一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法技术

本发明专利技术涉及一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法，该方法包括：首先，固定L1和L2载波的双差模糊度，固定模糊度之后，建立含对流层参数的电离层加权双差观测方程；其次，确定降相关参数，在计算降相关参数过程中，需要用到未知数的真值，采用不含对流层参数的最小二乘位置参数的协因数矩阵代替求解降相关参数过程中的参数真值的二次型矩阵；最后，根据降相关参数求得最优降相关解，从而得到可靠的亚厘米级坐标估计值。与现有技术相比，本发明专利技术具有精度高、稳定性强、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法
本专利技术涉及用于卫星导航的定位技术，特别是涉及一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法。
技术介绍
在过去的二十年，GNSSRTK精密定位技术有了长足地发展，并被广泛应用于很多领域，如测地学、工程学以及仪器自动化等。在地学应用中，高频GNSS数据可以通过一系列的频率和振幅捕捉到同震位移，从某种角度讲，这种测量的广度要比地震传感器更广。它能够检测来自几百公里甚至几千公里外的任意大小的地面移动和同震平面波。另一方面，也可以利用GNSSRTK确定当地大地水准面模型。然而，制约现有RTK技术在地学研究中应用的主要因素有两个：(1)现在RTK技术可以达到厘米级的水平，但在高度方向上的精度要比在水平方向上差1.5至2倍。(2)RTK技术的定位精度随着基准站与流动站的距离的增加迅速衰减。在载波相位模糊度解算和点位精度计算中，电离层和对流层的影响是误差的最主要来源。如果模糊度能正确固定，利用双频GNSS信号，采用无电离层组合，可以将电离层对点位计算的影响基本消除。然而，即使利用多频信号，对流层延迟的影响也无法削弱。且对流层延迟对点位误差的影响与基准站至流动站的距离有关，通常数十公里有几厘米的误差。在未来的GNSS系统中，多频GNSS信号将可以民用。对于数百公里的距离，所有载波相位的整周模糊度能可靠地固定，而此时，对流层对点位的影响可以达到几分米。如果精密GNSS轨道代替了广播星历，那么，对于定位，对流层延迟将会是最重要的因素。为了解决对流层影响，已发展了许多方法。(1)对于短基线而言，最简单的方法是忽略对流层残差的影响。因为对于这种情况，假设两个接收机是相关的，那么，在双差之后，它们的影响可以消除。例如，对于传统的单基站RTK，基准站与流动站的距离限制在20km以内，是因为这样能最大限度消除大气影响。(2)网络RTK则是另一种减小对流层影响的方法，这种方法可以扩大服务范围。在网络覆盖范围内，流动站与基准站的对流层延迟是通过对多基准站相关的对流层延迟内插得到。虽然网络RTK已经在商业服务中广泛应用，但是随着站间的距离增加，两个站间的对流层延迟相关性减弱，导致对流层残余误差增加。因此，现有的基于网络RTK的双频系统的有效距离在50-70公里。即使三频信号的加入，这个距离也只是在100公里-140公里。另外，在大气情况不利的条件下，对于局部的异常情况，流动站的内插改正显得捉襟见肘。(3)引入对流层参数，例如引入天顶对流层延迟参数来吸收对流层残差。这种方法能克服距离的限制，对于长基线，不管是单基站还是网络RTK，都基本能实现良好的应用。但是，由于对流层参数和高程参数的强相关性，一旦将对流层参数和坐标参数一起平差处理，将导致平差模型严重病态，通常需要积累足够的观测值以克服该病态问题，因此，通常采用滤波技术逐渐地引入新的观测值，序贯计算定位结果。然而，采用滤波方法求解对流层参数充其量是多个历元对流层延迟的平均值，不能很好地反映对流层的实时变化，尤其是流动站在复杂的大气环境和高速移动的情况下，所以本专利技术为解决这一问题提出了一种可行的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、稳定性强、适用范围广的对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法。本专利技术针对在模糊度正确固定的基础上，采用GNSS信号难以实现长距离亚厘米级实时定位的两个主要限制因素：即对流层延迟的有效抑制和引入对流层参数后模型的严重病态性，提出了采用降相关方法实现长距离亚厘米级实时定位算法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法，该方法包括以下步骤：(a)获取GNSS双频或多频实时观测数据；(b)对实时观测数进行数据预处理；(c)构建相位与伪距的差分观测方程，包括单差观测方程和双差观测方程；(d)采用最小二乘方法计算模糊度浮点解；(e)由于双差模糊度应该是一个整数，而采用最小二乘解得的模糊度为浮点解，所以采用LAMBDA方法对模糊度浮点解进行固定，得到固定后的双差模糊度，并采用Ps-LAMBDA检验模糊度的可靠性，当固定了双差模糊度后，就成为整周模糊度；(f)根据步骤(d)和(e)，得到双差模糊度改正后的相位与伪距的双差观测方程；(g)利用等价性原理，在步骤(f)获得的双差观测方程两边乘以一个变换矩阵，消除电离层延迟，并利用最小二乘法形成法方程矩阵，获得最小二乘解；(h)构建不含对流层参数的误差方程，并基于最小二乘准则计算最小二乘解及其相应的协方差矩阵；(i)采用不含对流层天顶延迟参数的最小二乘解的协方差矩阵代替求解降相关参数过程中涉及到的参数真值的二次型矩阵，从而计算得到降相关参数；(j)确定降相关参数后，采用降相关方法重新求解步骤(g)的病态问题，得到可靠的亚厘米级坐标估计值。所述的步骤(b)中，数据预处理包括卫星截止高度角设置、时标校正、相位观测值周跳探测与修复、粗差探测与处理以及卫星和接收机的天线相位中心修正。优选地，采用的高度角定权公式为所述的步骤(c)中构建的双差观测方程如下：式中，下标“1”、“2”分别表示与L1和L2载波相位有关；Φ和P分别表示双差相位和伪距观测值；ρ是双差卫星-地球距离真值；I1表示L1频率的双差电离层延迟；T是用UNB3对流层标准模型和Niell映射函数改正后的双差对流层延迟残差矩阵，T＝b×τ，τ是对流层天顶延迟参数，b为对应系数矩阵；ε是期望为0的正太分布的随机噪声；f1和f2表示L1和L2上的频率；λ1和λ2表示L1和L2的波长；N1和N2表示L1和L2上的整周模糊度。所述的步骤(f)中获得的双差观测方程如下：将其写成矩阵形式如下：式中，A是m×3维有关坐标[xyz]T在坐标系下的系数矩阵，Em是m×m单位矩阵。所述的步骤(g)中，在双差观测方程两边乘以一个变换矩阵后得到如下误差方程：yIF＝Hξ+εIF(4)其中，e3为3×3单位矩阵，εIF为随机噪声，上述误差方程的最小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)获取GNSS双频或多频实时观测数据；(b)对实时观测数进行数据预处理；(c)构建相位与伪距双差观测方程；(d)采用最小二乘方法计算模糊度浮点解；(e)采用LAMBDA方法对模糊度浮点解进行固定，得到固定后的双差模糊度，并采用Ps‑LAMBDA检验模糊度的可靠性；(f)根据步骤(d)和(e)，得到双差模糊度改正后的相位与伪距的双差观测方程；(g)利用等价性原理，在步骤(f)获得的双差观测方程两边乘以一个变换矩阵，消除电离层延迟，并利用最小二乘法形成法方程矩阵，获得最小二乘解；(h)构建不含对流层参数的误差方程，并基于最小二乘准则计算最小二乘解及其相应的协方差矩阵；(i)采用不含对流层天顶延迟参数的最小二乘解的协方差矩阵代替求解降相关参数过程中涉及到的参数真值的二次型矩阵，从而计算得到降相关参数；(j)确定降相关参数后，采用降相关方法重新求解步骤(g)的病态问题，得到可靠的亚厘米级坐标估计值。

