CN114994728B - 混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统 - Google Patents

混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统，方法为：获取精密单点定位所需的各种数据，然后按照事先给定的观测值通道优先级逐历元逐卫星读取观测数据，若出现伪距或载波相位观测值缺失，则遍历同频率其它通道的伪距或载波相位观测值。若其它通道伪距观测值存在，则对该通道伪距观测值进行硬件延迟偏差改正，并代替原有通道的伪距观测值；若其它通道相位观测值存在，则将该通道相位观测值代替原有通道的相位观测值，首次替换时进行模糊度重新初始化。将当前历元所有卫星伪距和载波相位观测值一起构建消电离层组合观测方程，进行逐历元定位解算。本发明可以有效克服传统方法某通道观测值缺失时对位置解带来的不利影响。

Description

混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统
技术领域
本发明涉及精密定位领域，特别是一种混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统。
背景技术
精密单点定位(PPP)技术是一种单机绝对定位技术，现已广泛应用于低轨卫星精密定轨、气象、授时、地壳监测等科学研究及工程应用领域。全球导航卫星系统(GNSS)动态PPP的精度在很大程度上会受到可用卫星数及PDOP分布的影响，尤其是频繁的卫星失锁及观测值丢失会导致动态定位误差突然增大，无法应付某些复杂的环境(城市与峡谷等)。因此，合理的利用GNSS观测数据，对于维持可用卫星数稳定，提高动态导航定位精度，保持解的稳定性具有重要意义。目前，GNSS定位解算软件通常采用相应频率固定通道的观测值进行数据解算，比如：BDS PPP常采用B1与B3频率的I通道观测值进行数据解算，这是因为国际GNSS服务(IGS)分析中心提供的精密钟差产品中已包含BDS C2I-C6I码偏差，采用这两个通道的观测值进行精密单点定位可以不用顾及硬件延迟偏差(DCB)的影响。如果RINEX观测文件头SYS/#/OBS TYPES部分含有C2I及C6I观测值类型，则定位解算软件就会默认采用上述观测值进行后续的定位解算。一旦出现伪距或载波相位观测值丢失，对于消电离层组合PPP来说，无论该频率是否存在其它通道的观测值，这颗卫星在该历元将被标识为不可用，这将导致观测值的浪费。对于动态定位来说，可用于定位的卫星观测值个数与最终的定位性能息息相关。
根据以上对现有的GNSS解算策略的分析，可以发现现有方法在动态导航定位过程中丢失观测值时的局限性，没有充分利用现存的多通道观测值。值得注意的是随着RINEX4.00格式的发布，未来多频多通道观测值将成为主流，且现有的大部分接收机均可接收到多通道的观测数据，同时目前并没有混合使用同种频率不同通道观测值的算法。
发明专利申请CN112731496A(《一种面向智能终端的GNSS精密单点定位数据质量控制方法》)采用Galileo传统频率E1与E5a进行质量控制以提高精密单点定位精度。如果E1或E5a频率存在观测值缺失，则质量控制过程无法进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种混用不同通道观测值的精密单点定位方法及系统，混合使用同种频率不同通道观测值，提高定位精度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种混用不同通道观测值的精密单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取动态精密单点定位所需的观测数据，所述观测数据包括GNSS观测数据、差分码偏差、精密轨道、精密钟差与天线相位中心改正数据；
S2、对于当前历元，逐卫星按照通道优先级读取GNSS观测数据；其中，设通道及对应的优先级顺序为Q1、Q2、……、Qn；
判断当前卫星常用频率f下通道Q1的载波相位观测值是否缺失，若是，则遍历所述常用频率f下该当前卫星存在载波相位观测值的其它通道，并用通道Qi的载波相位观测值替代通道Q1的载波相位观测值，进入步骤S5；若否，进入步骤S5；2≤i≤n；
判断当前卫星常用频率f下通道Q1的伪距观测值是否缺失，若是，则遍历所述常用频率f下该当前卫星存在伪距观测值的其它通道，并用通道Qj的伪距观测值替代通道Q1的伪距观测值，提取通道Qj的伪距硬件延迟改正值，进入步骤S4；若否，进入步骤S3；2≤j≤n；
读取所有卫星不同通道间的差分码偏差数据，计算各个通道Q1、Q2、……、Qn伪距观测值硬件延迟改正值，提取通道Q1、Q2、……、Qn的伪距硬件延迟改正值；
S3、将通道Q1的伪距观测值减去通道Q1的伪距硬件延迟改正值，得到修正后的通道Q1的伪距观测值，进入步骤S5；
S4、将通道Qj的伪距观测值减去通道Qj的伪距硬件延迟改正值，得到修正后的通道Qj的伪距观测值，进入步骤S5；
S5、重复步骤S2～S4，直至遍历完当前历元的所有卫星，进入步骤S6；
S6、利用当前历元所有卫星修正后的伪距观测值、载波相位观测值、精密轨道、精密钟差与天线相位中心改正数据构建消电离层组合观测方程，解算所述观测方程，得到定位结果。
动态精密单点定位性能与定位过程中的可用卫星数息息相关，若一颗卫星的伪距观测值或者载波相位观测值出现缺失，则这颗卫星将无法用于定位解算。可用卫星数的频繁变化，会导致定位解出现波动，甚至会导致定位解发散。本发明方法合理利用目前接收机可获取的多通道伪距观测值与载波相位观测值，当伪距观测值或载波相位观测值出现缺失的时候，寻找其它通道的伪距或载波相位观测值代替原有通道的伪距或载波相位观测值，可以最大程度上保证可用卫星数的稳定，提高动态定位精度。
步骤S6中，消电离层组合观测方程表达式如下：
其中，PIF与LIF为消电离层组合伪距与载波相位观测值，(xs，ys，zs)为卫星坐标；(xr，yr，zr)为接收机坐标；c为光速；δtr为接收机钟差；δts为卫星钟差；dtrop为对流层延迟；Δr为天线相位中心改正值；N为消电离层组合模糊度参数；ε1与ε2分别为未模型化的误差与观测噪声。
本发明中，未模型化指的是无法通过数学模型准确表达的误差，如多路径误差，无法通过数学模型准确描述，因此需要将其与观测噪声合并在一起进行处理。
