CN115144878B - 基于ppp的短距离大高差nrtk对流层延迟改正方法 - Google Patents

基于ppp的短距离大高差nrtk对流层延迟改正方法 Download PDF

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CN115144878B CN202210821532.6A CN202210821532A CN115144878B CN 115144878 B CN115144878 B CN 115144878B CN 202210821532 A CN202210821532 A CN 202210821532A CN 115144878 B CN115144878 B CN 115144878B
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Abstract

本发明公开了一种基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法。它包括如下步骤，步骤一：基于实时RTS改正数和广播星历，生成实时精密星历；步骤二：基于基准站、观测站和实时精密星历，采用PPP方法，估计得到实时高精度对流层延迟；步骤三：根据流动站的概略位置，基于多基准站，利用步骤二得到的高精度实时对流层延迟，采用插值或高程归算的方法，得到流动站处的对流层延迟。本发明解决了网络RTK精度低的问题；具有在短距离大高差情形下提高网络RTK精度的优点。

Description

基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法
技术领域
本发明涉及一种基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法。
背景技术
短距离大高差NRTK（netwrok real-time kinematic positioning，网络RTK）中，由于卫星和接收机轨道误差、钟差、电离层误差已通过双差消除或削弱，而大高差环境下，对流层差异较大，因此对流层延迟是主要的误差源；
已有的RTK对流层延迟处理方法有两种：（1）忽略；（2）采用对流层延迟模型改正；如前所述，对流层差异较大，采用忽略的方法只会将对流层延迟残余误差引入观测方程，造成精度较差或无法得到固定解（现有技术在短距离大高差可能无法得到固定解，或得到固定解但精度低于10cm或更差）。采用高精度的对流层延迟模型改正时，可以在一定程度上计算出残余对流层延迟误差，提高定位精度；
对流层延迟模型一般有两种，分别为经验对流层延迟模型和基于实测气象参数的对流层延迟模型；经验对流层延迟模型精度较低，实测气象参数的对流层模型依赖地表实测气象参数；明显地，在没有实测气象观测时，对流层延迟精度较低；
因此，开发一种在没有实测气象观测时、提高对流层延迟精度的短距离大高差网络RTK对流层延迟改正方法很有必要。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，为一种基于PPP(precise point positioning,精密单点定位)的短距离大高差网络RTK对流层延迟改正方法，通过提高对流层延迟精度，在短距离大高差情形下提高网络RTK精度，解决网络RTK精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：基于实时RTS改正数和广播星历，生成实时精密星历；
步骤二：基于基准站、观测站和实时精密星历，采用PPP方法，估计得到实时高精度对流层延迟；
步骤三：根据流动站的概略位置，基于多基准站，利用步骤二得到的高精度实时对流层延迟，采用插值或高程归算的方法，得到流动站处的对流层延迟。
在上述技术方案中，采用PPP方法估计得到实时高精度对流层延迟，具体包括如下步骤：
PPP无电离层组合的相位和伪距观测值方程为：
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（1）
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（3）
上式（1）、（2）、（3）中：P 3 和 L 3 分别为无电离层组合伪距和相位观测值；
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为卫星与测站之间的几何距离；/>
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分别为无电离层相位硬件延迟和无电离层伪距硬件延迟，/>
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为无电离层组合伪距和相位误差；
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（4）
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（7）
上式（5）、（6）、（7）中：P 3 和 L 3 表示无电离层组合的伪距和相位观测值；
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为卫星与 测站之间的几何距离；
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为光速；
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为接收机钟差；
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为对流层延迟；
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无电离层组合模糊度；
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表示接收机的坐标初始值；
