CN108415049A - 提高网络rtk双差宽巷模糊度固定正确率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，包括以下步骤：步骤1，数据准备：接收GNSS参考站的实时观测数据、卫星星历以及参考站的坐标信息；步骤2，实时电离层产品计算：根据参考站的坐标信息和卫星坐标，对参考站进行非差精密单点定位，计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值；步骤3，基线双差宽巷模糊度计算，包括：步骤3.1，由两个参考站的观测数据组成双差观测值，利用步骤2计算的非差实时电离层延迟值修正双差电离层残余项；步骤3.2，计算双差宽巷模糊度的浮点解；步骤3.3，对双差宽巷模糊度的浮点解进行取整得到双差宽巷模糊度整数。本发明提高了解算基线双差宽巷模糊度的正确率，从而可以提高网络RTK的精度和稳定性。

Description

提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法

技术领域

本发明涉及卫星定位***和定位测量技术领域，具体涉及一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法。

背景技术

VRS(Virtual Reference Station，虚拟参考站)模式是网络RTK(Real-TimeKinematic，实时动态)定位最常用的定位模式。在某一区域内建立多个(3个或者3个以上)的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航***)卫星连续跟踪基准站(或称基站、参考站)，对该地区构成网状覆盖，为该区域内的定位用户提供实时的高精度误差改正信息，提高用户的定位精度，这种技术称为网络RTK技术。利用这些坐标已知的参考站在用户附近生成一个虚拟观测值(虚拟参考站)，通过这些坐标已知的参考站可以解算出参考站之间的双差模糊度，进而求解出双差大气误差，然后利用某种内插方法内插出虚拟参考站的大气误差(虚拟参考站的位置坐标由用户单点定位的概略坐标得到)，从而对虚拟参考站的虚拟观测值进行修正，这样可以得到比较精确的虚拟观测值。最后用户可以采用常规RTK技术与他附近的这个虚拟参考站进行差分定位。由于虚拟参考站与用户距离非常近，所以这个距离(一般小于10米，由单点定位精度决定)不影响常规RTK定位技术的性能。所以网络RTK服务的好坏的关键因素之一是虚拟参考站的虚拟观测值的精度，而虚拟观测值的精度取决于误差改正的精度。基线双差模糊度的正确性是误差改正精度的关键因素之一，提高基线双差模糊度的正确性可以提高虚拟参考站的误差改正精度，从而可以提高网络RTK定位的精度和稳定性。

现有的基线双差模糊度解算方法一般是先解算双差宽巷模糊度，然后解算双差窄巷模糊度，得到基线双差模糊度后，进而可以求解出基线的双差大气。现有的基线宽巷模糊度解算方法一般有相位线性组合法，MW组合法，三频超宽巷组合法，这三种方法存在以下问题：

1、现有的相位线性组合法是仅仅利用双频相位的观测值的线性组合，然后求解宽巷模糊度。由于宽巷模糊度波长较长，大约为0.86米，对于基线较短，比如20千米以内，通过观测值组双差，残余误差项大部分都小于半个波长0.43米，通过若干历元平滑取整后很容易求得宽巷模糊度。但是这只适合短基线，在基线较长，或者电离层活跃时间段，残余误差项经常会超过宽巷模糊度的半个波长，影响宽巷模糊度的正确固定。

2、MW组合法是利用双频伪距和相位两类观测值的线性组合，采用MW组合可以消除对流层、电离层以及几何项，仅仅残余观测噪声和多路径误差。通过若干历元的平滑后，总的误差一般小于宽巷模糊度的半个波长，可以得到宽巷模糊度的正确值。MW组合利用精度较低的伪距观测值，当伪距的观测噪声较大，或者多路径误差较大时，很难保证总的误差小于宽巷模糊度的半个波长，影响宽巷双差模糊度的正确固定。

3、三频超宽巷组合法可以得到波长更长的超宽巷模糊度，然后利用超宽巷模糊度解算出宽巷模糊度。三频超宽巷模糊度法需要三个频率的观测值，但是除了北斗卫星***的全部卫星含有三频观测数据外，GPS卫星***只有部分卫星具有三频观测数据，GLONASS卫星只有双频观测数据。这些客观条件限制了三频超宽巷组合法的使用。

发明内容

本发明解决了网络RTK(NRTK)基线解算算法中的双差宽巷模糊度的正确性问题，本发明可以提高网络RTK中解算基线双差宽巷模糊度的正确率。网络RTK中虚拟参考站的虚拟观测数据精度受基线双差模糊度正确性的影响，本发明提高了解算基线双差宽巷模糊度的正确率，从而可以提高网络RTK的精度和稳定性。

