CN115113234A - 改进的电离层格网产品的生成方法、终端及可读存储介质 - Google Patents

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CN115113234A CN202210716851.0A CN202210716851A CN115113234A CN 115113234 A CN115113234 A CN 115113234A CN 202210716851 A CN202210716851 A CN 202210716851A CN 115113234 A CN115113234 A CN 115113234A
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赵亮
陈星宇
郭文轩
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Geely Maijie Investment Co ltd
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    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • 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
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
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Abstract

本申请提供了一种改进的电离层格网产品的生成方法，包括：实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品；根据相位偏差产品在参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息；根据第一精度信息对斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合；若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。通过本申请的方法能生成高精度、高连续性、高可靠性的斜路径电离层格网产品。

Description

改进的电离层格网产品的生成方法、终端及可读存储介质
技术领域
本发明涉及卫星电子系统技术领域，尤其涉及一种改进的电离层格网产品的生成方法、终端及可读存储介质。
背景技术
电磁波信号在穿过电离层时，其传播速度与路径会发生变化，这种偏差我们称之为电离层延迟，其延迟的大小主要取决于电离层中电子密度和信号频率，对GPS测量来讲，这种偏差在天顶方向可达十几米，在高度角为5度时可超过50米，是GPS数据处理中最为主要的误差源。为了消除或削弱电离层延迟的影响，通常可以采用电离层延迟改正模型如克罗布歇模型、电离层格网模型等，此外，还可以采用双频改正的方法，通过对观测值进行线性组合来消除电离层延迟误差或者将电离层延迟作为参数进行估计。作为目前国际卫星导航领域热点研究方向，PPP-RTK技术融合了精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)和网络动态差分定位(Network Real-time Kinematic,NRTK)两种定位技术的优势，其主要思想是利用地面区域参考站网，在实现逐站PPP模糊度固定的基础上，提取对流层延迟、电离层延迟等大气增强改正数并进行建模，用户即可根据测站位置获取相应的区域大气改正数，在大气改正数的辅助下实现快速模糊度固定，在瞬时或数秒内获得厘米级定位结果。
现有技术中的格网产品的生成方法，在参考站较稠密、区域较小、中高纬度等地区，具备较强的适应性，可以为区域用户提供高精度电离层延迟产品。但在覆盖范围广、参考站稀疏的区域，或者是电离层异常活跃的低纬区域，无法准确表征每个格网点电离层延迟的残余部分，同时也缺乏相应的精度信息用以辅助用户PPP-RTK定位。在进行格网建模之前，也缺乏粗差卫星的探测与排除，导致格网产品的精度以及可靠性下降。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种改进的电离层格网产品的生成方法、终端及可读存储介质，能生成高精度、高连续性、高可靠性的斜路径电离层格网产品。
本申请提供了一种改进的电离层格网产品的生成方法，包括：
实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品；
根据所述相位偏差产品在所述参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息；
根据所述第一精度信息对所述斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合；
若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。
可选地，所述根据所述相位偏差产品在所述参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息，包括：
根据所述相位偏差产品在所述参考站进行PPP部分模糊度固定；
根据固定结果剔除不符合预设筛选条件的粗差卫星和/或测站；
若固定结果满足所述预设筛选条件，则提取所述参考站中各卫星的斜路径电离层延迟；
根据所述固定结果确定所述斜路径电离层延迟的第一精度信息。
可选地，所述预设筛选条件，包括以下至少一项：
不能正常固定；