观测方程为精密单点定位常用的消电离层组合观测方程，通过伪距观测值间的相互组合，载波相位观测值间的相互组合，可以消除电离层延迟参数，减少待估参数的个数，增加多余观测数。
用通道Qi的载波相位观测值替代通道Q1的载波相位观测值时，若为首次替换，则重新初始化所述观测方程中的模糊度参数N，以避免由于载波相位观测值的首次替换出现的较大偏差对定位解的影响。
利用下式重新初始化所述观测方程中的模糊度参数N：
其中，f1与f2为两个常用频率，L1与L2分别为常用频率f1内和f2内的载波相位观测值，P1与P2分别为常用频率f1内和f2内的经过伪距硬件延迟改正值修正之后的伪距观测值。
伪距观测值相比较载波相位观测值来说没有模糊度参数，故可以采用伪距观测值辅助载波相位观测值求取模糊度参数的概略值，以用于消电离层观测方程的解算。
所述卫星为GPS、GLONASS、Galileo、BDS中的一种；所述伪距硬件延迟改正值计算过程包括：
当GPS采用‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道、‘S’通道、‘L’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中，f1与f2分别为GPS L1频率与L2频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘S’通道‘C2S’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘L’通道‘C2L’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1W-C1W为‘C1W’与‘C1W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C2W为‘C1C’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2C-C2W为‘C2C’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5X为‘C1C’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2S为‘C2W’与‘C2S’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2L为‘C2W’与‘C2L’伪距观测值硬件延迟改正值之差，c为光速；
当采用GLONASS‘P’通道、‘C’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fg1与fg2分别为GLONASS G1频率与G2频率；为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘P’通道‘C2P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1P-C2P为‘C1P’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C1P为‘C1C’与‘C1P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2C-C2P为‘C2C’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；
当采用Galileo‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fE1与fE5a分别为Galileo E1与E5a频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C6C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C7Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C8Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C7X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C6C为‘C1C’与‘C6C’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C7Q为‘C1C’与‘C7Q’伪距观测值硬件延迟之差；DCBC1C-C8Q为‘C1C’与‘C8Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7X为‘C1X’与‘C7X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；
当采用BDS‘I’通道、‘X’通道、‘P’通道、‘D’通道、‘Z’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fB1与fB3分别为BDS B1与B3频率；/>为采用‘I’通道‘C2I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C6I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C7I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C1D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C5P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C5D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Z’通道‘C7Z’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC2I-C6I为‘C2I’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2I-C7I为‘C2I’与‘C7I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C6I为‘C1X’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C6I为‘C1P’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C6I为‘C1D’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C5P为‘C1P’与‘C5P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C5D为‘C1D’与‘C5D’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7Z为‘C1X’与‘C7Z’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差。
