一种BDSPPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法技术

本发明专利技术提供一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，涉及GNSS卫星导航与定位技术领域。该方法通过构建电离层延迟的随机游走形式，利用历元间电离层延迟EDI变化值在短期内与真实电离层延迟的参数相关性，削弱电离层观测值中的噪声并计算出电离层延迟的功率谱密度PSD，再结合PSD与随机游走方差的关系，实时调整方差约束值，从而有效缩短整周模糊度固定时间，提高定位精度。本发明专利技术实现了基于BDS电离层参数随机模型的实时调整，有效提高了定位精度，具有较强的实际应用价值。具有较强的实际应用价值。具有较强的实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法


[0001]本专利技术属于GNSS卫星导航与定位
，具体涉及一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法。

技术介绍

[0002]随着北斗卫星导航定位系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)的建成，BDS精密单点定位技术(Precise Point Positioning，PPP)的应用场景越来越广泛，对定位精度的要求也越来越高。电离层延迟是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)中最显著的误差源之一，传统的GNSS高精度定位中常采用无电离层(Ionospheric
‑
free，IF)组合模型消除电离层延迟误差，但IF模型在消除电离层参数时会导致观测值噪声的放大、难以利用电离层延迟自身所具有的时空变化特性、处理单频或多频数据时难以建模的问题。目前应用较为广泛的全球电离层模型和几种全球范围内大尺度长周期的平均经验模型均不能反映实际的电离层时空特性。在由实测的双频观测数据获得的电离层观测值中，包含电离层延迟和观测值噪声，并且观测噪声在历元差分间隔较小时的变化会远大于电离层延迟，导致电离层延迟无法被准确提取。所以，获得真实电离层延迟的关键是削弱观测噪声，根据历元间电离层延迟(epoch
‑
differenced ionosphere，EDI)变化值，分析短期内电离层延迟参数的相关性，对所得电离层观测值进行去噪处理，以此得到真实的电离层延迟，而真实电离层的方差可以对电离层延迟进行实时调整，通过实时调整方差约束值，从而有效缩短整周模糊度固定时间，提高定位精度。因此需要一种合理的方法确定非组合观测模型中电离层延迟的功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)来达到实时调整电离层延迟随机游走方差的目的，以适应更高精度的BDS PPP定位需求。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种通过电离层延迟观测数据去噪，实时确定各卫星电离层延迟随机游走过程方差的方法。
[0004]本专利技术所采取的技术方案是：
[0005]一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，具体包括以下步骤：
[0006]步骤1、获取观测数据，包括BDS观测数据、精密轨道和钟差、差分码偏差产品，为获取电离层观测值提供数据准备；
[0007]步骤2、根据历元间电离层延迟(epoch
‑
differenced ionosphere，EDI)变化值，分析短期内电离层延迟参数的相关性，对所得电离层观测值进行去噪处理，基于电离层延迟功率谱密度(Power Spectral Density，PSD)估计方法得到电离层的PSD，实时获得每颗卫星的电离层延迟随机游走方差；
[0008]步骤3、根据得到的电离层延迟随机游走方差调整电离层随机模型，基于新建电离层随机模型，利用非组合观测值和进行定位参数的解算。
[0009]其中，步骤1具体过程如下：
[0010]步骤1.1、通过武汉大学IGS数据中心查询实验采用的观测数据年积日(Dayofyear,DOY)；
[0011]步骤1.2、通过NASA官方网站下载观测数据，包括BDS观测数据、精密轨道和钟差、以及差分码偏差产品。
[0012]步骤2具体过程如下：
[0013]步骤2.1、建立非组合PPP观测模型，其公式可表示为：
[0014][0015]式中和分别表示伪距观测值和载波相位观测值，二者组成非组合观测值；n表示第n个频率，r和s分别表示接收机标号和卫星的伪随机噪声码(pseudo
‑
random noisecode，prn)号；表示方向余弦；x表示坐标增量，单位为米；表示接收机钟差，单位为米；γ
n
电离层映射因子λ1表示第一个频率波长，λ
n
表示第n个频率的波长；表示为非组合电离层观测值，单位为米；表示为天顶对流层湿延迟对应的投影函数，可以通过全球投影函数(Global Mapping Function，GMF)获取；Z
r,w
表示为天顶对流层湿延迟，单位为米；表示为整周载波相位模糊度，单位为周；为伪距的观测噪声与多路径的总和；为相位观测值上观测噪声与多路径的总和。
[0016]步骤2.2、将电离层延迟以随机游走形式进行参数化，其公式可表示为：
[0017][0018]式中是均值和方差为零的白噪声，i是当前观测值的时刻，是电离层延迟随机游走方差，是期望为0,方差为的正态分布。该方差可由不随观测采样频率变化而改变的随机游走关键参数得到，其公式可表示为：
