一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，包括如下步骤：步骤1、数据流时间同步与有效性检核；步骤2、根据步骤1获得的同步实时观测值并更新外部所需文件，多测站并行计算MW平均值和无电离层组合浮点模糊度；步骤3、根据步骤2得到的多测站MW平均值，作为输入观测值，进行时变宽巷相位小数偏差快速估计；步骤4、根据步骤2得到的多测站无电离层组合浮点模糊度，作为输入观测值，进行时变窄巷相位小数偏差快速估计；步骤5、线性转换各频相位小数偏差。本发明专利技术实现了多测站网解北斗时变相位小数偏差快速估计，既提高了实时北斗相位小数偏差估计的效率，又提高了估计的北斗相位小数偏差的精度和可靠性。计的北斗相位小数偏差的精度和可靠性。计的北斗相位小数偏差的精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航定位
，尤其是一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法。

技术介绍

[0002]北斗卫星导航系统(BDS，BeiDou Navigation Satellite System)是我国自主建设、独立运行的全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)，是国家重要空间基础设置。当前，基于北斗位置服务的产业年产值已高达四千亿元，并呈现稳定高速增长态势，无人驾驶、智慧城市建设、自然资源调查等均需要可靠的空间位置信息。
[0003]精密单点定位(PPP，Precise Point Positioning)技术
[1]可以在全球范围内获取地心参考框架下精确三维坐标，然而由于其模糊度参数吸收了伪距和相位硬件延迟，失去整周特性的PPP浮点解的精度和可靠性亟需进一步提高。
[0004]为实现PPP模糊度可靠固定，国内外学者先后提出相位小数偏差模型
[2]、整数相位钟模型
[3]、钟差解耦模型
[4]等，并从服务端改正数类型和客户端模型自由度等方面对上述三种方法进行了对比。由于BDS系统建设周期较短，且采用三种混合轨道类型卫星，包括地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中圆地球轨道卫星(MEO)，卫星观测值质量、卫星姿态模型、卫星空间环境等与其余GNSS系统存在一定差异，不顾及两者之间的差异降低了BDS PPP定位性能。
[0005]同时，为了满足实时位置服务的时效性和长期稳定性，BDS时变相位小数偏差估计的效率和数值稳定性显得尤为重要。近年来，众多学者采用引入外部矩阵库、非严格的网解模型、降低相位小数偏差更新时间等方法，提高相位小数偏差估计效率。然而，上述技术手段依赖于硬件平台，难以实现跨平台操作，降低了相位小数偏差的精度和可靠性，不利于BDS PPP模糊度可靠固定，而严密的网解模型存在高维矩阵求逆和方差
‑
协方差耗时等问题。
[0006]因此，可靠估计实时BDS相位小数偏差实现可靠的BDS PPP固定解，对于推动我国北斗提供优质的导航、定位和授时服务具有重要的实用价值和研究意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，能够实现实时BDS相位小数偏差快速、稳健估计。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、数据流时间同步与有效性检核；
[0010]步骤2、根据步骤1获得的同步实时观测值并更新外部所需文件，多测站并行计算MW平均值和无电离层组合浮点模糊度；
[0011]步骤3、根据步骤2得到的多测站MW平均值，作为输入观测值，进行时变宽巷相位小
数偏差快速估计；
[0012]步骤4、根据步骤2得到的多测站无电离层组合浮点模糊度，作为输入观测值，进行时变窄巷相位小数偏差快速估计；
[0013]步骤5、线性转换各频相位小数偏差。
[0014]优选的，步骤1中，数据流时间同步与有效性检核具体包括如下步骤：
[0015]步骤11、获取本地时间，设置相位小数偏差更新率和数据流等待时间，以此作为逐历元获取同步实时数据流的时间参考；
[0016]步骤12、利用广播星历和实时轨道/钟差改正数，恢复实时卫星轨道和钟差数据，并监测其数据是否存在缺失和异常；
[0017]步骤13、检测更新多系统差分码偏差DCB文件、预报地球定向参数EOP文件、天线文件、BLQ格式的海潮文件，作为后续数据预处理的外部输入数据；
[0018]步骤14、针对部分测站观测值缺失问题，特别是连续多个历元出现观测值数据中断现象，设置等待时间，在等待时间内该测站数据不参与后续相位小数偏差计算。
[0019]优选的，步骤2中，多测站并行计算浮点模糊度具体包括如下步骤：
[0020]步骤21、删除双频伪距和相位观测值缺失卫星，逐颗形成如下双频线性组合观测值：
[0021][0022]式中，f1和f2分别表示BDS第一频和第二频频率，P1/P2和L1/L2分别为BDS第一频和第二频伪距观测值和相位观测值，PI为第一频率和第二频率的伪距观测值的差值，LI为第一频率和第二频率的相位观测值的差值，由双频载波相位L1/L2和伪距观测值P1/P2构造的MW组合观测值，PC为双频无电离层伪距组合观测值，LC为双频无电离层相位组合观测值；
[0023]步骤22、顾及GEO/IGSO/MEO三种轨道类型卫星的轨道高度和PI值阈值进行伪距粗差探测，利用MW组合和LI组合探测周跳，考虑GEO卫星的近乎静地特性，LI线性组合探测周跳的电离层变化率阈值设置为MEO/IGSO的一半，对超过阈值的观测数据进行剔除，并记录每个连续观测弧段的弧段数目及新旧弧段切换时间；
