一種利用多系統GNSS觀測值的高精度基線解算方法與流程

本發明屬于衛星導航
技術領域：
，具體涉及一種利用多個全球導航衛星系統(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)的觀測數據進行高精度基線解算方法。
背景技術：
：鑒于GPS(GlobalPositioningSystem)在軍事和民用領域所展現的巨大優勢，世界多個國家和組織紛紛開始建設自主的全球導航衛星系統。目前已經建成或正在建設的GNSS包括美國的GPS、俄羅斯的GLONASS(GLObalnayaNAvigatsionnayaSputnikovayaSistema)、歐盟的Galileo和中國的BDS(BeiDouNavigationSatelliteSystem)。大量研究表明，綜合利用多個GNSS系統的信號，并在觀測值層面統一處理不同系統的觀測數據，能有效提高GNSS定位的可靠性和穩定性，尤其是在山區、城市峽谷等衛星信號遮擋嚴重的地區。高精度基線解算是GNSS的一個重要應用，其在地殼形變監測、地質災害預警，結構物形變監測、網絡RTK等方面均發揮著不可替代的作用。目前，對原始觀測值進行站間和星間兩次做差解算站間基線向量的雙差方法仍是基線解算的主流方法。但雙差方法最初主要針對單系統、雙頻情況提出，并未考慮多系統問題。當使用多系統GNSS數據進行基線解算時，必須顧及系統間偏差、頻率間偏差等的影響，這使得基線解算模型更加復雜，而且由于不同系統頻率一般不一致，導致不同系統間的雙差模糊度并不具有整周特性，不能直接進行模糊度固定。上述問題嚴重限制了多系統優勢的充分發揮。因此，發展一種精度高、可靠性強、既能充分發揮多系統GNSS優勢，又能解決已有算法缺陷的多模GNSS基線解算方法對于進一步拓展GNSS技術應用空間，滿足生產生活中對于高精度位置信息的迫切需求具有重要意義。技術實現要素：為了解決上述技術問題，本發明提供一種既能充分發揮多系統GNSS的優勢，又能進行高精度基線解算的相對定位方法。本發明所采用的技術方案是：一種利用多系統GNSS觀測值的高精度基線解算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：構建站間單差觀測值；通過對各GNSS系統各頻率的偽距、載波相位觀測值在基線兩端測站間做差構成站間單差觀測值；所述站間單差觀測值，其計算公式為：Pijks=ρijs+cdtij+uijks+ξijks]]>其中，i、j為測站標號；s為衛星標號；k為頻率標號；為站間單差偽距觀測值；為單差幾何距離；c為真空中光速；dtij為單差接收機鐘差；為單差接收機端偽距硬件延遲；λks為載波波長；為單差相位觀測值；為具有整周特性的單差模糊度參數；為單差接收機端UPD；分別為單差偽距、載波相位觀測值噪聲。步驟2：施加基準條件；選擇GNSS系統的任一頻率偽距觀測值作為參考值，并假設其單差偽距硬件延遲為0，此時其余所有單差偽距硬件延遲參數均是相對于參考值而言的；做為參考值的單差偽距硬件延遲將被吸收至鐘差參數中，稱為組合鐘差參數；同時，相位觀測值中的單差UPD參數也與參考偽距硬件延遲混合在一起，稱為組合UPD，二者又一起被吸收至單差模糊度參數中，使模糊度不具備整周特性；此時的單差觀測值計算公式為：其中，k、s分別為參考偽距觀測值的頻率、衛星標識；l、t分別為非參考偽距觀測值的頻率、衛星標識；稱為組合鐘差參數；和為組合UPD；與式(1)相比，若式(2)中的觀測值系統相同而頻率不同，則稱為衛星s所屬系統的，頻率l和k之間的站間差分DCB參數；若式(2)中的觀測值系統不同而頻率相同，則表示衛星t和s所屬兩系統在頻率k上的站間差分ISB參數；當與式(1)相比式(2)中的觀測值系統與頻率均不同時，ISB參數表示為：(uijlt-uijks)=(uijlt-uijkt)+(uijkt-uijks)]]>其中和分別稱為衛星t所屬系統的，頻率l和k之間的站間差分DCB參數和衛星t和s所屬兩系統在頻率k上的站間差分ISB參數；步驟3：單差模糊度整周特性恢復，恢復整周特性后的單差模糊度參數直接進行模糊度固定，進而求得高精度基線結果。