一种检测掩星双频ＧＰＳ接收机观测量测量误差的方法技术

本发明专利技术涉及全球定位系统ＧＰＳ接收机领域，特别是针对双频掩星ＧＰＳ接收机中各种观测量测量误差的方法。该掩星误差测量方法采用同一天线的两台掩星接收机，两台接收机是相同的两台待测接收机，也可是一台为已知测量量误差，一台为待测接收机，由两台接收机观测量双差值误差反推待测掩星接收机观测量的测量误差。方法包括：步骤１，ＧＰＳ信号通过掩星接收机天线接收真实的ＧＰＳ信号；步骤２，设置接收机的采样率；步骤３，对两接收机的数据进行分析；步骤４，在质量比较好的数据，求出高载噪比测量误差并求平均得σ↓［高］；步骤５，求出该观测量的整体测量误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及全球定位系统GPS接收机领域，特别是针对双频掩星GPS接收机中各种观测量测量误差的方法。
技术介绍
GPS掩星观测，是利用掩星GPS接收机接收GPS卫星电波斜穿大气层信号，反演得到大气温度、密度、气压和电离层电子密度剖面的新技术，具有测量精度高、垂直分辨率高、全球覆盖、长期稳定和全天候及无须在轨定标等特点，其探测资料对于天文学、气候学、空间天气学以及测地学等具有重要的意义。掩星GPS接收机是通过测量双频载波的相位，提取电波通过电离层和大气层的附加相位，然后反演出大气温、湿、压等信息，所以其观测量的测量误差对反演的结果质量影响很大，但由于GPS信号加噪声非常复杂，当前怎么样定量的得到掩星GPS接收机的观测量测量误差，对掩星GPS接收机的质量进行评估，还没有具体的测量标准和方法，本专利技术就是在这样的情况下提出了一个简单有效的测量掩星GPS接收机观测量测量误差的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量掩星GPS接收机各种观测量测量误差的方法。而对于掩星GPS接收机来说，其主要的观测量包括C/A码伪距，P1码伪距，P2码伪距，L1载波相位，L2载波相位和L1、L2多普勒频移。观测量的站际单差ΔOABj=OBj-OAj,]]>其表示接收机A和B，在某一历元同步观测某一卫星Sj的某一观测量O的差，它消除了卫星钟误差的影响，同时也可以明显地减弱如轨道误差、大气折射误差等系统性误差的影响。观测量的双差为站星际双差▿ΔOABij=OABj-OABi,]]>表示接收机A和B于某历元同步观测卫星Si、Sj的某一观测量O单差的差，其中取Si为参考星，其进一步消除了接收机钟差的影响。采用如图1所示，利用同一个天线，通过分路器接入两台GPS接收机。如果两台接收机接收到的观测量求站际单差，则可以消除由于天线质量和多路径效应产生的误差，也消除了观测量中如轨道误差、大气折射等引起的误差，同时因为是同一颗星同一个天线，两接收机观测量真值应相等，做单差消去，而只留下了受接收机时钟差影响的误差和我们所要求的观测量测量误差。两个接收机接收到的观测量如果再求站星际双差，则可以在单差的基础上再消除接收机时钟差的影响而只剩我们要的观测量测量误差，且双差的真值为0。我们用统计标准差σo，即方差是σo2来表示观测量O的测量误差，同一个接收机各通道的某观测量在同一载噪比下的观测误差一样，在一次观测时间内，如果始终有两颗卫星Si、Sj的观测量O保持相同的载噪比，即测量误差始终都一样，即σoi=σoj=σo.]]>▿ΔOABij=OABj-OABi=OBj-OAj-(OBi-OAi)]]>如果接收机A和B为同样的两台待测的接收机，那么σoAi=σoBi=σoAj=σoBj=σo.]]>根据误差传播定律，双差的方差σ▿ΔOABij2=4σo2.]]>所以，只要我们对接收到的数据进行双差，然后0为均值统计其σΔOABij2，那么相应观测量的统计标准差σo=σ▿ΔOABij/2]]>①。如果接收机A为待测，B为已知其观测量误差σoB的接收机。根据误差传播定律，双差的方差σ▿ΔOABij2=2σoB2+2σoA2.]]