CN115598673A - Igs gnss卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法 - Google Patents

Igs gnss卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法包括：确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度及时段；利用时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段；基于观测时段选取双频观测值及双频观测值对应的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2、IGS GNSS卫星轨道和钟差产品，并计算IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处的偏差；本发明对IGS卫星轨道和钟差产品自洽性要求进行IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算，为GNSS(GPS、北斗、Galileo等)精密单点定位天边界处高精度动态、静态定位提高前提基础，增强IGS GNSS(北斗、GPS、Galileo等)卫星钟差和轨道产品的可用性。

Description

IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术领域，具体为IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法。
背景技术
IGS(International GNSS Service)服务组织提供单天的GNSS高精度卫星轨道和卫星钟差产品，为GNSS精密单点定位用户进行其数据处理；IGS(International GNSSService)服务组织发布的单天的GNSS高精度卫星轨道产品采样间隔为15分钟，卫星钟差有5、30秒等不同采样间隔的产品，IGS单天的GNSS高精度卫星轨道和卫星钟差产品的解算应用了单天的GNSS双频观测值，IGS服务的单天卫星轨道和钟差产品具有严格的自洽性，以获得高精度GNSS精密单点定位结果。
GNSS精密单点定位数据处理中，GNSS卫星轨道采用n阶次拉格朗日插值方法获取相应时刻的卫星位置，采样线性函数内插方法获取相应时刻的卫星钟差；在进行天边界处GNSS精密单点定位数据处理时，会用到前后两天的IGS GNSS高精度卫星轨道产品；受IGSGNSS高精度卫星钟差和轨道单天相邻产品不续连续性影响，GNSS精密单点定位结果在天边界处不连续，有异常。
为了削弱IGS GNSS(北斗、GPS、Galileo等)单天卫星钟差和轨道相邻产品不连续性对GNSS精密单点定位的影响，以提高GNSS精密单点定位结果在天边界处的精度，发明了IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，这对于GNSS精密单点定位天边界处定位结果精度提升、IGS GNSS卫星钟差和轨道产品服务性能提升和应用具有重要的意义。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：现有IGS(International GNSS Service)GNSS(北斗、GPS、Galileo等)卫星轨道和钟差相邻产品不连续性，相应GNSS精密单点定位在天边界处的定位精度差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，包括：确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度及时段；利用所述时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段；基于所述全球或局域GNSS参考站的观测时段选取双频观测值及双频观测值对应的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2、IGS GNSS卫星轨道和钟差产品，并计算IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处的偏差。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述时间跨度的确定包括，
根据GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述时间跨度t的计算包括，
Figure BDA0003872603680000021
其中，n表示GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段的确定包括，
根据所述时间跨度t确定IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段，即需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差序列的起始时间和终止时间；
所述起始时间包括第一天的24点0分0秒减去t分钟对应的时刻，所述终止时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述全球或局域GNSS参考站的观测时段的确定包括，
利用所述时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段，即全球或局域GNSS参考站的起始观测时间和终止观测时间；
所述起始观测时间包括第一天的24点0分0秒减去(t+120)分钟对应的时刻，所述终止观测时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算包括，
对选取的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2进行无电离层延迟组合线性化，所述线性化过程中固定了参考站的坐标、GNSS卫星轨道和钟差，并且以确定的拉格朗日阶次对所述GNSS卫星轨道进行内插。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：还包括，
基于所述线性化过程，确定解算参数对应的观测方程；
通过所述观测方程，采用最小二乘或卡尔曼滤波的估计方法对所述解算参数进行求解。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述无电离层延迟组合线性化的计算包括，
Figure BDA0003872603680000031
Figure BDA0003872603680000032
其中，
Figure BDA0003872603680000033
表示参考站r中卫星s对应的无电离层延迟相位，δr表示历元i参考站r对应的接收机钟差，biass表示历元i IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，
Figure BDA0003872603680000034
表示参考站r卫星s对应得相位模糊度，
Figure BDA0003872603680000035
表示历元i参考站r卫星s对应对流层延迟，
Figure BDA0003872603680000036
表示参考站r卫星s对应的无电离层延迟相位，i表示历元，
Figure BDA0003872603680000037
表示参考站r卫星s对应的伪距组合残差，
Figure BDA0003872603680000038
