CN113126128B - 基于dcb改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于卫星导航领域，特别涉及一种DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，包括从IGS官网获取原始观测文件、精密轨道、精密钟差、以及各项改正文件包含DCB改正文件；通过粗差剔除、数据有效性检验等数据预处理手段获取干净的观测值；进行周跳探测、轨道钟差计算、各项误差改正，根据频点B1C、B2a、B1C、B2a利用DCB改正公式进行更正；用改正过后的观测值构建法方程，进行kalman滤波得到最终的定位结果；本发明够缩短PPP收敛时间，提高PPP定位精度。

Description

基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法

技术领域

本发明属于卫星导航领域，特别涉及一种基于差分码偏差(Differential CodeBias，DCB)改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法。

背景技术

在发展商业航天的大趋势下，低轨卫星成为了研究热点，低轨卫星导航增强是卫星导航领域今后发展的一大方向。低轨卫星导航增强与北斗卫星导航系统密不可分，并朝着多频多模方向发展。值得注意的是北斗三号已经完成全球组网，新频点也具备全球导航的能力，同时北斗卫星导航系统的新频点B1C、B2a拥有更强的抗干扰能力。

然而DCB作为一项重要误差能够影响北斗卫星导航系统的新频点B1C、B2a的精密单点定位精度，同时目前没有针对新频点此项误差的有效改正方法。

发明内容

为了能够有效改正新频点精密单点定位的误差，本发明提出一种基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，具体包括以下步骤：

S1、从IGS官网获取原始观测文件、精密轨道、精密钟差、以及各项改正文件包含DCB改正文件；

S2、通过粗差剔除、数据有效性检验等数据预处理手段获取干净的观测值；

S3、进行周跳探测、轨道钟差计算、各项误差改正，获取频点B1C、B2a、B1C、B2a利用DCB改正公式进行更正后的值；

S4、用改正过后的观测值构建法方程，进行kalman滤波得到最终的定位结果。

进一步的，获取频点B1C、B2a、B1C、B2a利用DCB改正公式进行更正的值的过程包括：

将北斗卫星B1I、B3I、B1C、B2a 4个频点伪距观测值分别记B₁、B₃、B₂、B₄，频率分别为C₁、C₃、C₂、C₄，硬件时延分别记为τ_1I、τ_3I、τ_1C、τ_2a；

计算B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃以及B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄；

将B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄转化到B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃上；

根据差分码偏差以及频点的伪距观测方程更正B1C、B2a的单频以及双频组合。

进一步的，B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃以及B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄分别表示为：

其中，B₁、B₃、B₂、B₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的伪距观测值；C₁、C₃、C₂、C₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的频率。

进一步的，伪距观测方程表示为：

P_i＝ρ+c·δt_R-c·(δt_S-τ_i)+I_i+T+d_rel+ε_i,P；

其中，P_i为频点i的理论伪距观测值；ρ为频点i的实际伪距观测值；c为光速；δt_R为接收机R的接收机钟差；δt_s为卫星s的卫星钟差；τ_i为i频点相对于参考中心的时延；I_i为频点i的电离层误差；T为对流层误差；d_rel为相对论效应改正；ε_i,P为其余伪距观测噪声总和。

进一步的，接收机R的接收机钟差计算过程包括：接收机根据L1频点的P1码以及L2频点的P2码组合得到一个参考中心，获取P1码和P2码相对于参考中心的时延和频率，作为接收机R的接收机钟差，表示为：

其中，δt_s为卫星钟差；τ₁、τ₂分别为P1、P2相对于参考中心的时延；f₁、f₂分别为P1、P2相对于参考中心的频率。

进一步的，根据GPS广播星历中d_TGD更正单频P1、P2的钟差包括：

其中，dt_svp1、dt_svp2分别是单频P1、P2的钟差；dt_sv为P1、P2组合过后的卫星钟差；d_TGD为时延参数；f₁、f₂分别为P1、P2相对于参考中心的频率。

进一步的，B1C、B2a的单频以及双频组合表示为：

其中，B_2-coor为更正后的B1C的单频；B_4-coor为更正后的B2a的单频；B_24-coor为更正后的B1C、B2a双频组合；B₁、B₃、B₂、B₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的伪距观测值；C₁、C₃、C₂、C₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的频率；DCB_B1-B3、DCB_B1C-B3、DCB_B1C-B2a为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的差分码偏差。

进一步的，差分码偏差表示为：

其中，τ_1I、τ_3I、τ_1C、τ_2a分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的硬件时延。

