CN114779293A - 低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质 - Google Patents

低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质 Download PDF

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CN114779293A CN202210608252.7A CN202210608252A CN114779293A CN 114779293 A CN114779293 A CN 114779293A CN 202210608252 A CN202210608252 A CN 202210608252A CN 114779293 A CN114779293 A CN 114779293A
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邓填棣
陈建国
杜江
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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Abstract

本发明公开了低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质，涉及卫星定位技术领域，解决了现有技术中载波相位平滑伪距时，容易存在电离层延时变化量误差进入到平滑后的伪距，影响观测量精度的问题。其技术方案要点是：利用低轨卫星的通信专用数据传输链路的特性，从地面互联网/局域网直接获取精准的电离层延时数据产品，然后从卫星通信链路播发，地面用户终端可以直接接收低轨卫星播发的精准的电离层延时数据产品，用于载波平滑伪距，达到避免电离层延时变化量误差进入到平滑后的伪距，进而提高观测量精度的目的。

Description

低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域，更具体地说，它涉及低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质。
背景技术
伪距和载波相位是GNSS定位导航接收终端的两个基本距离测量值，两者既有明显区别，又呈互补特性。伪距和载波相位测量值真实反映了卫星和接收终端之间的测量距离，包含钟差、大气延时等各种误差。载波相位测量值非常平滑，精度比伪距测量值高，但含有周整模糊度。
伪距和载波相位测量值，两者各有自己的优势。传统的做法是将载波相位平滑伪距，以便将这两种测量值的优点结合起来，然后进行定位。
传统方法假定了电离层延时保持不变，但这一点并不一定总是近似正确，而广播星历一般只播发粗略的电离层延迟参数，精度较低。如果接收终端处于高动态接收场景或处于大气活跃区域，电离层延时容易发生较快、较大的变化，此时电离层对伪距与载波相位测量值的作用会不明显甚至呈延迟相反修正，容易存在有两倍的电离层延时变化量误差会进入到平滑后的伪距，影响观测量精度。
发明内容
本发明的目的是提供低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质，利用低轨卫星的通信链路的特性，获取精准的电离层数据产品，并播发电离层数据产品给接收终端，用于载波平滑伪距，达到提高观测量精度的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，包括以下步骤：
通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号；
发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号；
接收终端接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据；
获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值；
基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
进一步的，所述电离层天顶值的获取过程具体为：
获取所述接收终端的经纬度和经纬度的四个格网点；
基于所在经纬度的四个格网点，得到接收终端天顶方向电离层值；
基于天顶方向电离层值和经纬度，得到电离层天顶值。
进一步的，所述信号传播方向上的电离层值的得到过程具体为：
分别采集同一格网点前后两个时间间隔点上的数值，利用线性内插的方法，得到观测时刻的格网值点；
基于所述观测时刻的格网值点，得到信号传播方向上的电离层值。
进一步的，所述载波相位平滑后的伪距观测量的得到过程具体为：
基于所述原始观测数据，计算得到相邻两个历元观测量的差分量；
基于相邻两个历元观测量的差分量，结合信号传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
进一步的，所述载波相位观测量的计算公式为：
Figure BDA0003672316020000021
其中，C为光速，φk为第k历元的载波相位观测量，rk为第k历元的卫星到用户机的几何距离，δtu，k为接收终端钟差，
Figure BDA0003672316020000022
为卫星钟差，上标s表示第s颗卫星，Ik为第k历元的电离层延时，Tk为第k历元的对流层延迟，λ为载波波长，N为载波相位整周模糊度，εφ，k为载波相位观测量误差。
进一步的，所述伪距观测量的计算公式为：
Figure BDA0003672316020000023
其中，ρk为第k历元的伪距观测量，ερ，k为伪距观测量误差。
进一步的，所述载波相位平滑后的伪距观测量的计算公式为：
Figure BDA0003672316020000024
其中，ρs，k为第k历元的载波平滑后的伪距观测量，M为平滑时间常数。
一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的系统，包括：
低轨卫星模块，用于通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号；
