CN117784179B - 基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于PPP‑B2b的实时空间环境感知监测系统及方法，涉及GNSS对流层大气水汽反演、GNSS电离层电子密度反演、GNSS气象学等领域，主要包括GNSS空间环境感知监测接收机和气象传感器等硬件部分，以及实时电离层TEC反演模块，实时对流层ZTD反演模块，实时大气可降水量反演模块等组成部分。系统采用北斗三代精度单点定位服务，实现高精度的大气水汽反演，及电离层TEC反演，相较于传统的空间环境监测系统，该系统具有功能全面，数据解算精度高，实时性强等优势，同时，本系统兼顾对流层和电离层在空间环境感知中的应用，可在无网络环境下，实现实时高精度数据解算，为实时空间环境监测提供技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及GNSS对流层大气水汽反演、GNSS电离层电子密度反演、GNSS气象学等领域，具体涉及一种基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统及方法。
背景技术
全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）空间环境监测与人类的生活息息相关，空间环境的异常变化会引发空间天气灾害和气象灾害，对人类的生产、生活甚至生命财产带来重大影响。GNSS空间环境监测主要包括对对流层的空间环境监测，和电离层的空间环境监测，通过探测大气层中的电离层电子密度、大气湿度、温度等信息，为气象服务提供更准确的数据，提高天气预报的准确性和时效性。对航空、海洋、农业、水利等领域都有重要意义。此外，它也能为科学研究提供高精度的空间定位和时间参考，促进地球物理、地质学、地球空间科学等领域的研究和发展。总之，GNSS空间环境监测的发展和应用对于人类的生活质量、科学进步和国家安全具有重要意义。然而，当前空间环境监测技术的发展存在严重滞后，不能实现实时监测和预警，这是一个亟需解决的问题。随着GNSS技术的不断发展和完善，未来空间环境监测技术将会得到进一步提升，能够更好地服务于人类社会。
对流层是指从地表以上40公里的大气层，受到地形地貌和太阳辐射的影响，空气发生对流现象，形成垂直和水平方向的风，因此常称为对流层。对流层中大气质量约占75%，还有大量的水蒸气。对流层中空气上下流动，常见的雷雨、浓雾等现象经常发生在这一层。不同的气候类型和天气状况与人们的日常生活密切相关，而各种极端天气严重影响着人类的活动，威胁着人民的生命和财产安全。为了提供及时准确的极端气象事件、短时临近预报，必须拥有高精度，高时空分辨率的气象数据，因此对流层大气水汽反演在GNSS空间环境监测中具有十分重要的意义。
电离层是大气中电离的气体层，对于无线电通信、卫星导航、卫星通信、气象预报等都有重要的影响。研究电离层可以帮助人们更好地了解电离层对通信和导航系统的影响，制定更加精准的计划，提高无线电通信和导航的可靠性和精度。电离层中的电子总量（Total Electronic Content，TEC）和湍流现象对于大气的传输和辐射有很大影响，研究电离层可以帮助人们提高气象预报的准确性和时效性，为人们提供更加准确的大气预报和灾害预警。此外，电离层还与地球磁场、太阳风、宇宙射线等相互作用，研究电离层可以促进地球物理学领域的研究和发展。
基于北斗精密单点定位服务（PPP service via the B2b signal，PPP-B2b）的实时精密单点定位技术，是建立在北斗三代导航卫星系统（BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS）基础上的一种高精度定位技术，并于2020年7月31日正式开通服务。BDS-3由30颗卫星组成，包括24颗MEO（Medium Earth Orbit）卫星、3颗GEO（Geosynchronous EarthOrbit）卫星和3颗IGSO（Inclined Geosynchronous Satellite Orbit）卫星，PPP-B2b信号通过3颗GEO卫星播发信号，用于提供精密单点定位服务。与传统导航定位服务相比，PPP-B2b技术具有实时性，即使在没有网络的环境下也能实现高精度定位，为实现实时GNSS空间环境监测提供了重要基础。
