CN115079236B - 通过低轨增强缩短广域非差非组合ppp-rtk定位收敛时间的方法 - Google Patents

通过低轨增强缩短广域非差非组合ppp-rtk定位收敛时间的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP‑RTK定位收敛时间的方法，包括：建立GNSS系统的非差非组合PPP‑RTK网络端观测方程，并得到低轨融入PPP‑RTK网络端非差非组合观测方程；求解得到GNSS系统的非差非组合PPP‑RTK网络端观测方程以及低轨融入PPP‑RTK网络端非差非组合观测方程对应的网络端参数；根据该网络端参数对对应的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行求解，固定用户端整周模糊度；在固定用户端整周模糊度的模式下或浮点整周模糊度模式下实现PPP‑RTK用户定位。本发明的方法可以大幅缩短广域非差非组合PPP‑RTK用户定位的收敛时间，加快整周模糊度解算。

Description

通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的 方法
技术领域
本发明属于卫星定位导航领域，具体涉及一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法。
背景技术
PPP-RTK定位方法结合了精密单点定位(PPP)和实时动态定位(RTK)的优点，既像PPP一样在空间上赋予了用户一定的自由性，不需求像RTK一样的较短基线，同时又通过整周模糊度解算保障了如RTK一般的定位精度。非差非组合PPP-RTK更在多方面显现了其优势，由于在观测值层面不进行任何差分和组合，可使模型自由拓展至任何数量的频率，同时由于在观测方程中保存了各类未知参数，也就保留了对参数进行时间与空间领域建模的机会。为了消除参数间的秩亏问题，可根据对参数所使用的模型，根据S-system理论对参数进行重新组合，确定S-basis参数，并形成新的求解参数。
广域非差非组合PPP-RTK定位在实现高精度定位的同时，缩短其收敛时间对于实时定位用户具有至关重要的作用。在非差非组合PPP-RTK定位中，网络端需处理并传播给用户星钟钟差、卫星相位偏差以实现用户的整周模糊度解算。同时，根据地面站网的大小，选择性地传递给用户网络端地面站的电离层延迟，用户根据各类模型进行电离层延迟内差，求解自身的电离层延迟，从而实现整周模糊度的快速解算以及定位结果的快速收敛。而对于上千千米的PPP-RTK而言，地面站间距往往较大，进行准确电离层内差的难度增大，用户往往使用浮点电离层模型(Ionosphere-float model)，不再依赖地面站网传播的电离层改正，转为自己求解电离层延迟。
广域Ionosphere-float模式下的PPP-RTK用户由于需自己求解电离层延迟，往往面临比电离层加权(Ionosphere-weighted)模式下更长的收敛时间，尤其对于需以动态模式进行定位的用户而言。研究显示，使用GPS在启用部分整周模糊度解算(PartialAmbiguity Resolution,PAR)的情况下，水平与高程方向动态定位误差的75％百分线收敛至5厘米，需20分钟以上。同时，定位收敛时间的长短紧密依赖模型强度，在使用GNSS系统数量、是否解算整周模糊度、动态或静态定位等不同模式下，收敛时间差距较大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，包括：
步骤1：建立GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程，将低轨导航系统的导航信号融入至所述非差非组合PPP-RTK网络端观测方程中，得到低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程；
步骤2：求解得到所述GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程以及所述低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程对应的网络端参数；
步骤3：根据所述网络端参数对对应的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；
步骤4：对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行求解，固定用户端整周模糊度；
步骤5：在固定用户端整周模糊度的模式下或浮点整周模糊度模式下实现PPP-RTK用户定位。
在本发明的一个实施例中，所述GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程为：
Figure BDA0003744981440000031
Figure BDA0003744981440000032
其中，下角标r，j，G分别表示接收机r，频率j，以及GNSS系统G，上角标Gs代表系统G中的卫星s，～表示为消除秩亏对原始参数进行重组后的参数，E(·)表示期待值，
Figure BDA0003744981440000033
表示系统载波相位观测值与计算值之差，
Figure BDA0003744981440000034
表示系统伪距观测值与计算值之差，
Figure BDA0003744981440000035
将天顶对流层湿延迟投影到信号方向，Δτr，表示天顶对流层湿延迟，
Figure BDA0003744981440000036
表示重组后的接收机钟差，
Figure BDA0003744981440000037
表示重组后的卫星钟差，
Figure BDA0003744981440000038
fj表示G系统内所使用到的第j个频率，λj表示其相应波长，
Figure BDA0003744981440000039
表示重组后的L1频段上的电离层延迟，
Figure BDA00037449814400000310
表示重组后的接收机相位偏差，
Figure BDA00037449814400000311
表示重组后的卫星相位偏差，
Figure BDA00037449814400000312
表示重组后的整周模糊度，
Figure BDA00037449814400000313
表示重组后的接收机伪距偏差，