本发明采用的技术方案如下：

一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，包括以下步骤：

步骤1，数据准备：接收参考站的实时观测数据、卫星星历以及参考站的坐标信息；

步骤2，实时电离层产品计算：根据参考站的坐标信息和卫星坐标，计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值；

步骤3，基线双差宽巷模糊度计算，包括：

步骤3.1，由两个参考站的观测数据组成双差观测值，利用步骤2计算的非差实时电离层延迟值修正双差电离层残余项；

步骤3.2，计算双差宽巷模糊度的浮点解；

步骤3.3，对双差宽巷模糊度的浮点解进行取整得到双差宽巷模糊度整数。

进一步地，所述步骤2中卫星坐标通过卫星星历计算得到。

进一步地，所述步骤2中通过实时非差非组合精密单点定位技术计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值。

进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，根据参考站的坐标信息和卫星坐标，列出双频伪距和载波相位的非差非组合观测方程；

步骤2.2，对误差进行改正；

步骤2.3，利用卡尔曼滤波估计接收机钟差、非差模糊度、以及包含卫星端和接收机端硬件延迟偏差DCB的电离层延迟参数；

步骤2.4，分离DCB参数，获得真实的卫星信号传播路径倾斜方向的电离层延迟值。

进一步地，所述步骤2.2中误差包括地球自转误差、相对论效应误差、相位缠绕误差。

进一步地，所述步骤2.4中通过非差电离层延迟建立区域垂直方向电离层延迟模型分离DCB参数。

进一步地，所述步骤3.1中由两个参考站的观测数据组成双差观测值具体步骤如下：选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他卫星作为移动星，对一个参考站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次差观测值，这个参考站的一次差观测值与另一个参考站的一次差观测值作差得到双差观测值。

进一步地，所述步骤3.2中通过以下公式计算双差宽巷模糊度的浮点解：

其中，是站间星间双差算子，φ₁，φ₂分别表示两个频率以周为单位的相位观测值，ρ为卫星与参考站间的几何距离，I₁，I₂分别表示卫星信号传播路径上两个频率的电离层延迟值，T为对流层延迟值，ε₁，ε₂分别表示两个频率上的未模型化误差和噪声误差，λ₁，λ₂分别表示两个频率的波长，N₁，N₂分别表示两个频率的模糊度，即是双差宽巷模糊度值，即是双差电离层残余项。

本发明的有益效果在于，既减弱了双差电离层残余项的影响，又不需要使用精度低的伪距观测值，也不需要三频观测数据，适合在所有的导航卫星***中使用。本发明可以提高双差宽巷模糊度固定的正确率，从而可以提高基线双差大气的精度，提高网络RTK的定位精度和稳定性。

附图说明

图1为本发明PPP技术估计信号传播路径上的电离层延迟值流程图；

图2为本发明基线双差宽巷模糊度值计算流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，基于相位线性组合法进行了改进，相位线性组合公式为：

其中，是站间星间双差算子，φ₁，φ₂分别表示两个频率以周为单位的相位观测值，ρ为卫星与参考站间的几何距离，I₁，I₂分别表示卫星信号传播路径上两个频率的电离层延迟值，T为对流层延迟值，ε₁，ε₂分别表示两个频率上的未模型化误差和噪声误差，λ₁，λ₂分别表示两个频率的波长，N₁，N₂分别表示两个频率的模糊度，即是双差宽巷模糊度值，即是双差电离层残余项。

当电离层活跃时，双差电离层残余项比较大，影响双差宽巷模糊度的解算，进而影响基线双差大气的精度。本发明采用实时精密单点定位技术(PPP，Point PrecisePositioning)计算卫星信号传播路径中的实时电离层延迟值。实时精密单点定位技术是利用实时精密轨道和精密钟差产品以及实时采集的观测数据进行精密单点定位的绝对定位技术。参考站坐标以及卫星轨道精确已知，把接收机钟差，天顶湿对流层延迟，非差模糊度，硬件延迟偏差等当作未知数，采用精密单点定位技术可以实时估计出卫星信号传播路径中的实时非差电离层延迟值。利用非差电离层延迟值组成双差，即可得到公式(1)中的双差电离层残余项，从而提高双差宽巷模糊度解算的正确性。

下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。本发明的步骤包括：

步骤1，数据准备：

接收参考站的实时观测数据，以及实时的卫星精密星历，以及参考站的精确坐标信息。

步骤2，实时电离层产品计算：

参考站坐标和卫星坐标精确已知，采用实时精密单点定位技术计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值。利用非差非组合观测数据，采用卡尔曼滤波估计包含硬件延迟偏差DCB的非差实时电离层延迟。最后通过采用多项式拟合模型进行区域建模分离DCB得到真实的卫星信号传播路径倾斜方向的电离层延迟值。