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表示卫星i的 坐标；
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为对流层延迟投影函数；
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为接收机坐标改正数；
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为天顶对 流层延迟改正数；
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为无电离层组合硬件延迟；以上符号中，上标表示卫星号，下标为0的均 为该项初始值；
一般对对流层延迟中的静力学延迟和湿延迟分别处理，其中静力学延迟采用模型计算的方法，
静力学延迟通常利用Sasstamonen模型计算
Figure 852953DEST_PATH_IMAGE037
（8）
上式（8）中：p为大气压；h为测站高；
Figure 672004DEST_PATH_IMAGE038
为纬度；
静力学延迟中不准确的部分，大部分会被湿延迟参数吸收。
在上述技术方案中，在步骤三中，采用高程归算方法得到流动站处的对流层延迟，具体包括如下步骤：
利用PPP方法可以得到各站天顶对流层延迟
Figure 700003DEST_PATH_IMAGE039
，一般认为，对流层延迟符合高程归算函数，如
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（9）
上式（9）中：
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为对应的高程；/>
将各基准站天顶对流层延迟
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和高程h代入上式，得到上述式中的常数项
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等待估参数；
任意高程h代入上式，即可得到此高程的天顶对流层延迟。
在上述技术方案中，采用步骤三得到的流动站处的对流层延迟，消除对流层延迟误差，具体包括如下步骤：步骤31：计算虚拟基准站对流层延迟；
步骤32：计算虚拟基准站与基准站之间的双差（斜路径）对流层延迟
Figure 62961DEST_PATH_IMAGE050
；
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（10）
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为卫星k到基准站n的斜路径对流层延迟；
步骤33：计算虚拟基准点处的双差伪距观测值和双差相位观测值：
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步骤35：将虚拟基准站精确坐标和虚拟观测值发送给流动站，流动站即可采用常规RTK定位方法进行定位。
在上述技术方案中，在步骤31中，计算虚拟基准站对流层延迟，包括如下步骤：
首先，以流动站处概略坐标为虚拟基准站坐标；
其次，确定虚拟基准站与基准站之间相对与卫星的双差星站距；
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（13）
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表示卫星s与测站m之间的几何距离；/>
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为双差星站几何距离；
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为卫星s到测站n之间的几何距离；
再次，根据流动站处的高程，根据步骤三确定天顶对流层延迟，并利用映射函数，计算得到斜路径的静力学延迟和湿延迟；利用映射函数计算斜路径静力学延迟的公式为：
Figure 904435DEST_PATH_IMAGE068
（14）
上式（14）中：
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为斜路径静力学延迟和湿延迟；/>
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为天顶静力学延迟和湿延迟。
本发明所述短距离大高差环境是指：距离小于10km，高差大于100m。
本发明具有如下优点：
(1)与经验对流层模型相比，本方法采用PPP方法计算得到对流层延迟改正模型，精度更高；与基于实测气象参数对流层模型改正方法相比，本发明不需要实测气象观测；
(2)网络RTK中，也会对站间对流层延迟进行估计，但估计得到的是相对对流层延迟模型；本方法估计得到的是绝对对流层延迟；绝对对流层延迟更能体现对流层延迟的变化规律（绝对对流层延迟可以反映站点对流层真正的变化，相对对流层延迟只能反映相对于基准站的相对变化；当基准站处本身的对流层延迟变化较大时，现有方法表达精度有限）；
(3)本发明的精度为厘米级，满足正常网络RTK服务的要求，且可以得到固定解；本发明采用PPP方法（采用PPP方法估计网络RTK对流层延迟），无需在基准站安装气象站，节省成本；本发明不需要实测气象参数即可完成短距离大高差网络RTK对流层延迟改正，使用范围广，成本低；由于高程归算模型的建立在服务端，因此本发明在流动站使用。
附图说明
图1为本发明的流程图一；
图2为本发明实施例中某基准站接收机获取到实时精密星历后，进行精密单点定位，得到基准站处对流层延迟的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