导航卫星模块，用于发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号；
接收终端，用于接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据；
获取模块，用于获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值；
计算模块，用于基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
一种电子终端，包括：
存储器，所述存储器用于存储计算机程序；
处理器，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子终端执行所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
利用低轨卫星的通信专用数据传输链路的特性，从地面互联网/局域网直接获取精准的电离层延时数据产品，然后从卫星通信链路播发，地面用户终端可以直接接收低轨卫星播发的精准的电离层延时数据产品，用于载波平滑伪距，达到避免电离层延时变化量误差进入到平滑后的伪距，进而提高观测量精度的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本实施例提供一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法用接收终端所在经纬度的四个格网点结构示意图；
图2为本实施例提供一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例：低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法、系统、终端及介质。
一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号，具体为：
低轨卫星(B2)通过其通信链路直接从网络(B1)获取精准的电离层数据产品，并通过卫星通信链路向接收终端播发第一导航直发信号，该第一导航直发信号携带有低轨卫星(B2)获取到的精准的电离层数据产品。
发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号，具体为：
其他导航卫星(B3)向接收终端播发第二导航直发信号，该第二导航直发信号携带有广播粗略电离层数据。
接收终端接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据，具体为：
地面接收终端(B4)接收其他导航卫星(B3)和低轨卫星(B2)播发的导航直发信号，产生原始观测数据载波相位观测量φk和伪距观测量ρk。
其中，载波相位观测量φk的计算公式(1)为：
Figure BDA0003672316020000041
伪距观测量ρk的计算公式(2)为：
Figure BDA0003672316020000042
其中，ρk为第k历元的伪距观测量，ερ，k为伪距观测量误差，C为光速，φk为第k历元的载波相位观测量，rk为第k历元的卫星到用户机的几何距离，δtu，k为接收终端钟差，
Figure BDA0003672316020000043
为卫星钟差，上标s表示第s颗卫星，Ik为第k历元的电离层延时，Tk为第k历元的对流层延迟，λ为载波波长，N为载波相位整周模糊度，εφ，k为载波相位观测量误差。
基于所述原始观测数据，计算得到相邻两个历元观测量的差分量，具体为：
载波相位观测量的差分量计算公式(3)为：
Figure BDA0003672316020000051
伪距观测量的差分量计算公式(4)为：
Figure BDA0003672316020000052
其中，Δφk为第k历元与前一历元的载波相位观测量差分量，Δρk为第k历元与前一历元的伪距观测量差分量，Δrk为第k历元与前一历元的卫星到用户机的几何距离差分量，Δδtu，k为第k历元与前一历元的接收终端钟差差分量，
Figure BDA0003672316020000053
为第k历元与前一历元的卫星钟差差分量，ΔIk为第k历元与前一历元的电离层延时差分量，ΔTk为第k历元与前一历元的对流层延时差分量，Δερ，k为第k历元与前一历元的伪距观测量误差差分量，Δεφ，k为第k历元与前一历元的载波相位观测量误差差分量。
获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值，通过以下步骤获得：
①获取所述接收终端的经纬度和经纬度的四个格网点；
②基于所在经纬度的四个格网点，得到接收终端天顶方向电离层值；
③基于天顶方向电离层值和经纬度，得到电离层天顶值。
具体实现方式为：
以IGS提供的全球格网形式的电离层延迟产品为例，提供了按一定经纬度间隔的格网点上天顶方向的电离层延迟值(单位为0.1TECU)。
选定如图1所示接收终端所在经纬度的四个格网点，其对应的天顶方向电离层值为
Figure BDA0003672316020000054
上标Ti为第Ti个时刻。计算接收终端大概位置经纬度(λ0+pΔλ，β0+qΔβ)的在第Ti个时刻电离层天顶值的计算公式(5)为：
Figure BDA0003672316020000055
①分别采集同一格网点前后两个时间间隔点上的数值，利用线性内插的方法，得到观测时刻的格网值点；
②基于所述观测时刻的格网值点，得到信号传播方向上的电离层值，具体为：
对同一格网点的前后两个时间间隔点上的数值，采用线性内插的方法计算观测时刻k的格网值点，其计算公式(6)为：
Figure BDA0003672316020000061
其中，Ti≤k≤Ti+1。
计算在信号传播方向上的t时刻的电离层值的计算公式(7)为：
Figure BDA0003672316020000062
其中，F是倾斜因子。
基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量，包括步骤：
①基于所述原始观测数据，计算得到相邻两个历元观测量的差分量；
②基于相邻两个历元观测量的差分量，结合信号传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
