一种部分模糊度固定的时间传递快速重收敛方法

摘要

本发明公开了一种部分模糊度固定的时间传递快速重收敛方法，基于历元间差分模型获取重收敛时刻模糊度信息，并对模糊度子集信息进行质量控制，形成更可靠的快速重收敛PPP时间传递方法以获取更稳定、连续、精确的GNSS(Global Navigation Satellite System)时间传递结果。本发明具有良好的时效性与灵活性，算法简单易行，在实时与事后模式中均可实现，且可拓展至多频多系统的时间比对应用。

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，尤其涉及导航信号中断时，一种基于部分模糊度固定的快速重收敛技术实现更稳定、连续、精确的时间传递方法。

背景技术

GNSS是一种重要的定位、导航以及授时(PNT)技术，能够全天候、自动化、连续的提供高精度位置和时间服务信息。近年来，GNSS时频传递技术以其低成本、易于实现、服务范围广等优势成为近年来的研究热点。根据原始观测方程的形式以及观测值类型，GNSS大地测量时间传递技术可分为共视法(Common-View,CV)、全视法(All-In-View,AV)以及PPP(Precise Point Positioning)时间传递方法。相比于共视法，全视法以及PPP时间传递依靠整体星座参考的时间基准进行站间时间比对，进而实现全球范围内的时间传递。此外，PPP时间传递方法采用载波相位观测值，能够实现更高的时间传递精度以及短期频率传递稳定度。随着广域差分产品精度以及完备性的不断完善，PPP时间传递成为了性能最优的GNSS时间传递方法。

类似于定位应用，PPP时间传递也存在初始化时收敛时间较长的问题。一般而言，其收敛时间受卫星端群延迟、接收机端群延迟以及卫星钟差产品的初始钟偏差等因素的影响较大。当采用IGS分析中心提供的事后精密产品时，其首次收敛至1ns精度的初始化时长为20～30分钟。为了缩短收敛时长，有学者尝试引入对流层信息，形成附加约束条件的PPP时间传递模型。引入外部约束条件后可有效改善收敛期间时间传递性能，但其模糊度信息仍需要5～10分钟才能完全收敛，进而实现亚纳秒量级的时间传递。在进行长时间实时时间比对的过程中，不可避免的会出现短时间内GNSS信号中断或受到干扰等情况。当导航信号的重新捕获时，相位观测值的模糊度信息将会发生变化，从而导致PPP时间传递的重收敛现象。在重收敛过程中，接收机钟差参数长达5～30分钟的初始化时间制约了时间传递的连续性与可靠性。因此，快速重收敛成为实现长期、稳定PPP时间比对的关键问题，寻找一种准确、可靠的针对PPP时间传递的快速重收敛方法十分必要且迫切。

发明内容

为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种部分模糊度固定的时间传递快速重收敛方法，具体技术方案如下：

一种部分模糊度固定的时间传递快速重收敛方法，包括如下步骤：

S1：根据无几何距离组合观测值即GF组合观测值、无几何无电离层组合观测值即MW组合观测值，判断当前历元是否为周跳历元：

若当前历元未发生周跳，则根据GF组合观测值的变化量获取信号在电离层穿刺点天顶方向电子总含量的变化率，记录当前历元的对流层延迟及模糊度信息，更新信号在电离层穿刺点天顶方向电子总含量变化率、测站天顶方向的对流层延迟及模糊度信息；并实现非组合模式下的精密单点定位即PPP时间传递，获取时间传递结果，完成当前历元的数据处理；

若当前历元为周跳历元，则执行步骤S2-步骤S4，实现周跳修复处理，进而完成非组合模式下PPP时间传递；

S2：根据电离层穿刺点天顶方向电子总含量的变化率及测站天顶方向的对流层延迟的最新信息还原信号中断时间内的大气延迟变化量，并联合坐标信息代入历元间差分观测方程，获取重收敛时刻模糊度信息的浮点解集及相应的方差集；

S3：采用相位观测值，构造最小二乘模糊度降相关平差法即LAMBDA算法整周模糊度的搜索准则，选取方差最小的浮点解模糊度作为基准模糊度

S4：根据步骤S3中获取的重收敛时刻模糊度集的信息，结合周跳前最后一个历元确定的模糊度参数，对重收敛时刻的非差模糊度集进行恢复，然后将恢复的非差模糊度信息代入非组合观测方程，获取PPP时间传递结果，完成当前历元的数据处理。