本发明根据差分码偏差产品中提供的不同通道间的伪距硬件延迟改正值，推导了单个独立通道的伪距硬件延迟改正值的计算公式，使其更加方便的用于不同通道的原始伪距观测值的改正。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种混用不同通道观测值的精密单点定位系统，其包括处理器和存储器；所述处理器执行所述存储器内存储的计算机程序指令时，实现本发明所述定位方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明针对观测值缺失情况，混用其它通道的观测值，以增加可用卫星个数，进而改善定位精度。本发明可以克服遇到观测值缺失情况下的精密单点定位则存在局限性的缺陷，可以更加充分的利用GNSS观测值。本发明给出了详细的多GNSS多通道伪距偏差改正值及载波相位观测值替换时的注意事项，便于不同通道观测值的混合使用，对保持动态PPP定位结果的稳健性、可用性具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例方法流程图；
图2为GPS L1/L2组合车载动态精密单点定位传统方法与本发明方法在可用卫星数与定位误差对比图。
具体实施方式
本发明实施例基于GNSS多通道观测数据，提出一种混用不同通道观测值，以提高动态精密单点定位性能的方法，如图1所示，本发明实施例主要包括以下步骤：
步骤1，准备GNSS动态精密单点定位所需的各种文件。
具体的，包括原始观测数据、精密星历、精密钟差、差分码偏差及天线相位中心改正数据。
步骤2，制定GPS、GLONASS、Galileo、BDS用于精密单点定位的常用频率的观测值通道优先级，并按照通道优先级逐卫星逐频率读取GNSS观测数据，读取精密轨道、精密钟差数据，读取差分码偏差及天线相位中心改正数据。
具体的，GPS用于精密单点定位的常用频率为L1与L2频率，GLONASS用于精密单点定位的常用频率为G1与G2频率，Galileo用于精密单点定位的常用频率为E1、E5a及E6频率，BDS用于精密单点定位的常用频率包含B1、B3及B1C与B2a频率。然后将不同GNSS常用频率内观测值通道优先级定义为：GPS L1与L2频率的通道优先级顺序为“WCLSPYMNX”；GLONASS G1与G2频率的通道优先级顺序为“PC”；Galileo E1频率的通道优先级顺序为“CXABZ”，E5a频率的通道优先级顺序为“QXI”，E6频率的通道优先级顺序为“CXBZ”；BDS B1、B3频率观测值的通道优先级顺序为“IQX”，B1C与B2a频率的通道优先级顺序为“XPD”。
步骤3，当读取完一颗卫星的观测数据之后，判断该卫星常用频率内是否存在观测数据，若存在则读取其它卫星观测数据，若不存在，则遍历缺失伪距或载波相位观测值的频率是否存在其它通道的观测值，直至寻找到替代原有优先级的数据或者将当前历元该颗卫星剔除。
步骤4，若替换的为伪距观测值，则不同通道伪距观测值需进行硬件延迟改正。
卫星钟差产品通常采用消电离层组合获得，如：GPS采用L1与L2频率‘W’通道伪距与载波相位观测值消电离层组合获得，GLONASS采用G1与G2频率‘P’通道伪距与载波相位观测值消电离层组合获得，Galileo采用E1与E5a频率‘X’通道伪距与载波相位观测值消电离层组合获得；BDS采用B1与B3频率‘I’通道伪距与载波相位观测值消电离层组合获得。
下面以GPS为例详细推导GPS各通道伪距观测值硬件延迟改正值。
GPS精密钟差产品中包含的硬件延迟改正值为：
式中：为GPS为卫星钟差产品中包含的硬件延迟改正值，/>为GPS‘W’通道‘C1W’伪距观测值的伪距硬件延迟改正值，/>为GPS‘W’通道‘C2W’伪距观测值的伪距硬件延迟改正值，/>其中f1与f2为GPS L1与L2频率。
当使用GPS L1频率‘W’通道‘C1W’伪距观测值时，所需进行的硬件延迟改正值推导如下：
式中：δC1W为使用‘C1W’观测值时的卫星钟差与精密钟差产品中卫星钟差的差异，ΔtC1W为使用‘C1W’观测值时的卫星钟差，Δtpre为精密钟差产品中提供的精密卫星钟差，Δt为理论的卫星钟差，DCBC1W-C2W为‘C1W’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差，以秒为单位。
故：式中，c为光速；/>以米为单位。
同样的当使用L2频率‘W’通道‘C2W’伪距观测值时，所需进行的硬件延迟改正值推导如下：
式中：δC2W为使用‘C2W’观测值时的卫星钟差与精密钟差产品中卫星钟差的差异，ΔtC2W为使用‘C2W’观测值时的卫星钟差。
故：以米为单位。
当使用除生成钟差产品的两个确定通道观测值之外的其它通道观测值时，如采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值推导公式如下：
即：
故：
式中：ξC1C为使用‘C1C’与‘C1W’伪距观测值时卫星钟差的差异，ΔtC1C为使用‘C1C’观测值时的卫星钟差，DCBC1C-C1W为‘C1C’与‘C1W’伪距观测值硬件延迟改正值之差，以秒为单位；δC1C为使用‘C1C’观测值时的卫星钟差与精密钟差产品中卫星钟差的差异。
故：以米为单位。
同理可得GPS其它通道伪距观测值的硬件延迟改正值为：
当采用GPS‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道、‘S’通道、‘L’通道的伪距观测值时所需的伪距硬件延迟改正值为，均以米为单位：