Figure BDA00037449814400000314
表示重组后的卫星伪距偏差；
所述低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程为：
Figure BDA00037449814400000315
Figure BDA00037449814400000316
其中，下角标L表示低轨导航系统，上角标Ls表示低轨导航系统L中的卫星s。
在本发明的一个实施例中，所述网络端参数包括求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure BDA0003744981440000041
重组后的低轨卫星钟差
Figure BDA0003744981440000042
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000043
以及重组后的低轨卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000044
在j＞2时，所述网络端参数还包括求解出的重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000045
以及重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000046
在本发明的一个实施例中，所述步骤3包括：
根据求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure BDA0003744981440000047
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000048
以及j＞2时重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000049
对GNSS用户端的载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程为：
Figure BDA00037449814400000410
Figure BDA00037449814400000411
根据求解出的重组后的低轨卫星钟差
Figure BDA00037449814400000412
重组后的低轨卫星相位偏差
Figure BDA00037449814400000413
以及j＞2时重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure BDA00037449814400000414
对用户端低轨载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端低轨非差非组合观测方程为：
Figure BDA00037449814400000415
Figure BDA00037449814400000416
其中，下角标u表示用户u，Δxu为用户三维坐标增量，Δτu为用户对流层湿延迟，
Figure BDA00037449814400000417
与
Figure BDA00037449814400000418
分别为包含所有GNSS系统及低轨导航系统可见卫星至接收机的方向向量的矩阵。
在本发明的一个实施例中，所述步骤4包括：
对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程利用最小二乘法求解浮点整周模糊度模式下对应的用户端未知数；
根据整周模糊度浮点解和完整协方差矩阵，固定用户端整周模糊度。
在本发明的一个实施例中，所述步骤5包括：
根据固定的用户端整周模糊度，对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；根据固定整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量；
或利用浮点整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，在利用GNSS系统进行广域PPP-RTK定位时，将低轨导航系统的导航信号融入基于非差非组合观测方程的网络端参数解算以及用户定位的过程中，大幅缩短广域非差非组合PPP-RTK用户定位的收敛时间，加快整周模糊度解算，使广域非差非组合PPP-RTK用户定位精度的收敛不再受限或敏感于原GNSS观测模型强弱，包括GNSS系统的数量，解算整周模糊度与否，以及用户的定位模式。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法的示意图；
图2是本发明实施例提供的GPS单系统与低轨增强GPS下的广域PPP-RTK某用户站在不同方向的定位浮点解的形式精度；
图3是本发明实施例提供的GPS单系统与低轨增强GPS下的广域PPP-RTK某用户站在启用PAR模式下不同方向的的定位形式精度。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
由于低轨卫星的高度远低于位于中高轨的GNSS卫星，速度快，对于地面用户而言测量几何变化快，可显著提高精密单点定位(PPP)的收敛时间。对于需固定整周模糊度，却缺乏高精电离层延迟改正的广域PPP-RTK用户而言，定位收敛时间仍有待提高，低轨增强系统的快速几何变化优势可为其提供可能。基于此，本实施例提供了一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，请参见如图1所示的一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法的示意图，如图所示，本实施例的方法，包括：
步骤1：建立GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程，将低轨导航系统的导航信号融入至非差非组合PPP-RTK网络端观测方程中，得到低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程；
具体地，根据GNSS系统的原始观测数据，得到GNSS系统的非差非组合观测方程，根据S-system理论对非差非组合观测方程中的原始参数进行重组，以消除秩亏，得到基于求解参数的观测方程，也就是GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程。