进一步地，所述步骤S1的具体过程为：

S1-1：获取GF组合观测值及MW组合观测值；

基于原始GNSS数据的非差非组合观测方程表示为：

式中，φ及P分别为载波观测与伪距观测值，i为频点编号，j为卫星编号，

根据式(1)，获取历元间差分的GF组合观测值：

其中，Δ为历元间差分算子，ΔGF

根据式(1)，获取卫星j的MW组合观测值

式中，λ

S1-2：判断步骤S1-1计算的各卫星的GF观测值以及宽巷模糊度，若不能满足式(6)，则认为发生周跳：

式中，k表示历元号，

S1-3：对于未发生周跳的历元，通过式(3)和式(7)计算出I的变化率I

I

其中，Δt为历元间的时间间隔；

S1-4：若未发生周跳的卫星数目不小于4颗，则根据式(1)进行非组合模式下的PPP计算：由实时差分改正数或事后精密星历提供卫星钟差参数及轨道参数，由广播星历电离层模型或外部电离层精密改正数提供电离层先验信息，由先验信息提供坐标参数，待估参数列表为：

由式(8)可知，t

根据式(8)计算的测站天顶方向对流层延迟T和模糊度向量

根据两站的接收机钟差，获取A、B两站的时间传递结果T

T

其中，t

S1-5：若未发生周跳的卫星数目小于4颗，则标记为周跳历元，则继续执行步骤S2-步骤S4，实现周跳修复处理，进而完成非组合模式下PPP时间传递。

进一步地，所述步骤S2的具体过程如下：

S2-1：对于信号中断时间τ内信号在电离层穿刺点天顶方向的电子总含量变化量，根据步骤S1得到的I

ΔI

其中，ΔI

S2-2：对流层延迟在信号中断时段τ内认为变化量为0，即

ΔT＝0 (11)

S2-3：由于时间传递为静态场景，星地距Δρ及卫星钟差变化量Δt

其中，

进一步地，所述步骤S3的具体过程为：

S3-1：根据式(12)中的相位观测值确定LAMBDA算法中的搜索准则为：

式中，E

S3-2：由于系数阵B秩亏，需要选取协方差最小的

若ratio检验通过，则认为得到模糊度集的固定解

若检验未通过，则去除模糊度集中协方差最大的模糊度，并重复步骤S2进行整周模糊度集的搜索以及检验；

若模糊度子集维数小于4时仍未通过ratio检验，则模糊度集采用浮点解，执行步骤S4，进而实现非差模糊度信息的恢复。

本发明的有益效果在于：

1.本发明具有良好的可靠性，考虑了观测值质量等客观因素对模糊度固定的影响，对模糊度子集实现了质量控制，进一步提高了周跳修复后时间传递结果的可靠性。

2.本发明具有良好的时效性，涉及到的精密钟差以及轨道产品可由实时差分改正数获取，也可由事后精密星历获取；此外，算法本身简单、易行，能够在实时模式和事后模式中实现。

3.本发明具有良好的灵活性，针对不同导航系统(BDS/GPS/GALILEO)的短时间内周跳现象，本发明均可实现重收敛时刻模糊度的快速修复；且可拓展至多频率多系统时间传递下的PPP时间传递快速重收敛应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明首先基于GF以及MW组合观测值对时频终端的双频原始观测值进行周跳探测，判断当前历元是否为周跳历元。若当前历元未发生周跳现象，则按照非差非组合的PPP算法，进行精密时频传递；同时，更新信号在电离层穿刺点天顶方向的电子总含量变化率、测站天顶方向对流层延迟以及模糊度信息。若当前历元为周跳历元，则根据历元间差分观测模型，采用最新的电离层、对流层信息并联合坐标信息，获取收敛时刻模糊度浮点解。然后根据模糊度方差选取参考模糊度，采用LAMBDA方法对整周模糊度进行搜索，获取整周模糊度集。此外，本发明结合ratio探测以及模糊度子集降维方法对搜索获得的模糊度子集进行质量控制，获取更可靠的重收敛时刻模糊度信息。最后，根据搜索的模糊度信息还原重收敛时刻的非差模糊度，并实现快速收敛后的模糊度固定时间传递。