式中：其中f1与f2为GPS L1与L2频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘S’通道‘C2S’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘L’通道‘C2L’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC2C-C2W为‘C2C’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5X为‘C1C’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2S为‘C2W’与‘C2S’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2L为‘C2W’与‘C2L’伪距观测值硬件延迟改正值之差；上述硬件延迟改正值之差均以秒为单位。
当采用GLONASS‘P’通道、‘C’通道的伪距观测值时所需的伪距硬件延迟改正值为，以米为单位：
式中：其中fg1与fg2为GLONASS G1与G2频率；为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘P’通道‘C2P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1P-C2P为‘C1P’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C1P为‘C1C’与‘C1P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2C-C2P为‘C2C’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；上述硬件延迟改正值之差均以秒为单位。
当采用Galileo‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道的伪距观测值时所需的伪距硬件延迟改正值为，以米为单位：
式中：其中fE1与fE5a为Galileo E1与E5a频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C6C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>采用‘Q’通道‘C7Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C8Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C7X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C6C为‘C1C’与‘C6C’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C7Q为‘C1C’与‘C7Q’伪距观测值硬件延迟之差；DCBC1C-C8Q为‘C1C’与‘C8Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7X为‘C1X’与‘C7X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；上述硬件延迟改正值之差均以秒为单位。
当采用BDS‘I’通道、‘X’通道、‘P’通道、‘D’通道、‘Z’通道的伪距观测值时所需的伪距硬件延迟改正值为，以米为单位：
式中：其中fB1与fB3为BDS B1与B3频率；/>为采用‘I’通道‘C2I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C6I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C7I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C1D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C5P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C5D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Z’通道‘C7Z’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC2I-C6I为‘C2I’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2I-C7I为‘C2I’与‘C7I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C6I为‘C1X’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C6I为‘C1P’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C6I为‘C1D’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C5P为‘C1P’与‘C5P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C5D为‘C1D’与‘C5D’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7Z为‘C1X’与‘C7Z’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；上述硬件延迟改正值之差均以秒为单位。
在获得各通道伪距硬件延迟偏差之后，可以通过下式对伪距观测值进行改正：
式中：为改正后的伪距观测值，pi为原始伪距观测值，/>为各通道伪距观测值硬件延迟改正值，i为不同通道的观测值类型。
步骤5，若替换的为相位观测值，则需将替换的频率及载波相位观测值通道记录下来，并对比于上一历元该颗卫星替换频率内的载波相位观测值通道是否一致，若不一致，则需进行模糊度的重新初始化。
