一种建立实时对流层格网产品的方法

摘要

本发明公开了一种建立实时对流层格网产品的方法。该方法主要利用LEO/GNSS卫星观测数据进行联合快速PPP解算，获取各个地面参考站位置处天顶对流层延迟。利用各地面参考站处天顶对流层延迟，获取各个指定格网点处天顶对流层延迟，完成格网产品的解算。其优势在于：加入低轨卫星后，在相应时间内可以获取更多有效观测数据，得到更多卫星的倾斜路径对流层延迟，可以提高获取对流层延迟得效率；同时GNSS/LEO联合快速PPP收敛时间快，定位精度更高——相应获取的对流层延迟精度也更高。因此本专利可以有效提升对流层格网产品的精度、时效性。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，具体涉及一种建立实时对流层格网产品的方法。

背景技术

对流层是指从地面至50km范围内的大气层。地球对流层是最接近地球表面的一层大气，集中了约75％的大气的质量和90％以上的水汽质量。当电磁波信号通过对流层时，传播路径会发生弯曲，使距离产生偏差，这种现象称为对流层折射。

对流层对电磁波折射的影响与其传播速度与频率无关，而是与大气的折射率和电磁波的传播方向紧密相关，且对GNSS伪距和载波相位观测值的影响是相同的，因此对流层延迟不能通过双频或者多频组合予以消除。卫星信号受对流层延迟影响造成天顶方向误差可达2m，这严重影响了GNSS定位的精度的收敛速度；在实际GNSS导航定位中通常采用模型改正的方法来降低对流层延迟对GNSS定位的影响，但模型改正法的效果会受到区域气象条件变化、地形等因素的影响，仍然影响GNSS定位收敛的速度，难以满足高精度实时定位的需求。

为满足全球或区域用户高精度实时定位的需求，相应专家学者提出了利用气象观测数据、CORS站观测数据建立实时对流层格网产品的方法，并形成了相应的产品服务。目前，根据地面大量分布的CORS站，采用GNSS PPP技术建立的对流层格网产品具有高精度、高时间分辨的优点。但PPP收敛时间较慢，获得平面优于10cm定位精度的时间往往需要很长，影响了获取对流层格网产品的精度、时效性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：GNSS PPP定位技术收敛速度慢，影响获取对流层格网产品的时效性。目的在于：提供一种建立实时对流层格网产品的方法，解决GNSS PPP定位技术收敛速度慢的问题，提高对流层格网产品的时效性和精度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种建立实时对流层格网产品的方法，包括：

步骤1：获取格网点的位置信息，建立以格网点为中心的局部坐标系；

步骤2：搜索局部坐标系下指定范围内的各个参考站，并确定各个参考站在局部坐标系下的坐标；

步骤3：接收各个参考站的LEO/GNSS实时双频观测数据；

步骤4：对LEO/GNSS实时双频观测数据进行解码，得到伪距和载波相位观测值；

步骤5：利用伪距和载波相位观测值得到无电离层组合观测值；

步骤6：获取LEO/GNSS卫星权值，根据所述LEO/GNSS卫星权值构建LEO/GNSS卫星权阵；

步骤7：根据所述无电离层组合观测值和LEO/GNSS卫星权阵进行PPP解算，得到各个参考站的天顶对流层延迟；

步骤8：根据天顶对流层延迟和各个参考站在局部坐标系下的坐标，建立格网点附近区域天顶对流层延迟模型；

步骤9：根据格网点的位置信息和所述格网点附近区域天顶对流层延迟模型，获取格网点的天顶对流层延迟；

步骤10：按照步骤1至步骤9所述的方法，获取各个格网点的天顶对流层延迟，得到实时对流层格网产品。

本发明一种建立实时对流层格网产品的方法，相较于单纯依赖GNSS PPP定位技术，其发明点在于：通过各个地面参考站的LEO/GNSS实时双频观测数据进行联合PPP解算，大幅降低定位收敛所需时间；同时，利用了低轨LEO卫星运动速度快、轨道高度低，在相应时间内覆盖范围更大，且LEO卫星信号强度更高、更不易受地面观测环境的干扰的优势，可实现在相应时间内获取到更多有效观测数据，得到更多卫星的倾斜路径对流层延迟，从而提高获取对流层延迟的效率；利用各地面参考站处天顶对流层延迟，获取各个指定格网点处天顶对流层延迟，完成格网产品的解算。

作为对本发明的进一步描述，为了提高精度，在步骤4之前，对各个参考站的LEO/GNSS实时双频观测数据进行预处理，剔除高度角及信噪比不符合要求的LEO/GNSS卫星实时双频观测数据。

作为对本发明的进一步描述，为了得到干净的伪距和干净的载波相位观测值，在步骤5之前，对所述步骤4所述的伪距和载波相位观测值进行数据预处理，具体内容包括：伪距粗差探测、周跳探测与修复和钟跳探测与修复。