其中，原始参数包括：天顶对流层湿延迟Δτr，接收机钟差dtr，卫星钟差dtGs，L1频段上的电离层延迟
Figure BDA0003744981440000071
接收机伪距偏差dr，j，G，接收机相位偏差δr，j，G，卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000072
卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000073
整周模糊度
Figure BDA0003744981440000074
其中，下角标r，j，G分别代表接收机r，频率j，以及GNSS系统G，上角标Gs代表系统G里的卫星s，进行重组后的参数在原参数上添加～以示区别。
在本实施例中，GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程，即GNSS系统载波相位与伪距的观测值与计算值之差(Observed-Minus-Computed term，O-C项)表达式为：
Figure BDA0003744981440000075
Figure BDA0003744981440000076
其中，E(·)表示期待值，
Figure BDA0003744981440000077
表示系统载波相位观测值与计算值之差Observed-minus-Computed term，O-C项)，
Figure BDA0003744981440000078
表示系统伪距观测值与计算值之差(O-C项)，
Figure BDA0003744981440000079
将天顶对流层湿延迟投影到信号方向，
Figure BDA00037449814400000710
fj表示G系统内所使用到的第j个频率，λj表示其相应波长，
Figure BDA00037449814400000711
表示重组后的接收机钟差，
Figure BDA0003744981440000081
表示重组后的卫星钟差，
Figure BDA0003744981440000082
表示重组后的L1频段上的电离层延迟，
Figure BDA0003744981440000083
表示重组后的接收机相位偏差，
Figure BDA0003744981440000084
表示重组后的卫星相位偏差，
Figure BDA0003744981440000085
表示重组后的整周模糊度，
Figure BDA0003744981440000086
表示重组后的接收机伪距偏差，
Figure BDA0003744981440000087
表示重组后的卫星伪距偏差。
需要说明的是，天顶对流层湿延迟Δτr不进行重组变形，重组后的接收机钟差
Figure BDA0003744981440000088
因包含部分硬件延迟，出现下角标G，以表示对各系统分别求解。
重组变形后参数的具体形态与对参数所施加的约束(如硬件延迟是否添加时间约束)有关，在此处不再详述。在卫星与接收机均添加时间约束的情况下，为消除秩亏，dt1，G(ti)，d1，j，G(t1)，δ1，j，G(ti)，
Figure BDA0003744981440000089
dr≠1，j＝1，2，G(t1)，
Figure BDA00037449814400000810
充当S-basis参数，不进行求解。其中，下角标j＝1，2指该系统中的前两个频段。
进一步地，在上述观测方程中融入多频低轨导航信号，得到低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程，该低轨导航系统载波相位与伪距的O-C项可表达为：
Figure BDA00037449814400000811
Figure BDA00037449814400000812
其中，下角标L表示低轨导航系统，上角标Ls表示低轨导航系统L中的卫星s。需要说明的是，角标G与角标L用于区分GNSS系统和低轨导航系统。
在本实施例中，由等式(1)-(4)可见，将低轨导航系统的导航信号(即，低轨观测值)融入非差非组合PPP-RTK网络端观测方程解算后，天顶对流层湿延迟Δτr为低轨导航系统与GNSS系统共同求解参数，它建立了其它低轨相关参数与GNSS相关参数的相关性，使得低轨融入GNSS网络端的PPP-RTK求解区别于各自分别求解。
步骤2：求解得到GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程以及低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程对应的网络端参数；
在本实施例中，网络端参数包括求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure BDA0003744981440000091
重组后的低轨卫星钟差
Figure BDA0003744981440000092
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000093
以及重组后的低轨卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000094
在j＞2时，该网络端参数还包括求解出的重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000095
以及重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000096
具体地，对网络端参数的求解进行具体说明如下：
首先，根据等式(1)-(4)，考虑对参数(包括天顶对流层湿延迟，以及卫星和接收机硬件偏差，整周模糊度)施加的相应时间约束，利用最小二乘法，首先求解浮点整周模糊度模式下的PPP-RTK网络端参数。基于对参数的时间约束，依据顺序最小二乘法将上一历元求得的相关参数
Figure BDA0003744981440000097
更新为
Figure BDA0003744981440000098
表达式如下：
Figure BDA0003744981440000099
Figure BDA00037449814400000910
其中，
Figure BDA00037449814400000911
表示
Figure BDA00037449814400000912
