CN114325789A - 一种基于广播星历的实时精密单点定位方法 - Google Patents

一种基于广播星历的实时精密单点定位方法 Download PDF

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CN114325789A
CN114325789A CN202111672035.6A CN202111672035A CN114325789A CN 114325789 A CN114325789 A CN 114325789A CN 202111672035 A CN202111672035 A CN 202111672035A CN 114325789 A CN114325789 A CN 114325789A
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observation
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闫伟
张志全
周大山
周洪月
常明
安卫
索靖
蔡敏
秦家鑫
郭亚飞
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Tianjin Institute Of Surveying And Mapping Co ltd
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Tianjin Institute Of Surveying And Mapping Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,包括以下步骤:步骤1:实时获取观测数据和广播星历;步骤2:观测历元同步;步骤3:数据预处理;步骤4:构建观测方程;步骤5:构建滤波模型;步骤6:卡尔曼滤波参数估计;步骤7:重复步骤2至6,逐历元计算输出测站位置及相关信息;步骤8:所有历元遍历完毕,数据处理结束。该定位方法基于可实时免费获取的广播星历,利用几个基准站实现数百公里范围内的实时高精度定位,其静态定位精度与基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点定位精度相当,动态定位精度优于基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点动态定位精度。

Description

一种基于广播星历的实时精密单点定位方法
技术领域
本发明涉及测绘定位技术领域,具体为一种基于广播星历的实时精密单点定位方法。
背景技术
精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是一种基于单台接收机的双频观测数据、利用IGS等机构发布的精密卫星轨道和钟差产品确定全球任一点位置的方法,可实现静态毫米至厘米级、动态厘米至分级的定位精度,具有单机作业、机动灵活的优点,在诸多领域取得了广泛应用。PPP所依赖的IGS最终轨道和钟差产品一般滞后2周提供,导致PPP只能作为一种后处理技术,限制了其在实时/准实时领域的应用。实时精密单点定位技术一直是卫星导航领域研究的热点和难点问题之一。
为实现实时精密单点定位,关键是实时获取高精度的卫星轨道和钟差产品,现有技术方法主要有以下3种:
方法1:通过购买商业实时卫星轨道和钟差产品,直接进行实时精密单点定位。JPL、GFZ、CNES等机构提供实时的卫星轨道和钟差产品,但仅对部分授权用户开放并收取高额费用。
方法2:基于IGS超快速轨道和区域网实时计算卫星钟差,进而进行实时精密单点定位。随着IGS超快速轨道精度的不断提高,部分学者提出基于免费的IGS超快速星历并固定卫星轨道、用区域参考网解算卫星钟差的区域性实时PPP算法,虽然解决了PPP对卫星精密钟差产品的依赖,但仍需从外部获取IGS超快速星历,且不可避免的引入轨道误差。IGS宣称其超快速轨道精度达到3~5cm,但IGS实际发布的超快速轨道与最终轨道偏差可能达到0.139m,如2009年4月29日3号GPS卫星超快速轨道和最终轨道在径向、法向和切向的最大偏差分别为0.027m、-0.135m和-0.018m。如果固定IGS超快速轨道,将有可能引入0.139米甚至更大的轨道误差,势必对参数估计带来不利影响,无法保证实时精密定位的精度。
方法3:利用RTK/NRTK代替精密单点定位获取实时高精度定位结果。RTK/NRTK实质是以差分方式确定用户站和参考站的相对位置,其定位精度受用户站与参考站之间的距离的制约,当用户站和基准考站间的距离大于50km时,由于用户站和基准站观测误差空间相关性降低,将无法实时获取理想的定位精度。
综上,方法1需向权威机构购买商业实时卫星轨道和钟差产品,需要支付高额费用;方法2受IGS快速轨道精度限制,无法保证定位的精度和可靠性。方法3要求用户站周边50km范围内存在若干基准站。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,该定位方法基于可实时免费获取的广播星历,利用几个基准站实现数百公里范围内的实时高精度定位,其静态定位精度与基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点定位精度相当,动态定位精度优于基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点动态定位精度。
一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,包括以下步骤:
步骤1:实时获取观测数据和广播星历;实时获取1个用户站U、1个钟差基准站M和n-1个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据,以及导航卫星广播星历数据;