[0024]步骤23、修正各种误差模型，包括对流层延迟、天线相位中心改正、相位缠绕、潮汐效应、卫星多路径空间误差，其中GEO卫星姿态采用零偏模式，IGSO/MEO卫星采用动偏模式，并采用移动滑动窗口计算逐历元MW平均值m
mw
及其中误差σ
mw
：
[0025][0026]式中，k表示连续弧段内的窗口大小，最大移动窗口大小设置为120；
[0027]步骤24、按照公式(3)设置GEO/IGSO/MEO三种轨道类型卫星观测值先验方差，由于接收机和不同轨道卫星环境不同，分别设置三类卫星的伪距和相位观测值的方差经验值σ0为3/0.3/0.3m和0.03/0.003/0.003m，其中，e表示卫星高度角；
[0028][0029]步骤25、利用步骤23中修正各种模型误差后的PC和LC，采用如公式(4)中的无电离层组合PPP模型，利用IGG
‑
III权函数模型，根据标准化残差判断并降低异常观测值的权重，从而获得可靠的无电离层组合浮点模糊度A
if
；
[0030][0031]式中，dt
r
表示测站r的接收机钟差，Z
r
和m分别表示测站天顶对流层湿延迟和湿延迟投影函数，ε
PC
和ε
LC
分别表示PC和LC观测值未建模误差；
[0032]步骤26、当有多个测站的观测数据时，按照步骤21
‑
步骤25的步骤，采用OpenMP并行处理，即可获得同步后的多测站MW平均值和无电离层组合浮点模糊度。
[0033]优选的，步骤3中，时变宽巷相位小数偏差快速估计具体包括如下步骤：
[0034]步骤31、以步骤2中获取的多测站MW平均值作为输入观测值，则宽巷浮点模糊度表达为：
[0035][0036]式中，表示多测站MW平均值，λ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、数据流时间同步与有效性检核；步骤2、根据步骤1获得的同步实时观测值并更新外部所需文件，多测站并行计算MW平均值和无电离层组合浮点模糊度；步骤3、根据步骤2得到的多测站MW平均值，作为输入观测值，进行时变宽巷相位小数偏差快速估计；步骤4、根据步骤2得到的多测站无电离层组合浮点模糊度，作为输入观测值，进行时变窄巷相位小数偏差快速估计；步骤5、线性转换各频相位小数偏差。2.如权利要求1所述的基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，其特征在于，步骤1中，数据流时间同步与有效性检核具体包括如下步骤：步骤11、获取本地时间，设置相位小数偏差更新率和数据流等待时间，以此作为逐历元获取同步实时数据流的时间参考；步骤12、利用广播星历和实时轨道/钟差改正数，恢复实时卫星轨道和钟差数据，并监测其数据是否存在缺失和异常；步骤13、检测更新多系统差分码偏差DCB文件、预报地球定向参数EOP文件、天线文件、BLQ格式的海潮文件，作为后续数据预处理的外部输入数据；步骤14、针对部分测站观测值缺失问题，连续多个历元出现观测值数据中断现象，设置等待时间，在等待时间内该测站数据不参与后续相位小数偏差计算。3.如权利要求1所述的基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，其特征在于，步骤2中，多测站并行计算浮点模糊度具体包括如下步骤：步骤21、删除双频伪距和相位观测值缺失卫星，逐颗形成如下双频线性组合观测值：式中，f1和f2分别表示BDS第一频和第二频频率，P1/P2和L1/L2分别为BDS第一频和第二频伪距观测值和相位观测值，PI为第一频率和第二频率的伪距观测值的差值，LI为第一频率和第二频率的相位观测值的差值，由双频载波相位L1/L2和伪距观测值P1/P2构造的MW组合观测值，PC为双频无电离层伪距组合观测值，LC为双频无电离层相位组合观测值；步骤22、顾及GEO/IGSO/MEO三种轨道类型卫星的轨道高度和PI值阈值进行伪距粗差探测，利用MW组合和LI组合探测周跳，考虑GEO卫星的近乎静地特性，LI线性组合探测周跳的电离层变化率阈值设置为MEO/IGSO的一半，对超过阈值的观测数据进行剔除，并记录每个
连续观测弧段的弧段数目及新旧弧段切换时间；步骤23、修正各种误差模型，包括对流层延迟、天线相位中心改正、相位缠绕、潮汐效应、卫星多路径空间误差，其中GEO卫星姿态采用零偏模式，IGSO/MEO卫星采用动偏模式，并采用移动滑动窗口计算逐历元MW平均值m
mw
及其中误差σ
mw
：式中，k表示连续弧段内的窗口大小，最大移动窗口大小设置为120；步骤24、按照公式(3)设置GEO/IGSO/MEO三种轨道类型卫星观测值先验方差，由于接收机和不同轨道卫星环境不同，分别设置三类卫星的伪距和相位观测值的方差经验值σ0为3/0.3/0.3m和0.03/0.003/0.003m，其中，e表示卫星高度角；步骤25、利用步骤23中修正各种模型误差后的PC和LC，采用如公式(4)中的无电离层组合PPP模型，利用IGG
‑
III权函数模型，根据标准化残差判断并降低异常观测值的权重，从而获得可靠的无电离层组合浮点模糊度A
if
；式中，dt
r
表示测站r的接收机钟差，Z
r
和m分别表示测站天顶对流层湿延迟和湿延迟投影函数，ε
PC
和ε
LC
分别表示PC和LC观测值未建模误差；步骤26、当有多个测站的观测数据时，按照步骤21
‑
步骤25的步骤，采用OpenMP并行处理，即可获得同步后的多测站MW平均值和无电离层组合浮点模糊度。4.如权利要求1所述的基于并行计算的实时北斗相位小数偏差快速估计方法，其特征在于，步骤3中，时变宽巷相位小数偏差快速估计具体包括如下步骤：步骤31、以步骤2中获取的多测站MW平均值作为输入观测值，则宽巷浮点模糊度表达为：式中，表示多测站MW平均值，λ

【专利技术属性】
技术研发人员：曹新运，沈飞，葛玉龙，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：