的协方差矩阵，
Figure BDA00037449814400000913
表示
Figure BDA00037449814400000914
的协方差矩阵，SX表示两历元间的系统噪音。
需要说明的是，
Figure BDA00037449814400000915
既包含GNSS系统的相关参数，也包含低轨导航系统的相关参数。
进一步地，根据等式(1)-(6)，为GNSS系统与低轨导航系统的观测值设定仰角相关噪音，利用最小二乘法解算浮点整周模糊度模式下的网络参数。根据GNSS系统与低轨导航系统对应的整周模糊度的浮点解及其协方差矩阵，依据LAMBDA算法，在相应系统内将整周模糊度浮点解进行线性变化去相关，解算得到整数值，再转回其之前的形态
Figure BDA00037449814400000916
即，固定GNSS系统与低轨导航系统的整周模糊度。在本实施例中，采用部分整周模糊度解算方式(PAR)对整周模糊度进行解算，有助于在系统无法全解整周模糊度时先解算一部分，从而加快收敛速度。
进一步地，固定整周模糊度后，由网络端提供给用户网络端参数以实现用户端的整周模糊度解算及高精度定位。
步骤3：根据网络端参数对对应的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；
具体地，步骤3包括：
根据求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure BDA0003744981440000101
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000102
以及j＞2时重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000103
对GNSS用户端的载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程为：
Figure BDA0003744981440000104
Figure BDA0003744981440000105
根据求解出的重组后的低轨卫星钟差
Figure BDA0003744981440000106
重组后的低轨卫星相位偏差
Figure BDA0003744981440000107
以及j＞2时重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure BDA0003744981440000108
对用户端低轨载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端低轨非差非组合观测方程为：
Figure BDA0003744981440000109
Figure BDA00037449814400001010
其中，下角标u表示用户u，Δxu为用户三维坐标增量，Δτu为用户对流层湿延迟，
Figure BDA0003744981440000111
和
Figure BDA0003744981440000112
分别为包含所有GNSS系统与低轨导航系统的可见卫星至接收机的方向向量的矩阵。
步骤4：对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行求解，固定用户端整周模糊度；
在本实施例中，可根据等式(7)-(10)，同时利用对接收机硬件延迟、整周模糊度等参数的时间约束(见等式(5)-(6))，通过最小二乘法求解浮点整周模糊度模式下的用户解。由等式(7)-(10)可见，用户坐标增量Δxu以及用户对流层湿延迟Δτu为GNSS与低轨观测值共同参与求解的参数，那么，低轨星座快速几何变换的优势，将作用于定位结果上。
具体地，步骤4包括：
对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程利用最小二乘法求解浮点整周模糊度模式下对应的用户端未知数；
根据整周模糊度浮点解和完整的协方差矩阵，固定用户端整周模糊度。
在实施例中，根据求解得到的用户端所有GNSS系统及低轨导航系统的整周模糊度浮点解
Figure BDA0003744981440000113
和
Figure BDA0003744981440000114
利用完整协方差矩阵(即，所有整周模糊度参数包含斜对角元素的协方差矩阵)
Figure BDA0003744981440000115
通过LAMBDA算法及部分整周模糊度(PAR)解算方式，固定用户端整周模糊度。
需要说明的是，在此处的完整协方差矩阵
Figure BDA0003744981440000116
不再区分GNSS系统及低轨导航系统，以考虑GNSS系统及低轨导航系统的整周模糊度之间的相关性。
步骤5：在固定用户端整周模糊度的模式下或浮点整周模糊度模式下实现PPP-RTK用户定位。
具体地，步骤5包括：
根据固定的用户端整周模糊度，对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；根据固定整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量。
在本实施例中，在等式(7)-(10)的O-C项中改正所有固定的GNSS系统及低轨导航系统的整周模糊度，考虑剩余参数中的时间约束(见等式(5)-(6))，以最小二乘法求解用户三维坐标增量Δxu实现用户定位。
在其他实施例中，用户也可选择不进行整周模糊度的固定，仅求解浮点整周模糊度模式下的三维坐标，即，利用浮点整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量。
本实施例的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，在利用GNSS系统进行广域PPP-RTK定位时，将低轨导航系统的导航信号融入基于非差非组合观测方程的网络端参数解算以及用户定位的过程中。大幅缩短广域非差非组合PPP-RTK用户定位的收敛时间，加快整周模糊度解算，使广域非差非组合PPP-RTK用户定位精度的收敛不再受限或敏感于原GNSS观测模型强弱，包括GNSS系统的数量，解算整周模糊度与否，以及用户的定位模式。
