CN107121689B - Glonass频间偏差单历元快速估计方法 - Google Patents

Glonass频间偏差单历元快速估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GLONASS频间偏差单历元快速估计方法，包括：利用一组GNSS接收机观测得到单历元的GLONASS和GPS的相位和伪距观测数据；首先，固定相应的GLONASS和GPS宽巷模糊度；然后，利用GLONASS和GPS的整周宽巷模糊度先行估计IFB rate，利用IFB rate估计值改正L1和L2上的IFB误差，进而解算并固定L1和L2上的整周模糊度；最后，利用该单历元所有模糊度固定历元的L1和L2相位观测值和相应的模糊度单历元估计该组GNSS接收机GLONASS的IFB rate。本发明可为RTK工作提供实时快速的IFB rate解算值，为实现GLONASS RTK固定解提供了坚实的基础。

Description

GLONASS频间偏差单历元快速估计方法
技术领域
本发明属于全球导航***和定位测量技术领域，具体的说，涉及一种GLONASS频间偏差单历元快速估计方法。
背景技术
随着俄罗斯GLONASS卫星导航***于2012年再次完成24颗卫星满星座运行，欧洲GALILEO卫星导航***加快组网速度以及我国北斗卫星导航***(BeiDou NavigationSatellite System,BDS)开始进行全球范围组网，传统的RTK定位技术正在向多***RTK定位技术发展。现今已用许多公司和学者实现GPS+BDS、GPS+GALILEO、GPS+BDS+GALILEO RTK定位技术，但是GLONASS***却由于缺乏有效的双差模糊度固定方法而只能在RTK领域扮演辅助角色。造成这一现象的主要原因是GLONASS卫星导航***使用了频分多址技术(Frequency division multiple access,FDMA)。由于GLONASS采用FDMA技术，造成了GLONASS每颗卫星信号的波长和频率都是不同的，进而导致GLONASS的IFB(频间偏差斜率)不能通过卫星间差分进行消除。而只有当RTK作业时所使用的两台GNSS接收机的GLONASSIFB相同时，才能通过站间差分进行消除。大量的研究表明当两台GNSS接收机是同一厂家生产的统一型号接收机，其IFB误差基本相等。但是随着GNSS行业的发展，大量的接收机厂商不断出现，要求在RTK作业所用的两台接收机型号一致是有一定难度且在某些情况下是不现实的。一般情况下，RTK作业采用的是两台不同厂商的接收机，这时IFB无法通过差分进行消除，故GLONASS的模糊度不能进行固定，进而无法通过GLONASS信号获得准确的流动站坐标，所以导致GLONASS信号无法用于RTK定位中。
发明内容
本发明的目的是提供一种GLONASS频间偏差单历元快速估计方法。
为达到上述目的，本发明提供的GLONASS频间偏差单历元快速估计方法，包括：
步骤1，利用一组GNSS接收机观测单历元的GLONASS和GPS的同步观测数据，所述的观测数据包括相位观测数据和伪距观测数据；
步骤2，根据GPS观测数据进行RTK定位得到固定解，获取该单历元下各GNSS基线的基线向量值；
步骤3，基于卫星频率数之差最小原则选取参考卫星；
步骤4，利用基线向量值计算双差星地距，并计算该单历元下全部的GPS双差宽巷模糊度的浮点解和卫星频率数之差不大于4的GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解；
步骤5，对GPS双差宽巷模糊度和GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解直接取整，固定该单历元下GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度，根据固定的GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度和双差宽巷观测值，采用最小二乘法估计频间偏差斜率，获得基于部分宽巷观测值的频间偏差斜率估计值；
步骤6，利用基于部分宽巷观测值的频间偏差斜率估计值，计算卫星频率数之差大于4的GLONASS双差宽巷模糊度，获得卫星频率数之差大于4的GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解，对该浮点解取整以固定GLONASS的双差宽巷模糊度；
步骤7，利用该单历元下GLONASS和GPS全部的双差宽巷模糊度和双差宽巷观测值，采用最小二乘法法估计频间偏差斜率，即基于全部宽巷观测值的频间偏差斜率估计值；
步骤8，根据基于全部宽巷观测值的频间偏差斜率估计值以及GLONASS和GPS的双差L1和L2观测值，采用观测方程解算GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度的浮点解；
所述的观测方程如下：
其中：
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GPS的双差L1和L2观测值；
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GLONASS的双差L1和L2观测值；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GPS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GLONASS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示GPS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
