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申请/专利权人：中国科学院光电研究院

摘要：本发明公开了一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，建模量为数据处理中心解算出的模糊度固定的站间单差电离层延迟，对该电离层延迟量建立基于经度和纬度的线性化模型；模型解算的电离层系数播发给用户，用于用户端的电离层延迟改正；通过对用户端电离层无关和电离层有关误差的分别修正，达到提高用户定位精度的目的，其中，该方法的建模量为站间单差电离层延迟，对每颗卫星的电离层延迟分别建模，用户在解算位置时不受数据处理中心处理时所选的具体参考星的影响；相对于传统方法，不需要数据处理中心根据用户位置选择就近参考站并针对不同用户生成对应的改正信息，不需要用户与数据处理中心的双向通信，有利于增加服务用户数量。

主权项：一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：NRTK系统中各参考站的接收机接收卫星的观测数据，对接收到的伪距和载波相位观测量建立双差解算模型，估计对流层延迟单差垂向电离层延迟参数和双差模糊度其中，rk表示第k个参考站，表示第k个接收站对应的对流层延迟；Si表示第i颗卫星，表示对应于第i颗卫星的参考站rk与主参考站r1之间的电离层延迟参数；表示频率j上对应于第i颗卫星和第1颗卫星的参考站rk与主参考站r1之间的双差模糊度；步骤二、基于步骤一解算的每个卫星的单差垂向电离层延迟参数为每颗卫星建立基于经度和纬度的单差垂向电离层延迟线性化模型：vIr1,ksi=iBk+iLk+i+---9]]其中，Bk和Lk分别是参考站rk相对于主参考站的纬度和经度之差，ε′是模型误差；αi,βi,γi为第i个卫星的模型对应的三个电离层系数；对于每颗卫星，在主参考站和其余参考站之间建立如式9所示的方程，联立形成方程组并求解，得到该颗卫星对应的一组电离层系数αi,βi,γi；步骤三、在步骤一解算的基础上，对电离层无关误差项进行综合建模，具体步骤为：1、从伪距观测值中扣除步骤一解算出来的对流层延迟和相对电离层延迟得到伪距观测值和计算值的残差表示为：omcPrk,jsi=p~rk,jsi-mwelrksiZT,rk-ujmI,r1,ksivIr1,ksi,k1p~rk,jsi-mwelrksiZT,rk,k=1---10]]其中，表示对应于第i颗卫星的第k个参考站的延迟映射函数，λj表示频率j上的波长，λ1表示频率L1上的波长；为对应于第i颗卫星的主参考站与第k个参考站之间的电离层映射函数；对于载波相位，用载波相位观测量扣掉步骤一解算出来的模糊度、对流层延迟和相对电离层延迟得到相位观测值和计算值的残差表示为：omcrk,jsi=~rk,jsi-mwelrksiZT,rk-ujmI,r1,ksivIr1,ksi-Nr1,k,js1,i,k1~rk,jsi-mwelrksiZT,rk,k=1---11]]2、计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关伪距改正数计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关相位改正数步骤四：将步骤二计算得到的模型系数和步骤三计算的电离层无关伪距改正数和电离层无关相位改正数发送给覆盖区域内用户；步骤五：用户利用收到的模型系数和改正数完成误差修正和载波相位高精度定位，具体步骤为：S51、确定用户收到的伪距观测量和相位观测量S52、基于步骤二的单差垂向电离层延迟线性化模型，用户根据收到的电离层延迟系数和自身经纬度计算用户u和主基准站r1相对于卫星Si的垂向电离层延迟：vIr1,usi=iBu+iLu+i---16]]Bu和Lu表示用户的经纬度与主参考站的经纬度之差；S53、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关伪距修正量修正伪距观测值：p~u,js=pu,js-ujmI,usivIr1,usi-corrPrk,jsi---17]]其中，表示用户u相对于第i颗卫星的电离层映射函数；S54、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关相位改正数修正相位观测值：~u,jsi=u,jsi-ujmI,usivIr1,usi-corrrk,jsi---18]]S55、基于S53得到的修正后的伪距观测值以及S54得到的修正后的相位观测值，建立星间单差观测方程组，解算得到模糊度并估算用户精确位置。