本方法提出在短距离大高差网络RTK中，采用PPP方法估计高精度的基准站对流层延迟，进而通过插值或归算的方式得到流动站处高精度的对流层延迟，进而在RTK中进行对流层延迟改正。
参阅附图可知：基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，包括如下步骤，
步骤一：基于实时RTS改正数和广播星历，生成实时精密星历；
步骤二：基于基准站观测站和实时精密星历，采用PPP方法，估计得到实时高精度对流层延迟；
步骤三：根据流动站的概略位置，基于多基准站，利用步骤二得到的高精度实时对流层延迟，采用插值或高程归算的方法，得到流动站处的对流层延迟。
进一步地，采用PPP方法估计得到实时高精度对流层延迟，具体包括如下步骤：
PPP无电离层组合的相位和伪距观测值方程为：
Figure 690754DEST_PATH_IMAGE001
（1）
Figure 913925DEST_PATH_IMAGE002
（2）
其中，
Figure 588620DEST_PATH_IMAGE075
（3）
上式（1）、（2）、（3）中：P 3 和 L 3 分别为无电离层组合伪距和相位观测值；
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为卫星与 测站之间的几何距离；
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无电离层组合模糊度；
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为无电离层组合硬件延迟；以上符号中，上标表示卫星号，下标为0的均 为该项初始值；
一般对对流层延迟中的静力学延迟和湿延迟分别处理，其中静力学延迟采用模型计算的方法，
静力学延迟通常利用Sasstamonen模型计算
Figure 266125DEST_PATH_IMAGE037
（8）
上式（8）中：p为大气压；h为测站高；
Figure 547065DEST_PATH_IMAGE038
为纬度；
湿延迟采用估计的方法为现有技术；本发明通过湿延迟采用估计的方法估计得到的湿延迟精确高，用于步骤三中；
静力学延迟中不准确的部分，大部分会被湿延迟参数吸收。
进一步地，在步骤三中，采用高程归算方法得到流动站处的对流层延迟，具体包括如下步骤：
利用PPP方法可以得到各站天顶对流层延迟
Figure 454978DEST_PATH_IMAGE088
，一般认为，对流层延迟符合高程归算函数，如
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进一步地，流动站采用步骤三得到的流动站处的对流层延迟，消除对流层延迟误差，具体包括如下步骤： 步骤31：计算虚拟基准站对流层延迟；
步骤32：计算虚拟基准站与基准站之间的双差（斜路径）对流层延迟
Figure 910209DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure 698036DEST_PATH_IMAGE051
（10）
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进一步地，在步骤31中，计算虚拟基准站对流层延迟，包括如下步骤：
首先，以流动站处概略坐标为虚拟基准站坐标；
其次，确定虚拟基准站与基准站之间相对与卫星的双差星站距；
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和/>
Figure 627438DEST_PATH_IMAGE074
为天顶静力学延迟和湿延迟。
实施例
现以本发明试用于某基准站进行短距离大高差网络RTK对流层延迟改正为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它短距离大高差网络RTK对流层延迟改正同样具有指导作用。
如图2所示，某基准站接收机获取到实时精密星历后，进行精密单点定位（PPP），得到基准站处对流层延迟；获取到各基准站对流层延迟后，采用插值或高程拟合，可以达到流动站附近的对流层延迟，进而生成短距离大高差情形下的高精度网络RTK；本实施例中，网络RTK的精度为厘米级，满足正常网络RTK服务的要求，且可以得到固定解；本实施例无需在基准站安装气象站。
其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (4)

1.基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：基于实时RTS改正数和广播星历，生成实时精密星历；
步骤二：基于基准站、观测站和实时精密星历，采用PPP方法，估计得到实时高精度对流层延迟；
采用PPP方法估计得到实时高精度对流层延迟，具体包括如下步骤：
PPP无电离层组合的相位和伪距观测值方程为：
Figure QLYQS_1
（1）
Figure QLYQS_2
（2）
其中，
Figure QLYQS_3
（3）
上式（1）、（2）、（3）中：P 3 和L 3 分别为无电离层组合伪距和相位观测值；
Figure QLYQS_13
为卫星与测站之间的几何距离；/>
Figure QLYQS_7
和/>
Figure QLYQS_21
分别为接收机和卫星钟差；/>
Figure QLYQS_8
为对流层延迟；/>
Figure QLYQS_15
和/>
Figure QLYQS_11
分别为宽巷和窄巷波长；/>
Figure QLYQS_16
和/>
Figure QLYQS_10
分别为无电离层相位硬件延迟和无电离层伪距硬件延迟；/>
Figure QLYQS_18
为光速；/>
Figure QLYQS_4
和/>
Figure QLYQS_14
分别为两个波段对应的频率值；/>
Figure QLYQS_9
和/>
Figure QLYQS_20
为两个频率码硬件延迟；
Figure QLYQS_12
和/>