作為優選，步驟3的具體實現包括為：針對GPS系統、Galileo系統、BDS系統，組合UPD對模糊度固定的影響通過對所有來自于同一類觀測值的浮點模糊度的小數部分求平均得到；然后從所有對應浮點模糊度中減去此平均值即可恢復原始單差模糊度的整周特性；其計算公式為：Bintlt=Boriglt-ΔBlt]]>其中，為原始單差浮點模糊度；為處理后具有整周特性的單差浮點模糊度；△Blt為估計的組合UPD；表示向下取整；n為同類模糊度的數量；針對GLONASS系統，GLONASS信號接收機端相位IFB與衛星的頻率號相關，其計算公式為：γit=ai+bi·Kt]]>其中，i、t分別為接收機、衛星標識；為以米為單位表示的相位IFB；Kt為衛星t所對應的頻率號；ai、bi為兩個固定常數，與接收機類型相關；同一型號接收機的ai、bi值通常相似；因此GLONASS中組合UPD的影響表示為：γijt=uijks=cij+bij·Ktcij=ai-aj-uijksbij=bi-bj---(3)]]>將以米為單位表示的單差浮點模糊度的小數部分按式(3)通過最小二乘算法進行擬合，求出cij、bij的值，然后再根據式(3)以及cij、bij的估值從原始單差浮點模糊度中去除組合UPD的影響即可恢復GLONASS單差模糊度的整周特性，其計算公式為：Bintlt=Boriglt-ΔBlt]]>ΔBlt=cij+bij·Ktλlt]]>其中λlt為衛星t在l頻率上相位觀測值的波長。本發明的有益效果：本發明的一種利用多系統GNSS觀測值的高精度基線解算方法將觀測方程建立在站間單差觀測值上，并通過對原始單差模糊度估值處理去除組合UPD影響，恢復單差模糊度的整周特性，實現基線高精度解算。本發明解決了現有多系統雙差算法浪費系統間雙差觀測值，或系統間雙差模糊度不能固定的問題，具有理論嚴密、模型簡單、易于實現、擴展性強、精度高等特點，能夠應用于地質災害監測、結構物形變監測、精密導航等多個領域。附圖說明圖1是本發明實施例的流程圖；圖2是本發明實施例的GPS、BDS、Galileo系統原始單差模糊度參數小數部分分布示意圖；圖3是本發明實施例的整周特性恢復后GPS、BDS、Galileo系統單差模糊度小數部分分布示意圖；圖4是本發明實施例的GLONASS系統原始單差模糊度參數小數部分分布示意圖；圖5是本發明實施例的整周特性恢復后GLONASS系統單差模糊度小數部分分布示意圖。具體實施方式為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發明，下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。請見圖1，本發明的一種利用多系統GNSS觀測值的高精度基線解算方法，包括以下步驟：(1)構建站間單差觀測值；利用各GNSS系統各頻率的偽距、載波相位觀測值在基線兩端測站間做差構成站間單差觀測值。站間單差觀測方程可表示為：Pijks=ρijs+cdtij+uijks+ξijks]]>其中，i、j為測站標號；s為衛星標號；k為頻率標號；為站間單差偽距觀測值；為單差幾何距離；c為真空中光速；dtij為單差接收機鐘差；為單差接收機端偽距硬件延遲；λks為載波波長；為單差相位觀測值；為具有整周特性的單差模糊度參數；為單差接收機端UPD(UncalibratedPhaseDelay，未校正相位延遲)；分別為單差偽距、載波相位觀測值噪聲。(2)施加基準條件；在數據處理中按上述公式構成的法方程是秩虧的。這是由于觀測方程中接收機鐘差dtij與偽距硬件延遲和相位UPD線性相關，導致系數矩陣列不滿秩。因此需要選擇某類偽距觀測值為參考，并假設其單差偽距硬件延遲為0。此處參考偽距觀測值的選擇是任意的，即任一GNSS系統的任一頻率偽距觀測值均可做為參考。此時其余所有單差偽距硬件延遲參數均是相對于參考值而言的。做為參考值的單差偽距硬件延遲將被吸收至鐘差參數中，稱為組合鐘差參數。