传统的空间环境感知监测技术，只具备单一的大气水汽监测或电离层监测的能力，且必须通过网络的方式进行大气水汽和电离层的反演，价格昂贵，使用复杂，随着PPP-B2b的应用，为本发明提供的一种基于PPP-B2b的，实时获取大气水汽信息及电离层信息提供了理论技术基础，本发明提出的基于PPP-B2b的空间环境感知一体化监测系统和方法，能够实现同时对对流层，大气可降水量，以及电离层实时反演的能力，且可以实现在无网络环境下对空间环境的实时监测。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统及方法，主要包括电离层对流层水汽一体化接收机和实时气象传感器等硬件部分，还包括实时对流层ZTD反演模块、实时电离层TEC反演模块、实时大气可降水量反演模块、显示终端等软件组成部分。
本发明基于北斗三代GEO卫星播发的精密单点定位服务，通过GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)空间环境感知监测接收机，以及气象传感器，实时接收GNSS观测数据、PPP-B2b的轨道改正数、钟差改正数等信息，通过GNSS空间环境感知监测接收机，实现原始二进制数据的数据解析，然后通过实时对流层ZTD反演模块、实时电离层TEC反演模块，实时解算GNSS监GNSS监测站上空的对流层天顶延迟，以及电离层电子密度信息。然后结合气象传感器接收到的实时大气参数，反演GNSS监GNSS监测站上空大气可降水量信息。最后通过数据传输模块，以标准格式的数据流的输出方式，将实时反演的大气可降水量信息，对流层天顶延迟，电离层电子密度信息实时传输到显示终端，实现对对流层天顶延迟，大气可降水量以及电离层电子密度信息的实时监测。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统，包括GNSS空间环境感知监测接收机、气象传感器以及实时电离层TEC反演模块、实时对流层ZTD反演模块、实时大气可降水量反演模块；GNSS空间环境感知监测接收机对所有原始观测数据进行解析；所述原始观测数据为原始二进制数据，包括GNSS观测数据、GNSS广播星历、PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数、PPP-B2b信号的卫星码间偏差、气象观测数据；通过GNSS空间环境感知监测接收机完成对所有原始观测数据的解析之后，按照数据间的匹配规则，将PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数结合GNSS广播星历实时合成精密星历，同时匹配对应的GNSS观测数据、PPP-B2b信号的卫星码间偏差以及气象观测数据，将解析后的轨道改正数、钟差改正数、卫星码间偏差、GNSS观测数据、气象观测数据、GNSS广播星历以及合成的精密星历存储在对应的结构体里，并且将所有解析的原始观测数据存储为标准格式的文件，用于数据备份；所述实时对流层ZTD反演模块及实时大气可降水量反演模块采用精密单点定位的数据处理策略，利用实时解析的PPP-B2b信号的轨道改正数，PPP-B2b信号的钟差改正数以及GNSS广播星历，在实时对流层ZTD反演模块中实时合成精密星历、精密钟差产品，采用双频消电离层组合，将对流层参数作为未知参数，采用卡尔曼滤波的参数估计策略，实时解算对流层延迟；所述气象传感器监测实时的温度、气压信息，实时反演GNSS监GNSS监测站上空的大气可降水量信息；所述实时电离层TEC反演模块采用载波相位平滑伪距的方法，利用平滑后的双频伪距观测值，构建非差无几何距离的观测方程，将电离层延迟作为未知参数，采用卡尔曼滤波的方式进行参数估计，实时反演电离层TEC信息。
进一步地，还包括显示终端，所述GNSS空间环境感知监测接收机将实时反演的对流层天顶延迟信息、大气可降水量信息、电离层TEC信息，编码生成NMEA的数据格式，通过接收机串口，采用数据流的形式，传输到显示终端，显示终端通过解析实时数据流的结果，将对流层延迟信息、大气可降水量信息以及电离层TEC信息绘制成时间序列图，实现对GNSS监测站上空的空间环境的实时监测。