步骤2:观测历元同步;以用户站U观测历元t为基准,对所有基准站观测数据进行历元同步,获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据;
步骤3:数据预处理;数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正及用户站概略位置计算;
步骤4:构建观测方程;观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量,用
Figure BDA0003450127720000021
Figure BDA0003450127720000022
分表表示测站r对卫星s的消电离层组合测码伪距和载波相位的观测残差,用
Figure BDA0003450127720000023
表示载波相位消电离层组合模糊度,用
Figure BDA0003450127720000024
Δr和Δs分别为测站r与卫星s视线方向的单位向量、测站坐标改正数和卫星坐标改正数,cdtr表示测站r相对于钟差基准站的测站钟差,cdts表示卫星s相对于钟差基准站的卫星钟差,zpdr
Figure BDA0003450127720000025
分别表示测站r的天顶对流层延迟及其对应的映射函数,
Figure BDA0003450127720000026
Figure BDA0003450127720000027
分别表示消电离层组合测码伪距和载波相位的观测噪声;
用户站U观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000028
Figure BDA0003450127720000029
钟差基准站M观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000031
Figure BDA0003450127720000032
基准站R观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000033
Figure BDA0003450127720000034
步骤5:构建滤波模型;状态模型和观测模型按如下方法构建:
xt=φt-1xt-1+wt-1,状态模型
zt=Htxt+vt,观测模型
其中,
xt为t时刻的状态参数,
Figure BDA0003450127720000035
φt-1为t-1个历元的状态转移矩阵,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为单位阵,动态定位时模型化为白噪声,取值0;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值为0;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为1;
Figure BDA0003450127720000036
当有周跳发生时为0,否则为1;
xt-1为t-1时刻的状态参数;
wt-1为t时刻与前一时刻的过程噪声,其方差协方差矩阵为Qt-1,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为0矩阵,动态定位时模型化为白噪声,取值为大数;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值9×1010;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为3×10-8·Δt,Δt为历元间隔;
Figure BDA0003450127720000037
当有周跳发生时取值4×1014,否则为0;
zt为t时刻观测向量,
Figure BDA0003450127720000038
Ht为t时刻设计矩阵,Ht依据步骤5中
Figure BDA0003450127720000039
与xt的关系构建;
vt为t时刻观测噪声,视为零均值白噪声过程,其方差协方差矩阵残差Qt-1,按伪距和相位观测值权比为1/10000进行设置;用diag表示构建对角矩阵,则Qt-1构建方法可表示为diag(10000,1,10000,1,10000,1);
步骤6:卡尔曼滤波参数估计,用上标“-”、“+”分别表示有关参数的时间更新和观测更新;
步骤7:重复步骤2至6,逐历元计算输出测站位置及相关信息;
步骤8:所有历元遍历完毕,数据处理结束。
而且,步骤3中的数据预处理内容具体包括。
3.1观测数据质量控制,将码观测存在明显错误、双频观测数据类型不完整和历元个数小于20的观测弧段直接剔除;当处于地影中时,导航卫星由于无法确定太阳位置而绕卫星指向地心的轴线无规律旋转,此旋转产生的天线相位缠绕误差无法或难于用模型改正,直接剔除处于地影中的导航卫星观测数据;
3.2周跳探测,综合采用TurboEdit法和电离层残差法对载波相位周跳和野值进行探测和剔除;只要任何一个频率上探测到周跳,则认为两个频率均发生了周跳,并标记一个新的观测弧段,在后继解算过程中重新估计模糊度参数;
3.3误差改正,对影响在厘米级的误差进行改正,包括主要包括相对论效应误差、地球自转效应误差、相位缠绕误差、广义相对论引力延迟、接收机及卫星天线相位中心偏差、对流层延迟干分量、固体潮修正误差、海潮修正误差和极潮修正误差等;
3.4用户站概略位置计算,基于P1测码伪距和广播星历按单点定位方法计算用户站概略位置r0
3.5共视卫星概略位置和钟差计算,基于用户站U概略位置、消电离层测码伪距和广播星历计算共视卫星的概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000041