全文数据：一种基于单差电离层建模的NRTK増强定位方法技术领域[0001]本发明属于全球卫星导航系统GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS实时动态高精度定位技术领域，具体涉及一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法。背景技术[0002]网络RTKNetworkRealTimeKinematic，NRTK技术是以连续运行的参考站为基础，联合多参考站的数据进行误差计算和播发、在用户端实现误差改正、辅助用户完成高精度位置解算的实时定位技术。传统网络大多采用误差综合建模方式，把各种误差源所造成的影响合在一起形成综合的误差改正信息发播给用户，该方法依赖于通过差分来消除空间延迟，特别是电离层延迟的影响，适用于较为密集的参考站。实际上，不同误差源对差分定位的影响并不相同，其误差特性也不同。特别是电离层误差在参考站间距变大时影响尤为显著，且电离层误差属于空间相关误差，其误差大小与用户位置相关;而卫星轨道误差、卫星钟差等误差与空间位置无关，且在NRTK中对用户定位的影响较小。因此，对于中长距离的参考站网络来说，有必要对电离层误差进行单独建模，生成电离层增强信息，辅助用户完成高精度的定位解算。发明内容[0003]有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，对单差垂直电离层延迟在区域范围内建立基于经炜度的线性模型，以提高覆盖范围内NRTK用户的定位精度，并增大NRTK的服务用户数量。[0004]一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，包括如下步骤：[0005]步骤一:NRTK系统中各参考站的接收机接收卫星的观测数据，对接收到的伪距和载波相位观测量建立双差解算模型，估计对流层延矩单差垂向电离层延迟参数v»：和双差模糊度其中，rk表示第k个参考站：表示第k个接收站对应的对流层延迟;S1表示第i颗卫星良示对应于第i颗卫星的参考站rk与主参考站η之间的电离层延迟参数：表示频率j上对应于第i颗卫星和第1颗卫星的参考站rk与主参考站η之间的双差模糊度；[0006]步骤二、基于步骤一解算的每个卫星的单差垂向电离层延迟参1为每颗卫星建立基于经度和纬度的单差垂向电离层延迟线性化模型：[0007][0008]其中，Bk和Lk分别是参考站rk相对于主参考站的韩度和经度之差，ε是模型误差；Q1,私，γD为第i个卫星的模型对应的三个电离层系数；[0009]对于每颗卫星，在主参考站和其余参考站之间建立如式9所示的方程，联立形成方程组并求解，得到该颗卫星对应的一组电离层系数[0010]步骤三、在步骤一解算的基础上，对电离层无关误差项进行综合建模，具体步骤为：[0011]1、从伪距观测值身^中扣除步骤一解算出来的对流层延迟和相对电离层延迟得到伪距观测值和计算值的残i，表示为：[0012][0013]其中表示对应于第i颗卫星的第k个参考站的延迟映射函数表示频率j上的波长，心表示频率Ll上的波长为对应于第i颗卫星的主参考站与第k个参考站之间的电离层映射函数；[0014]对于载波相位，用载波相位观测量扣掉步骤一解算出来的模糊度、对流层延迟和相对电离层延迟得到相位观测值和计算值的残差表示为：[0016]2、计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关伪距改正数计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关相位改正数[0017]步骤四：将步骤二计算得到的模型系数和步骤三计算的电离层无关伪距改正数和电离层无关相位改正数发送给覆盖区域内用户；[0018]步骤五：用户利用收到的模型系数和改正数完成误差修正和载波相位高精度定位，具体步骤为：[0019]S51、确定用户收到的伪距观测量和相位观测i[0020]S52、基于步骤二的单差垂向电离层延迟线性化模型，用户根据收到的电离层延迟系数和自身经纬度计算用户u和主基准站η相对于卫星S1的垂向电离层延迟：[0021]16[0022]Bu和Lu表示用户的经炜度与主参考站的经炜度之差；[0023]S53、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关伪距修正量修正伪距观测值：[0024].17:[0025]其中_示用户u相对于第i颗卫星的电离层映射函数；[0026]S54、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关相位改正数修正相位观测值：[0027]Ig[0028]S55、基于S53得到的修正后的伪距观测值以及S54得到的修正后的相位观测值，建立星间单差观测方程组，解算得到模糊度并估算用户精确位置。[0029]本发明具有如下有益效果：[0030]本发明提出了的应用于NRTK的电离层建模方法，建模量为数据处理中心解算出的模糊度固定的站间单差电离层延迟，对该电离层延迟量建立基于经度和炜度的线性化模型。