另外，相位觀測值中的單差UPD參數也與參考偽距硬件延遲混合在一起，稱為組合UPD。二者又一起被吸收至單差模糊度參數中，使模糊度不具備整周特性。此時的單差觀測方程可表示為其中，k、s分別為參考偽距觀測值的頻率、衛星標識；l、t分別為非參考偽距觀測值的頻率、衛星標識。稱為組合鐘差參數。和為組合UPD。與式(1)相比，若式(2)中的觀測值系統相同而頻率不同，則稱為衛星s所屬系統的，頻率l和k之間的站間差分DCB(DifferentialCodeBias，差分碼偏差)參數；若式(2)中的觀測值系統不同而頻率相同，則表示衛星t和s所屬兩系統在頻率k上的站間差分ISB(Inter-SystemBias，系統間偏差)參數；當與式(1)相比式(2)中的觀測值系統與頻率均不同時，ISB參數可表示為(uijlt-uijks)=(uijlt-uijkt)+(uijkt-uijks)]]>其中和分別稱為衛星t所屬系統的，頻率l和k之間的站間差分DCB參數和衛星t和s所屬兩系統在頻率k上的站間差分ISB參數。(3)單差模糊度整周特性恢復；如步驟(2)所述，根據步驟(1)、(2)解算求得的站間單差模糊度參數不具有整周特性。需要根據各GNSS系統組合UPD參數的性質去除組合UPD的影響，恢復單差模糊度的整周特性。恢復整周特性后的單差模糊度參數可直接進行模糊度固定，進而求得高精度基線結果。其中去除各GNSS系統組合UPD影響的詳細步驟如下：1)對于GPS、Galileo、BDS等GNSS系統而言，同類相位觀測值(系統、頻率均相同)擁有相同的單差相位UPD，而參考單差偽距硬件延遲對于所有觀測值都一樣，因此組合UPD對模糊度固定的影響可以簡單地通過對所有來自于同一類觀測值的浮點模糊度的小數部分求平均得到。之后從所有對應浮點模糊度中減去此平均值即可恢復原始單差模糊度的整周特性。其過程可表示為Bintlt=Boriglt-ΔBlt]]>其中，為原始單差浮點模糊度；為處理后具有整周特性的單差浮點模糊度；△Blt為估計的組合UPD；表示向下取整；n為同類模糊度的數量。本例所對應原始和處理后的GPS、BDS、Galileo系統單差模糊度參數小數部分分布見附圖2、3。2)GLONASS系統中衛星所發送載波頻率與衛星的頻率號相關，具有不同頻率號的衛星發射的載波頻率不同。而接收機端硬件延遲量與載波頻率相關，因此來自于不同頻率號衛星的相位觀測值具有不同的單差相位UPD。已有研究表明，GLONASS信號接收機端相位IFB(Inter-FrequencyBias，頻率間偏差)與衛星的頻率號相關，可表示為γit=ai+bi·Kt]]>其中，i、t分別為接收機、衛星標識；為以米為單位表示的相位IFB；Kt為衛星t所對應的頻率號；ai、bi為兩個固定常數，與接收機類型相關，較為穩定。同一型號接收機的ai、bi值通常相似。因此GLONASS中組合UPD的影響可表示為γijt=uijks=cij+bij·Ktcij=ai-aj-uijksbij=bi-bj---(3)]]>式(3)中的值可能超過一周。但由于不同頻率號所對應的GLONASS相位觀測值的波長差異較小，原始單差浮點模糊度的小數部分當以米為單位表示時仍近似存在式(3)所示的線性關系。將以米為單位表示的單差浮點模糊度的小數部分按式(3)通過最小二乘算法進行擬合，求出cij、bij的值，然后再根據式(3)以及cij、bij的估值從原始單差浮點模糊度中去除組合UPD的影響即可恢復GLONASS單差模糊度的整周特性，其過程可表示為Bintlt=Boriglt-ΔBlt]]>ΔBlt=cij+bij·Ktλlt]]>其中λlt為衛星t在l頻率上相位觀測值的波長。本例所對應原始和處理后的GLONASS系統單差模糊度參數小數部分分布見附圖4、5。應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護范圍之內，本發明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。當前第1頁1 2 3