而且,步骤4中观测数据线性化过程中,用户站概略位置r0通过步骤3.4计算得到,共视卫星概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000042
通过步骤3.5计算得到,钟差基准站M和基准站R为精确已知,需事先通过事后PPP或双差网平差获取。
而且,步骤6的计算过程按以下步骤进行:
6.1依据状态模型,进行时间更新:
Figure BDA0003450127720000043
Figure BDA0003450127720000044
6.2依据观测模型,进行观测更新:
Figure BDA0003450127720000051
Figure BDA0003450127720000052
6.3依据
Figure BDA0003450127720000053
Figure BDA0003450127720000054
输出t时刻参数估计结果及方差和协方差信息。
而且,步骤1中钟差基准站M和基准站R的总个数n的最小数量与站点观测条件密切相关,为保证有足够观测数据估计共视卫星轨道和钟差,优选的n≥4。
本发明的优点和技术效果是:
(1)服务范围广。本发明仅需少量(≥4个)基准站,即可实现数百公里范围内的实时高精度定位,服务范围优于RTK/NRTK技术(50km服务覆盖范围)。
(2)定位精度高。本发明实时静态定位精度与基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点定位结果相当,动态定位精度明显优于基于IGS最终轨道和钟差产品的事后精密单点动态定位结果。
(3)实施简单便捷,成本低。本发明只需利用可实时获取的广播星历和若干基准站,不依赖IGS或商业实时轨道和钟差产品,实时简单,成本低廉。
附图说明
图1为本发明数据处理流程图;
图2为本发明实施案例站点分布图;
图3本发明实时静态定位与基于IGS轨道和30s钟差的事后PPP静态定位对比分析图;
图4本发明实时动态定位与基于IGS轨道和30s钟差的事后PPP动态定位对比分析图;
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下。需要说明的是,本实施例是描述性的,不是限定性的,不能由此限定本发明的保护范围。
本发明的一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,基于WAB2、BRUS、WSRT、OPMT、PTBB等5个IGS站点实测数据,结合附图说明本发明具体实施方式(数据处理流程如图1所示)。所选IGS站点分布如图2所示。将WAB2作为用户站U,BRUS作为钟差基准站M,WSRT、OPMT、PTBB作为基准站R,用户站U距最近基准站距离约438km。
实时静态定位实施案例:
步骤1:实时获取观测数据和广播星历。实时获取用户站U(WAB2)、差基准站M(BRUS)和WSRT、OPMT、PTBB等3个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据,以及导航卫星广播星历数据。其中,钟差基准站M和基准站R的总个数4;
步骤2:观测历元同步。以用户站U(WAB2)观测历元t(2010-10-1000:00:00)为基准,对所有基准站观测数据进行历元同步,获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据;
步骤3:数据预处理。数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正、用户站概略位置计算等,具体内容包括:
3.1观测数据质量控制,将码观测存在明显错误、双频观测数据类型不完整和历元个数小于20的观测弧段直接剔除。当处于地影中时,导航卫星由于无法确定太阳位置而绕卫星指向地心的轴线无规律旋转,此旋转产生的天线相位缠绕误差无法或难于用模型改正,直接剔除处于地影中的导航卫星观测数据;
3.2周跳探测,综合采用TurboEdit法和电离层残差法对载波相位周跳和野值进行探测和剔除。只要任何一个频率上探测到周跳,则认为两个频率均发生了周跳,并标记一个新的观测弧段,在后继解算过程中重新估计模糊度参数。
3.3误差改正,对影响在厘米级的误差进行改正,包括主要包括相对论效应误差、地球自转效应误差、相位缠绕误差(Phase wind-up)、广义相对论引力延迟、接收机及卫星天线相位中心偏差、对流层延迟干分量(Neill模型)、固体潮修正误差、海潮修正误差和极潮修正误差等。
3.4用户站概略位置计算,基于P1测码伪距和广播星历按单点定位方法计算用户站概略位置r0
3.5共视卫星概略位置和钟差计算,基于用户站U概略位置、消电离层测码伪距和广播星历计算共视卫星的概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000061
步骤4:构建观测方程。观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量,观测数据线性化过程中,用户站概略位置r0通过步骤3.4计算得到,共视卫星概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000062
通过步骤3.5计算得到,钟差基准站M和基准站R坐标采用IGS发布值,从RINEX头文件获取。分别构建用户站、钟差基准站和基准站R观测方程:
用户站U观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000063
Figure BDA0003450127720000071
钟差基准站M观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000072
Figure BDA0003450127720000073