模型解算的电离层系数播发给用户，用于用户端的电离层延迟改正。通过对用户端电离层无关和电离层有关误差的分别修正，达到提高用户定位精度的目的。具体论述如下:第一，该方法的建模量为站间单差电离层延迟，对每颗卫星的电离层延迟分别建模，用户在解算位置时不受数据处理中心处理时所选的具体参考星的影响；[0031]第二，该方法对电离层延迟建立与经度和炜度相关的线性模型，模型简单，易于操作；[0032]第三，该方法直接利用所有参考站计算区域内的电离层改正模型，数据处理中心对区域范围内的用户生成统一的分类改正信息播发给用户，数据处理中心不需要知道用户位置，因此只需要单向通信;相对于传统方法，不需要数据处理中心根据用户位置选择就近参考站并针对不同用户生成对应的改正信息，不需要用户与数据处理中心的双向通信，有利于增加服务用户数量。具体实施方式[0033]本发明的一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，包括如下步骤：[0034]步骤一:NRTK采用η个参考站和一个终端用户；其中各参考站的接收机接收卫星的观测数据，对接收到的伪距和载波相位观测量建立双差解算模型，估计对流层延迟、单差垂向电离层延迟参数和双差模糊虔该步骤为电离层建模的基础，用于解算出建模所用的电离层延迟量，具体步骤为：1、参考站r接收到卫星s的频率j上的载波相位和伪距观测量可以表示为：[0035][0036][0037]其中：下角标r表示参考站，j表示频率如j=l表示Ll频率），上标S表示卫星。例如，用Φ表示载波相位观测量，C就表示参考站r接收到的卫星s发送的频率j上的载波相位观测量表示参考站r接收到的卫星s发送的频率j上的伪距观测量表示接收机r和卫星s之间的几何距离表示从卫星s到接收机r路径上的斜向对流层延迟表示Ll频率上的接收机r和卫星s之间一阶电离层延迟，λ」表示频率j上的波长表示整周模糊度（表示接收机钟差和用户端初始相位偏差之和，沒;表示卫星s钟差和卫星端初始相位偏差之和，表不接收机钟差和硬件码偏差在频率j上之和表不卫星钟差和硬件码偏差之和表示测量噪声和其他残余误差之和，方程解算中不予考虑。[0038]式⑴中的对流层延迟可以表示为：[0039]2[0040]其中表示参考站r相对于卫星s的高度角，分别为对流层干延迟和湿延迟映射函数为天顶对流层干延迟，Zt,r天顶对流层总延迟。[0041]式⑴中的电离层延迟表示为：[0042][0043]其中为参考站r相对于卫星s的电离层映射函数，为参考站r相对于卫星s的垂向电离层延迟。[0044]将⑵和⑶代入⑴中，令：[0045][0046][0047]公式⑴可以表示为：[0048][0049][0050]2、选择一颗卫星为参考卫星，在η个参考站中选择一个作为主参考站，与其余参考站形成双差观测方程。例如选择η为主参考站，选择S1为参考卫星，与任意参考站rk和任意卫星〜构成的双差观测方趕为：[0051][0052][0053]式6中，用下标n,k和上标S14表示对应于参考站rk和主参考站^以及卫星Si和参考卫星Si的双差量。例如，表示在频率j上对应于参考站rk和主参考站ri以及卫星Si和参考卫星Sl的双差模糊度。式中，[0054]我们将双差电离层延ii£似表示为：[0055][0056]其中表示Ll频率上的单差垂向电离层延迟[0057]则式⑹可以表示为：[0058][0059][0060]3、每个其余参考站与主参考站根据步骤1和步骤2建立如式8所示的双差观测方程。用卡尔曼滤波求解未知参数，并进行模糊度固定，得到双差模糊度和模糊度固定情况下的单差垂向电离层延迟[0061]步骤二:对步骤一解算的单差垂向电离层延迟建立基于经度和炜度的线性化模型，求解模型参数，得到每颗卫星的电离层修正系数。该步骤为本发明的具体建模方法，建模量为步骤一计算的单差电离层延迟，建立的模型参数为具体步骤为：[0062]1、对每颗卫星的单差垂向电离层建立线性化模型方程：[0063][0064]上式中，为步骤一解算出的参考站rk和主参考站ri相对于卫星Si的垂向电离层延迟之差，Bk和U分别是参考站^相对于主参考站的炜度和经度之差，是模型误差。ai，0i,γί为三个电离层系数。[0065]2、对每颗卫星，都可以在主参考站和其余参考站之间建立如式9所示的方程，联立形成方程组并求解，得到一组电离层系数C4,氏，。[0066]步骤三:在步骤一解算的基础上，对电离层无关误差项进行综合建模。该步骤计算的电离层无关改正数将与步骤二计算的电离层系数一起用于用户的误差修正，具体步骤为：[0067]1、从伪距观测值中扣除步骤一的式8解算出来的对流层延迟和相对电离层延迟，得到伪距观测值和计算值的残差表示为：[0068][0069]对于载波相位，还需扣掉模糊度，得到相位观测值和计算值的残差，表示为：[0070]11[0071]2、计算各参考站残差的加权平均和，作为伪距和载波相位电离层无关改正数。