具体地，一种部分模糊度固定的时间传递快速重收敛方法，包括如下步骤：

S1：根据无几何距离组合观测值即GF组合观测值、无几何无电离层组合观测值即MW组合观测值，判断当前历元是否为周跳历元：

若当前历元未发生周跳，则根据GF组合观测值的变化量获取信号在电离层穿刺点天顶方向电子总含量的变化率，记录当前历元的对流层延迟及模糊度信息，更新信号在电离层穿刺点天顶方向电子总含量变化率、测站天顶方向的对流层延迟及模糊度信息；并实现非组合模式下的精密单点定位即PPP时间传递，获取时间传递结果，完成当前历元的数据处理；

若当前历元为周跳历元，则执行步骤S2-步骤S4，实现周跳修复处理，进而完成非组合模式下PPP时间传递；

步骤S1的具体过程为：

S1-1：获取GF组合观测值及MW组合观测值；

基于原始GNSS数据的非差非组合观测方程表示为：

式中，φ及P分别为载波观测与伪距观测值，i为频点编号，j为卫星编号，

根据式(1)，获取历元间差分的GF组合观测值：

其中，Δ为历元间差分算子，ΔGF

根据式(1)，获取卫星j的MW组合观测值

式中，λ

S1-2：判断步骤S1-1计算的各卫星的GF观测值以及宽巷模糊度，若不能满足式(6)，则认为发生周跳：

式中，k表示历元号，

S1-3：对于未发生周跳的历元，通过式(3)和式(7)计算出I的变化率I

I

其中，Δt为历元间的时间间隔；

S1-4：若未发生周跳的卫星数目不小于4颗，则根据式(1)进行非组合模式下的PPP计算：由实时差分改正数或事后精密星历提供卫星钟差参数及轨道参数，由广播星历电离层模型或外部电离层精密改正数提供电离层先验信息，由先验信息提供坐标参数，待估参数列表为：

由式(8)可知，t

根据式(8)计算的测站天顶方向对流层延迟T和模糊度向量

根据两站的接收机钟差，获取A、B两站的时间传递结果T

T

其中，t

S1-5：若未发生周跳的卫星数目小于4颗，则标记为周跳历元，则继续执行步骤S2-步骤S4，实现周跳修复处理，进而完成非组合模式下PPP时间传递。

S2：根据电离层穿刺点天顶方向电子总含量的变化率及测站天顶方向的对流层延迟的最新信息还原信号中断时间内的大气延迟变化量，并联合坐标信息代入历元间差分观测方程，获取重收敛时刻模糊度信息的浮点解集及相应的方差集；

步骤S2的具体过程如下：

S2-1：对于信号中断时间τ内信号在电离层穿刺点天顶方向的电子总含量变化量，根据步骤S1得到的I

ΔI

其中，ΔI

S2-2：对流层延迟在信号中断时段τ内认为变化量为0，即

ΔT＝0 (11)

S2-3：由于时间传递为静态场景，星地距Δρ及卫星钟差变化量Δt

其中，

S3：采用相位观测值，构造最小二乘模糊度降相关平差法即LAMBDA算法整周模糊度的搜索准则，选取方差最小的浮点解模糊度作为基准模糊度

步骤S3的具体过程为：

S3-1：根据式(12)中的相位观测值确定LAMBDA算法中的搜索准则为：

式中，E

S3-2：由于系数阵B秩亏，需要选取协方差最小的

若ratio检验通过，则认为得到模糊度集的固定解

若检验未通过，则去除模糊度集中协方差最大的模糊度，并重复步骤S2进行整周模糊度集的搜索以及检验；

若模糊度子集维数小于4时仍未通过ratio检验，则模糊度集采用浮点解，执行步骤S4，进而实现非差模糊度信息的恢复。

S4：根据步骤S3中获取的重收敛时刻模糊度集的信息，结合周跳前最后一个历元确定的模糊度参数，对重收敛时刻的非差模糊度集进行恢复，然后将恢复的非差模糊度信息代入非组合观测方程，获取PPP时间传递结果，完成当前历元的数据处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。