一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法技术

本发明专利技术公开了一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法。常规区域网络增强PPP(Precise Point Position，精密单点定位)建模方法，未考虑高程差异对于内插精度的影响并依赖于一定数量的参考站个数。本发明专利技术方法考虑到高程差异与天顶对流层延迟之间的关系，通过无电离层组合精密单点滤波计算得到参考站天顶对流层湿延迟值，并通过模型计算天顶对流层干延迟值，依据对流层延迟值与高程因子之间的关系将干(湿)延迟值划分为高程强相关部分和高程弱相关部分，在此基础上提出一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法。本发明专利技术方法考虑到高程差异对于对流层延迟值的影响，适用于稀疏参考站区域网，并且方法对于参考站数量依赖性低。

【技术实现步骤摘要】
一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法
本专利技术涉及定位与监测领域，尤其涉及一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法，是区域参考站增强PPP(PrecisePointPosition，精密单点定位)高精度快速定位研究的重要部分。
技术介绍
随着卫星定位系统的完善与发展，定位与监测目标的精度和可靠性要求越来越高。在高精度定位和导航计算中，通常采用相对定位的方法，但当流动站间的距离较远时，差分定位的方法受到误差的影响，无法快速准确得到精密定位结果。因此对于大范围作业，为了提高定位，增加参考站的个数就无疑增加了工程成本。因此技术产生，并逐渐成为国内外学者的研究热点。精密单点定位仅采用一台接收机进行数据采集，即节约成本又作业方便自由，且数据处理相对简单。目前，精密单点定位技术利用国际全球卫星定位导航服务组织(InternationalGNSSService，IGS)提供的精密星历和精密钟差文件，处理一台双频接收机的观测数据，采用非差模型进行精密单点定位。而精密单点定位主要的研究都是基于双频观测值的基础上，已经取得了很高的定位精度。对于PPP用户，在得到高精度卫星轨道、钟差的同时，由于大气延迟等环境因素的制约，仍需要至少30分钟才能达到10cm以内的收敛定位结果，大大限制了PPP技术的应用推广。利用大气增强信息可显著提高PPP的收敛速度。利用坐标精确已知且观测连续的参考站，可以实时计算得到站点精确的大气延迟信息，将大气延迟信息进行区域内插建模，可以为区域内的PPP用户提供大气延迟误差先验值，PPP用户利用大气误差先验值即可大大缩短定位初始化时间，并提高定位结果精度。对流层作为大气误差的主要影响因素，因为对流层的气象特征，天顶对流层延迟在高程方向上有强烈的垂直混合，而在水平方向上分布不均匀。测站天顶对流层与测站高程之间存在强烈的相关性，如图2，因此，在区域对流层延迟内插建模时，必须考虑测站高程的影响。常规的天顶对流层延迟内插模型在网络RTK中研究较多，但基本上是针对网络RTK技术中双差误差改正提出的。在PPP领域，目前的区域增强的PPP天顶对流层误差建模方法大多基于区域连续运行参考系统(ContinuousOperationalReferenceSystem，CORS)，对于参考站数量及空间距离有一定要求，对于偏远地区依赖稀疏参考站增强的区域适用性较差。因此需要建立一种适用于稀疏参考站区域的顾及高程差异的对流层延迟内插建模方法。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提出了一种顾及高程差异的稀疏参考站网络的天顶对流层延迟建模新方法。技术方案：一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法，包括如下步骤：(1)，基于区域参考站双频原始观测值，利用区域内各参考站点的精确坐标，通过无电离层组合精密单点滤波获得各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr，并通过对流层天顶延迟模型UNB3m获得各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr，其中r＝1，2，....，n为参考站序号，n为参考站总个数；(2)，根据UNM3m经验模型中对流层干延迟、湿延迟与高程因子的不同关系，将各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr分别分离得到高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr；将各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr分别分离得到高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr；(3)，对于每个参考站，将其高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr，得到参考站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr；将其高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr相加，得到参考站高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr，如式子(1)所示：ZTDDr＝ZHDDr+ZWDDr(1)；ZTDHr＝ZTDHr+ZWDHr(4)，根据用户站与各参考站之间的位置关系，对高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr分别建模，得到用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu；然后将用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu相加，得到用户站天顶对流层延迟值ZTDu。作为本专利技术的优选方案，所述步骤(1)包括如下具体步骤：步骤(11)，建立基于无电离层模型的精密单点定位估计方程：式(2)中，k表示参考站接收机j表示卫星，为卫星j与参考站k的距离，c为光速，为站点接收机k观测得到的卫星j的无电离层组合伪距观测值，为站点接收机k观测得到的卫星j的无电离层组合载波观测值，δtk为参考站接收机k的接收机钟差，δtj表示卫星j的钟差改正数，为站点接收机k与卫星j之间的对流层延迟，hk为接收机k的天线相位改正，为站点接收机k观测得到的卫星j的卫星高度角，为站点接收机k观测得到的卫星j的卫星轨道误差，为站点接收机k的无电离层组合伪距观测值的接收机硬件延迟，为卫星j的无电离层组合伪距观测值的卫星硬件延迟，为站点接收机k的无电离层组合载波观测值的接收机载波初始模糊度偏差，为卫星j的无电离层组合载波观测值的卫星载波初始模糊度偏差，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合伪距观测值的多路径效应影响、为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合载波观测值的多路径效应影响，为站点接收机k与卫星j之间其他与频率无关的误差，包括地球自转，相对论效应，潮汐改正等，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合伪距观测值的伪距观测噪声，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合载波观测值的载波观测噪声，λif为无电离层组合波长，Nif为无电离层组合模糊度；步骤(12)，由于参考站坐标精确已知，所述步骤(11)中未知参数为接收机钟差、天顶对流层湿延迟、浮点无电离层模糊度，通过卡尔曼滤波方法对式(2)中的未知参数进行滤波估计后，获得各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr；步骤(13)，根据对流层天顶延迟模型UMB3m得到对流层天顶干延迟、湿延迟与高程H的关系ZHD(H)、ZWD(H)：式(3)、(4)中，P0为参考站大气压气象参数值，T0为参考站温度气象参数值，R为参考站大气相对湿度气象参数值，β为参考站温度变化率气象参数值，λ为参考站水汽压变化率气象参数值，e0为参考站水汽压气象参数值，H为参考站高程，gm为参考站重力加速度，g为标准重力加速度，λ′＝λ+1，K1、K2′、K3均为UMB3m模型常系数；当式(3)中的H为参考站的高程h时，通过式(3)可得到参考站天顶对流层干延迟值ZHDr＝ZHD(H＝h)。作为本专利技术的优选方案，步骤(2)所述参考站对流层干、湿延迟值的分离方法具体为：根据所述式(3)和式(4)中天顶对流层干、湿延迟值与高程H之间的关系：假设当高程H＝0时，根据所述式(3)和式(4)得到天顶对流层干、湿延迟值与高程弱相关分量为：ZHD(H＝0)、ZWD(H＝0)；当H＝h时，根据所述式(3)和式(4)得到天顶对流层干、湿延迟值为：ZHD(H＝h)、ZWD(H＝h)；天顶对流层干、湿延迟值与高程强相关分量分别通过天顶对流层干、湿延迟值与天顶对流层干、湿延迟值与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)，基于区域参考站双频原始观测值，利用区域内各参考站点的精确坐标，通过无电离层组合精密单点滤波获得各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr，并通过对流层天顶延迟模型UNB3m获得各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr，其中r＝1，2，....，n为参考站序号，n为参考站总个数；(2)，根据UNM3m经验模型中对流层干延迟、湿延迟与高程因子的不同关系，将各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr分别分离得到高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr；将各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr分别分离得到高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr；(3)，对于每个参考站，将其高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr，得到参考站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr；将其高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr相加，得到参考站高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr，如式子(1)所示：(4)，根据用户站与各参考站之间的位置关系，对高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr分别建模，得到用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu；然后将用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu相加，得到用户站天顶对流层延迟值ZTDu。...