[0072]由式（10可计算电离层无关伪距改正数为：[0073][0074]电离层无关相位改正数可以表示为：[0075：13[0076]其中，[0077][0078]步骤四：将步骤二计算得到的模型系数和步骤三计算的电离层无关修正量发送给覆盖区域内用户。[0079]步骤五：用户利用收到的模型系数和电离层无关修正量完成误差修正和载波相位高精度定位，具体步骤为：[0080]1、用户收到的伪距和相位观测量表示为：[0081][0082][0083]上式中，用下标u表示用户，石和异分别表示扣除对流层干延迟的载波相位和伪距观测量，其余参数意义同式（1。例如，表示在频率j上，用户u对应于卫星s的载波相位测量噪声。[0084]2、用户根据收到的电离层延迟系数和经炜度计算电离层修正量：[0085]jβ[0086]其中：表示用户u和主基准站rl相对于卫星Si的垂向电离层延迟之差，Bu和Lu表示用户的经炜度与主基准站的经炜度之差。[0087]3、用计算的电离层修正量和接收到的电离层无关伪距修正量修正伪距观测值：[0088]17[0089]4、用计算的电离层修正量和接收到的电离层无关相位修正量修正相位观测值[0090]18[0091]5、用户选择基准星，建立星间单差观测方程。[0092]设基准星为Sl，单差伪距和相位观测方程可表示为：[0093][0094][0095]6、对所有卫星建立如式（19所示的方程，建立方程组，解算得到模糊度并估算用户精确位置。[0096]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非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。

权利要求：I.一种基于单差电离层建模的NRTK增强定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一:NRTK系统中各参考站的接收机接收卫星的观测数据，对接收到的伪距和载波相位观测量建立双差解算模型，估计对流层延迟、单差垂向电离层延迟参数和双差模糊度；其中，rk表示第k个参考站：表示第k个接收站对应的对流层延迟;S1表示第i颗卫星，表示对应于第i颗卫星的参考站rk与主参考站ri之间的电离层延迟参数；表示频率j上对应于第i颗卫星和第1颗卫星的参考Mrk与主参考站ri之间的双差模糊度；步骤二、基于步骤一解算的每个卫星的单差垂向电离层延迟参数，为每颗卫星建立基于经度和炜度的单差垂向电离层延迟线性化模型：其中，Bk和Lk分别是参考站rk相对于主参考站的炜度和经度之差，ε是模型误差；（cii，氏，γi为第i个卫星的模型对应的三个电离层系数；对于每颗卫星，在主参考站和其余参考站之间建立如式9所示的方程，联立形成方程组并求解，得到该颗卫星对应的一组电离层系数Ct1,氏，γι;步骤三、在步骤一解算的基础上，对电离层无关误差项进行综合建模，具体步骤为：1、从伪距观测值中扣除步骤一解算出来的对流层延迟和相对电离层延迟得到伪距观测值和计算值的残差，表示为：其中，表示对应于第i颗卫星的第k个参考站的延迟映射函数，h表示频率j上的波长，表示频率Ll上的波长；为对应于第i颗卫星的主参考站与第k个参考站之间的电离层映射函数；对于载波相位，用载波相位观测量扣掉步骤一解算出来的模糊度、对流层延迟和相对电离层延迟，得到相位观测值和计算值的残差，表示为：2、计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关伪距改正数；计算各参考站的残差加权平均和，作为电离层无关相位改正数步骤四：将步骤二计算得到的模型系数和步骤三计算的电离层无关伪距改正数和电离层无关相位改正数发送给覆盖区域内用户；步骤五：用户利用收到的模型系数和改正数完成误差修正和载波相位高精度定位，具体步骤为：551、确定用户收到的伪距观测量和相位观测量552、基于步骤二的单差垂向电离层延迟线性化模型，用户根据收到的电离层延迟系数和自身经炜度计算用户U和主基准站η相对于卫星S1的垂向电离层延迟：Bu和Lu表示用户的经炜度与主参考站的经炜度之差；553、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关伪距修正量修正伪距观测值：其中：表示用户u相对于第i颗卫星的电离层映射函数；554、用S52计算的垂向电离层延迟和步骤四的电离层无关相位改正数修正相位观测值：555、基于S53得到的修正后的伪距观测值以及S54得到的修正后的相位观测值，建立星间单差观测方程组，解算得到模糊度并估算用户精确位置。

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