Figure QLYQS_17
为两个频率对应的波长；/>
Figure QLYQS_5
为无电离层组合模糊度参数；/>
Figure QLYQS_19
和/>
Figure QLYQS_6
为无电离层组合伪距和相位误差；
线性化后对应的误差方程为
Figure QLYQS_22
（4）
其中，
Figure QLYQS_23
（5）/>
Figure QLYQS_24
（6）
Figure QLYQS_25
（7）
上式（5）、（6）、（7）中：P 3 和L 3 表示无电离层组合的伪距和相位观测值；
Figure QLYQS_28
为卫星与测站之间的几何距离；/>
Figure QLYQS_31
为光速；/>
Figure QLYQS_34
为接收机钟差；/>
Figure QLYQS_29
为对流层延迟；/>
Figure QLYQS_32
为窄项波长；/>
Figure QLYQS_35
无电离层组合模糊度；/>
Figure QLYQS_37
表示接收机的坐标初始值；/>
Figure QLYQS_26
表示卫星i的坐标；
Figure QLYQS_30
为对流层延迟投影函数；/>
Figure QLYQS_33
为接收机坐标改正数；/>
Figure QLYQS_36
为天顶对流层延迟改正数；/>
Figure QLYQS_27
为无电离层组合硬件延迟；以上符号中，上标表示卫星号，下标为0的均为该项初始值；
对对流层延迟中的静力学延迟和湿延迟分别处理，其中静力学延迟采用模型计算的方法，
静力学延迟利用Sasstamonen模型计算：
Figure QLYQS_38
（8）
上式（8）中：p为大气压；h为测站高；
Figure QLYQS_39
为纬度；
步骤三：根据流动站的概略位置，基于多基准站，利用步骤二得到的高精度实时对流层延迟，采用插值或高程归算的方法，得到流动站处的对流层延迟。
2.根据权利要求1所述的基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，其特征在于：在步骤三中，采用高程归算方法得到流动站处的对流层延迟，具体包括如下步骤：
利用PPP方法得到各站天顶对流层延迟
Figure QLYQS_40
，对流层延迟符合高程归算函数，
Figure QLYQS_41
（9）
上式（9）中：
Figure QLYQS_42
，/>
Figure QLYQS_43
和/>
Figure QLYQS_44
为常数；/>
Figure QLYQS_45
为对流层延迟；/>
Figure QLYQS_46
为对应的高程；
将各基准站天顶对流层延迟
Figure QLYQS_47
和高程h代入上式，得到上述式中的常数项/>
Figure QLYQS_48
，/>
Figure QLYQS_49
和/>
Figure QLYQS_50
这些待估参数；
任意高程h代入上式，即可得到此高程的天顶对流层延迟。
3.根据权利要求2所述的基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，其特征在于：采用步骤三得到的流动站处的对流层延迟，消除对流层延迟误差，具体包括如下步骤：
步骤31：计算虚拟基准站对流层延迟；
步骤32：计算虚拟基准站与基准站之间的双差对流层延迟
Figure QLYQS_51
；
Figure QLYQS_52
（10）
上式（10）中：
Figure QLYQS_53
为卫星s到基准站m的斜路径对流层延迟；/>
Figure QLYQS_54
为卫星s到基准站n的斜路径对流层延迟；/>
Figure QLYQS_55
为卫星k到基准站m的斜路径对流层延迟；/>
Figure QLYQS_56
为卫星k到基准站n的斜路径对流层延迟；
步骤33：计算虚拟基准点处的双差伪距观测值和双差相位观测值：
Figure QLYQS_57
（11）
上式（11）中：
Figure QLYQS_58
和/>
Figure QLYQS_59
为双差伪距观测值和相位观测值；/>
Figure QLYQS_60
为虚拟基准站与基准站之间的双差对流层延迟；/>
Figure QLYQS_61
为双差星站几何距离；
步骤34：计算虚拟基准站处的伪距和相位虚拟观测值；
Figure QLYQS_62
（12）
上式（12）中：
Figure QLYQS_63
和/>
Figure QLYQS_64
为基准站伪距和相位观测值；/>
Figure QLYQS_65
和/>
Figure QLYQS_66
为虚拟基准站伪距和相位观测值；
步骤35：将虚拟基准站精确坐标和虚拟观测值发送给流动站，流动站即可采用常规RTK定位方法进行定位。
4.根据权利要求3所述的基于PPP的短距离大高差NRTK对流层延迟改正方法，其特征在于：在步骤31中，计算虚拟基准站对流层延迟，包括如下步骤：
首先，以流动站处概略坐标为虚拟基准站坐标；
其次，确定虚拟基准站与基准站之间相对与卫星的双差星站距；
Figure QLYQS_67
（13）
上式（13）中：
Figure QLYQS_68
表示卫星s与测站m之间的几何距离；/>
Figure QLYQS_69
为双差星站几何距离；/>
Figure QLYQS_70
为卫星s到测站n之间的几何距离；
再次，根据流动站处的高程，根据步骤三确定天顶对流层延迟，并利用映射函数，计算得到斜路径的静力学延迟和湿延迟；
利用映射函数计算斜路径静力学延迟的公式为：
Figure QLYQS_71
（14）
上式（14）中：
Figure QLYQS_72
和/>
Figure QLYQS_73
为斜路径静力学延迟和湿延迟；/>
Figure QLYQS_74
和/>
Figure QLYQS_75
分别为静力学延迟和湿延迟映射函数；/>
Figure QLYQS_76
和/>
Figure QLYQS_77
为天顶静力学延迟和湿延迟。/>
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