一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法。它包括如下步骤，步骤一：在短距离大高差环境，布设多个地表气象观测站；步骤二：汇集区域内所有的地表气象观测站的地表气象观测值，进行对流层延迟建模，建立各气象参数高程归算模型；步骤三：计算基准站和流动站处的对流层延迟；步骤四：计算双差对流层延迟；步骤五：将计算得到的双差对流层延迟代入RTK观测方程，进而进行RTK定位。本发明专利技术克服了现有技术在短距离大高差环境下，由于对流层延迟差异过大，导致二次差分以后、残余对流层延迟较大的缺点；具有对流层延迟的表达精确，RTK垂直方向定位精度高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法
本专利技术涉及GNSS定位、RTK定位、短距离大高差环境下RTK定位
，更具体地说它是一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法。
技术介绍
常规RTK定位（RTK（Real-timekinematic，实时动态）载波相位差分技术）一般假定基准站与流动站之间的误差相似，通过差分可以削弱和消除大部分误差；但是在短距离大高差环境下，由于对流层延迟差异过大，导致二次差分以后，残余对流层延迟仍然较大；由于常规RTK通常采用基于标准气象参数的对流层延迟模型（如Hopfield模型或Saastamoinen模型），对对流层延迟的表达不够精确，导致RTK垂直方向定位精度较差，甚至无法固定；因此，开发一种对流层延迟的表达精确、提高RTK垂直方向定位精度的短距离大高差RTK定位方法很有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，对流层延迟的表达精确，RTK垂直方向定位精度高。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：在短距离大高差环境下，布设多个地表气象观测站；步骤二：汇集区域内所有的地表气象观测站的地表气象观测值，进行对流层延迟建模，建立各气象参数高程归算模型；步骤三：计算基准站和流动站处的对流层延迟；步骤四：计算双差对流层延迟；步骤五：将计算得到的双差对流层延迟代入RTK观测方程，进而进行RTK定位；RTK载波相位和伪距观测方程如下：（1）（2）上式（1）和式（2）中：代表双差算子；代表载波波长；代表不同测站间的经过双差之后的载波相位观测值；代表经过双差以后的整周模糊度；代表双差电离层延迟；代表双差对流层延迟；是双差伪距观测值；表示双差星站距；其中，和利用基准站和流动站观测值双差计算得到。在上述技术方案中，在不同高度均匀布设地表气象观测站。在上述技术方案中，对流层延迟模型的计算采取气温、气压和水汽压垂直递减归算模型，气温、气压和水汽压垂直递减归算模型如下所示：（3）（4）（5）（6）上式（3）、式（4）、式（5）、式（6）中：代表测站处的温度，单位为K；=293.15K；代表测站处高程；代表测站处的气压，单位为mbar；=1013.25mbar；代表测站处的水汽压，单位为Pa；代表水汽压垂直递减率；，为重力加速度常数；为一般气体常数；代表温度递减率；代表比湿度，单位为；是海平面处水汽压，单位为Pa；分别将各地表气象观测值代入上式，求取待求参数，建立各气象参数高程归算模型。在上述技术方案中，在步骤三中，利用Saastamoinen模型和AN模型及步骤二建立的各气象参数高程归算模型，通过流动站概略位置和基准站概略位置获得其所在处气象元素后，将气象元素代入上述两模型的计算公式后分别计算基准站和流动站处的对流层延迟。在上述技术方案中，在步骤四中，利用步骤三计算得到的基准站的对流层延迟和流动站的对流层延迟结合卫星星历，通过卫星坐标、流动站坐标、基准站坐标计算卫星分别与基准站和流动站之间的高度角；选择不同参考卫星，在参考卫星和接收机之间计算双差对流层延迟。本专利技术具有如下优点：（1）本专利技术所述方法通过在地表建立气象观测站对测区进行气象观测，通过地表气象站建立的高程归算模型计算以后，可以精确表达对流层延迟，RTK定位精度高（本专利技术能够达到水平精度2cm，高程精度3cm）；解决现有技术在大高差环境下对对流层延迟难以精确表达的问题，克服了现有的RTK不配备气象观测，无法改正较大高差引起的对流层延迟；且短距离大高差环境下，该现有的RTK定位将失效的难题；（2）本专利技术所述方法只需要建设地表气象观测站即可计算短距离大高差环境下的流动站处的对流层延迟，成本低廉，建设简便；克服了现有技术在短距离大高差环境下，需通过建立大量GNSS基准站的方式估计对流层延迟，进而计算流动站处的对流层延迟，但GNSS基准站的成本高昂，建设困难的问题。附图说明图1为本专利技术工艺流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的实施情况，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本专利技术的优点更加清楚和容易理解。本方法提出在短距离大高差RTK测区范围内布设多个地表气象观测站，对气温、气压和水汽压进行实时观测，进而建立基于实测气象观测的高精度对流层延迟模型，对对流层延迟进行更精确的表达，且将其应用到RTK定位的对流层延迟改正中，解决残余对流层延迟误差较大导致的垂直方向定位不准的难题。本专利技术使用地表气象站，通过地表气象站获取的气象元素与常规的RTK定位方法相结合（采用常规RTK技术，小范围内只需要1-2个基站），达到增强短基线大高差基准站RTK定位结果的目的，能精确对对流层延迟进行表达，RTK定位精度高，建设成本低，建设简便；相较于现有技术，本专利技术使得常规RTK定位技术能够在大高差情况下满足实际定位应用需求。参阅附图可知：一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，包括如下步骤，步骤一：在短距离大高差环境下，利用现有选址布设多个地表气象观测站；步骤二：汇集区域内所有的地表气象观测站的地表气象观测值，进行对流层延迟建模，建立各气象参数高程归算模型；步骤三：计算基准站和流动站处的对流层延迟；步骤四：计算双差对流层延迟；步骤五：将计算得到的双差对流层延迟代入RTK观测方程，进而进行RTK定位；RTK载波相位和伪距观测方程如下：（1）（2）上式（1）和式（2）中：代表双差算子；代表载波波长；代表不同测站间的经过双差之后的载波相位观测值；代表经过双差以后的整周模糊度；代表双差电离层延迟（短基线情况下该误差可以忽略）；代表双差对流层延迟；是双差伪距观测值；表示双差星站距；其中，和利用基准站和流动站观测值双差计算得到；本专利技术利用气象观测建模并用于短距离大高差RTK定位，对流层延迟的表达精确，RTK垂直方向定位精度高。进一步地，为监测各个高程的气象条件，应在不同高度均匀布设地表气象观测站；地表气象观测站的气象观测值（气温、气压、水汽压）可实时传输。进一步地，对流层延迟模型的计算采取气温、气压和水汽压垂直递减归算模型，气温、气压和水汽压垂直递减归算模型如下所示：（3）（4）（5）（6）上式（3）、式（4）、式（5）、式（6）中：代表测站处的温度，单位为K；=293.15K；代表测站处高程；代表测站处的气压，单位为mbar；=1013.25mbar；代表测站处的水...