【技术特征摘要】
1.一种对流层长距离亚厘米级实时动态卫星导航定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(a)获取GNSS双频或多频实时观测数据；(b)对实时观测数进行数据预处理；(c)构建相位与伪距双差观测方程；(d)采用最小二乘方法计算模糊度浮点解；(e)采用LAMBDA方法对模糊度浮点解进行固定，得到固定后的双差模糊度，并采用Ps-LAMBDA检验模糊度的可靠性；(f)根据步骤(d)和(e)，得到双差模糊度改正后的相位与伪距的双差观测方程；(g)利用等价性原理，在步骤(f)获得的双差观测方程两边乘以一个变换矩阵，消除电离层延迟，并利用最小二乘法形成法方程矩阵，获得最小二乘解；(h)构建不含对流层参数的误差方程，并基于最小二乘准则计算最小二乘解及其相应的协方差矩阵；(i)采用不含对流层天顶延迟参数的最小二乘解的协方差矩阵代替求解降相关参数过程中涉及到的参数真值的二次型矩阵，从而计算得到降相关参数；(j)确定降相关参数后，采用降相关方法重新求解步骤(g)的病态问题，得到可靠的亚厘米级坐标估计值；所述的步骤(c)中构建的双差观测方程如下：式中，下标“1”、“2”分别表示与L1和L2载波相位有关；Ф和P分别表示双差相位和伪距观测值；ρ是双差卫星-地球距离真值；I1表示L1频率的双差电离层延迟；T是用UNB3对流层标准模型和Niell映射函数改正后的双差对流层延迟残差矩阵，T＝b×τ，τ是对流层天顶延迟参数，b为对应系数矩阵；ε是期望为0的正太分布的随机噪声；f1和f2表示L1和L2上的频率；λ1和λ2表示L1和L2的波长；N1和N2表示L1和L2上的整周模糊度；所述的步骤(f)中获得的双差观测方程如下：将其写成矩阵形式如下：式中，A是m×3维有关坐标[xyz]T在坐标系下的系数矩阵，Em是m×m单位矩阵；所述的步骤(g)中，在双差观测方程两边乘以一个变换矩阵后得到如下误差方程：yIF＝Hξ+εIF(4)其中，e3为3×3单位矩阵，εIF为随机噪声，上述误差方程的最小二乘解为：

【专利技术属性】
技术研发人员：李博峰，沈云中，楼立志，葛海波，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31