和分别表示GLONASS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
γrmL1和γrmL2分别表示基于L1和L2的频间偏差斜率值；
ki和kj分别表示GLONASS卫星i、j的频率数；
λi、λj分别表示卫星i、j的载波波长；
为接收机到卫星的几何距离的站星双差；
步骤9，利用LAMBDA法对GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度的浮点解进行固定，根据GLONASS和GPS全部的双差L1和L2整周模糊度与双差L1和L2观测值，采用最小二乘法估计基于L1和L2的频间偏差斜率估计值；
步骤10，利用基于L1和L2的频间偏差斜率估计值进行频间偏差斜率值误差改正，并进行RTK定位；
步骤11，判断下一历元是否有观测数据，若有，则跳回步骤(10)，重新执行步骤(10)时，利用基于L1和L2的IFB rate和该下一历元的观测数据进行RTK定位；若没有，结束。
与现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：
目前，RTK技术无法实时计算GLONASS频间偏差斜率值并改正频间偏差斜率误差影响，从而导致GLONASS双差模糊度无法固定。本发明利用一组GNSS接收机的GLONASS和GPS同步观测单个历元的数据(包括相位观测数据和伪距观测数据)，充分利用宽巷组合观测值特性，单历元估计该组GNSS接收机间的GLONASS频间偏差斜率值。采用本发明方法可为RTK工作提供实时快速的IFB rate解算值，为实现GLONASS RTK固定解提供了坚实的基础。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明具体实施方式的流程图，下面将结合图1和实施例进一步说明本发明技术方案。实施例以str1站和str2站2016年9月12日的观测数据为例，具体步骤如下：
(1)利用一组GNSS接收机观测单历元的GLONASS和GPS的同步观测数据，所述的观测数据包括相位观测数据和伪距观测数据。
(2)根据GPS观测数据进行RTK定位得到固定解，获取该单历元下各GNSS基线的cm级精度基线向量值(-69.643m，9.292m，2.549m)，-69.643m、9.292m、2.549m分别表示GNSS基线在X、Y、Z方向的向量值。
(3)基于卫星频率数之差最小原则选取GLONASS双差宽巷观测值中的参考卫星，确保GLONASS双差宽巷观测值的卫星频率数之差最小。具体为：所选取的参考卫星要确保各GLONASS双差宽巷观测值中参考卫星和观测卫星的频率数之差最小。
(4)利用步骤(2)所得基线向量值计算双差星地距，并结合公式(1)计算该单历元下全部的GPS双差宽巷模糊度的浮点(-53.98141 20.01410 -47.00101 14.03059 -17.99421 53.02815 -17.96169)和卫星频率数之差不大于4的GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解(39.53893 25.81699)，上述浮点解的单位为周。
浮点解的计算公式如下：
式(1)中：
表示卫星i、j和GNSS接收机r、m间GPS或GLONASS的双差宽巷模糊度的浮点解；
表示表示卫星i、j和GNSS接收机r、m间的双差星地距；
表示表示卫星i、j和GNSS接收机r、m间GPS或GLONASS的双差相位观测值；
λWL表示GPS或GLONASS的宽巷观测值波长。
(5)通过对GPS双差宽巷模糊度和GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解直接取整，固定该单历元下GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度，即双差宽巷整周模糊度；利用所固定的GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度和双差宽巷观测值，通过最小二乘法更新基于部分宽巷观测值(WL)估计的IFB rate＝0.02522m/FN。所述的双差宽巷观测值包括双差宽巷相位观测值和双差宽巷载波观测值。
(6)将基于部分宽巷观测值估计的IFB rate代入公式(2)中γrmWL，计算卫星频率数之差大于4的GLONASS的双差宽巷模糊度的浮点解(50.94644)。对该GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解直接取整固定GLONASS的双差宽巷模糊度。
本步骤所采用的观测方程如下：
式(2)中：
r、m分别表示基准站接收机和用户接收机的编号；
i、j分别表示观测卫星和参考卫星的编号；
表示接收机r、m和卫星i、j间的GPS双差宽巷载波观测值；
表示接收机r、m和卫星i、j间的GLONASS双差宽巷载波观测值；
为接收机到卫星的几何距离的站星双差；
分别表示卫星i、j和接收机r、m间GPS和GLONASS的双差宽巷模糊度；
表示GPS双差宽巷相位观测值的量测噪声；
表示GLONASS双差宽巷相位观测值的量测噪声；
ki和kj分别表示GLONASS卫星i、j的频率数；
γrmWL表示IFB rate，即频间偏差斜率值；
λi、λj分别表示卫星i、j的载波波长。
(7)利用该单历元下GLONASS和GPS全部的双差宽巷整周模糊度和双差宽巷观测值，通过最小二乘法波估计基于全部宽巷观测值的IFB rate＝-0.02656m/FN。所采用的观测方程见式(2)。
(8)根据基于全部WL的IFB rate以及GLONASS和GPS的双差L1和L2观测值，采用公式(3)解算GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度的浮点解(66.424 12.346 -20.201 -0.143 52.409 5.319 18.075 32.309 63.790 45.846 -64.340 -11.244 27.134 9.35915.879 11.880 -10.139 -11.138 -30.289 3.753 -10.367 14.479)。
