轨道钟差产品的质量监测方法技术

本申请公开一种轨道钟差产品的质量监测方法

【技术实现步骤摘要】
轨道钟差产品的质量监测方法、计算机存储介质及终端


[0001]本申请涉及但不限于卫星导航技术，其中涉及一种轨道钟差产品的质量监测方法
、
计算机存储介质及终端
。

技术介绍

[0002]全球卫星导航系统
(GNSS
，
Global Navigation Satellite System)
可向全球用户提供三维
、
全天候
、
高质量的定位
、
导航和授时
(PNT
，
Positioning、Navigation and Timing)
服务，是交通
、
通信
、
测绘等行业十分重要的定位手段
。
然而，利用
GNSS
自身导航服务只能获得米级定位精度，无法满足自动驾驶
、
精密农业
、
无人机测绘
、
大地测量和地震海啸监测等领域对快速厘米级定位的迫切需求
。
为此，基于
GNSS
的高精度定位技术应运而生；典型的高精度定位方法包括实时动态载波差分
(RTK
，
Real
‑
Time Kinematic)
和精密单点定位
(PPP
，
Precise Point Positioning)
；其中，
PPP
技术利用国际
GNSS/>服务组织
(IGS
，
International GNSS Service)
等提供的精密卫星轨道与钟差及码偏差改正产品，综合考虑各项误差源，仅用单台
GNSS
接收机的伪距与载波相位观测值便可实现高精度绝对定位
。
它集成了标准单点定位和相对定位的优点，以其定位方式灵活
、
单机实现高精度定位
、
操作简便且具有全球覆盖能力等诸多显著优势，为广大
GNSS
用户进行高精度定位提供了全新的技术支持与解决方案；与
RTK
技术相比，实时
PPP
技术有两个显著优点：系统服务覆盖区域大和总运营成本低，但实时
PPP
存在收敛时间长的问题
。
为解决实时
PPP
收敛时间长的问题，融合
PPP
和
RTK
两种技术优势的
PPP
‑
RTK
技术应运而生，其基本思想是利用局域网观测数据，精化求解全球网
(
广域网
)
提供的
(
部分
)
状态空间域改正
(SSR
，
State Space Representation)
产品，如卫星钟差和相位偏差等，同时求解大气延迟等参数，重新生成的各类改正信息均以
SSR
表示，并单独播发给流动站使用
。
用户端使用接收到的实时轨道
、
钟差改正数
、
伪距相位偏差
、
高精度非差对流层延迟以及电离层延迟，对观测数据进行改正，以恢复非差模糊度的整数特性并加以固定，通过加速
PPP
的初始化，实现基于
PPP
模式的
PPP
‑
RTK
定位
。
[0003]作为
PPP
以及
PPP
‑
RTK
定位技术的基础，卫星的精密轨道与钟差改正数至关重要，它对应每颗卫星，由
PPP
或
PPP
‑
RTK
服务端实时计算，以秒级的频率播发，用户在收到这些改正数后应用到
GNSS
广播星历中，将广播星历的数米级轨道与钟差精度提高到厘米级
。
此外，精密轨道和钟差产品还是计算其它
PPP
‑
RTK
服务产品
(
如相位偏差
、
大气
)
的必要输入
。
使用错误的或者精度差的轨道钟差改正数将严重影响定位结果，造成定位精度下降，甚至结果发散，进而影响用户的使用安全
。
此外，除了轨道钟差改正数据自身外，
PPP
和
PPP
‑
RTK
用户端算法还需要获得这些数据的质量因子来构造权重矩阵
。
质量因子反映了轨道钟差改正数的精度，通过对每颗卫星的合理权重分配可以最小化最终的状态估计结果误差
。
[0004]GNSS
卫星的精密轨道和钟差改正数据是基于全球分布的地面观测站，利用反向定位原理，结合轨道的动力学模型以及各类补偿模型来计算的
。
由于卫星运动速度快且卫星时钟多变，此改正数的播发频率通常在
10
秒以内
。
对于轨道钟差改正数的质量因子的计算，
相关技术基于状态估计
(
如卡尔曼滤波过程
)
中产生的协方差矩阵获得的，提取每颗卫星的误差标准差作为每条产品信息的质量因子
。
对于产品的实时故障检测问题，有机构提出了基于外部监测站独立数据的检验方法，通过计算每个监测站的消电离层组合
(IF
，
Ionosphere Free)PPP
固定解
(AR
，
Ambiguity Resolution)
残差构建检验统计量，实现每颗卫星的改正数故障检测与告警
。
对于轨道钟差改正数的质量因子的计算，相关技术存在提供的结果过于乐观，也就是产品质量因子远小于实际误差；这是因为轨道钟差估计过程中采用的卡尔曼滤波等方法属于最优化自回归数据处理算法，随着时间的推移，状态协方差变小；然而，滤波中所采用的误差模型基于高斯白噪声假设，不能反应实时运行中任意时刻的误差特征；此外，滤波算法的理论模型存在一些近似和简化，收敛后一些实际存在于产品中的误差无法在理论协方差中体现，这进一步造成了质量因子结果不准确；对于定位终端算法来说，使用过小的产品质量因子会得到错误的位置状态协方差信息，不利于完好性计算和融合算法的进行；此外，如果不正确的对每颗卫星的轨道钟差产品分配使用权重，会大大降低定位精度，甚至造成位置结果发散
。
