大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法及系统，首先将测区独立基线双差残差恢复为各测站各卫星非差残差，包括解算测区的一组独立基线，通过第一次增加重心基准，将各基线双差残差转换为站间单差残差；对各基线单差残差再一次增加重心基准，将站间单差残差恢复为各测站非差残差；然后，联合卫星斜路径信号的湿延迟投影函数，构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型；最后从非差残差中减去该模型计算值得到多路径误差，从而实现这两类误差分离。本发明专利技术技术方案支持用于高山狭窄地理条件下的高精度GNSS短距离相对定位。位。位。

【技术实现步骤摘要】
大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法及系统


[0001]本专利技术是属于高山狭窄地理条件下GNSS短基线高精度监测误差改正
，具体涉及一种基于非差残差的GNSS斜路径信号对流层延迟误差和多路径误差分离方法及系统。

技术介绍

[0002]在大型桥梁、水电站大坝和山体滑坡等健康监测中，高精度GNSS短距离相对定位是目前较为常用的方法。另外，随着我国北斗三代系统的全面建设完成，北斗/GNSS将在未来高精度滑坡灾害监测和预警中发挥越来越大的作用。然而，在大型山体和水电站大坝滑坡灾害监测中，常常出现高山狭窄地理条件，由于基准站和监测站高程差异较大，观测值中存在较为严重的残余对流层延迟误差。此外，GNSS天线周围不可避免存在一定的反射物，导致其观测值中存在cm级影响的多路径误差。目前的研究中尚未有方法将GNSS观测值中这两类误差相互分离，从而无法独立建模改正，即难以解决大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，难以实现毫米至亚毫米级高精度形变监测目标。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种构建测区各测站的非差天顶对流层延迟误差模型，进一步提取多路径误差的系统，从而在基线解算中分类改正这两类误差得到高精度定位结果。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提出的技术方案为一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，包括以下过程，
[0005]首先，将测区独立基线双差残差恢复为各测站各卫星非差残差，实现方式如下，
[0006]解算测区的一组独立基线基线，通过第一次增加重心基准，将各基线双差残差转换为站间单差残差；对各基线单差残差再一次增加重心基准，将站间单差残差恢复为各测站非差残差；
[0007]然后，联合卫星斜路径信号的湿延迟投影函数，构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型；最后从非差残差中减去该模型计算值得到多路径误差，从而实现这两类误差分离。
[0008]而且，对每一条基线通过增加重心基准方式将双差残差先转换为站间单差时，采用如下转换公式实现，
[0009][0010]式中，n为卫星数，第1号卫星为参考星，为单差残差，为单差残差，为双差残差，分别为卫星1、2、3...n相对于测站A和B平均高度角定权值。
[0011]而且，针对同一颗卫星的所有站间单差残差，再增加一次重心基准，转换为各测站上每颗卫星的残差，实现将双差残差转换为各测站各卫星非差残差，采用如下转换公式实现，
[0012][0013]式中，上标1表示第1号卫星，为第1号卫星相对于测站1、2、3、...K 的非差残差，为第1号卫星相对于测站1和测站2之间、测站2和测站3之间、...测站K
‑
1和测站K之间测站基线的单差残差，为第1号卫星分别相对于测站1、2、3、...K的高度角定权值。
[0014]而且，根据测站天顶对流层延迟误差T
site
及湿延迟投影函数Map
wet
，计算该斜路径信号的非差对流层延迟误差Residuals
slant
＝T
site
Map
wet
，将该模型计算值作为信号的实际对流层延迟误差；从转换的非差残差减去该模型计算值，残余的误差为多路径误差和噪声；将残差序列通过低通滤波降噪处理，得到多路径误差，从而实现斜路径信号多路径误差和对流层延迟误差的分离。
[0015]而且，用于高山狭窄地理条件下的高精度GNSS短距离相对定位。
[0016]另一方面，本专利技术还提供一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离系统，用于实现如上所述的一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法。
[0017]而且，包括以下模块，
[0018]第一模块，用于将测区独立基线双差残差恢复为各测站各卫星非差残差，实现方式如下，
