一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法技术

本发明专利技术涉及一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，包括：采集全球分布的GNSS测站的高频观测数据和低频观测数据；构建周跳探测方程；对高频观测数据进行GF类型的周跳探测，并对周跳探测结果对齐到低频数据的观测历元上；获取低频观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；将测站按地磁纬度进行划分，获取每个地磁纬度带内的任意测站在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；在基于无电离层组合模式的动态PPP求解过程中，根据每颗卫星所处的电离层环境，选取本发明专利技术所确定的GF组合周跳探测阈值连同MW方法进行周跳探测。本发明专利技术减少了低频数据在电离层异常环境下周跳的误判，降低了电离层不规则体对低频数据动态PPP的影响。对低频数据动态PPP的影响。对低频数据动态PPP的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法


[0001]本专利技术涉及卫星定位导航领域，更具体地涉及一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法。

技术介绍

[0002]全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，简称GNSS)不仅是大地测量领域不可或缺的空间观测手段，也在人们日常生活的定位、导航中扮演着重要角色。
[0003]基于GNSS的精密单点定位(Precise Point Positioning，简称PPP)是一项使用单台接收机的码和相位观测数据以及精确的卫星产品和物理模型便可达到厘米级定位精度的技术。在PPP的求解过程中，根据接收机的运动状态可以将PPP的模式分为静态PPP和动态PPP。在正常情况下，动态PPP可以达到一分米左右的精度。为了确保稳定且高精度的PPP性能，常常需要接收机对卫星的载波相位信号进行连续跟踪。然而，当电离层中出现大量的电子密度不均匀体(也叫电离层不规则体)时，由电离层不规则体引起的信号的快速幅度抖动导致信噪比低于接收机锁相环的阈值，快速的相位变化可能会导致多普勒频移频繁地超过接收机锁相环的带宽，并最终导致信号的失锁和周跳。此外，进行PPP解算时尽管使用无电离层组合可以基本消去电离层的折射效应，但在数据预处理时，电离层不规则体的存在使得卫星信号经历传播路径上电子密度的快速变化，给周跳探测带来极大的挑战。
[0004]当电离层中存在不规则体时，传统的周跳探测方法无法将电离层和周跳有效地区分开来，通常将电离层变化误判为周跳，这种误判是动态PPP在电离层异常环境下精度发生衰减的主要原因。自二十世纪八十年代以来，研究者们提出了大量周跳探测与修复的方法，例如电离层残差法、Melbourne
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bbena(MW)算法、多项式拟合法以及Turboedit算法。其中，Turboedit算法因其优越性被广泛使用。但是在电离层异常环境下对于低采样率的观测数据，上述算法并不能达到很好的探测效果。有学者提出对Turboedit算法进行改进，但改进的算法对于对于低采样率的数据，其效果仍然有限。
[0005]在不断的实践中，人们发现合理的周跳探测阈值对周跳探测的准确性极为关键。有学者提出在解算动态PPP时用一个非常宽松的阈值(0.5米)来避免周跳的误判，但因为该阈值选取得太大，不得不将PPP处理两遍以排除可能引进的粗差，且会漏掉真实的周跳。此后有学者提出用0.15米作为30秒采样间隔的数据的周跳探测阈值，同传统的阈值相比，这一阈值使得周跳误判的情况有所改善。但仍有其局限性，如该阈值在电离层不规则体较强时仍然会导致周跳的误判以及该阈值未考虑不同地区的差异性。
[0006]目前，有研究提出使用电离层变化率指数ROTI辅助确定周跳探测的阈值，根据ROTI与GF(无几何距离)组合值的历元间差分值ΔGF的关系进行拟合确定合适的周跳探测阈值，基于此阈值的动态PPP精度得到了较高提升。然而，ROTI本身的计算就涉及到周跳探测，如果ROTI受到周跳的影响，加上ROTI与ΔGF的强相关性，会影响其确定的阈值的准确性。此外，ROTI的本质就是ΔGF的标准差。基于ROTI确定的周跳探测阈值的底层逻辑是数学统计，因此该方法并没有对电离层变化和周跳进行准确区分。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术中的问题，基于国家自然科学基金(基金号：12073063)以及北斗全球连续监测评估系统(iGMAS)分析中心建设与运行维护项目的支持，本专利技术提出一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，以尽可能地减少电离层异常环境下周跳的误判，进而降低电离层不规则体对动态PPP的影响，改善动态PPP在电离层异常环境下的脆弱性。
[0008]本专利技术提供的一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，包括：步骤S1，采集全球分布的GNSS测站的具有第一采样周期的观测数据和第二采样周期的观测数据；