正常固定后得到的定位信息的精度值不满足预设阈值；
正常固定后得到的定位信息的精度值满足预设阈值，且卫星不满足预设条件。
可选地，所述提取所述参考站中各卫星的斜路径电离层延迟之后，还包括：
根据卫星历元间电离层延迟变化量确定参考站卫星在定位解算和电离层提取时引入粗差值；
剔除所述粗差值。
可选地，所述根据所述第一精度信息对所述斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合，包括：
根据所述第一精度信息对测站设置不同的权比；
根据所述权比对各卫星的斜路径电离层延迟进行多项式拟合。
可选地，所述预设条件，包括：
验后残差小于或等于4倍中误差；
所述方法，还包括：
若验后残差大于4倍中误差，则剔除对应的测站之后继续拟合，直至拟合结果满足预设条件。
可选地，所述计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，包括：
根据就近原则将拟合后的斜路径电离层延迟的残余部分分配至对应的格网点，并根据误差传播定律获取所述格网点的第二精度信息；
对所述残余部分进行多项式拟合，得到所述格网点上的电离层残差值。
可选地，所述方法，还包括：
发送所述电离层残差值和所述第二精度信息给用户。
本申请还提供一种终端，包括：存储器、处理器，其中，存储器上存储有电离层格网产品的生成程序，电离层格网产品的生成程序被处理器执行时实现如上所述的改进的电离层格网产品的生成方法的步骤。
本申请还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令；计算机程序指令被处理器执行时实现如上所述的改进的电离层格网产品的生成方法。
综上所述，本发明提供的改进的电离层格网产品的生成方法、终端及可读存储介质，生成方法包括：实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品；根据相位偏差产品在参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息；根据第一精度信息对斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合；若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。通过本申请的方法能生成高精度、高连续性、高可靠性的斜路径电离层格网产品。
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为根据本发明实施例示出的电离层格网产品的生成方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例示出的电离层格网产品的生成方法的具体流程示意图。
具体实施方式
为更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，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
图1为根据本发明实施例示出的改进的电离层格网产品的生成方法的流程示意图。图2为根据本发明实施例示出的电离层格网产品的生成方法的具体流程示意图。请参考图1和图2，本发明实施例提供了一种改进的电离层格网产品的生成方法，包括：
步骤201，实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品。
为了实现PPP-RTK，关键在于为用户提供高精度、高连续性、高可靠性的区域对流层和电离层改正数。其中，由于电离层延迟受色散效应、设备硬件延迟的影响，需要对每颗卫星进行单独处理，同时在一定区域范围内相同卫星的斜路径电离层延迟具有较强的时空相关性，因此可以采用格网化的方式对斜路径电离层延迟进行建模。针对如何提升斜路径电离层格网产品的精度以及可靠性，运营商可以通过将大区域划分为小区域，在测站稀疏地区、低纬度地区加密大量测站来提升。但这种方案会带来运营成本的几何式增长，包括大量建站成本、后期维护成本。同时，该方法也存在缺乏粗差卫星的探测与剔除、无法为用户同时提供格网点电离层延迟值与相应精度信息的弊端，因此该方法对于商业运营而言并不可取。
为解决上述问题，在本申请实施例中，首先根据实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品，包括实时轨道、钟差、UPD(Uncalibrated Phase Delay，非校正相位延迟)产品等等。其中，UPD产品又称相位小数偏差，在PPP解算过程中，相位模糊度会吸收各种各样的偏差，导致相位模糊度失去整数特性，只能当作浮点数估计，限制了PPP性能的进一步提升。为了解决这一问题，可以首先精确估计得到UPD产品，然后利用UPD产品恢复模糊度整数特性。
步骤202，根据相位偏差产品在参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息。
本实施例中，根据获取的相位偏差产品在参考站进行PPP部分模糊度固定，根据固定结果剔除不符合预设筛选条件的粗差卫星。其中，预设筛选条件可以是：若固定结果为不能正常固定或正常固定后得到的定位信息的精度值不满足预设阈值，则剔除对应的测站。例如，对于无法固定的测站，或者，固定后定位精度大于水平方向10cm和/或大于高程方向15cm的测站进行剔除，不进行后续步骤。预设条件还可以是：正常固定后得到的定位信息的精度值满足预设阈值，且卫星不满足预设条件。例如，对于可以正常固定并通过定位精度检验的参考站，逐卫星进行检查，剔除高度角低于12°、连续观测时间低于5min的卫星。通过在电离层延迟格网建模前预先进行粗差卫星的探测与剔除，抑制粗差卫星对斜路径电离层格网产品的影响。