【技术保护点】
1.一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，其特征在于：包括如下步骤，/n步骤一：在短距离大高差环境下，布设多个地表气象观测站；/n步骤二：汇集区域内所有的地表气象观测站的地表气象观测值，进行对流层延迟建模，建立各气象参数高程归算模型；/n步骤三：计算基准站和流动站处的对流层延迟；/n步骤四：计算双差对流层延迟；/n步骤五：将计算得到的双差对流层延迟代入RTK观测方程，进而进行RTK定位；RTK载波相位和伪距观测方程如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：在短距离大高差环境下，布设多个地表气象观测站；
步骤二：汇集区域内所有的地表气象观测站的地表气象观测值，进行对流层延迟建模，建立各气象参数高程归算模型；
步骤三：计算基准站和流动站处的对流层延迟；
步骤四：计算双差对流层延迟；
步骤五：将计算得到的双差对流层延迟代入RTK观测方程，进而进行RTK定位；RTK载波相位和伪距观测方程如下：

（1）

（2）
上式（1）和式（2）中：代表双差算子；代表载波波长；代表不同测站间的经过
双差之后的载波相位观测值；代表经过双差以后的整周模糊度；代表双差电离
层延迟；代表双差对流层延迟；是双差伪距观测值；表示双差星站距；其
中，和利用基准站和流动站观测值双差计算得到。


2.根据权利要求1所述的利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，其特征在于：在不同高度均匀布设地表气象观测站。


3.根据权利要求2所述的利用地表气象站增强短距离大高差RTK定位的方法，其特征在于：对流层延迟模型的计算采取气温、气压和水汽压垂直递减归算模型，气温、气压和水汽压垂直递减归算模型如下所示：

（3）<...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宜斌，於三大，杨爱明，张良，权录年，马能武，伍中华，张辛，肖玉钢，张锋，张琦，袁乐先，马瑞，程渭炎，张燊，义崇政，
申请(专利权)人：长江空间信息技术工程有限公司武汉，中国三峡建设管理有限公司，武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42