基准站R观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000074
Figure BDA0003450127720000075
步骤5:构建滤波模型。状态模型和观测模型按如下方法构建:
xt=φt-1xt-1+wt-1(状态模型)
zt=Htxt+vt(观测模型)
其中,
xt为t时刻的状态参数,
Figure BDA0003450127720000076
φt-1为t-1个历元的状态转移矩阵,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为单位阵;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值为0;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为1;
Figure BDA0003450127720000077
当有周跳发生时为0,否则为1。
xt-1为t-1时刻的状态参数。
wt-1为t时刻与前一时刻的过程噪声,其方差协方差矩阵为Qt-1,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为0矩阵;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值9×1010;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为3×10-8·Δt,Δt为历元间隔30s;
Figure BDA0003450127720000078
当有周跳发生时取值4×1014,否则为0。
zt为t时刻观测向量,
Figure BDA0003450127720000079
Ht为t时刻设计矩阵,Ht依据步骤5中
Figure BDA00034501277200000710
与xt的关系构建。
vt为t时刻观测噪声,视为零均值白噪声过程,其方差协方差矩阵残差Qt-1,按伪距和相位观测值权比为1/10000进行设置。用diag表示构建对角矩阵,则Qt-1构建方法可表示为diag(10000,1,10000,1,10000,1)。
步骤6:卡尔曼滤波参数估计,用上标“-”、“+”分别表示有关参数的时间更新(预测)和观测更新(改正),按下式计算过程如下:
6.1依据状态模型,进行时间更新:
Figure BDA0003450127720000081
Figure BDA0003450127720000082
6.2依据观测模型,进行观测更新:
Figure BDA0003450127720000083
Figure BDA0003450127720000084
6.3依据
Figure BDA0003450127720000085
Figure BDA0003450127720000086
输出t时刻参数估计结果及方差和协方差信息。为分析结果方便,输出到文件“rt-static.position”;
步骤7:重复步骤2至6,逐历元计算输出测站位置及相关信息。
步骤8:所有历元遍历完毕,数据处理结束。
步骤9:本发明实时静态定位结果与基于IGS精密轨道和30s钟差事后PPP静态结果对比分析结果如图3所示。以用户站IGS坐标作为“真值”统计均方根误差,IGS事后PPP静态定位误差RMS的北分量、东分量和天顶分量分别为0.006m、0.003m和0.067m.本发明静态定位误差RMS的北分量、东分量和天顶分量分别为0.002m、0.024m和0.019m。本发明实时静态定位结果收敛速度较快,收敛过程中定位误差没有较大抖动,东方向误差略大,天顶方向定位误差明显优于PPP事后定位结果,北、东、天三个方向定位结果总体与IGS发布坐标吻合更好。
实时动态定位实施案例:
步骤1:实时获取观测数据和广播星历。实时获取用户站U(WAB2)、差基准站M(BRUS)和WSRT、OPMT、PTBB等3个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据,以及导航卫星广播星历数据。其中,钟差基准站M和基准站R的总个数4;
步骤2:观测历元同步。以用户站U(WAB2)观测历元t(2010-10-1000:00:00)为基准,对所有基准站观测数据进行历元同步,获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据;
步骤3:数据预处理。数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正、用户站概略位置计算等,具体内容包括:
3.1观测数据质量控制,将码观测存在明显错误、双频观测数据类型不完整和历元个数小于20的观测弧段直接剔除。当处于地影中时,导航卫星由于无法确定太阳位置而绕卫星指向地心的轴线无规律旋转,此旋转产生的天线相位缠绕误差无法或难于用模型改正,直接剔除处于地影中的导航卫星观测数据;
3.2周跳探测,综合采用TurboEdit法和电离层残差法对载波相位周跳和野值进行探测和剔除。只要任何一个频率上探测到周跳,则认为两个频率均发生了周跳,并标记一个新的观测弧段,在后继解算过程中重新估计模糊度参数。
3.3误差改正,对影响在厘米级的误差进行改正,包括主要包括相对论效应误差、地球自转效应误差、相位缠绕误差(Phase wind-up)、广义相对论引力延迟、接收机及卫星天线相位中心偏差、对流层延迟干分量(Neill模型)、固体潮修正误差、海潮修正误差和极潮修正误差等。
3.4用户站概略位置计算,基于P1测码伪距和广播星历按单点定位方法计算用户站概略位置r0
3.5共视卫星概略位置和钟差计算,基于用户站U概略位置、消电离层测码伪距和广播星历计算共视卫星的概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000091