相比于传统广域非差非组合PPP-RTK定位中，仅使用测量几何变化缓慢的GNSS卫星，在不使用网络端的电离层延迟改正的情况下，收敛时间较长，本实施例的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，将低轨导航系统的导航信号融入网络端及用户端的解算后，可以加快收敛，加快整周模糊度解算，使得广域PPP-RTK用户在不使用电离层延迟改正的情况下，增强模型强度，大幅提高收敛速度，使用户定位精度的收敛时间大幅缩短，从而实现广域PPP-RTK用户的快速高精定位。
实施例二
本实施例通过实验对本实施例一的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法的效果进行说明。
使用分布于中国中部到东部范围至上千千米的20余个参考站作为地面站网，以及150颗低轨卫星为例，利用法国国家空间中心(CNES)提供的2022年2月1日的实时GPS轨道，仿真低轨轨道并叠加亚分米至分米级的轨道误差，在网络端产品收敛3小时后，对某用户站进行动态定位，采样间隔为30秒。
请参见图2，图2中展示的是该用户站在仅使用双频L1/L2 GPS信号，以及使用GPS及仿真双频L1/L5低轨导航信号时的动态浮点定位解的形式精度，其中，(a)图为在东方向，(b)图为在北方向，(c)图为在高程方向。从图中可以看出，GPS定位浮点解的形式精度在低轨增强的辅助下大幅缩短了收敛时间，尤其是在收敛较慢的东方向和高程方向。在有低轨增强的情况下，三个方向浮点解的形式精度均在约5分钟内收敛至5厘米。浮点解的加速收敛也将有助于整周模糊度的快速解算。
在启用部分整周模糊度解算策略(PAR)后，该用户站的动态定位形式精度如图3所示，其中，(a)图为在东方向，(b)图为在北方向，(c)图为在高程方向。如上所述，低轨增强GPS浮点解的加速收敛有助于加速整周模糊度的固定，从而使整周模糊度固定解在更快时间内收敛至高精度。在此例中，东方向、北方向以及高程方向在启用PAR模式下定位精度在3分钟，1.5分钟以及3.5分钟内收敛至5厘米，相比于GPS单系统的收敛速度，得到了显著的改善。低轨增强系统的加入增强了观测模型，缩短收敛时间，使用户定位精度的收敛不再受限于原本所使用的GNSS系统数目、用户的定位模式(动态/静态)、甚至解算整周模糊度与否。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，包括：
步骤1：建立GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程，将低轨导航系统的导航信号融入至所述非差非组合PPP-RTK网络端观测方程中，得到低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程；
步骤2：求解得到所述GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程以及所述低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程对应的网络端参数；
步骤3：根据所述网络端参数对对应的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；
步骤4：对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行求解，固定用户端整周模糊度；
步骤5：在固定用户端整周模糊度的模式下或浮点整周模糊度模式下实现PPP-RTK用户定位。
2.根据权利要求1所述的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，
所述GNSS系统的非差非组合PPP-RTK网络端观测方程为：
Figure FDA0003744981430000011
Figure FDA0003744981430000012
其中，下角标r，j，G分别表示接收机r，频率j，以及GNSS系统G，上角标Gs代表系统G中的卫星s，～表示为消除秩亏对原始参数进行重组后的参数，E(·)表示期待值，
Figure FDA0003744981430000021
表示系统载波相位观测值与计算值之差，
Figure FDA0003744981430000022
表示系统伪距观测值与计算值之差，
Figure FDA0003744981430000023
将天顶对流层湿延迟投影到信号方向，Δτr表示天顶对流层湿延迟，
Figure FDA0003744981430000024
表示重组后的接收机钟差，
Figure FDA0003744981430000025
表示重组后的卫星钟差，
Figure FDA0003744981430000026
fj表示G系统内所使用到的第j个频率，λj表示其相应波长，
Figure FDA0003744981430000027
表示重组后的L1频段上的电离层延迟，
Figure FDA0003744981430000028
表示重组后的接收机相位偏差，
Figure FDA0003744981430000029
表示重组后的卫星相位偏差，
Figure FDA00037449814300000210
表示重组后的整周模糊度，
Figure FDA00037449814300000211
表示重组后的接收机伪距偏差，
Figure FDA00037449814300000212
表示重组后的卫星伪距偏差；
所述低轨融入PPP-RTK网络端非差非组合观测方程为：
Figure FDA00037449814300000213
Figure FDA00037449814300000214
其中，下角标L表示低轨导航系统，上角标Ls表示低轨导航系统L中的卫星s。
3.根据权利要求2所述的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，所述网络端参数包括求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure FDA00037449814300000215
重组后的低轨卫星钟差
Figure FDA00037449814300000216
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure FDA00037449814300000217
以及重组后的低轨卫星相位偏差
Figure FDA00037449814300000218