本发明还提供一种基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测方法，包括如下步骤：
步骤（1）对GEO卫星播发的实时的PPP-B2b信号的轨道改正数、钟差改正数以及卫星码间偏差进行解析，对GNSS空间环境感知监测接收机的原始观测数据的信号进行解析，对GNSS广播星历的信号解析以及对气象传感器观测到的原始大气参数信息进行解析；
步骤（2）利用PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数结合GNSS广播星历实时合成的精密星历，采用双频消电离层组合，将对流层天顶延迟作为未知参数，采用卡尔曼滤波的方式进行实时参数估计；
步骤（3）通过气象传感器观测到的实时的气象观测数据，利用精密单点定位实时解算的对流层天顶延迟信息，采用通用的水汽转换系数实时生成GNSS监测站上空的大气可降水量信息；
步骤（4）采用载波相位平滑伪距的方法实时解算电离层TEC；
步骤（5）将实时解算的对流层天顶延迟信息、大气可降水量信息、电离层TEC通过数据流的形式，实时传输到显示终端，绘制GNSS空间环境监测的时间序列图。
有益效果：
本发明利用空间环境感知监测接收机，以及气象传感器等硬件设备，利用实时GNSS监GNSS监测站的观测数据，实时广播星历，实时PPP-B2b的改正信息，以及实时的大气参数信息，采用实时对流层ZTD反演模块，实时电离层TEC反演模块，实时反演GNSS监测站上空对流层天顶延迟和电离层TEC，结合气象传感器生成的实时气象数据，实时反演大气可降水量信息。系统采用PPP-B2b定位服务，实现高精度的大气水汽反演以及电离层TEC的实时反演。相较于传统的GNSS监测系统，本系统具有更加全面的功能，更高的解算精度和实时性强的优势，兼顾对流层和电离层在GNSS环境监测中的应用，可在无网络的环境中实现GNSS空间环境的监测，为GNSS空间环境监测提供了技术保障。
附图说明
图1为本发明的基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统的结构图；
图2为本发明的基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测方法的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示，本发明的基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测系统包括GNSS空间环境感知监测接收机、气象传感器、显示终端以及实时电离层TEC反演模块、实时对流层ZTD（Zenith Tropospheric Delay，天顶延迟）反演模块、实时大气可降水量反演模块。
GNSS空间环境感知监测接收机首先对所有原始观测数据进行解析，所述原始观测数据包括GNSS观测数据、GNSS广播星历、PPP-B2b的轨道改正数、PPP-B2b的钟差改正数、PPP-B2b信号的卫星码间偏差、气象观测数据等原始二进制数据。通过GNSS空间环境感知监测接收机完成对所有原始观测数据的解析之后，按照数据间的匹配规则，将PPP-B2b的轨道改正数、PPP-B2b的钟差改正数结合GNSS广播星历实时合成精密星历，同时匹配对应的GNSS观测数据、PPP-B2b信号的卫星码间偏差数据以及气象观测数据，将解析后的轨道改正数、钟差改正数、卫星码间偏差、GNSS观测数据、气象数据、GNSS广播星历以及合成的精密星历存储在对应的结构体里，并且将所有解析的原始观测数据存储为标准格式的文件，为后续研究做数据备份。
基于PPP-B2b的实时对流层ZTD反演模块及实时大气可降水量反演模块采用精密单点定位的数据处理策略，利用实时解析的PPP-B2b轨道改正数，PPP-B2b的钟差改正数，以及GNSS广播星历，在实时对流层ZTD反演模块中实时合成的精密星历、精密钟差产品，采用双频消电离层组合，将对流层参数作为未知参数，采用卡尔曼滤波的参数估计策略，实时解算对流层延迟。同时，利用气象传感器监测的实时的温度、气压信息，实时反演GNSS监GNSS监测站上空的大气可降水量信息。
