一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法技术

本发明专利技术属于GNSS数据处理及电离层监测技术领域，公开了一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，利用GNSS观测网的原始观测数据，结合IGS提供的高精度轨道、钟差、天线信息，对所述GNSS观测网进行逐站标准模式的精密单点定位解算，固定相位观测值的宽巷模糊度和窄巷模糊度，将固定后的宽巷整数模糊度和窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。本发明专利技术解决了现有技术中电离层TEC观测值的提取精度较低的问题，使得整网内不同测站之间电离层TEC观测值具有较好的自洽性和一致性，且提取结果受弧段长度和多路径误差影响较小，能够有效提高电离层TEC观测值的提取精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法
本专利技术涉及GNSS数据处理及电离层监测
，尤其涉及一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法。
技术介绍
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是各类导航卫星定位系统的统称，如GPS、GLONASS、BDS、Galileo等。除了能够实现导航、定位、授时服务外，在大气环境监测(如电离层)领域中也发挥着重要作用。利用GNSS技术手段监测电离层，相比传统电离层监测手段(电离层垂测仪、大功率散射雷达、激光雷达等)，具有覆盖范围广、反演精度高、全天候连续监测以及可测量2000km以上的等离子层电子含量等优点。高精度电离层TEC观测值(即视线方向的斜电离层总电子含量值)的精确提取是建立高精度电离层TEC模型的前提。目前电离层TEC观测值的提取方法主要有三种：伪距观测值法、相位平滑伪距法及非组合PPP实数解法。伪距观测值法是指直接基于电离层与频率相关的特性，采用无几何距离伪距组合观测值获得电离层TEC观测值。由于伪距观测值噪声大、受多路径效应影响明显，导致提取的电离层观测量精度和可靠性较差。相位平滑伪距法是指利用相位和伪距受电离层影响大小相等、符号相反的特性，利用相位观测值平滑伪距观测值的方法获得电离层TEC观测值，由于该方法可以有效削弱伪距多路径和观测噪声的影响，使得电离层TEC观测值具有较高精度。但是由于该方法采用逐个连续弧段平滑，导致提取结果易受平滑弧段长度影响及部分伪距噪声和多路径效应影响。其提取误差最大可以达到8.8TECu。非组合PPP实数解法是指利用非组合PPP技术同时估计电离层延迟项、模糊度项以及其他未知参数的方法，该方法可以大大削弱多路径效应和观测噪声的影响，并且具有较高的精度和可靠性，但是该方法仍无法完全消除多路径和观测值噪声的影响，使其电离层TEC观测值提取精度有限。因此，为满足高精度电离层TEC建模及高精度导航定位领域的需求，提高电离层TEC观测值的提取精度就显得尤为重要。
技术实现思路
本申请实施例通过提供一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，解决了现有技术中电离层TEC观测值的提取精度较低的问题。本申请实施例提供一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，利用GNSS观测网的原始观测数据，结合IGS提供的高精度轨道、钟差、天线信息，对所述GNSS观测网进行逐站标准模式的精密单点定位解算，固定相位观测值的宽巷整数模糊度和窄巷整数模糊度，将固定后的宽巷整数模糊度和窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。优选的，具体包括以下步骤：(1)选取GNSS观测网，获取观测网原始观测数据，并获取GNSS精密单点定位所需的轨道、钟差、天线信息；(2)对所述观测网原始观测数据进行数据预处理，探测并修复相位观测值周跳，标定相位观测值周跳位置，并记录连续未发生周跳的弧段信息；(3)采用无电离层组合观测值建立标准PPP定位模型，并对所述GNSS观测网各测站进行逐站标准PPP解算，求解获得各测站各卫星的无电离层组合模糊度；(4)基于所述观测网原始观测数据获得MW组合观测值，利用直接取平均，然后对其取整的方式固定并获取宽巷整数模糊度；(5)利用步骤(3)获得的所述无电离层组合模糊度和步骤(4)获得的所述宽巷整数模糊度计算得到窄巷实数模糊度；(6)建立窄巷小数偏差估计方程，求解窄巷小数偏差值，利用LAMBDA方法固定窄巷整数模糊度；(7)将固定后的所述宽巷整数模糊度和固定后的所述窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。优选的，步骤(2)中对所述观测网原始观测数据进行数据预处理具体为：采用TurboEdit方法，卫星截止高度角选取为10°，准确探测并标记周跳发生的位置。优选的，步骤(3)中对所述GNSS观测网各测站进行逐站标准PPP解算采用多线程批处理的方式。优选的，步骤(3)中，所述标准PPP定位模型采用无电离层组合观测方程，如下式所示：式中，和分别表示接收机r到卫星s在第i个频率上的无电离层伪距观测值和无电离层相位观测值；表示接收机r到卫星s的距离；为无电离层组合模糊度值；λL3表示无电离层组合模糊度的波长；dtr和dts表示接收机r的钟差和卫星s的钟差；和表示伪距观测值和相位观测值的观测噪声以及未模型化的误差；将无电离层组合模糊项分解为宽巷整数模糊度和窄巷实数模糊度，如下式所示：式中，为宽巷整数模糊度，为窄巷实数模糊度，和分别代表i1频率和i2频率的频率值，c表示光在真空中的传播速度。优选的，步骤(4)中，所述基于观测网原始观测数据获得MW组合观测值的公式如下：式中，为宽巷实数模糊度值；和分别表示接收机r到观测卫星s在第i1和i2频率上的相位观测值；和分别表示接收机r到观测卫星s在第i1和i2频率上的伪距观测值；和分别代表接收机端的第i1和i2频率上的相位小数偏差；和分别代表卫星端的第i1和i2频率上的相位小数偏差；和分别代表接收机端的第i1和i2频率上的伪距硬件延迟偏差；和分别代表卫星端的第i1和i2频率上的伪距硬件延迟偏差；和分别为和的波长；λWL为宽巷观测值的波长；fcbr,WL和分别表示接收机端和卫星端的宽巷小数偏差值。