利用LAMBDA法对GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度进行固定，利用该单历元下GLONASS和GPS全部的双差L1和L2整周模糊度与双差L1和L2观测值，通过最小二乘法估计基于L1和L2的IFB rate＝0.02809m/FN。
观测方程如见公式(3)：
式(3)中：
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GPS的双差L1和L2观测值；
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GLONASS的双差L1和L2观测值；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GPS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GLONASS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示GPS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
和分别表示GLONASS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
γrmL1和γrmL2分别表示基于L1和L2的频间偏差斜率值。
(9)利用基于L1和L2的IFB rate进行IFB误差改正，并进行RTK定位，计算流动点的精确位置信息。
(10)判断第下一历元是否有观测数据，如果有，跳回步骤(9)，利用基于L1和L2的IFB rate和该下一历元的观测数据进行RTK定位；如果没有，则结束计算。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.GLONASS频间偏差单历元快速估计方法，其特征是，包括：
步骤1，利用一组GNSS接收机观测单历元的GLONASS和GPS的同步观测数据，所述的观测数据包括相位观测数据和伪距观测数据；
步骤2，根据GPS观测数据进行RTK定位得到固定解，获取该单历元下各GNSS基线的基线向量值；
步骤3，基于卫星频率数之差最小原则选取参考卫星；
步骤4，利用基线向量值计算双差星地距，并计算该单历元下全部的GPS双差宽巷模糊度的浮点解和卫星频率数之差不大于4的GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解；
步骤5，对GPS双差宽巷模糊度和GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解直接取整，固定该单历元下GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度，根据固定的GLONASS和GPS的双差宽巷模糊度和双差宽巷观测值，采用最小二乘法估计频间偏差斜率，获得基于部分宽巷观测值的频间偏差斜率估计值；
步骤6，利用基于部分宽巷观测值的频间偏差斜率估计值，计算卫星频率数之差大于4的GLONASS双差宽巷模糊度，获得卫星频率数之差大于4的GLONASS双差宽巷模糊度的浮点解，对该浮点解取整以固定GLONASS的双差宽巷模糊度；
步骤7，利用该单历元下GLONASS和GPS全部的双差宽巷模糊度和双差宽巷观测值，采用最小二乘法法估计频间偏差斜率，即基于全部宽巷观测值的频间偏差斜率估计值；
步骤8，根据基于全部宽巷观测值的频间偏差斜率估计值以及GLONASS和GPS的双差L1和L2观测值，采用观测方程解算GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度的浮点解；
所述的观测方程如下：
其中：
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GPS的双差L1和L2观测值；
和分别表示测站r、m和卫星i、j间GLONASS的双差L1和L2观测值；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GPS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示卫星i、j和测站r、m间GLONASS的双差L1和L2整周模糊度；
和分别表示GPS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
和分别表示GLONASS的双差L1和L2观测值的量测噪声；
γrmL1和γrmL2分别表示基于L1和L2的频间偏差斜率值；
ki和kj分别表示GLONASS卫星i、j的频率数；
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步骤9，利用LAMBDA法对GPS和GLONASS的双差L1和L2整周模糊度的浮点解进行固定，根据GLONASS和GPS全部的双差L1和L2整周模糊度与双差L1和L2观测值，采用最小二乘法估计基于L1和L2的频间偏差斜率估计值；
步骤10，利用基于L1和L2的频间偏差斜率估计值进行频间偏差斜率值误差改正，并进行RTK定位；
步骤11，判断下一历元是否有观测数据，若有，则跳回步骤(10)，重新执行步骤(10)时，利用基于L1和L2的IFB rate和该下一历元的观测数据进行RTK定位；若没有，结束。
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