表示参考站r卫星s对应的伪距组合与各种改正的差值。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述各种改正包括相位缠绕、接收机和卫星天线相位中心改正、固体潮汐、相位缠绕、地球自转改正、海潮改正。
作为本发明所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的一种优选方案，其中：所述解算参数包括对流层延迟，GNSS接收机钟差，GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，相位模糊度。
本发明的有益效果：本发明针对IGS GNSS轨道和卫星钟差单天相邻产品存在不连续性及其对GNSS精密单点定位天边界处定位结果的影响，发明了IGS(International GNSSService)GNSS(北斗、GPS、Galileo等)卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算方法，以削弱IGS GNSS轨道和卫星钟差单天相邻产品不连续性对天边界处GNSS精密单点定位的影响，弥补IGS GNSS轨道和钟差服务产品的缺陷，提高GNSS精密单点定位天边界处的定位结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的整体流程图；
图2为本发明第二个实施例提供的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法中GPS卫星G05、G06和G13对应结果图；
图3为本发明第二个实施例提供的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法中结果在GNSS精密单点定位中的效果图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
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它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1为本发明的一个实施例，提供了IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，包括：
S1：确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度及时段。需要说明的是：
根据GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度；
时间跨度t的计算包括，
Figure BDA0003872603680000051
其中，n表示GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次；
进一步的，根据时间跨度t确定IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段，即需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差序列的起始时间和终止时间；
应说明的，起始时间包括第一天的24点0分0秒减去t分钟对应的时刻，终止时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
S2：利用IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段。需要说明的是：
全球或局域GNSS参考站的观测时段的确定包括，
利用时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段，即全球或局域GNSS参考站的起始观测时间和终止观测时间；
应说明的，起始观测时间包括第一天的24点0分0秒减去(t+120)分钟对应的时刻，终止观测时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
S3：基于全球或局域GNSS参考站的观测时段选取双频观测值及双频观测值对应的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2、IGS GNSS卫星轨道和钟差产品，并计算IGSGNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处的偏差。需要说明的是：
IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算包括，
对选取的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2进行无电离层延迟组合线性化，线性化过程中固定了参考站的坐标、GNSS卫星轨道和钟差，并且以确定的拉格朗日阶次对GNSS卫星轨道进行内插；
应说明的，无电离层延迟组合线性化的计算包括，
Figure BDA0003872603680000061
Figure BDA0003872603680000062
其中，
Figure BDA0003872603680000063
表示参考站r中卫星s对应的无电离层延迟相位，δr表示历元i参考站r对应的接收机钟差，biass表示历元i IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，
Figure BDA0003872603680000064
表示参考站r卫星s对应得相位模糊度，
Figure BDA0003872603680000065
表示历元i参考站r卫星s对应对流层延迟，
Figure BDA0003872603680000066
表示参考站r卫星s对应的无电离层延迟相位，i表示历元，
Figure BDA0003872603680000067
表示参考站r卫星s对应的伪距组合残差，
Figure BDA0003872603680000068
表示参考站r卫星s对应的伪距组合与各种改正的差值，其中各种改正包括相位缠绕、接收机和卫星天线相位中心改正、固体潮汐、相位缠绕、地球自转改正、海潮改正；
进一步的，基于线性化过程确定解算参数对应的观测方程；
应说明的，解算参数包括对流层延迟，GNSS接收机钟差，GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，相位模糊度；
更进一步的，通过观测方程，采用最小二乘或卡尔曼滤波的估计方法对解算参数进行求解；
应说明的，本发明针对IGS GNSS轨道和卫星钟差单天相邻产品存在不连续性及其对GNSS精密单点定位天边界处定位结果的影响，发明了IGS(International GNSSService)GNSS(北斗、GPS、Galileo等)卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算方法，以削弱IGS GNSS轨道和卫星钟差单天相邻产品不连续性对天边界处GNSS精密单点定位的影响，弥补IGS GNSS轨道和钟差服务产品的缺陷，提高GNSS精密单点定位天边界处的定位结果。
实施例2
参照图2～3为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明。
本实验采用了9阶拉格朗日函数进行GNSS精密单点定位中卫星轨道内插，并进行GPS时间2022年4月4日和2022年4月5日两天IGS GPS卫星钟差和轨道产品相邻边界处偏差的计算，具体步骤如下：
1)确定IGS GPS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度：根据GNSS精密单点定位采用的9阶拉格朗日差值函数，计算得到IGS GPS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度为150分钟；