在j＞2时，所述网络端参数还包括求解出的重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure FDA00037449814300000219
以及重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure FDA00037449814300000220
4.根据权利要求3所述的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
根据求解出的重组后的GNSS卫星钟差
Figure FDA00037449814300000221
重组后的GNSS卫星相位偏差
Figure FDA0003744981430000031
以及j＞2时重组后的GNSS卫星伪距偏差
Figure FDA0003744981430000032
对GNSS用户端的载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程为：
Figure FDA0003744981430000033
Figure FDA0003744981430000034
根据求解出的重组后的低轨卫星钟差
Figure FDA0003744981430000035
重组后的低轨卫星相位偏差
Figure FDA0003744981430000036
以及j＞2时重组后的低轨卫星伪距偏差
Figure FDA0003744981430000037
对用户端低轨载波相位和伪距O-C项进行改正，得到改正后的用户端低轨非差非组合观测方程为：
Figure FDA0003744981430000038
Figure FDA0003744981430000039
其中，下角标u表示用户u,Δxu为用户三维坐标增量，Δτu为用户对流层湿延迟，
Figure FDA00037449814300000310
与
Figure FDA00037449814300000311
分别为包含所有GNSS系统及低轨导航系统可见卫星至接收机的方向向量的矩阵。
5.根据权利要求4所述的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程利用最小二乘法求解浮点整周模糊度模式下对应的用户端未知数；
根据整周模糊度浮点解和完整协方差矩阵，固定用户端整周模糊度。
6.根据权利要求5所述的通过低轨增强缩短广域非差非组合PPP-RTK定位收敛时间的方法，其特征在于，所述步骤5包括：
根据固定的用户端整周模糊度，对改正后的用户端GNSS非差非组合观测方程和改正后的用户端低轨非差非组合观测方程进行改正；根据固定整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量；
或利用浮点整周模糊度模式下的用户端GNSS非差非组合观测方程和用户端低轨非差非组合观测方程，利用最小二乘法求解得到用户三维坐标增量。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116068598B (zh) * 2023-04-06 2023-07-21 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 一种广域分布式非差非组合ppp-rtk定位方法
CN116774266B (zh) * 2023-08-23 2024-04-12 北京理工大学 一种基于rtk-ppp技术的大坝形变检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108415050A (zh) * 2018-06-04 2018-08-17 北京未来导航科技有限公司 一种基于低轨星座导航增强系统的ppp-rtk定位方法
AU2020101276A4 (en) * 2020-01-23 2020-08-13 Yongchao Wang Systems and methods for processing GNSS data streams for determination of hardware and atmosphere-delays
CN112014860A (zh) * 2020-07-20 2020-12-01 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于北斗ppp-rtk的低轨卫星时空基准建立方法
CN114355420A (zh) * 2021-12-15 2022-04-15 中国科学院国家授时中心 一种分布式北斗位置服务中心ppp产品定位方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108415050A (zh) * 2018-06-04 2018-08-17 北京未来导航科技有限公司 一种基于低轨星座导航增强系统的ppp-rtk定位方法
AU2020101276A4 (en) * 2020-01-23 2020-08-13 Yongchao Wang Systems and methods for processing GNSS data streams for determination of hardware and atmosphere-delays
CN112014860A (zh) * 2020-07-20 2020-12-01 中国科学院空天信息创新研究院 一种基于北斗ppp-rtk的低轨卫星时空基准建立方法
CN114355420A (zh) * 2021-12-15 2022-04-15 中国科学院国家授时中心 一种分布式北斗位置服务中心ppp产品定位方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Multi-GNSS PPP-RTK：From Large-to-Small-Scale Networks";Nandakumaran Nadarajah et al.;《SENSORS》;20180403;全文 *
Kan Wang et al.."Integrity Monitoring of PPP-RTK positioning *
Part Ⅱ: LEO Augmentation".《REMOTE SENSING》.2022,全文. *

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