对于精密轨道钟差产品故障的实时检测与识别，主要存在采用的信息源过于单一，导致漏警率高，不能有效的应对复杂多变的故障种类；相关技术中的基于载波消电离层组合的残差求解方式仅仅利用了两个频点的载波信息，且模糊度固定过程将引入更多的潜在故障源，影响故障检测结果；此外，单纯的基于测量域的一致性检测存在耦合效应，容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种轨道钟差产品的质量监测方法，包括：对每一个监测站，分别计算单一历元下每一颗卫星所有频点的伪距残差和载波残差；对每一个监测站采集精密轨道钟差产品的每一颗卫星，分别确定计算出的每一颗卫星对应的最大的伪距残差和最大的载波残差；对监测站采集精密轨道钟差产品的每一颗卫星，分别根据确定的对应于卫星最大的伪距残差和最大的载波残差，确定监测站对卫星的精密轨道钟差产品的检测结果是否正常
。2.
根据权利要求1所述的质量监测方法，其特征在于，所述分别计算单一历元下每一颗卫星所有频点的伪距残差和载波残差，包括：采用非差非组合
PPP
方式，对单一历元下每一颗卫星所有频点的观测值进行状态估计后，确定单一历元下所有频点的所述伪距残差和所述载波残差
。3.
根据权利要求2所述的质量监测方法，其特征在于，记所述伪距残差为所述载波残差为根据以下公式确定单一历元下所有频点的所述伪距残差和所述载波残差：根据以下公式确定单一历元下所有频点的所述伪距残差和所述载波残差：式中，
i
对应卫星，
i
＝1…
S
；
j
对应监测站，
j
＝1…
R
；
f
对应信号频点，
f
＝1…
L
，
ρ
为改正码延迟后的伪距观测值，
ψ
为载波观测值，为监测站
j
对应的卫星
i
在信号频点
f
的改正码延迟后的伪距观测值，为监测站
j
对应的卫星
i
在信号频点
f
的载波观测值，
X
i
为基于精密轨道产品计算的卫星
i
的位置，
X
j
为已知的监测站
j
的精密坐标，
cdt
i
为精密钟差产品提供的卫星
i
的卫星钟差，为利用
PPP
浮点解估计的监测站
j
的接收机钟差，为利用
PPP
浮点解估计的监测站
j
对应的卫星
i
的对流层延迟，为利用
PPP
浮点解估计的监测站
j
对应的卫星
i
的电离层延迟，为利用
PPP
浮点解估计的监测站
j
对应的卫星
i
的浮点模糊度
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的质量监测方法，其特征在于，所述确定监测站对卫星的精密轨道钟差产品的检测结果是否正常，包括对监测站采集精密轨道钟差产品的每一颗卫星，分别进行以下判断：当对应于卫星的最大的伪距残差小于或等于预先设定的伪距残差阈值，且对应于卫星的最大的载波残差小于或等于预先设定的载波残差阈值时，判定该监测站对该卫星的精密轨道钟差产品的检测结果为正常；当对应于卫星的最大的伪距残差大于伪距残差阈值和
/
或对应于卫星最大的载波残差大于载波残差阈值时，判定该监测站对卫星的精密轨道钟差产品的检测结果为告警
。5.
根据权利要求4所述的质量监测方法，其特征在于，所述伪距残差阈值基于所述精密轨道钟差产品的质量因子及预先确定的第一累加数值确定，所述载波残差阈值基于所述质量因子及预先确定的第二累加数值确定
。6.
根据权利要求5所述的质量监测方法，其特征在于，所述监测站为监测站
j
，监测站
j
采集精密轨道钟差产品的卫星为
i
时，对监测站
j
采集精密轨道钟差产品的卫星
i
的检测结果为正常的表达式包括：
且式中，为所述精密轨道钟差产品的质量因子，
T
ρ
为所述第一累加数值，
T
ψ
为所述第二累加数值，表示所述伪距残差阈值，表示所述载波残差阈值
。7.
根据权利要求6所述的质量监测方法，其特征在于，所述精密轨道钟差产品的质量因子通过以下处理获得：将精密单点定位
PPP
服务端产生的历史精密轨道钟差产品与产品真值做差获得产品误差，其中，产品真值包括
IGS
的事后的精密轨道钟差产品；统计每一颗卫星的精密轨道钟差产品的所述产品误差的第一标准差，将该第一标准差作为质量因子基准；根据历史精密轨道钟差产品的数据和所有监测站保存的历史伪距和载波观测数据，计算单一历元下每一颗卫星所有频点的伪距残差和载波残差；根据当前时刻预设数量的监测站的所述伪距残差与所述载波残差，分别求当前时刻预设数量的监测站的伪距残差的第二标准差和载波残差的第三标准差；根据预先确定的质量因子参数
、
所述质量因子基准
、
所述第二标准差和所述第三标准差，确定所述精密轨道钟差产品的质量因子；其中，所述质量因子参数按照预先设定的更新周期更新，基于所述产品误差确定
。8.
根据权利要求7所述的质量监测方法，其特征在于，所述质量因子参数通过以下处理确定：将获得的所述产品误差划分为两个以上区间；对划分的每一个区间的产品误差，分别确定每一个区间相应的伪距残差的第四标准差和载波残差的第五标准差；对求解出的所述第四标准差和所述第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：周光宇，翟亚慰，薛伟峰，崔红正，
申请(专利权)人：真点科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：