优选的，步骤(5)中，所述窄巷实数模糊度的表达式如下：式中，表示窄巷实数模糊度；表示窄巷整数模糊度；fcbr,NL和分别表示接收机端和卫星端窄巷小数偏差值。优选的，步骤(6)中，为了估计小数偏差，并固定非差模糊度，采取分离估计策略，假设参考站网有n个测站，观测到m颗卫星，第i个测站m颗卫星的非差实数模糊度向量为bi，形成方程组如下：式中，ni是第i个测站m颗卫星的非差整数模糊度向量，fr、fs分别是接收机和卫星端的相位小数偏差FCB，Ri、Si为接收机端和卫星端FCB的系数矩阵；矩阵Ri中某一列元素全部为1，其余元素为0；而矩阵Si中每一行有一个元素为1，其余元素为0。优选的，步骤(6)中所述建立窄巷小数偏差估计方程，求解窄巷小数偏差值，固定窄巷整数模糊度，具体包括以下步骤：选取某个测站的接收机FCB为零，在选取的测站上，取整周模糊度为最接近实数模糊度的整数值，其小数部分作为卫星端FCB；依次选取不同的测站，获得所有测站的卫星端FCB和接收机端FCB；通过迭代运算进行模糊度固定，当固定的模糊度数量达到最大值时，停止迭代。优选的，步骤(7)中，所述电离层TEC观测值如下：式中，为无几何距离相位观测值；和分别表示i1和i2频率上相位观测值的实数模糊度；和分别表示i1和i2频率上相位观测值的整数模糊度；和分别表示窄巷和宽巷整数模糊度。本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：在本申请实施例中，直接利用基于非差模糊度整数解的相位观测值提取电离层TEC信息，由于相位观测值精度远远高于伪距观测值，因此，该方法提取电离层TEC的精度要优于传统的相位平滑伪距法，而且该方法不受观测弧段长度、多路径等影响。对于未来高精度全球/区域电离层建模具有重要意义，特别是随着未来低轨卫星星座不断增多，其效果将更加明显。本专利技术采用整网进行小数偏差解算，再进行模糊度固定，最后再利用整网的电离层TEC观测值进行全球/区域电离层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，利用GNSS观测网的原始观测数据，结合IGS提供的高精度轨道、钟差、天线信息，对所述GNSS观测网进行逐站标准模式的精密单点定位解算，固定相位观测值的宽巷模糊度和窄巷模糊度，将固定后的宽巷整数模糊度和窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。

【技术特征摘要】
1.一种高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，利用GNSS观测网的原始观测数据，结合IGS提供的高精度轨道、钟差、天线信息，对所述GNSS观测网进行逐站标准模式的精密单点定位解算，固定相位观测值的宽巷模糊度和窄巷模糊度，将固定后的宽巷整数模糊度和窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。2.根据权利要求1所述的高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)选取GNSS观测网，获取观测网原始观测数据，并获取GNSS精密单点定位所需的轨道、钟差、天线信息；(2)对所述观测网原始观测数据进行数据预处理，探测并修复相位观测值周跳，标定相位观测值周跳位置，并记录连续未发生周跳的弧段信息；(3)采用无电离层组合观测值建立标准PPP定位模型，并对所述GNSS观测网各测站进行逐站标准PPP解算，求解获得各测站各卫星的无电离层组合模糊度；(4)基于所述观测网原始观测数据获得MW组合观测值，利用直接取平均，然后对其取整的方式固定并获取宽巷整数模糊度；(5)利用步骤(3)获得的所述无电离层组合模糊度和步骤(4)获得的所述宽巷整数模糊度计算得到窄巷实数模糊度；(6)建立窄巷小数偏差估计方程，求解窄巷小数偏差值，利用LAMBDA方法固定窄巷整数模糊度；(7)将固定后的所述宽巷整数模糊度和固定后的所述窄巷整数模糊度代入无几何距离相位组合观测值中，提取得到电离层TEC观测值。3.根据权利要求2所述的高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，步骤(2)中对所述观测网原始观测数据进行数据预处理具体为：采用TurboEdit方法，卫星截止高度角选取为10°，准确探测并标记周跳发生的位置。4.根据权利要求2所述的高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，步骤(3)中对所述GNSS观测网各测站进行逐站标准PPP解算采用多线程批处理的方式。5.根据权利要求2所述的高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，步骤(3)中，所述标准PPP定位模型采用无电离层组合观测方程，如下式所示：式中，和分别表示接收机r到卫星s在第i个频率上的无电离层伪距观测值和无电离层相位观测值；表示接收机r到卫星s的距离；为无电离层组合模糊度值；λL3表示无电离层组合模糊度的波长；dtr和dts表示接收机r的钟差和卫星s的钟差；和表示伪距观测值和相位观测值的观测噪声以及未模型化的误差；将无电离层组合模糊项分解为宽巷整数模糊度和窄巷实数模糊度，如下式所示：式中，为宽巷整数模糊度，为窄巷实数模糊度，和分别代表i1频率和i2频率的频率值，c表示光在真空中的传播速度。6.根据权利要求5所述的高精度GNSS电离层TEC观测值提取方法，其特征在于，步骤(4)中，所述基于观测网原始观测数据获得MW组合观测值的公式如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：任晓东，张小红，李星星，袁勇强，解为良，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42