步骤6，使用当前历元所有卫星的伪距及载波相位观测值结合精密轨道与钟差、天线相位中心改正数据一起构建消电离层组合GNSS观测方程，结合卡尔曼滤波以得到最优的定位结果。
具体的，消电离层组合GNSS观测方程为：
其中，PIF与LIF为消电离层组合伪距与载波相位观测值，(xs，ys，zs)为卫星坐标；(xr，yr，zr)为接收机坐标；c为光速；δtr为接收机钟差；δts为卫星钟差；dtrop为对流层延迟；Δr为天线相位中心改正值；N为消电离层组合模糊度参数；ε1与ε2分别为未模型化的误差与观测噪声。
实施例1
可用卫星数会影响动态PPP的定位性能及可用性，当可见卫星为4颗左右时，如果出现观测值缺失，则会导致本历元可用卫星少于4颗以至于无法定位，影响动态PPP的可用性。此外，如果初始阶段出现观测值缺失，则合理使用其它通道的观测值之后，会增加可用卫星数量，从而缩短收敛时间。为了验证本发明方法用于提高动态PPP定位性能的有效性及实用性，本实施例使用2021年11月13日的一组车载动态数据进行分析验证，数据采样间隔为1s。由于在车载动态试验过程中G13、G20卫星L2频率会缺少‘X’通道‘L2X’观测值，因此无需模拟载波观测值缺失。故本实施例分别于2时11分40秒-2时12分10秒排除G18 L1频率‘C’通道‘C1C’观测值，2时16分30秒-2时17分00秒剔除G23 L1频率‘C’通道‘C1C’观测值以模拟伪距观测值缺失，试验结果如图2所示。从图2中可以清晰的看出，综合来看本发明方法无论在可用卫星还是定位精度方面均优于传统方法。本发明方法的平均可用卫星数比传统方法多1.9颗；传统方法动态PPP在东向、北向及高程方向的定位精度分别为0.528m、0.781m及0.639m，本发明方法动态PPP定位精度较传统方法在东方向、北方向、高程方向分别改善了30％、30％、66％。

Claims (5)

1.一种混用不同通道观测值的精密单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取动态精密单点定位所需的观测数据，所述观测数据包括GNSS观测数据、差分码偏差、精密轨道、精密钟差与天线相位中心改正数据；
S2、对于当前历元，逐卫星按照通道优先级读取GNSS观测数据；其中，设通道及对应的优先级顺序为Q1、Q2、……、Qn；所述卫星为GPS、GLONASS、Galileo、BDS中的一种；
判断当前卫星常用频率f下通道Q1的载波相位观测值是否缺失，若是，则遍历所述常用频率f下该当前卫星存在载波相位观测值的其它通道，并用通道Qi的载波相位观测值替代通道Q1的载波相位观测值，进入步骤S5；若否，进入步骤S5；2≤i≤n；
判断当前卫星常用频率f下通道Q1的伪距观测值是否缺失，若是，则遍历所述常用频率f下该当前卫星存在伪距观测值的其它通道，并用通道Qj的伪距观测值替代通道Q1的伪距观测值，提取通道Qj的伪距硬件延迟改正值，进入步骤S4；若否，进入步骤S3；2≤j≤n；
读取所有卫星不同通道间的差分码偏差数据，计算各个通道Q1、Q2、……、Qn伪距观测值硬件延迟改正值，提取通道Q1、Q2、……、Qn的伪距硬件延迟改正值；
S3、将通道Q1的伪距观测值减去通道Q1的伪距硬件延迟改正值，得到修正后的通道Q1的伪距观测值，进入步骤S5；
S4、将通道Qj的伪距观测值减去通道Qj的伪距硬件延迟改正值，得到修正后的通道Qj的伪距观测值，进入步骤S5；
S5、重复步骤S2～S4，直至遍历完当前历元的所有卫星，进入步骤S6；
S6、利用当前历元所有卫星修正后的伪距观测值、载波相位观测值、精密轨道、精密钟差与天线相位中心改正数据构建消电离层组合观测方程，解算所述观测方程，得到定位结果；
步骤S6中，消电离层组合观测方程表达式如下：
其中，PIF与LIF为消电离层组合伪距与载波相位观测值，(xs，ys，zs)为卫星坐标；(xr，yr，zr)为接收机坐标；c为光速；δtr为接收机钟差；δts为卫星钟差；dtrop为对流层延迟；Δr为天线相位中心改正值；N为消电离层组合模糊度参数；ε1与ε2分别为未模型化的误差与观测噪声。
2.根据权利要求1所述的混用不同通道观测值的精密单点定位方法，
其特征在于，用通道Qi的载波相位观测值替代通道Q1的载波相位观测值时，若为首次替换，则重新初始化所述观测方程中的模糊度参数N。
3.根据权利要求2所述的混用不同通道观测值的精密单点定位方法，
其特征在于，利用下式重新初始化所述观测方程中的模糊度参数N：
其中，f1与f2为两个常用频率，L1与L2分别为常用频率f1和f2上的载波相位观测值，P1与P2分别为常用频率f1和f2上经过伪距硬件延迟改正值修正之后的伪距观测值。
4.根据权利要求1所述的混用不同通道观测值的精密单点定位方法，其特征在于，所述伪距硬件延迟改正值计算过程包括：
当GPS采用‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道、‘S’通道、‘L’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中，f1与f2分别为GPS L1频率与L2频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘S’通道‘C2S’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘L’通道‘C2L’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1W-C1W为‘C1W’与‘C1W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C2W为‘C1C’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2C-C2W为‘C2C’与‘C2W’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C5X为‘C1C’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2S为‘C2W’与‘C2S’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2W-C2L为‘C2W’与‘C2L’伪距观测值硬件延迟改正值之差，c为光速；