具体实现方式为：
通过整合，得到载波相位平滑后的伪距观测量的计算公式(8)为：
Figure BDA0003672316020000063
其中，ρs，k为第k历元的载波平滑后的伪距观测量，M为平滑时间常数，一般取值在20到100。
如图2所示，本实施例还提供一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的系统，包括：
低轨卫星模块，用于通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号；
导航卫星模块，用于发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号；
接收终端，用于接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据；
获取模块，用于获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值；
计算模块，用于基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
本实施例还提供一种电子终端，包括：
存储器，存储器用于存储计算机程序；
处理器，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以使电子终端执行一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号；
发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号；
接收终端接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据；
获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值；
基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
2.根据权利要求1所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述电离层天顶值的获取过程具体为：
获取所述接收终端的经纬度和经纬度的四个格网点；
基于所在经纬度的四个格网点，得到接收终端天顶方向电离层值；
基于天顶方向电离层值和经纬度，得到电离层天顶值。
3.根据权利要求2所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述信号传播方向上的电离层值的得到过程具体为：
分别采集同一格网点前后两个时间间隔点上的数值，利用线性内插的方法，得到观测时刻的格网值点；
基于所述观测时刻的格网值点，得到信号传播方向上的电离层值。
4.根据权利要求3所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述载波相位平滑后的伪距观测量的得到过程具体为：
基于所述原始观测数据，计算得到相邻两个历元观测量的差分量；
基于相邻两个历元观测量的差分量，结合信号传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
5.根据权利要求1所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述载波相位观测量的计算公式为：
Figure FDA0003672316010000011
其中，C为光速，φk为第k历元的载波相位观测量，rk为第k历元的卫星到用户机的几何距离，δtu，k为接收终端钟差，
Figure FDA0003672316010000012
为卫星钟差，上标s表示第s颗卫星，Ik为第k历元的电离层延时，Tk为第k历元的对流层延迟，λ为载波波长，N为载波相位整周模糊度，εφ，k为载波相位观测量误差。
6.根据权利要求5所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述伪距观测量的计算公式为：
Figure FDA0003672316010000021
其中，ρk为第k历元的伪距观测量，ερ，k为伪距观测量误差。
7.根据权利要求5所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法，其特征在于，所述载波相位平滑后的伪距观测量的计算公式为：
Figure FDA0003672316010000022
其中，ρs，k为第k历元的载波平滑后的伪距观测量，M为平滑时间常数。
8.一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的系统，其特征在于，包括：
低轨卫星模块，用于通过通信链路获取网络中精准的电离层数据产品，并发送携带精准的电离层数据产品的第一导航直发信号；
导航卫星模块，用于发送携带广播粗略电离层数据的第二导航直发信号；
接收终端，用于接收第一导航直发信号和第二导航直发信号后，生成包括载波相位观测量和伪距观测量的原始观测数据；
获取模块，用于获取所述接收终端的电离层天顶值，并通过所述电离层天顶值，得到信号传播方向上的电离层值；
计算模块，用于基于所述原始观测数据和传播方向上的电离层值，得到载波相位平滑后的伪距观测量。
9.一种电子终端，其特征在于，包括：
存储器，所述存储器用于存储计算机程序；
处理器，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子终端执行权利要求1-7中任一项所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的一种低轨卫星辅助载波平滑伪距的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115308781A (zh) * 2022-09-02 2022-11-08 中国人民解放军国防科技大学 基于bdgim辅助的相位平滑伪距高精度时间传递方法

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