测值修正模块，用于所述智能手机端根据所述电离层延迟改正数对所述待改正观测值进行修正，获得修改后的观测值；

定位分析模块，用于所述智能手机端基于所述修改后的观测值采用Kalman滤波方法进行定位分析，获得定位结果。

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