利用联合离子层滤波器的GNSS大气估计制造技术

提出了用于从GNSS信号实时估计环境参数的方法和装置。一些实施例使用联合电离层滤波器估计浮动解。一些实施例固定模糊度用于改善的估计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球导航卫星系统(GNSS)的领域。更具体地，本专利技术涉及用于处理 GNSS数据以估计环境参数的方法和装置。
技术介绍
过去二十年来，具有几千个接收器的大量的区域GNSS参考站网络已经被建立，并为连续实时厘米级定位(也称为实时动态定位或RTK定位)提供网络校正。网络RTK定位的原理是，在区域网络中对于对流层和电离层影响进行建模，并将其大体上去除用以RTK 定位。对于GNSS定位，大气影响被考虑为要在定位过程中去除的系统误差。另一方面，在 GNSS网络中估计的对流层和电离层延迟对于气象和空间天气应用是有价值的。大量研究表明，可以使用GNSS观测来得到包含在中性大气中的综合可降水汽 (IPWV)，其具有与水汽辐射计(WVR)相同的精度水平。使用GNSS网络的优点为，它提供了具有良好空间覆盖和高时间分辨率的连续IPWV估计。现今，几个研究组织通过GNSS参考站网络提供了近实时和/或后处理的IPWV估计，其具有30分钟到一天的典型延迟，以及1 2mm的精度。虽然精度非常好，但大的延迟意味着这样的信息仅仅反映了过去所发生的，因此对于像数值天气预报(NWP)之类的应用不是很有用。空间天气是“地球空间(geospace) ”的环境动力学研究，“地球空间”是在地球的低层大气之上的区域，包括电离层和磁层。太阳上的条件和太阳风、磁层以及电离层中的条件，通过它们对卫星、通信、导航以及电力系统的影响而影响我们的生活。科学家现在正通过宽范围的工具来研究空间天气以试图更多地了解发生在上层和更高的大气中的物理和化学过程。近年来，GNSS已经被认为是监视空间天气事件的主要遥感工具之一。来自GNSS 卫星的信号在其路线上经过电离层而到达在地球表面上或邻近地球表面的接收器。在大气的该区域中的自由电子影响信号的传播，改变信号的速度和传播方向。通过处理来自双频GNSS接收器的数据，可以实际地估计信号沿其传播路径正好遇到了多少电子-总电子量 (TEC)。TEC是具有以信号路径为中心的一平方米截面积的柱中的电子数目。如果使用陆基 GNSS接收器的区域网络，那么可以构建在上述区域之上的TEC图。用于从GNSS信号数据估计(虽然不是实时的)大气模型的公知软件，包括 Bernese软件(来自伯尔尼大学，天文学院，2007年1月，版本5. 0，第11和12章)和来自麻省理工学院,地球、大气和行星科学系的GAMIT/GL0BK软件(GAMIT Reference Manual Release 10. 3，2009 年 6 月 1 日，第 7 章)。Perter F. Kolb的美国专利公开2009/0224969描述了 Kalman滤波法以实时地通过来自区域网络的载波相位数据(carrier phase data)建模电离层效应。由于仅仅使用载波相位数据，TEC的绝对水平需要长时间来收敛。需要用于实时从GNSS数据估计大气参数的改善的方法和装置。
技术实现思路
本专利技术的一些实施例使用联合滤波器方法中的伪范围和载波相位观测来加速实时估计的TEC的收敛。本专利技术的一些实施例开发了使用载波相位模糊度的全精度的载波相位观测以实现实时的高精度TEC估计。一些实施例提供了一种处理GNSS数据以估计环境参数值的方法，包括从通过多个时间点从GNSS卫星接收的信号获得在分布在一区域上的多个站处收集的GNSS数据；获得每卫星的卫星差分码偏差(DCB)；使用联合电离层滤波器从所述GNSS数据和所述卫星差分码偏差估计每站的接收器差分码偏差和每站每卫星的总电子量(TEC)的值。一些实施例还应用几何滤波器以从所述GNSS数据估计一组大气参数的值，该组大气参数包括以下中的至少一个(i)每站的天顶总延迟，(ii)每站的天顶总延迟和每站的对流层梯度的组，以及(iii)每站每卫星的倾斜总延迟；获得在所述区域内的位置的气象数据；以及从该组大气参数的值以及所述气象数据确定所述区域上的以下中的至少一个的值(1)综合可降水汽(IPWV)和⑵对流层倾斜湿延迟。