若固定结果满足预设筛选条件，则提取参考站中各卫星的斜路径电离层延迟，并根据固定结果确定斜路径电离层延迟的第一精度信息。提取参考站中各卫星的斜路径电离层延迟之后，还包括：
根据卫星历元间电离层延迟变化量确定参考站卫星在定位解算和电离层提取时引入粗差值；
剔除粗差值。
具体地，通过计算卫星历元间电离层延迟变化量判断某站某卫星是否在定位解算和电离层延迟提取时引入了粗差，剔除粗差值，判断是否引入粗差的阈值取决于格网产品采样间隔的大小。需要注意的是，参考站在进行PPP部分模糊度固定时，由于参考星的更换会引起该站提取的电离层延迟相比前一历元发生整体跳变，应在剔除均值偏差后再进行粗差值的判定与剔除。
需要说明的是，提取各参考站中各卫星的斜路径电离层延迟的表达式(1.1)为：
Figure BDA0003709917090000061
式中，s表示卫星；r表示测站(即接收机)；WL、NL表示宽巷、窄巷组合；λ、γ分别为波长、电离层映射因子，其中
Figure BDA0003709917090000062
分别为频率1、2上包含接收机和卫星端硬件延迟影响的实数模糊度，
Figure BDA0003709917090000063
Figure BDA0003709917090000064
则表示不包含接收机和卫星端硬件延迟影响的相应形式的实数(或整周)模糊度；br、bs分别表示接收机、卫星端的硬件延迟；I表示频率1上的斜路径电离层延迟。
在参考站PPP模糊度固定后，可获得精度较高的非差整周宽巷模糊度和非差整周窄巷模糊度，根据(1.1)式即可实现高精度斜路径电离层延迟的提取。随后，即可利用多项式拟合以及残差信息拟合生成反映电离层延迟时空特性的格网产品。选取区域中心点，根据测站与区域中心点的经纬度关系列立多项式(1.2)：
I＝C00+C01(lat-lat0)+C10(lon-lon0)+C11(lat-lat0)(lon-lon0)
上式中，lon、lat分别为建模测站的经纬度，lon0、lat0分别为区域中心点的经纬度，C00、C01、C10、C11为模型系数。多项式模型中斜路径电离层的残余部分进行格网化建模。对于某颗卫星，可以根据每个格网点的位置和所有可观测到该卫星的参考站的位置，利用反距离加权内插的方法获得每个格网点的电离层残差。
可选地，在剔除某些测站可能存在粗差的卫星后，需要先确定每个站提取的斜路径电离层的精度信息，再进行区域的格网建模。由式(1.1)可知，利用相位观测值提取斜路径电离层延迟的关键是准确求解模糊度参数，因此根据PPP部分模糊度固定后宽巷/窄巷模糊度小数部分来设定斜路径电离层延迟的第一精度信息，以生成更能准确表征区域电离层延迟时空分布特性、精度更高的格网产品。第一精度信息的具体规则如下：
Figure BDA0003709917090000071
式中，1)和2)针对窄巷固定的测站，1)适用于参与窄巷固定的卫星，2)适用于参与宽巷固定但不参与窄巷固定的卫星；3)针对宽巷固定的测站，适用于没有参与宽巷固定的卫星。
步骤203，根据第一精度信息对斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合。
本实施例中，根据第一精度信息对测站设置不同的权比；
根据权比对各卫星的斜路径电离层延迟进行多项式拟合。
具体地，利用区域参考站逐卫星拟合电离层延迟的多项式系数，不再将参与多项式系数拟合的测站等权处理，而是根据斜路径电离层延迟的第一精度信息设立不同权比。再剔除验后残差超过4倍中误差的测站，迭代进行多项式系数的拟合，直至满足预设条件。预设条件包括：验后残差小于或等于4倍中误差。若验后残差大于4倍中误差，则剔除对应的测站之后继续拟合，直至拟合结果满足预设条件。
步骤204，若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。
可选地，计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，包括：
根据就近原则将拟合后的斜路径电离层延迟的残余部分分配至对应的格网点，并根据误差传播定律获取格网点的第二精度信息；
对残余部分进行多项式拟合，得到格网点上的电离层残差值；
发送电离层残差值和第二精度信息给用户。
本实施例中，对于多项式系数拟合后参考站上斜路径电离层延迟的残余部分，则采用就近原则分配到格网点上，并通过误差传播定律获得相应格网点的第二精度信息。需要说明的是，在统计学上，由于变量含有误差，而使函数受其影响也含有误差，称之为误差传播。阐述这种关系的定律称为误差传播定律。误差传播定律是指阐述观测值中误差与观测值函数中误差之间关系的定律。误差传播定律包括线性函数的误差传播定律、非线性函数的误差传播定律。
在一定距离范围内(如200km)按照与该格网点的距离从近至远依次寻找建模采用的局域网测站。找到满足条件的至少3个测站(至多5个站)，即可采用如下多项式模型拟合得到该格网点上某卫星对应的电离层延迟残余部分。
ΔI＝B00+B01(lat-lat0)+B10(Lon-lon0) (1.4)
上式中，B00、B01和B10为多项式模型系数，lon0和lat0为待建模格网点的经纬度，建模完成后B00即为该格网点上的电离层残差值。下面通过实例给出格网点的第二精度信息获取的方法，不妨设某卫星在某个格网点上共有3个站参与拟合电离层残差，可列立如下方程：
V＝HX-l (1.5)
其中，系数阵H、权阵P可分别表示为(1.6)：
Figure BDA0003709917090000091
对该方程进行最小二乘解算，多项式模型X可表示为
X＝(HTPH)-1(HTPl) (1.7)