步骤4:构建观测方程。观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量,观测数据线性化过程中,用户站概略位置r0通过步骤3.4计算得到,共视卫星概略位置s0和概略钟差
Figure BDA0003450127720000092
通过步骤3.5计算得到,钟差基准站M和基准站R坐标采用IGS发布值,从RINEX头文件获取。分别构建用户站、钟差基准站和基准站R观测方程:
用户站U观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000093
Figure BDA0003450127720000094
钟差基准站M观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000095
Figure BDA0003450127720000096
基准站R观测方程构建方法如下:
Figure BDA0003450127720000101
Figure BDA0003450127720000102
步骤5:构建滤波模型。状态模型和观测模型按如下方法构建:
xt=φt-1xt-1+wt-1(状态模型)
zt=Htxt+vt(观测模型)
其中,
xt为t时刻的状态参数,
Figure BDA0003450127720000103
φt-1为t-1个历元的状态转移矩阵,设置方法为:Δr动态定位时模型化为白噪声,取值为0;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值为0;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为1;
Figure BDA0003450127720000104
当有周跳发生时为0,否则为1。
xt-1为t-1时刻的状态参数。
wt-1为t时刻与前一时刻的过程噪声,其方差协方差矩阵为Qt-1,设置方法为:Δr动态定位时模型化为白噪声,取值为对角元素1×106的对角矩阵;cdtscdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值9×1010;zpdUzpdMzpdR模型化为随机游走过程,取值为3×10-8·Δt,Δt为历元间隔30s;
Figure BDA0003450127720000105
当有周跳发生时取值4×1014,否则为0。
zt为t时刻观测向量,
Figure BDA0003450127720000106
Ht为t时刻设计矩阵,Ht依据步骤5中
Figure BDA0003450127720000107
与xt的关系构建。
vt为t时刻观测噪声,视为零均值白噪声过程,其方差协方差矩阵残差Qt-1,按伪距和相位观测值权比为1/10000进行设置。用diag表示构建对角矩阵,则Qt-1构建方法可表示为diag(10000,1,10000,1,10000,1)。
步骤6:卡尔曼滤波参数估计,用上标“-”、“+”分别表示有关参数的时间更新(预测)和观测更新(改正),按下式计算过程如下:
6.1依据状态模型,进行时间更新:
Figure BDA0003450127720000111
Figure BDA0003450127720000112
6.2依据观测模型,进行观测更新:
Figure BDA0003450127720000113
Figure BDA0003450127720000114
6.3依据
Figure BDA0003450127720000115
Figure BDA0003450127720000116
输出t时刻参数估计结果及方差和协方差信息。为分析结果方便,输出到文件“rt-kinematic.position”;
步骤7:重复步骤2至6,逐历元计算输出测站位置及相关信息。
步骤8:所有历元遍历完毕,数据处理结束。
步骤9:本发明实时动态定位结果与基于IGS精密轨道和30s钟差事后PPP动态定位结果对比分析结果如图4所示。以用户站IGS坐标作为“真值”统计均方根误差,IGS事后PPP动态定位误差RMS的北分量、东分量和天顶分量分别为0.069m、0.041m和0.113m.本发明动态定位误差RMS的北分量、东分量和天顶分量分别为0.016m、0.030m和0.062m。本发明实时动态定位结果明显优于PPP事后动态定位结果,且误差序列非常平稳。
最后,本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:实时获取观测数据和广播星历;实时获取1个用户站U、1个钟差基准站M和n-1个基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据,以及导航卫星广播星历数据;
步骤2:观测历元同步;以用户站U观测历元t为基准,对所有基准站观测数据进行历元同步,获取t时刻用户站U、钟差基准站M和基准站R的双频测码伪距和载波相位观测数据;
步骤3:数据预处理;数据预处理包括观测数据质量控制、周跳探测、误差改正及用户站概略位置计算;
步骤4:构建观测方程;观测数据采用消电离层的测码伪距和载波相位数据作为观测量,用
Figure FDA0003450127710000011
Figure FDA0003450127710000012
分表表示测站r对卫星s的消电离层组合测码伪距和载波相位的观测残差,用
Figure FDA0003450127710000013
表示载波相位消电离层组合模糊度,用
Figure FDA0003450127710000014
Δr和Δs分别为测站r与卫星s视线方向的单位向量、测站坐标改正数和卫星坐标改正数,cdtr表示测站r相对于钟差基准站的测站钟差,cdts表示卫星s相对于钟差基准站的卫星钟差,zpdr