本发明所述一种基于DCB改正北斗卫星导航系统新频点精密单点定位方法，与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.目前常用的GNSS数据处理软件不能对北斗卫星导航系统B1C、B2a频点DCB进行改正。

2.在北斗卫星导航系统B1C、B2a单频PPP，B1C\B2a无电离层组合双频PPP中采取对应公式进行改正，改正过后能够缩短PPP收敛时间，提高PPP定位精度。

附图说明

图1是本发明北斗卫星导航系统新频点B1C、B2a DCB改正方法流程图；

图2是在KRGG站2020年7月8日采用本发明DCB改正B1C单频PPP定位结果(B1C-corr)与B1C单频PPP定位结果(B1C)在E、N、U方向的定位误差示意图；

图3是在KRGG站2020年7月8日采用本发明DCB改正B1C单频PPP定位结果(B2a-corr)与B1C单频PPP定位结果(B2a)在E、N、U方向的定位误差示意图；

图4是在KRGG站2020年7月8日采用本发明DCB改正B1C\B2a双频无电离层组合PPP的定位结果(B1CB2a-corr)与B1C\B2a双频无电离层组合PPP的定位结果(B1C\B2a)、B1\B3双频无电离层组合PPP的定位结果(B1\B3)在E、N、U方向的定位误差示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，如图1，包括以下步骤：

S1、从IGS官网获取原始观测文件、精密轨道、精密钟差、以及各项改正文件包含DCB改正文件；

S2、通过粗差剔除、数据有效性检验等数据预处理手段获取干净的观测值；

S3、进行周跳探测、轨道钟差计算、各项误差改正，根据频点B1C、B2a、B1C、B2a利用DCB改正公式进行更正；

S4、用改正过后的观测值构建法方程，进行kalman滤波得到最终的定位结果。

实施例1

在本实施例中，针对本发明所得到的北斗卫星导航系统B1C、B2a频点DCB改正公式进行了详细说明。

目前公开提供的精密钟差产品按照是否含有BDS-3产品分为两种，其中不含BDS-3的精密钟差产品中的北斗产品是采用B1、B2双频消电离层组合观测量生成的，含有BDS-3的精密钟差产品中的北斗产品是采用B1、B3双频消电离层组合观测量生成的。本方法针对的是第二种精密钟差产品。当采用单频数据，或者非B1、B3双频组合时，都需要将观测码改正到B1、B3双频组合上去，通过改正DCB来达到精密钟差产品与采用的观测量保持一致。

为了便于区分把北斗B1I、B3I、B1C、B2a 4个频点伪距观测值分别记B₁、B₃、B₂、B₄，频率分别为C₁、C₃、C₂、C₄，硬件时延分别记为：、则B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃，B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄可以表示为：

在DCB产品中，各参数定义为：

将B₂₄、B₁₃二者相减即可将B₂₄转化到B₁₃上得：

根据伪距观测公式和上述转化公式可以得到：

同理可以得到单频B1C、B2a转化到B1、B3双频无电离层组合的改正公式，表示为：

将以上进行总结可得到B1C、B2a的单频以及双频组合改正公式分别记为B_2-corr、B_4-corr、B_24-corr，可表达为：

实施例2

本实施例给出一种实施例1中求取伪距观测方程的实施方式。

GPS的精密钟差处理策略当中都是以L1频点的P1码以及L2频点的P2码形成的双频无电离层组合为基础的。由P1、P2组合可以得到一个虚拟的参考中心，P1、P2相对于这个参考中心的时延记为τ₁、τ₂，频率分别为f₁、f₂，δt_s为卫星钟差，δt_sv为P1、P2组合过后的卫星钟差可表示为：

GPS广播星历中定义的

可以得到单频P1、P2的钟差改正公式表示为：

伪距观测方程也可写为：

P_i＝ρ+c·δt_R-c·(δt^S-τ_i)+I_i+T+d_rel+ε_i,P；

其中δt_R、δt^S分别表示接收机钟差与卫星钟差，L1、L2的无电离层组合写

要将P1转化到P_C，只需要将二者相减得到/>

将P₁、P₂的表达式带入可得/>

所以P₁-P_C＝c·d_TGD。

实施例3

现阶段支持BDS的两种DCB产品可分为两种，一种是由德国宇航中心(DLR)利用全球MEGX站计算的高精度电离层模型(GIM)修正卫星信号在传播路径上的电离层延迟，从而计算出卫星和接收机的差分码偏差，另一类是由中国科学院(CAS)利用观测站数据建立电离层TEC模型并解算卫星以及接收机的差分码偏差。从2019年11月开始CAS发布的DCB产品支持MGEX和iGMAS的B1C、B2a频点的观测数据，该分析中心所提供的DCB详细类型见表1，DLR分析中心提供的DCB详细类型见表2。