[0019]解算测区的一组独立基线，通过第一次增加重心基准，将各基线双差残差转换为站间单差残差；对各基线单差残差再一次增加重心基准，将站间单差残差恢复为各测站非差残差；第二模块，用于联合卫星斜路径信号的湿延迟投影函数，构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型；最后从非差残差中减去该模型计算值得到多路径误差，从而实现这两类误差分离。
[0020]或者，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法。
[0021]或者，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法。
[0022]本专利技术通过将测区一组独立基线的双差残差转换为各测站非差残差，联合GNSS斜
路径信号湿延迟投影函数构建测站非差天顶对流层延迟误差模型，进一步从非差残差中减去对流层延迟误差模型计算值，残余误差即为多路径误差，从而实现这两类误差的分离，支持高山狭窄地理条件下高精度形变监测目标。
[0023]本专利技术方案实施简单方便，实用性强，解决了相关技术存在的实用性低及实际应用不便的问题，能够提高用户体验，具有重要的市场价值。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例的方法流程图。
[0025]图2为本专利技术实施例恢复的4个测站(分别记为Station1、Station2、Station3、Station4) 非差多路径误差在湿延迟投影函数空间域展示的特征图。
具体实施方式
[0026]以下结合附图和实施例具体说明本专利技术的技术方案。
[0027]高山狭窄地理条件下，由于测站两端的高程差异较大，对流层延迟误差无法通过传统双差方式完全消除，GNSS双差观测值残差中存在较为严重的对流层延迟误差。另外，对于高精度GNSS定位，其cm级的多路径误差影响不可忽略。然而多路径误差和对流层延迟误差同为高度角相关误差，即低仰角弧段影响较大，高仰角弧段则较小，两者难以相互分离。本专利技术实施例中提出一种高山峡谷地理条件下GNSS对流层延迟误差和多路径误差分离方法，解算测区的一组独立基线，通过第一次增加重心基准，将各基线双差残差转换为站间单差残差；对各基线单差残差再一次增加重心基准，将站间单差残差恢复为各测站非差残差；联合卫星斜路径信号的湿延迟投影函数，构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型；最后从非差残差中减去该模型计算值，即可得到多路径误差，从而实现这两类误差分离。
[0028]假设GNSS接收机r观测到卫星s的信号，其载波相位观测方程如公式(1)所示：
[0029][0030]其中，下表i代表频率号，λ
i
为载波信号对应的波长，ρ为卫地距，N
i
为整周模糊度， c为光速，δt
r
、δt
s
分别为接收机和卫星钟差，δ
trop
、δ
I，i
分别对流层延迟和电离层延迟误差，δM
i
为多路径误差，ε...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，其特征在于：包括以下过程，首先，将测区独立基线双差残差恢复为各测站各卫星非差残差，实现方式如下，解算测区的一组独立基线基线，通过第一次增加重心基准，将各基线双差残差转换为站间单差残差；对各基线单差残差再一次增加重心基准，将站间单差残差恢复为各测站非差残差；然后，联合卫星斜路径信号的湿延迟投影函数，构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型；最后从非差残差中减去该模型计算值得到多路径误差，从而实现这两类误差分离。2.根据权利要求1所述大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，其特征在于：对每一条基线通过增加重心基准方式将双差残差先转换为站间单差时，采用如下转换公式实现，式中，n为卫星数，第1号卫星为参考星，为单差残差，为双差残差，分别为卫星1、2、3
…
n相对于测站A和B平均高度角定权值。3.根据权利要求1所述大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，其特征在于：针对同一颗卫星的所有站间单差残差，再增加一次重心基准，转换为各测站上每颗卫星的残差，实现将双差残差转换为各测站各卫星非差残差，采用如下转换公式实现，式中，上标1表示第1号卫星，为第1号卫星相对于测站1、2、3、
…
K的非差残差，为第1号卫星相对于测站1和测站2之间、测站2和测站3之间、
…
测站K
‑
1和测站K之间测站基线的单差残差，为第1号卫星分别相对于测站1、2、3、
…
K的高度角定权值。4.根据权利要求3所述大高差基线的对流层延迟和多路径误差分离方法，其特征在于：根据测站天顶对流层延迟误差T
site
及湿延迟投影函数Map
wet
，计算该斜路径信号的非差对流层延迟误差Residuals
slant
＝T...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈德忠，叶世榕，夏凤雨，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：