基于PPP-B2b的所述实时电离层TEC反演模块采用载波相位平滑伪距的方法，利用平滑后的双频伪距观测值，构建非差无几何距离的观测方程，将电离层延迟作为未知参数，采用卡尔曼滤波的方式进行参数估计，实时反演电离层TEC信息。
所述GNSS空间环境感知监测接收机将实时反演的对流层天顶延迟、大气可降水量信息、电离层TEC信息，编码生成NMEA的数据格式，通过接收机串口，采用数据流的形式，传输到显示终端，显示终端通过解析实时数据流的结果，将对流层延迟信息、大气可降水量信息以及电离层TEC信息绘制成时间序列图，实现对观GNSS监测站上空的空间环境的实时监测。
如图2所示，本发明的基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测方法包括如下步骤：
步骤（1）对GEO卫星播发的实时PPP-B2b轨道、钟差以及卫星码间偏差进行解析，对GNSS空间环境监测接收机的原始观测数据的信号进行解析，对GNSS广播星历的信号解析以及对气象观测数据的信息进行解析；
步骤（2）利用PPP-B2b合成的精密星历，采用双频消电离层组合，将对流层天顶延迟作为未知参数，采用卡尔曼滤波的方式进行实时参数估计；
步骤（3）通过气象传感器观测到的实时的气象观测数据，利用精密单点定位实时解算的对流层天顶延迟，采用通用的水汽转换系数实时生成GNSS监GNSS监测站上空的大气可降水量信息；
步骤（4）采用载波相位平滑伪距的方法实时解算电离层TEC；
步骤（5）将实时解算的对流层天顶延迟、大气可降水量信息、电离层TEC通过数据流的形式，实时传输到显示终端，绘制GNSS空间环境监测的时间序列图。
具体地，所述步骤（1）对原始观测到的二进制数据解析是GNSS空间环境监测系统的重要环节之一。以PPP-B2b改正数的信号解析为例，一个典型的PPP-B2b信息长度为486比特，其中最高的6比特表示信息类型，最低的24比特表示循环冗余校验(CRC)，其余456比特是信息数据。数据帧经过64进制LDPC编码，并与6个预留标识位、6个卫星PRN号和16个符号的同步头拼接在一起，构成1000个符号。用户可以按照导航电文的播发格式，对导航电文进行解析，最终得到轨道改正数、钟差改正数、码间偏差改正数等内容。
完成对原始二进制数据的解析之后，所述步骤（2）中，将PPP-B2b的轨道改正数、钟差改正数和广播星历数据进行数据匹配，实时合成精密的轨道信息和钟差信息，然后构建GNSS伪距和载波相位的基本观测方程如下：
(1)
式中，s，r分别表示卫星和接收机，i 代表信号频率；为伪距观测值，/>为载波相位观测值；/>代表卫星和接收机之间的几何距离，/>则表示r接收机到s卫星的i频率的集合距离；/>表示真空中的光速；/>表示接收机钟差，/>是卫星钟差；/>,/>分别表示电离层延迟误差，对流层延迟误差；/>为载波相位的波长因子，/>表示i频率的载波相位的波长因子；/>为整周模糊度；/>、/>表示接收机和卫星的载波相位硬件延迟偏差；/>、/>表示接收机的伪距硬件延迟偏差、卫星的伪距硬件延迟偏差；/>、/>表示伪距和相位噪声。然后构建双频消电离层的观测方程，将对流层天顶延迟作为未知参数进行参数估计。对观测方程进行线性化，采用卡尔曼滤波的估计策略对GNSS监测站坐标，接收机钟差，以及对流层天顶延迟进行参数估计，即可实时解算对流层天顶延迟参数。
步骤（3）中，首先计算天顶静力学延迟，天顶静力学延迟利用地面的气压估计为：
（2）
式中ZHD为天顶静力延迟，为GNSS监测站上空的大气压强，，其中/>为GNSS监测站的纬度，/>为GNSS监测站的海拔高度，通过卡尔曼滤波参数估计的方式得到天顶对流层总延迟ZTD之后，减去天顶静力延迟（Zenith Hydrostatic Delay，ZHD），即可获得天顶对流层湿延迟（Zenith Wet Delay，ZWD），即/>，利用转换因子/>可实现将GNSS的天顶对流层湿延迟转换为GNSSGNSS监测站大气可降水量，转换公式为：
(3)