>所以，只要我们对接收到的数据进行双差，然后0为均值统计其σΔOABij2，那么相应观测量的统计标准差σoA=(σ▿ΔOABij2-2σoB2)/2]]>②。在实际接收GPS信号的时候，一颗星接收信号载噪比从最高到最低大概有1到4个小时不等，在这么长的时间内，我们不可能找到载噪比始终相同变化的两个卫星。但我们通过对数据的分析得到两个规律一是GPS卫星在接近成为掩星的时候载噪比下降非常迅速，而在其相当长的一段可视时间内其载噪比可保持较高的量(如C/A码载噪比为40db到50多db，P码为30多db)。二是观测量测量噪声随载噪比减小而迅速的变大，而在较高的一个载噪比范围内其测量噪声变化比较小，可看作相等(如C/A码载噪比为45db到50多db看作其相关观测量的观测噪声相等，P码为30多db看作其相关观测量的观测噪声相等)。在实际中，我们可以很容易得到在一个较长时间内有两颗卫星的观测量能保持一个较高载噪比的数据，假设在较高载噪比的范围内对两颗卫星的测量误差一样，从而我们可以利用上述的方法①或②来求出较高载噪比的测量误差。我们也可以很容易得到在一颗卫星Si的观测量载噪比由最高到最低，即由可视到发生掩星事件，最后消失的全过程中，有另一颗参考卫星Sj的观测量能保持可视并在一个较高载噪比范围的数据。观测量双差公式为▿ΔOABij=OABj-OABi=OBj-OAj-(OBi-OAi).]]>σoAi表示接收机A接收卫星Si的某观测量O的标准差；σoBi表示接收机B接收卫星Si的某观测量O的标准差；因为卫星Si的观测量载噪比是由最高到最低变化的，σo为待求接收机某观测量O在载噪比由最高到最低的过程中整体的测量标准差，为我们所求的量。σoAj表示接收机A接收卫星Sj的某观测量O的标准差；σoBj表示接收机B接收卫星Sj的某观测量O的标准差；因为卫星Sj的观测量载噪比始终都在一个较高的范围内，σ高代表待测接收机某观测量O在高载噪比的情况下的测量误差，我们可以根据公式①或②所述的方法来计算得到。如果接收机A和B为同样的两台待测的接收机，那么σoAi=σoBj=σo]]> ，。根据误差传播定律，双差的方差 所以，只要我们对接收到的数据进行双差，然后以0为均值统计其σΔOABij2，那么相应观测量的统计标准差 如果接收机A为待测，B为已知其观测量误差σoB的接收机。根据误差传播定律，双差的方差σ▿ΔOABij2=σojB2+σojA2+σoiB2+σoiA2.]]>其中，σojB2为已知的B接收机较高载噪比的测量误差方差，σoiB2为已知的B接收机观测量和所求误差相应载噪比的测量误差，σojA2为已求出的待求接收机高载噪比时的测量误差，σoiA2为所求，所以，只要我们对接收到的数据进行双差，然后0为均值统计其σΔOABij2，那么相应观测量的统计标准差σoiA=σ▿&Delt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测掩星双频ＧＰＳ接收机观测量测量误差的方法，其步骤如下：步骤１，ＧＰＳ信号通过掩星接收机天线接收真实的ＧＰＳ信号，利用两个接收机是相同的两个待测接收机接收ＧＰＳ信号；步骤２，设置接收机的采样率；步骤３，对两接收机的数据进行分析，挑出数据质量比较好的部分，或者可以利用相关软件修复数据的粗差；步骤４，在质量比较好的数据中各观测量都挑出三组或更多至少持续２０分钟以上有两颗星载噪比维持在较高范围的数据，用上述方法求出各观测量三组的高载噪比测量误差并求平均得σ↓［高］；步骤５，在质量比较好的数据中各挑一组，有一颗星观测载噪比由最高到最低，直到消失的同时，还有一颗参考星的观测载噪比在高载噪比范围内的数据，求出该观测量的整体测量误差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白伟华，孙越强，朱光武，陶鹏，杜起飞，刘正庭，王晶，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]