在一些实施例中，获得每卫星的卫星差分码偏差包括下列之一 (i)从外部源获取每卫星的卫星差分码偏差，以及(ii)从在参考站的网络处收集的GNSS数据计算每卫星的卫星差分码偏差。在一些实施例中，估计每站每卫星的总电子量的值包括在所述联合电离层滤波器中估计电离层模型参数和每卫星每站的随机电离层延迟项的值，以及从所述电离层模型参数和随机电离层延迟项的估计的值确定所述每站每卫星的总电子量的值。在一些实施例中，应用联合电离层滤波器包括对于每个卫星，将电离层子滤波器应用于所述GNSS信号数据，以估计表示对于该卫星唯一的参数的局部状态的值和表示所有接收器共同的参数的共同状态的值，向主滤波器提供所述共同状态的值和相关的统计信息；以及当所述主滤波器提供所述共同状态的更新值时，准备所述局部状态的更新的估计； 以及将主滤波器应用于所述共同状态的值和所述相关的统计信息以估计所述共同状态的更新值，并将所述更新值提供到所述电离层子滤波器。在一些实施例中，对于所述卫星唯一的状态包括表征跨所述区域的电离层的参数组、每站每卫星的随机电离层延迟项以及每站每卫星的整周模糊度。在一些实施例中，对所有卫星均共同的状态包括每站的接收器差分码偏差。一些实施例还包括在每个时间点处的任何观测更新之前，将所述主滤波器中的状态重设到零而具有无限方差，以及之后，将来自每个子滤波器的去关联的观测应用于所述主滤波器。在一些实施例中，每站每卫星的总电子量的值包括映射到竖直的值。在一些实施例中，获得气象数据包括获得所述区域内的位置的表面气象数据。在一些实施例中，获得气象数据包括获得所述区域内的位置的无线电探空温度数据。在一些实施例中，获得所述GNSS数据和确定所述区域上的总电子量和综合可降水汽与对流层倾斜湿延迟中的至少一个的值之间的消逝时间不大于约五秒。一些实施例提供了一种用于处理GNSS数据以估计环境参数值的装置，包括联合电离层滤波器，用于从卫星差分码偏差和GNSS信号数据估计每站的接收器差分码偏差和每站每卫星的总电子量(TEC)的值。一些实施例还提供几何滤波器，适于从所述GNSS数据估计一组大气参数的值， 该组大气参数包括以下中的至少一个(i)每站的天顶总延迟，(ii)每站的天定总延迟和每站的对流层梯度，以及(iii)每站每卫星的倾斜总延迟；大气监测模块，用于从大气参数的估计的值以及区域的气象数据确定所述区域上的综合可降水汽和对流层倾斜湿延迟的值。一些实施例还包括通过下列之一获得每卫星的代码偏差的元件从外部源获取每卫星的代码偏差，以及从在GNSS参考站的网络处收集的GNSS数据计算每卫星的代码偏差。 一些实施例还包括用于估计电离层模型参数和每卫星每站的随机电离层延迟项的值的模块，以及用于从所述电离层模型参数和所述随机电离层延迟项的估计的值确定所述每站每卫星的总电子量的值的模块。在一些实施例中，所述联合电离层滤波器包括用于每个卫星的电离层子滤波器， 用以从所述GNSS信号数据和卫星差分码偏差，估计表示对于该卫星唯一的参数的局部状态的值和表示所有接收器共同的参数的共同状态的值，向主滤波器提供所述共同状态的值和相关的统计信息，并当所述主滤波器提供所述共同状态的更新值时准备所述局部状态的更新的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种处理ＧＮＳＳ信号数据以估计环境参数值的方法，包括：通过在多个时间点从ＧＮＳＳ卫星接收的信号获得在一区域上分布的多个站处收集的ＧＮＳＳ数据，获得每卫星的卫星差分码偏差（ＤＣＢ），以及使用联合电离层滤波器从所述ＧＮＳＳ数据和所述卫星差分码偏差估计每站的接收器差分码偏差和每站每卫星的总电子量（ＴＥＣ）的值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，
申请(专利权)人：天宝导航有限公司，
类型：发明
国别省市：US