其中，PWV为大气可降水量；转换因子是一个无量纲的因子，其数值大小和GNSS监测站坐标、季节、观测时间、大气温度等气象参数相关，转换因子为/>，其中/>，/>指液态水密度/>；/>为水汽的比气体常数，/>表示干空气的比气体常数；/>为中间参数，/>、/>、/>是三个物理常数，数值为/>，，/>，/>为垂直方向大气压强的加权平均温度，单位为K，/>，/>代表为GNSS监测站大气温度。
采用实时对流层ZTD反演模块，实时反演出天顶对流层总延迟ZTD和大气可降水量（Precipitable Water Vapor，PWV）之后，步骤（4）中，利用实时电离层TEC反演模块，进行实时电离层TEC解算，采用双频非差几何无关的线性组合，对伪距和载波相位观测值进行线性组合得到组合后的伪距的组合观测方程：
(4)
式中表示卫星的差分码偏差，其中/>表示第一个频率L1的卫星硬件延迟，其中/>表示第二个频率L2频率的卫星硬件延迟，/>表示接收机的差分码偏差，其中/>表示第一个频率L1的接收机硬件延迟，/>表示第二个频率L2的接收机硬件延迟；/>为组合后的伪距观测值，/>，/>为第一个频率L1上的伪距观测值和第二个频率L2上的伪距观测值，/>和/>分别为第一个频率L1的电离层延迟和第二个频率L2的电离层延迟。实时电离层TEC反演模块采用载波相位平滑伪距的策略提升测距码的精度。相较于伪距测量值，载波相位观测值的精度一般可以达到毫米量级，而伪距观测值的本身精度却只能达到米级精度。但是利用伪距观测值反演电离层TEC的模型简单，同时可得到电离层的绝对TEC值，所以采用载波相位来平滑伪距观测值，同时在数据预处理阶段进行粗差及周跳探测，修复载波相位观测值的周跳，以此来得到较为干净的伪距观测值，考虑电离层一阶项的影响，电离层延迟对伪距观测值的影响为：
(5)
式中STEC表示卫星传播路径上的电离层TEC，f为信号频率，i为第几个频率，为卫星S第i个频率上的电离层延迟。将上式带入式（4），得到：
(6)
上式中和/>分别为第一个信号L1的频率和第二个信号L2的频率，由上式可得：
(7)
令，/>为中间参数，同时令，/>为中间参数，其中R为地球半径，H为电离层高度，az为穿刺点处的天顶距，对接收机的硬件延迟（Differential Code Bias，DCB）进行标定，同时利用PPP-B2b的实时卫星码差分改正对卫星DCB进行修正，通过式（7）即可得到STEC，然后将其转换到垂直方向上的电离层延迟VTEC，公式如下：
(8)
采用式（8）即可得到电离层垂直路径上的VTEC，即为所需的天顶上空的电离层TEC。
步骤（5）中，将实时解算的对流层天顶延迟、大气可降水量信息、电离层TEC通过数据流的形式，实时传输到显示终端，绘制GNSS空间环境监测的时间序列图。
在信号从卫星到接收机的传输过程中，还会有一些其余的误差，比如接收机和卫星的天线相位中心误差，潮汐负荷误差，地球自转等等误差项，具体对每个误差项的数据处理策略如表1（数据处理算法策略图表）所示。
表1
。
Claims (1)
1.一种基于PPP-B2b的实时空间环境感知监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）对GEO卫星播发的实时的PPP-B2b信号的轨道改正数、钟差改正数以及卫星码间偏差进行解析，对GNSS空间环境感知监测接收机的原始观测数据的信号进行解析，对GNSS广播星历的信号解析以及对气象传感器观测到的原始大气参数信息进行解析；
所述原始观测为原始观测到的二进制数据；对原始观测数据的解析中，对于PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数、PPP-B2b信号的卫星码间偏差的信号解析，一个典型的PPP-B2b信号的信息长度为486比特，其中最高的6比特表示信息类型，最低的24比特表示循环冗余校验，其余456比特是信息数据；数据帧经过64进制LDPC编码，并与6个预留标识位、6个卫星PRN号和16个符号的同步头拼接在一起，构成1000个符号；用户按照导航电文的播发格式，对导航电文进行解析，最终得到PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数、PPP-B2b信号的卫星码间偏差；