步骤3，基线双差宽巷模糊度计算：

由两个参考站的观测数据组成双差值，利用第二步计算的实时电离层延迟值修正双差电离层残余项，然后可以计算双差宽巷模糊度的浮点值，最后通过取整的方式可以得到双差宽巷模糊度整数。提高了网络RTK双差宽巷模糊度固定的正确率后，可以使虚拟参考站的数据计算更精确。

优选地，步骤2中非差实时电离层延迟值计算流程如图1所示。参考站坐标精确已知，卫星坐标也精确已知，采用实时精密单点定位技术计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值。在参考站和卫星坐标精确已知的情况下，列出双频伪距和载波相位的非差非组合观测方程，然后进行地球自转、相对论效应、相位缠绕等误差改正，再利用卡尔曼滤波估计接收机钟差，非差模糊度，以及包含卫星端和接收机端硬件延迟偏差DCB(Difference Code Bias))的电离层延迟等参数，利用非差电离层延迟建立区域垂直方向电离层延迟模型，分离DCB参数，从而获得真实的卫星信号传播路径倾斜方向的电离层延迟值。

优选地，步骤3中由两个参考基站构成的基线的双差宽巷模糊度计算步骤如图2所示。参考基站的坐标都已知，选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他卫星作为移动星。对某一个基站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次差观测值，这个站的一次差观测值与另一个基站的一次差观测值作差就可以得到双差观测值。在参考站坐标已知和由卫星星历计算得到卫星坐标已知的情况下，并利用实时非差电离层延迟值计算双差电离层值，然后可以根据公式(1)计算出双差宽巷模糊度的浮点解，再对浮点解模糊度进行取整得到双差宽巷模糊度整数。提高了网络RTK双差宽巷模糊度固定的正确率后，可以使虚拟参考站的数据计算更精确。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，数据准备：接收参考站的实时观测数据、卫星星历以及参考站的坐标信息；

步骤2，实时电离层产品计算：根据参考站的坐标信息和卫星坐标，计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值；

步骤3，基线双差宽巷模糊度计算，包括：

步骤3.1，由两个参考站的观测数据组成双差观测值，利用步骤2计算的非差实时电离层延迟值修正双差电离层残余项；

步骤3.2，计算双差宽巷模糊度的浮点解；

步骤3.3，对双差宽巷模糊度的浮点解进行取整得到双差宽巷模糊度整数。

2.如权利要求1所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤2中卫星坐标通过卫星星历计算得到。

3.如权利要求1所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤2中通过实时精密单点定位技术计算卫星信号传播路径的非差实时电离层延迟值。

4.如权利要求3所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1，根据参考站的坐标信息和卫星坐标，列出双频伪距和载波相位的非差非组合观测方程；

步骤2.2，对误差进行改正；

步骤2.3，利用卡尔曼滤波估计接收机钟差、非差模糊度、以及包含卫星端和接收机端硬件延迟偏差DCB的电离层延迟参数；

步骤2.4，分离DCB参数，获得真实的卫星信号传播路径倾斜方向的电离层延迟值。

5.如权利要求4所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤2.2中误差包括地球自转误差、相对论效应误差、相位缠绕误差。

6.如权利要求5所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤2.4中通过非差电离层延迟建立区域垂直方向电离层延迟模型分离DCB参数。

7.如权利要求6所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤3.1中由两个参考站的观测数据组成双差观测值具体步骤如下：选择卫星高度角最高的卫星作为参考星，其他卫星作为移动星，对一个参考站中的移动星与参考星的观测数据相减得到一次差观测值，这个参考站的一次差观测值与另一个参考站的一次差观测值作差得到双差观测值。

8.如权利要求7所述的一种提高网络RTK双差宽巷模糊度固定正确率的方法，其特征在于，所述步骤3.2中通过以下公式计算双差宽巷模糊度的浮点解：

其中，是站间星间双差算子，φ₁，φ₂分别表示两个频率以周为单位的相位观测值，ρ为卫星与参考站间的几何距离，I₁，I₂分别表示卫星信号传播路径上两个频率的电离层延迟值，T为对流层延迟值，ε₁，ε₂分别表示两个频率上的未模型化误差和噪声误差，λ₁，λ₂分别表示两个频率的波长，N₁，N₂分别表示两个频率的模糊度，即是双差宽巷模糊度值，即是双差电离层残余项。