当GLONASS采用‘P’通道、‘C’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fg1与fg2分别为GLONASS G1频率与G2频率；/>为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C2P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C2C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1P-C2P为‘C1P’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C1P为‘C1C’与‘C1P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2C-C2P为‘C2C’与‘C2P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；
当Galileo采用‘C’通道、‘Q’通道、‘X’通道的伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fE1与fE5a分别为Galileo E1与E5a频率；/>为采用‘C’通道‘C1C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C5Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘C’通道‘C6C’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘Q’通道‘C7Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘Q’通道‘C8Q’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C7X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC1C-C5Q为‘C1C’与‘C5Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C6C为‘C1C’与‘C6C’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1C-C7Q为‘C1C’与‘C7Q’伪距观测值硬件延迟之差；DCBC1C-C8Q为‘C1C’与‘C8Q’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7X为‘C1X’与‘C7X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；
当BDS采用‘I’通道、‘X’通道、‘P’通道、‘D’通道、‘Z’通道伪距观测值时，伪距硬件延迟改正值分别为：
其中fB1与fB3分别为BDS B1与B3频率；/>为采用‘I’通道‘C2I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C6I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘I’通道‘C7I’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C1X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C1P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C1D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C5X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘P’通道‘C5P’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘D’通道‘C5D’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；为采用‘Z’通道‘C7Z’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；/>为采用‘X’通道‘C8X’伪距观测值时需要进行的伪距硬件延迟改正值；DCBC2I-C6I为‘C2I’与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC2I-C7I为‘C2I’与‘C7I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C6I为‘C1X’
与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C6I为‘C1P’
与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C6I为‘C1D’
与‘C6I’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C5X为‘C1X’
与‘C5X’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1P-C5P为‘C1P’
与‘C5P’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1D-C5D为‘C1D’
与‘C5D’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C7Z为‘C1X’
与‘C7Z’伪距观测值硬件延迟改正值之差；DCBC1X-C8X为‘C1X’
与‘C8X’伪距观测值硬件延迟改正值之差。
5.一种混用不同通道观测值的精密单点定位系统，其特征在于，包括处理器和存储器；所述处理器执行所述存储器内存储的计算机程序指令时，实现权利要求1～4之一所述方法的步骤。
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