步骤（2）利用PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数结合GNSS广播星历实时合成的精密星历，采用双频消电离层组合，将对流层天顶延迟信息作为未知参数，采用卡尔曼滤波的方式进行实时估计，包括：将PPP-B2b信号的轨道改正数、PPP-B2b信号的钟差改正数和GNSS广播星历的数据进行匹配，实时合成精密的轨道信息和钟差信息，然后构建GNSS伪距和载波相位的基本观测方程如下：
，
（1）
式中，s，r分别表示卫星和接收机，i 代表信号频率；为伪距观测值，/>为载波相位观测值；/>代表卫星和接收机之间的几何距离，/>则表示r接收机到s卫星的i频率的集合距离；/>表示真空中的光速；/>表示接收机钟差，/>是卫星钟差；/>,/>分别表示电离层延迟误差，对流层延迟误差；/>为载波相位的波长因子，/>表示i频率的载波相位的波长因子；/>为整周模糊度；/>、/>表示接收机的载波相位硬件延迟偏差、卫星的载波相位硬件延迟偏差；/>、/>表示接收机的伪距硬件延迟偏差、卫星的伪距硬件延迟偏差；/>、表示伪距噪声、相位噪声；然后构建双频消电离层的观测方程，将对流层天顶延迟作为未知参数进行参数估计；
对观测方程进行线性化，采用卡尔曼滤波的估计策略对GNSS监测站的坐标、接收机钟差以及对流层天顶延迟信息进行参数估计，即实时解算对流层天顶延迟信息的参数；
步骤（3）通过气象传感器观测到的实时的气象观测数据，利用精密单点定位实时解算的对流层天顶延迟信息，采用通用的水汽转换系数实时生成GNSS监测站上空的大气可降水量信息，包括：
首先计算天顶静力学延迟，天顶静力学延迟利用地面的气压进行估计：
（2）
式中ZHD为天顶静力延迟，为GNSS监测站上空的大气压强，函数，其中/>为GNSS监测站的纬度，/>为GNSS监测站的海拔高度，通过卡尔曼滤波参数估计的方式得到天顶对流层总延迟ZTD之后，减去天顶静力延迟ZHD，,获得天顶对流层湿延迟ZWD，即/>，利用转换因子/>将天顶对流层湿延迟ZWD转换为大气可降水量，转换公式为：
（3）
其中，PWV为大气可降水量；转换因子为/>，其中/>，/>指液态水密度；/>为水汽的比气体常数，/>表示干空气的比气体常数；/>为中间参数，/>、、/>是三个物理常数，数值为/>，/>，，/>为垂直方向大气压强的加权平均温度，单位为K，，/>代表为GNSS监测站的大气温度；
步骤（4）采用载波相位平滑伪距的方法实时解算电离层TEC信息，包括：
利用实时电离层TEC反演模块，进行实时电离层TEC信息解算，采用与双频非差几何无关的线性组合，对伪距观测值和载波相位观测值进行线性组合得到组合后的伪距的组合观测方程：
(4)
式中表示卫星的差分码偏差，其中/>表示第一个信号L1的频率的卫星硬件延迟，其中/>表示第二个信号L2的频率的卫星硬件延迟，表示接收机的差分码偏差，其中/>表示第一个信号L1的频率的接收机硬件延迟，/>表示第二个信号L2的频率的接收机硬件延迟；/>为组合后的伪距观测值；，/>分别为第一个信号L1的频率的伪距观测值，第二个信号L2的频率的伪距观测值；和/>分别为第一个信号L1的频率的电离层延迟和第二个信号L2的频率的电离层延迟；
采用载波相位来平滑伪距观测值，同时在数据预处理阶段进行粗差及周跳探测，修复载波相位观测值的周跳，以此得到干净的伪距观测值，考虑电离层一阶项的影响，电离层延迟对伪距观测值的影响为：
（5）
式中STEC表示卫星传播路径上的电离层TEC，f为信号频率，i为频率序号，为卫星S第i个频率上的电离层延迟；将上式带入式（4），得到：
（6）
上式中和/>分别为第一个信号L1的频率和第二个信号L2的频率，由上式得到：
（7）
令，/>为中间参数，同时令，/>为中间参数，其中R为地球半径，H为电离层高度，az为穿刺点处的天顶距，对接收机的硬件延迟进行标定，同时利用PPP-B2b信号的实时的卫星码差分改正对卫星的差分码偏差进行修正，通过式（7）得到卫星传播路径上的电离层TEC STEC，然后将其转换到垂直方向上的电离层延迟VTEC，公式如下：
（8）
步骤（5）将实时解算的对流层天顶延迟信息、大气可降水量信息、电离层TEC信息通过数据流的形式，实时传输到显示终端，绘制GNSS空间环境监测的时间序列图。
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