Figure FDA0003450127710000015
分别表示测站r的天顶对流层延迟及其对应的映射函数,
Figure FDA0003450127710000016
Figure FDA0003450127710000017
分别表示消电离层组合测码伪距和载波相位的观测噪声;
用户站U观测方程构建方法如下:
Figure FDA0003450127710000018
Figure FDA0003450127710000019
钟差基准站M观测方程构建方法如下:
Figure FDA00034501277100000110
Figure FDA00034501277100000111
基准站R观测方程构建方法如下:
Figure FDA00034501277100000112
Figure FDA00034501277100000113
步骤5:构建滤波模型;状态模型和观测模型按如下方法构建:
xt=φt-1xt-1+wt-1,状态模型
zt=Ht xt+vt,观测模型
其中,
xt为t时刻的状态参数,
Figure FDA0003450127710000021
φt-1为t-1个历元的状态转移矩阵,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为单位阵,动态定位时模型化为白噪声,取值0;cdts cdtU cdtR模型化为白噪声过程,取值为0;zpdU zpdM zpdR模型化为随机游走过程,取值为1;
Figure FDA0003450127710000022
当有周跳发生时为0,否则为1;
xt-1为t-1时刻的状态参数;
wt-1为t时刻与前一时刻的过程噪声,其方差协方差矩阵为Qt-1,设置方法为:Δr静态定位时模型化为常数,取值为0矩阵,动态定位时模型化为白噪声,取值为大数;cdts cdtUcdtR模型化为白噪声过程,取值9×1010;zpdU zpdM zpdR模型化为随机游走过程,取值为3×10-8·Δt,Δt为历元间隔;
Figure FDA0003450127710000023
当有周跳发生时取值4×1014,否则为0;
zt为t时刻观测向量,
Figure FDA0003450127710000024
Ht为t时刻设计矩阵,Ht依据步骤5中
Figure FDA0003450127710000025
与xt的关系构建;
vt为t时刻观测噪声,视为零均值白噪声过程,其方差协方差矩阵残差Qt-1,按伪距和相位观测值权比为1/10000进行设置;用diag表示构建对角矩阵,则Qt-1构建方法可表示为diag(10000,1,10000,1,10000,1);
步骤6:卡尔曼滤波参数估计,用上标“-”、“+”分别表示有关参数的时间更新和观测更新;
步骤7:重复步骤2至6,逐历元计算输出测站位置及相关信息;
步骤8:所有历元遍历完毕,数据处理结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,其特征在于:所述步骤3中的数据预处理内容具体包括。
3.1观测数据质量控制,将码观测存在明显错误、双频观测数据类型不完整和历元个数小于20的观测弧段直接剔除;当处于地影中时,导航卫星由于无法确定太阳位置而绕卫星指向地心的轴线无规律旋转,此旋转产生的天线相位缠绕误差无法或难于用模型改正,直接剔除处于地影中的导航卫星观测数据;
3.2周跳探测,综合采用TurboEdit法和电离层残差法对载波相位周跳和野值进行探测和剔除;只要任何一个频率上探测到周跳,则认为两个频率均发生了周跳,并标记一个新的观测弧段,在后继解算过程中重新估计模糊度参数;
3.3误差改正,对影响在厘米级的误差进行改正,包括主要包括相对论效应误差、地球自转效应误差、相位缠绕误差、广义相对论引力延迟、接收机及卫星天线相位中心偏差、对流层延迟干分量、固体潮修正误差、海潮修正误差和极潮修正误差等;
3.4用户站概略位置计算,基于P1测码伪距和广播星历按单点定位方法计算用户站概略位置r0
3.5共视卫星概略位置和钟差计算,基于用户站U概略位置、消电离层测码伪距和广播星历计算共视卫星的概略位置s0和概略钟差
Figure 1
3.根据权利要求2所述的一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,其特征在于:所述步骤4中观测数据线性化过程中,用户站概略位置r0通过步骤3.4计算得到,共视卫星概略位置s0和概略钟差
Figure FDA0003450127710000032
通过步骤3.5计算得到,钟差基准站M和基准站R为精确已知,需事先通过事后PPP或双差网平差获取。
4.根据权利要求2所述的一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,其特征在于:所述步骤6的计算过程按以下步骤进行:
6.1依据状态模型,进行时间更新:
Figure FDA0003450127710000033
Figure FDA0003450127710000034
6.2依据观测模型,进行观测更新:
Figure FDA0003450127710000035
Figure FDA0003450127710000036
6.3依据
Figure FDA0003450127710000037
Figure FDA0003450127710000038
输出t时刻参数估计结果及方差和协方差信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于广播星历的实时精密单点定位方法,其特征在于:所述步骤1中钟差基准站M和基准站R的总个数n的最小数量与站点观测条件密切相关,为保证有足够观测数据估计共视卫星轨道和钟差,优选的n≥4。
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