作为对本发明的进一步描述，对所述无电离层组合观测值进行修正，消除轨道/钟差、天线相位中心偏差、卫星硬件延迟、相位偏差和固体潮误差对无电离组合观测值的影响。

作为对本发明的进一步改进，为提升方法的可靠性，在步骤8之前，获取LEO/GNSS卫星观测值残差，同时引入残差限值，当所述LEO/GNSS卫星观测值残差大于所述残差限值时，剔除所述无电离层组合观测值，并按照步骤5至步骤7所述的方法重新获取各个参考站的天顶对流层延迟，再进行残差判断；当所述LEO/GNSS卫星观测值残差小于所述残差限值时，则保留所述步骤7得到的各个参考站的天顶对流层延迟。

作为对本发明的进一步描述，搜索局部坐标系下指定范围内的各个参考站的方法为：根据各个参考站与格网点的距离，搜索指定范围内的各个参考站，并采用反距离加权的方式确定各个参考站的权值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种建立实时对流层格网产品的方法，能够得到更高精度的对流层格网产品；

2、本发明一种建立实时对流层格网产品的方法，相较于采用单纯GNSS PPP技术其收敛速度更快，获取对流层延迟的速度更快，精度更高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本实施例一种建立实时对流层格网产品的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

图1为本实施例一种建立实时对流层格网产品的方法流程图。如图所示，该方法包括：

步骤1：获取格网点的位置信息，建立以格网点为中心的局部坐标系。

获取的格网点的位置信息用空间直角坐标(X，Y，Z)表示，建立的相应的局部坐标系随格网点的位置变换而变换，增加了方法的灵活性。

步骤2：搜索局部坐标系下指定范围内的各个参考站，并确定各个参考站在局部坐标系下的坐标。

所述的指定范围是指，在局部坐标系下，以格网点为中心辐射的距离范围。则各个参考站在局部坐标系下的大地坐标表示为(B，L，H)，根据参考站与格网点的距离，采用反加权的方式计算各个参考站的权值。其中，参考站的权值计算公式为

步骤3：接收各个参考站的LEO/GNSS实时双频观测数据。

该步骤中的各个参考站是指经过步骤2搜索出来的在指定范围内的各个参考站。

步骤4：对LEO/GNSS实时双频观测数据进行解码，得到伪距和载波相位观测值。

在对LEO/GNSS实时双频观测数据进行解码之后，对接收到的各个参考站的LEO/GNSS实时双频观测数据进行预处理，目的是剔除高度角及信噪比不符合要求的LEO/GNSS卫星观测数据。

同样地，对得到的伪距和载波相位观测值进行伪距粗差探测、周跳探测与修复、钟跳探测与修复，得到干净的伪距和干净的载波相位观测值。

步骤5：利用伪距和载波相位观测值构建无电离层组合观测值。

无电离层组合观测值分为GNSS卫星系统的无电离层组合观测值和LEO卫星系统的无电离层组合观测值。其中，GNSS卫星系统的无电离层组合观测值的表达式为：

LEO卫星系统的无电离层组合观测值的表达式为：

其中，上标LEO、sys、k分别表示LEO系统、GNSS系统、相应卫星编号；

此外，针对建立的无电离层组合观测值，采用实时精密星历和钟差数据消除LEO/GNSS卫星轨道钟差项的影响；同时通过相应文件(天线相位中心改正文件、卫星硬件延迟改正文件、固体潮改正文件、相位偏差改正文件等)或者模型对天线相位中心偏差、卫星硬件延迟、相位偏差、固体潮等误差进行改正。

步骤6：构建LEO/GNSS卫星权值模型，根据所述LEO/GNSS卫星权值模型构建LEO/GNSS卫星权阵。

其中，LEO/GNSS卫星权值模型由LEO/GNSS卫星精密星历、精密钟差精度、卫星高度角及信噪比综合确定，模型表达式为：

式中，

步骤7：参数估计模型采用卡尔曼滤波方法，并根据无电离层组合观测值构成的函数模型和LEO/GNSS卫星权阵进行PPP解算，得到各个参考站的天顶对流层延迟。

步骤8：在得到各个参考站的天顶对流层延迟之后，需要对观测值残差是否超限进行判断，从而获得更精确的天顶对流层延迟。具体方法为：获取LEO/GNSS卫星观测值残差，同时引入残差限值，当所述LEO/GNSS卫星观测值残差大于所述残差限值时，剔除相应卫星的观测值，并按照步骤3至步骤6所述的方法重新获取各个参考站的天顶对流层延迟，再进行残差判断；当LEO/GNSS卫星观测值残差小于所述残差限值时，则保留步骤7得到的各个参考站的天顶对流层延迟。

步骤9：根据各个参考站天顶对流层延迟，以及在相应格网点对应的局部坐标系下的坐标，建立格网点附近区域天顶对流层延迟模型。

根据各个参考站的天顶对流层延迟模型表达式

通过最小二乘法可求解出系数矩阵a，其计算公式为a＝(WPWT)

步骤10：根据格网点的位置信息和所述格网点对应的附近区域天顶对流层延迟模型，获取各个格网点的天顶对流层延迟。

步骤11：按照步骤1至步骤10的方法，获取各个格网点的天顶对流层延迟，得到实时对流层格网产品。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。