[0009]步骤S2，利用Turboedit算法联合GF组合和MW组合，构建周跳探测方程；
[0010]步骤S3，基于所述周跳探测方程，对具有第一采样周期的观测数据进行GF类型的周跳探测，并对周跳探测结果进行第二采样周期的对齐操作；其中，所述第一采样周期小于所述第二采样周期；
[0011]步骤S4，基于所述周跳探测方程和所述对齐操作，获取具有第二采样周期的观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；
[0012]步骤S5，将全球分布的测站按地磁纬度进行划分，并基于具有第二采样周期的观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值，获取每个地磁纬度带内的任意测站在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；
[0013]步骤S6，确定每颗卫星的电离层环境，根据所述电离层环境以及每颗卫星对应测站所处的地磁纬度带，选取相应的周跳探测阈值进行动态PPP的解算。
[0014]进一步地，所述步骤S1包括：
[0015]步骤S11，基于卫星双频伪距观测数据和载波相位观测数据，构建无电离层组合观测方程。
[0016]进一步地，所述步骤S4包括：
[0017]步骤S41，基于所述周跳探测方程，计算具有第二采样周期的观测数据中的电离层变化率指数ROTI；
[0018]步骤S42，根据ROTI的值选取电离层扰动时段，输出电离层扰动时段内，对齐后的具有第一采样周期的观测数据未发生周跳时对应历元的具有第二采样周期的观测数据基于GF组合的历元间差分值ΔL
GF
；
[0019]步骤S43，将ΔL
GF
取绝对值并以升序进行排序，取排序后99.7％的分位数作为具有第二采样周期的观测数据在电离层扰动期的周跳探测阈值；
[0020]步骤S44，根据ROTI的值选取电离层平静时段，输出电离层平静时段内，对齐后的具有第一采样周期的观测数据未发生周跳时对应历元的具有第二采样周期的观测数据基于GF组合的历元间差分值ΔL
′
GF
；
[0021]步骤S45，将ΔL
′
GF
取绝对值并以升序进行排序，取排序后99.7％的分位数作为具有第二采样周期的观测数据在电离层平静期的周跳探测阈值。
[0022]进一步地，划分所述地磁纬度带的间隔小于等于15度。
[0023]进一步地，每个地磁纬度带内的任意测站在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值的获取方法为：对于任一地磁纬度带内的所有测站，对每个测站中具有第二采样
周期的观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值求平均。
[0024]进一步地，所述每颗卫星的电离层环境根据其电离层变化率指数确定，电离层变化率指数≥0.5TECu/min表示处于电离层扰动期，电离层变化率指数<0.5TECu/min表示处于电离层平静期。
[0025]进一步地，在所述步骤S6中的动态PPP解算中，根据每颗卫星所处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，其特征在于，包括：步骤S1，采集全球分布的GNSS测站的具有第一采样周期的观测数据和第二采样周期的观测数据；步骤S2，利用Turboedit算法联合GF组合和MW组合，构建周跳探测方程；步骤S3，基于所述周跳探测方程，对具有第一采样周期的观测数据进行GF类型的周跳探测，并对周跳探测结果进行第二采样周期的对齐操作；其中，所述第一采样周期小于所述第二采样周期；步骤S4，基于所述周跳探测方程和所述对齐操作，获取具有第二采样周期的观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；步骤S5，将全球分布的测站按地磁纬度进行划分，并基于具有第二采样周期的观测数据在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值，获取每个地磁纬度带内的任意测站在电离层扰动期和电离层平静期的周跳探测阈值；步骤S6，确定每颗卫星的电离层环境，根据所述电离层环境以及每颗卫星对应测站所处的地磁纬度带，选取相应的周跳探测阈值进行动态PPP的解算。2.根据权利要求1所述的降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S11，基于卫星双频伪距观测数据和载波相位观测数据，构建无电离层组合观测方程。3.根据权利要求1所述的降低电离层不规则体对精密单点定位影响的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：步骤S41，基于所述周跳探测方程，计算具有第二采样周期的观测数据中的电离层变化率指数ROTI；步骤S42，根据ROTI的值选取电离层扰动时段，输出电离层扰动时段内，对齐后的具有第一采样周期的观测数据未发生周跳时对应历元的具有第二采样周期的观测数据基于GF组合的历元间差分值ΔL
GF
；步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，宋淑丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海天文台，
类型：发明
国别省市：