短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法技术

本发明专利技术涉及一种短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，结合移动载体的运动特征，构建一种适用于基线长度变化的相对定位模型；在短基线场景下快速获得固定解，之后提取电离层延迟并进行实时建模；一旦载体处于长基线场景下，使用电离层预报值对电离层参数进行约束，进而获得固定解；电离层建模预报与长基线解算迭代循环，最终实现大范围动态高精度定位。本发明专利技术可以明显提高动态长基线相对定位的可靠性和定位精度，无须在测量区域内布设额外的基准站，即依靠单一基站即可完成动态载体大范围精密定位，显著降低了作业成本，在航空、航海、城市陆地测量领域具有重要的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法
本专利技术涉及GNSS高精度定位领域，尤其是涉及一种短到长基线场景下电离层建模约束的实时动态差分定位方法。
技术介绍
GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystems)精密相对定位技术是十二世纪八十年代发展起来的一种高精度定位技术，它利用全球导航卫星系统，包括中国北斗系统，美国GPS系统，俄罗斯GLONASS系统和欧盟的Gailieo系统，采用两台或者两台以上的接收机，利用接收到的伪距和载波相位观测值精确确定用户位置，目前已经被广泛用于移动测量领域。但是在大范围移动测量场景下，基线距离在几公里到数百公里范围内变化，随着基线距离增加基准站与流动站各项参数之间的相关性减小，尤其是电离层参数与模糊度难以快速分离，导致传统动态相对定位的固定率下降，定位精度降低。网络RTK(real-timekinematic,RTK)技术虽然可以通过参考网播发的改正数消除大气残余误差，但由于其需要多个基准站进行区域改正数的计算，在海上、沙漠等特殊区域应用难度较大。因此，研究单基站中长基线动态相对定位方法在移动测量领域具有重要意义。模糊度正确固定是利用载波相位进行精密定位的前提和关键。电离层和对流层都属于大气误差，但两者对相对定位的影响截然不同，电离层与模糊度强相关，对模糊度固定的影响最大，而对流层主要和高程分量强相关，对高程分量的影响最大，对模糊度固定基本没有影响。因此，只要能够精确改正电离层延迟误差，就能够实现模糊度快速度固定。短基线相对定位之所以能够在数秒内实现模糊度固定，就是因为站间单差消除了电离层误差。但是当基线长度较长时，电离层误差不能通过站间单差完全消除，在没有任何外部信息的支持下，残余误差难以准确确定，因此会造成模糊度固定困难，定位精度下降。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提出了一种短到长基线场景下的大气域电离层建模约束的高精度相对定位方法，适用于大范围移动测量场景，具有单基站长基线高精度定位能力以及抗复杂环境的优点。本专利技术技术方案提供一种短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，结合移动载体的运动特征，构建一种适用于基线长度变化的相对定位模型；在短基线场景下快速获得固定解，之后提取电离层延迟并进行实时建模；待到长基线场景下，使用电离层预报值对电离层参数进行约束，进而获得固定解；电离层建模预报与长基线解算迭代循环，实现大范围动态高精度定位。而且，所述的移动载体的运动特征，是指在动态测量场景中，基准站通常架设在视野开阔的区域，移动测量载体从基站附近出发，再进入测区开展大范围测量任务，整体过程中流动站与基准站之间的基线长度具有由短到长的变化特点。而且，构建适用于基线长度变化的相对定位模型实现方式如下，使用扩展卡尔曼滤波器，以非组合载波相位和伪距构建观测方程，当存在电离层延迟预报值时，以预报值作为虚拟观测值扩充观测方程；根据基线长度的变化和流动站与基准站之间的相关性，自适应设置电离层和对流层延迟的状态模型，从而适应不同基线场景的需要。而且，自适应设置电离层和对流层延迟的状态模型实现方式如下，当基线长度小于或等于10km时，流动站和基准站的相关性很强，采用以经验为主的状态模型，将电离层延迟建模为白噪声，且先验值为0，且状态先验值权重设置为无限大；对流层延迟建模为随机游走，并认为其变化非常缓慢；当基线长度大于10km时，流动站和基准站的相关性变弱，需要依赖其他电离层改正信息，电离层延迟的初始状态方差设定为基线长度的线性函数，对流层延迟的过程噪声相应放大。而且，提取电离层延迟并进行实时建模实现方式如下，模糊度成功固定后，利用两个频率上的高精度载波相位观测值求解出任意频率的电离层延迟；由于短时间内大气物理特性变化缓慢，因此对提取到的电离层延迟进行线性建模；线性建模过程迭代进行，每次剔除掉建模异常值；建模完成后，只需要已知外推时间实现准确预报。而且，当运动载体处于长基线场景中，将电离层预报值作为虚拟观测值加入到卡尔曼滤波器的观测方程中；通过对提取到的电离层延迟实时建模预报，实现不依赖外部电离层修正信息的大气增强差分定位；模糊度固定成功后，继续进行电离层建模预报，形成电离层建模预报与长基线解算迭代循环，最终实现单基站动态高精度定位。