设Nbb＝(HTPH)-1，则该卫星在该格网点上的精度信息可表示为Nbb(1,1)。随后将格网点的电离层残差值与对应的第二精度信息一同播发出去，为用户提供每颗卫星、每个格网点电离层残差的精度信息，用户可以灵活地根据精度信息更精确地利用格网产品，辅助定位。
本发明实施例的改进的电离层格网产品的生成方法，包括：实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品；根据相位偏差产品在参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息；根据第一精度信息对斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合；若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。通过本申请的方法能生成高精度、高连续性、高可靠性的斜路径电离层格网产品。
本实施例执行上述方法步骤的具体过程，详见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。
本申请还提供一种终端，包括：存储器、处理器，其中，存储器上存储有电离层格网产品的生成程序，电离层格网产品的生成程序被处理器执行时实现如上所述的改进的电离层格网产品的生成方法的步骤。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储有计算机程序指令；计算机程序指令被处理器执行时实现如上所述的改进的电离层格网产品的生成方法。
本实施例执行上述方法步骤的具体过程，详见上述实施例的相关描述，在此不再赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种改进的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，包括：
实时获取预设区域内参考站的相位偏差产品；
根据所述相位偏差产品在所述参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息；
根据所述第一精度信息对所述斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合；
若拟合结果满足预设条件，则计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，以输出斜路径电离层格网产品。
2.根据权利要求1所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述根据所述相位偏差产品在所述参考站中提取各卫星的斜路径电离层延迟及对应的第一精度信息，包括：
根据所述相位偏差产品在所述参考站进行PPP部分模糊度固定；
根据固定结果剔除不符合预设筛选条件的粗差卫星和/或测站；
若固定结果满足所述预设筛选条件，则提取所述参考站中各卫星的斜路径电离层延迟；
根据所述固定结果确定所述斜路径电离层延迟的第一精度信息。
3.根据权利要求2所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述预设筛选条件，包括以下至少一项：
不能正常固定；
正常固定后得到的定位信息的精度值不满足预设阈值；
正常固定后得到的定位信息的精度值满足预设阈值，且卫星不满足预设条件。
4.根据权利要求2所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述提取所述参考站中各卫星的斜路径电离层延迟之后，还包括：
根据卫星历元间电离层延迟变化量确定参考站卫星在定位解算和电离层提取时引入粗差值；
剔除所述粗差值。
5.根据权利要求1所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述根据所述第一精度信息对所述斜路径电离层延迟进行多项式迭代拟合，包括：
根据所述第一精度信息对测站设置不同的权比；
根据所述权比对各卫星的斜路径电离层延迟进行多项式拟合。
6.根据权利要求1所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述预设条件，包括：
验后残差小于或等于4倍中误差；
所述方法，还包括：
若验后残差大于4倍中误差，则剔除对应的测站之后继续拟合，直至拟合结果满足预设条件。
7.根据权利要求1所述的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述计算格网点的电离层残差值及对应的第二精度信息，包括：
根据就近原则将拟合后的斜路径电离层延迟的残余部分分配至对应的格网点，并根据误差传播定律获取所述格网点的第二精度信息；
对所述残余部分进行多项式拟合，得到所述格网点上的电离层残差值。
8.根据权利要求7所述的改进的电离层格网产品的生成方法，其特征在于，所述方法，还包括：
发送所述电离层残差值和所述第二精度信息给用户。
9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器，其中，所述存储器上存储有电离层格网产品的生成程序，所述电离层格网产品的生成程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的改进的电离层格网产品的生成方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述可读存储介质被处理器执行时实现如权利要求1-8中的任一项所述的改进的电离层格网产品的生成方法。
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