表1 CAS所提供的DCB类型

表2 DLR所提供的DCB类型

实施例1中DCB产品中各参数定义可以从上表获得，进行DCB产品选择时，需要考虑到精密产品自洽性的问题，最好选择同一中心的配套精密产品。

为了检验B1C\B2a无电离层组合DCB改正公式的正确性，将B1\B3无电离层组合定位结果作为参考，本发明定位结果与不经过本发明DCB更正的定位结果的误差对比如图2～4，因为B1\B3无电离层组合不需要改正DCB；本发明中实验中涉及的真实坐标均来源于于国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)所提供的对应日期的站坐标天解文件，经过检验可以发现本发明方法能够有效提高北斗卫星导航系统新频点B1C、B2a的定位性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、从IGS官网获取原始观测文件、精密轨道、精密钟差、以及各项改正文件包含DCB改正文件；

S2、通过粗差剔除、数据有效性检验等数据预处理手段获取干净的观测值；

S3、进行周跳探测、轨道钟差计算、各项误差改正，获取频点B1I、B3I、B1C、B2a利用DCB改正公式进行更正后的值，具体包括：

将北斗卫星B1I、B3I、B1C、B2a 4个频点伪距观测值分别记B₁、B₃、B₂、B₄，频率分别为C₁、C₃、C₂、C₄，硬件时延分别记为τ_1I、τ_3I、τ_1C、τ_2a；

计算B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃以及B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄；

将B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄转化到B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃上；

根据差分码偏差以及频点的伪距观测方程更正B1C、B2a的单频以及双频组合；

S4、用改正过后的观测值构建法方程，进行kalman滤波得到最终的定位结果。

2.根据权利要求1所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，B1I\B3I双频无电离层组合B₁₃以及B1C\B2a双频无电离层组合B₂₄分别表示为：

其中，B₁、B₃、B₂、B₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的伪距观测值；C₁、C₃、C₂、C₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的频率。

3.根据权利要求1所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，伪距观测方程表示为：

P_i＝ρ+c·δt_R-c·(δt_S-τ_i)+I_i+T+d_rel+ε_i,P；

其中，P_i为频点i的理论伪距观测值；ρ为频点i的实际伪距观测值；c为光速；δt_R为接收机R的接收机钟差；δt_s为卫星s的卫星钟差；τ_i为i频点相对于参考中心的时延；I_i为频点i的电离层误差；T为对流层误差；d_rel为相对论效应改正；ε_i,P为其余伪距观测噪声总和。

4.根据权利要求3所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，接收机R的接收机钟差计算过程包括：接收机根据L1频点的P1码以及L2频点的P2码组合得到一个参考中心，获取P1码和P2码相对于参考中心的时延和频率，作为接收机R的接收机钟差，表示为：

其中，δt_s为卫星钟差；τ₁、τ₂分别为P1、P2相对于参考中心的时延；f₁、f₂分别为P1、P2相对于参考中心的频率。

5.根据权利要求4所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，根据GPS广播星历中d_TGD更正单频P1、P2的钟差包括：

其中，dt_svp1、dt_svp2分别是单频P1、P2的钟差；dt_sv为P1、P2组合过后的卫星钟差；d_TGD为时延参数；f₁、f₂分别为P1、P2相对于参考中心的频率。

6.根据权利要求1所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，B1C、B2a的单频以及双频组合表示为：

其中，B_2-coor为更正后的B1C的单频；B_4-coor为更正后的B2a的单频；B_24-coor为更正后的B1C、B2a双频组合；B₁、B₃、B₂、B₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的伪距观测值；C₁、C₃、C₂、C₄分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的频率；DCB_B1-B3、DCB_B1C-B3、DCB_B1C-B2a为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的差分码偏差。

7.根据权利要求1所述的基于DCB改正北斗卫星导航系统频点精密单点定位方法，其特征在于，差分码偏差表示为：

其中，τ_1I、τ_3I、τ_1C、τ_2a分别为频点B1I、频点B3I、频点B1C、频点B2a的硬件时延。

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