【技术特征摘要】
1.一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)，基于区域参考站双频原始观测值，利用区域内各参考站点的精确坐标，通过无电离层组合精密单点滤波获得各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr，并通过对流层天顶延迟模型UNB3m获得各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr，其中r＝1,2,....,n为参考站序号，n为参考站总个数；(2)，根据UNM3m经验模型中对流层干延迟、湿延迟与高程因子的不同关系，将各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr分别分离得到高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr；将各参考站天顶对流层干延迟值ZHDr分别分离得到高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr；(3)，对于每个参考站，将其高程强相关天顶对流层湿延迟值ZWDHr和高程强相关天顶对流层干延迟值ZHDHr，得到参考站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr；将其高程弱相关天顶对流层湿延迟值ZWDDr和高程弱相关天顶对流层干延迟值ZHDDr相加，得到参考站高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr，如式子(1)所示：(4)，根据用户站与各参考站之间的位置关系，对高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHr和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDr分别建模，得到用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu；然后将用户站高程强相关天顶对流层延迟值ZTDHu和高程弱相关天顶对流层延迟值ZTDDu相加，得到用户站天顶对流层延迟值ZTDu。2.根据权利要求1所述的一种顾及高程差异的稀疏参考站网络天顶对流层延迟建模方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下具体步骤：步骤(11)，建立基于无电离层模型的精密单点定位估计方程：式(2)中，k表示参考站接收机j表示卫星，为卫星j与参考站k的距离，c为光速，为站点接收机k观测得到的卫星j的无电离层组合伪距观测值，为站点接收机k观测得到的卫星j的无电离层组合载波观测值，δtk为参考站接收机k的接收机钟差，δtj表示卫星j的钟差改正数，为站点接收机k与卫星j之间的对流层延迟，hk为接收机k的天线相位改正，为站点接收机k观测得到的卫星j的卫星高度角，为站点接收机k观测得到的卫星j的卫星轨道误差，为站点接收机k的无电离层组合伪距观测值的接收机硬件延迟，为卫星j的无电离层组合伪距观测值的卫星硬件延迟，为站点接收机k的无电离层组合载波观测值的接收机载波初始模糊度偏差，为卫星j的无电离层组合载波观测值的卫星载波初始模糊度偏差，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合伪距观测值的多路径效应影响、为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合载波观测值的多路径效应影响，为站点接收机k与卫星j之间其他与频率无关的误差，包括地球自转，相对论效应，潮汐改正等，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合伪距观测值的伪距观测噪声，为站点接收机k与卫星j之间无电离层组合载波观测值的载波观测噪声，λif为无电离层组合波长，Nif为无电离层组合模糊度；步骤(12)，由于参考站坐标精确已知，所述步骤(11)中未知参数为接收机钟差、天顶对流层湿延迟、浮点无电离层模糊度，通过卡尔曼滤波方法对式(2)中的未知参数进行滤波估计后，获得各参考站天顶对流层湿延迟值ZWDr；步骤(13)，根据对流层天顶延迟模型UMB3m得到对流层天顶干延迟、湿延迟与高程H的关系ZHD(H)、ZWD...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻国荣，杨徉，潘树国，高旺，陈伟荣，汪登辉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32