2)确定IGS GPS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段：采用步骤1)获得的要计算的IGS GPS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段，即起始时间为GPS时2022年4月4日22点45分，终止时间为2022年4月5日1点15分；
3)确定全球或局域GNSS参考站观测时段：采用步骤2)获得的要计算的IGS GPS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段计算全球或局域GPS参考站观测时段，即起始观测时间为GPS时2022年4月4日20点45分，终止时间为2022年4月5号1点15分；
4)全球或局域GPS参考站观测时段对应无电离层延迟线性化：采用从GPS时2022年4月4日20点45分到2022年4月5号1点15分全球或局域GNSS参考站观测对应无电离层延迟观测，并线性化，线性化过程中，固定参考站坐标、IGS GPS卫星钟差和轨道；
5)参数解算方程的列立：采用从GPS时2022年4月4日20点45分到2022年4月5号1点15分线性化方称列立参数解算方程，解算参数包括IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差、对流层延迟、模糊度、接收机钟差。
6)IGS GPS卫星钟差和轨道GPS时2022年4月4日、2022年4月5日单天相邻产品边界处偏差的计算：采用步骤4)得到线性化观测方程，以及最小二乘或卡尔曼滤波进行从GPS时2022年4月22点45分到2022年4月5号1点15分时段内IGS GPS卫星钟差和轨道GPS时2022年4月4日、2022年4月5日单天相邻产品边界处偏差的计算。
在上述步骤中通过对IGS GPS卫星钟差GPS卫星钟差和轨道产品相邻边界处偏差的计算，以提高GPS精密单点定位天边界处定位的精度，加速参数收敛时间。由此可以看出，本发明提供的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，能够弥补目前IGS卫星轨道、钟差产品天间不连续、自洽存在的缺陷。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于，包括：
确定需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度及时段；
利用所述时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段；
基于所述全球或局域GNSS参考站的观测时段选取双频观测值及双频观测值对应的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2、IGS GNSS卫星轨道和钟差产品，并计算IGSGNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处的偏差。
2.如权利要求1所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述时间跨度的确定包括，
根据GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次确定需要计算的IGSGNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时间跨度。
3.如权利要求2所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述时间跨度t的计算包括，
Figure FDA0003872603670000011
其中，n表示GNSS精密单点定位中卫星轨道内插时所采用的拉格朗日阶次。
4.如权利要求3所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段的确定包括，
根据所述时间跨度t确定IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的时段，即需要计算的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差序列的起始时间和终止时间；
所述起始时间包括第一天的24点0分0秒减去t分钟对应的时刻，所述终止时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
5.如权利要求4所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述全球或局域GNSS参考站的观测时段的确定包括，
利用所述时段确定全球或局域GNSS参考站的观测时段，即全球或局域GNSS参考站的起始观测时间和终止观测时间；
所述起始观测时间包括第一天的24点0分0秒减去(t+120)分钟对应的时刻，所述终止观测时间包括第二天的0点0分0秒加上t分钟对应的时刻。
6.如权利要求1～5任一所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差的计算包括，
对选取的无电离层延迟相位组合B1/B2、伪距组合C1/C2进行无电离层延迟组合线性化，所述线性化过程中固定了参考站的坐标、GNSS卫星轨道和钟差，并且以确定的拉格朗日阶次对所述GNSS卫星轨道进行内插。
7.如权利要求6所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：还包括，
基于所述线性化过程，确定解算参数对应的观测方程；
通过所述观测方程，采用最小二乘或卡尔曼滤波的估计方法对所述解算参数进行求解。
8.如权利要求7所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述无电离层延迟组合线性化的计算包括，
Figure FDA0003872603670000021
Figure FDA0003872603670000022
其中，
Figure FDA0003872603670000023
表示参考站r中卫星s对应的无电离层延迟相位，δr表示历元i参考站r对应的接收机钟差，biass表示历元i IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，
Figure FDA0003872603670000024
表示参考站r卫星s对应得相位模糊度，
Figure FDA0003872603670000025
表示历元i参考站r卫星s对应对流层延迟，
Figure FDA0003872603670000026
表示参考站r卫星s对应的无电离层延迟相位，i表示历元，
Figure FDA0003872603670000027
表示参考站r卫星s对应的伪距组合残差，
Figure FDA0003872603670000028
表示参考站r卫星s对应的伪距组合与各种改正的差值。
9.如权利要求8所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述各种改正包括相位缠绕、接收机和卫星天线相位中心改正、固体潮汐、相位缠绕、地球自转改正、海潮改正。
10.如权利要求9所述的IGS GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差计算方法，其特征在于：所述解算参数包括对流层延迟，GNSS接收机钟差，GNSS卫星钟差和轨道单天相邻产品边界处偏差，相位模糊度。
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