本专利技术提出的大气域电离层建模约束的高精度相对定位方法，可适用于单基站、高动态、大范围移动测量场景，有如下优点：1.充分利用了短基线场景的优势，实现定位快速初始化，并将模糊度固定信息转化为精密的电离层信息，传递至下一历元进行约束。在精密电离层信息的支持下，模糊度就能快速固定，从而形成精密电离层信息生成与模糊度固定双向推进的关系，进而实现不依赖外部修正信息的高精度定位。2.由于电离层误差本质上具有短时间缓变特性，在复杂城市环境下，信号出现遮挡、干扰、失锁等情况后，可以继续利用精确的电离层预报信息，辅助模糊度快速重新固定，提高定位的连续性和可靠性。3.本方案仅要求架设单一基站即可实现高精度定位，极大地降低了大范围移动测量的作业成本，在沙漠、海洋和城市移动测量领域具有较好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例的大气域电离层建模约束的高精度相对定位方法总流程图；图2为本专利技术实施例的大气域电离层建模约束的高精度相对定位原理示意图；图3为本专利技术实施例的适应不同基线场景的GNSS数学模型构建与解算流程图；图4为本专利技术实施例的双差电离层延迟量提取流程图；图5为本专利技术实施例的模糊度固定结果可用性检核策略流程图；图6为本专利技术实施例的电离层延迟建模预报流程图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。考虑到实际测量作业场景中，基准站通常架设在视野开阔的区域，测量载体往往从基准站附近出发，之后再开始执行测量任务，此时动态载体会经历基线长度由短到长的变化过程。本专利技术利用在该场景下基线长度的变化特点，提出了一种电离层建模约束的实时动态差分定位方法。在短基线场景下，大气误差通过站间差分的形式消除，模糊度可以快速固定。利用短基线结果对电离层延迟误差进行提取、建模和预报，并用于后续长基线差分定位中。通过这种方法，对大气参数进行精确建模和补偿，并传递至长基线。只要电离层的预报精度足够高，就相当于完全改正了电离层误差，等价于短基线场景下的动态相对定位，最终无论在短基线还是长基线场景下，都能够获得高精度的定位结果。大气域电离层建模约束的高精度相对定位方法的核心思想如图2所示。其原理是利用固定后的模糊度结果恢复高精度载波相位的绝对定位能力，再由此取得高精度电离层预报值，用于约束长基线模型，进而持续得到可靠固定解。由图可知，载体从基站附近出发时，双差模型中大大气残余误差为0，此时应用相对定位的短基线模型可以快速固定模糊度，并取得高精度定位结果。通过两个频率的模糊度固定解，可以逐历元提取高精度的电离层延迟。当载体进入测区作业，与基站间的距离越来越远，此时大气残余误差不为0，传统的相对定位模型很难获得准确的固定解。但是，利用已经得到的高精度电离层延迟序列，可以对其进行实时建模与预报，将约束值修正大气残余误差，约束相对定位模型，进而快速固定模糊度，之后固定解可以继续用于电离层建模预报。最终差分定位与电离层建模预报迭代进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，其特征在于：结合移动载体的运动特征，构建一种适用于基线长度变化的相对定位模型；在短基线场景下快速获得固定解，之后提取电离层延迟并进行实时建模；待到长基线场景下，使用电离层预报值对电离层参数进行约束，进而获得固定解；电离层建模预报与长基线解算迭代循环，实现大范围动态高精度定位。

【技术特征摘要】
1.一种短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，其特征在于：结合移动载体的运动特征，构建一种适用于基线长度变化的相对定位模型；在短基线场景下快速获得固定解，之后提取电离层延迟并进行实时建模；待到长基线场景下，使用电离层预报值对电离层参数进行约束，进而获得固定解；电离层建模预报与长基线解算迭代循环，实现大范围动态高精度定位。2.如权利要求1所述短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，其特征在于：所述的移动载体的运动特征，是指在动态测量场景中，基准站通常架设在视野开阔的区域，移动测量载体从基站附近出发，再进入测区开展大范围测量任务，整体过程中流动站与基准站之间的基线长度具有由短到长的变化特点。3.如权利要求1所述短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，其特征在于：构建适用于基线长度变化的相对定位模型实现方式如下，使用扩展卡尔曼滤波器，以非组合载波相位和伪距构建观测方程，当存在电离层延迟预报值时，以预报值作为虚拟观测值扩充观测方程；根据基线长度的变化和流动站与基准站之间的相关性，自适应设置电离层和对流层延迟的状态模型，从而适应不同基线场景的需要。4.如权利要求3所述短到长基线场景下电离层建模约束的实时差分定位方法，其特征在于：自适应设置电离层和对流层延迟的状态模型实现方式如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小红，张钰玺，朱锋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42