[0019][0020]式中，其中Δt为两个周期之间的时间间隔，为不随观测采样频率变化而改变的随机游走关键参数。
[0021]步骤2.3、采用第m和n个频率的载波相位观测值，进行非组合参数解算；
[0022]步骤2.4、对非组合电离层观测值进行历元间差分求解EDI；
[0023]步骤2.5、计算EDI方差的估值；
[0024]步骤2.6、利用电离层PSD与电离层延迟随机游走方差的关系，最终得到进行实时调整的电离层延迟随机游走方差。
[0025]步骤3具体过程如下：
[0026]步骤3.1、求得电离层延迟的随机游走方差；
[0027]根据PSD与电离层随机游走方差的关系，可以得到随机游走方差各差分间隔的具体数值，公式表示如下：
[0028][0029]步骤3.2、根据求得的电离层延迟随机游走方差调整电离层随机模型，并进行定位参数的解算；
[0030]由于上述得到了电离层延迟的随机游走方差，那么其参数化的随机模型变化如下，其公式可表示为：
[0031][0032]结合上述模型，利用卡尔曼滤波器在对包含有电离层延迟参数的定位参数进行逐历元解算过程中，实时解算电离层延迟参数历元间变化的方差。
[0033]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，实现了基于BDS电离层参数随机模型的实时调整，有效提高了定位精度，具有较强的实际应用价值。
附图说明
[0034]图1为本专利技术的流程图；
[0035]图2为本专利技术不同采样间隔(1S和60S)EDI获得的近似功率谱密度(approximate power spectral density，APSD)示意图；
[0036]图3为本专利技术所提出方案与传统PSD经验模型定位精度对比示意图。
[0037]具体实施方式
[0038]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的应用范围。
[0039]本实施例中，一种BDS PPP电离层延迟随机游走方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，其特征在于,包括以下步骤：步骤1、获取观测数据，包括BDS观测数据、精密轨道和钟差、差分码偏差产品，为获取电离层观测值提供数据准备；步骤1.1、通过武汉大学IGS数据中心查询实验采用的观测数据年积日；步骤1.2、通过NASA网站下载观测数据，包括BDS观测数据、精密轨道和钟差、以及差分码偏差产品；步骤2、根据历元间电离层延迟EDI的变化值，分析短期内电离层延迟参数的相关性，对所得电离层观测值进行去噪处理，基于电离层延迟功率谱密度估计方法得到电离层的PSD，实时获得每颗卫星的电离层延迟随机游走方差；步骤3、根据得到的电离层延迟随机游走方差调整电离层随机模型，基于新建电离层随机模型，利用非组合观测值和进行定位参数的解算。2.根据权利要求1所述的一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，其特征在于,所述步骤2具体包括以下步骤:步骤2.1、建立非组合PPP观测模型，其公式可表示为：式中和分别表示伪距观测值和载波相位观测值，二者组成非组合观测值；n表示第n个频率，r和s分别表示接收机标号和卫星的伪随机噪声码号；表示方向余弦；x表示坐标增量，单位为米；表示接收机钟差，单位为米；γ
n
电离层映射因子λ1表示第一个频率波长，λ
n
表示第n个频率的波长；表示为非组合电离层观测值，单位为米；表示为天顶对流层湿延迟对应的投影函数，可以通过全球投影函数获取；Z
r,w
表示为天顶对流层湿延迟，单位为米；表示为整周载波相位模糊度，单位为周；为伪距的观测噪声与多路径的总和；为相位观测值上观测噪声与多路径的总和；步骤2.2、将电离层延迟以随机游走形式进行参数化；步骤2.3、采用第m和n个频率的载波相位观测值，进行非组合参数解算；步骤2.4、对非组合电离层观测值进行历元间差分求解EDI；步骤2.5、计算EDI方差的估值；步骤2.6、利用电离层PSD与电离层延迟随机游走方差的关系，最终得到进行实时调整的电离层延迟随机游走方差。3.根据权利要求2所述的一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，其特征在于,所述步骤2.2具体内容如下:将电离层延迟以随机游走形式进行参数化，其公式可表示为：式中是均值和方差为零的白噪声，i是当前观测值的时刻，是电离层延迟随机游
走方差，是期望为0,方差为的正态分布；该方差可由不随观测采样频率变化而改变的随机游走关键参数得到，其公式可表示为：式中，Δt为两个周期之间的时间间隔，为不随观测采样频率变化而改变的随机游走关键参数。4.根据权利要求2所述的一种BDS PPP电离层延迟随机游走方差实时调整方法，其特征在于,所述步骤2.3具体内容如下:由于伪距观测值噪声过大，无法反映出短期内电离层变化特性，所以使用相位观测值计算电离层变化量更为合理；假设采用第m和n个频率的载波相位观测值，则电离层延迟组合可以表示为：式中，L
m
(i)和L
n
(i)为i历元不同频率的相位观测值，B
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宗秋，张鸿洋，郑涛，杨南南，李军，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：