[發(fā)明專利]基于GNSS對流層層析技術(shù)的PPP改善方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211570241.0
• 申請日: 2022-12-08
• 公開（公告）號: CN115755115A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙慶志;王鵬程;蔣朵朵;李祖鋒;袁榮才
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23;G01S19/37;G01S19/29
• 代理公司: 合肥市博念易創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34262
• 代理人: 尚秘

本發(fā)明公開了基于GNSS對流層層析技術(shù)的PPP改善方法，涉及GNSS精密單點定位技術(shù)領(lǐng)域，針對目前PPP技術(shù)中觀測方程包含的對流層延遲作為未知參數(shù)難以精確估計，觀測方程中的未知參數(shù)較多，PPP技術(shù)的定位精度和收斂速度不夠精準(zhǔn)的問題，現(xiàn)提出如下方案，包括以下步驟：S1：基于PPP技術(shù)的斜路徑對流層延遲STD估算；S2：層析區(qū)域網(wǎng)格內(nèi)折射率反演；S3：利用GNSS對流層層析技術(shù)的斜路徑對流層延遲STD反演；S4：GNSS對流層層析技術(shù)改善PPP定位方法。本發(fā)明引入GNSS對流層層析技術(shù)，對衛(wèi)星信號路徑上的STD值進行反演，并將反演的STD改正到PPP技術(shù)的觀測方程中，以減少觀測方程中的未知參數(shù)，進一步提升PPP技術(shù)的定位精度和收斂速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及GNSS精密單點定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于GNSS對流層層析技術(shù)的PPP改善方法。

背景技術(shù)

全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)最核心和基礎(chǔ)的功能與服務(wù)是授時和定位，其中定位可分為相對定位和絕對定位。相對定位的代表性技術(shù)為實時載波相位差分定位技術(shù)，而絕對定位的代表技術(shù)是精密單點定位(Precise Point Positioning,PPP)技術(shù)。PPP技術(shù)是指利用衛(wèi)星實時或事后的精密軌道和鐘差產(chǎn)品，對觀測方程中的各項誤差進行精確改正，同時采取合適的參數(shù)估計策略，在僅需一臺GNSS接收機的情況下，便可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)精密絕對定位。但GNSS信號也會受到各類誤差的干擾，當(dāng)信號穿過50km以下的中性大氣層時，會被其中的中性大氣干擾產(chǎn)生折射，這種折射影響被稱為對流層延遲。根據(jù)衛(wèi)星高度角不同，對流層延遲會對定位結(jié)果產(chǎn)生數(shù)米甚至數(shù)十米的誤差影響。因此，對流層延遲是PPP定位中最主要的誤差源之一。

傳統(tǒng)PPP定位中，斜路徑對流層延遲(Slant Tropospheric Delay,STD)可表示為天頂方向?qū)α鲗友舆t(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)與映射函數(shù)(MappingFunctions,MF)的乘積加上大氣水平梯度改正項與其映射函數(shù)乘積。ZTD可分為天頂干延遲(Zenith Hydrostatic Delay,ZHD)和天頂濕延遲(Zenith Wet Delay,ZWD)。在處理中，由于ZHD較穩(wěn)定且易于模型化，故常采用經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行改正，如Saastamoinen模型、Hopfiled模型等；而ZWD不確定性較強，難以建立精確模型改正，因此利用參數(shù)估計方法確定其大小；梯度改正項為水平梯度映射函數(shù)乘以水平梯度改正北方向與東方向的分量。但經(jīng)驗?zāi)Ｐ秃臀粗獏?shù)估計往往存在一定的偏差，為了減少這種估計誤差，本發(fā)明提出一種利用GNSS層析技術(shù)改善PPP定位精度及收斂速度的方法。

地基GNSS對流層層析技術(shù)是指利用大量衛(wèi)星信號射線上的信息重構(gòu)區(qū)域三維對流層延遲結(jié)構(gòu)的方法。該技術(shù)首先將研究區(qū)域離散成若干個網(wǎng)格，并假設(shè)衛(wèi)星信號在每個網(wǎng)格內(nèi)的折射率在一定時間內(nèi)為一常數(shù)且分布均勻；每條信號路徑上的觀測值包含了該路徑上的對流層延遲信息，因此，將每條射線在不同網(wǎng)格內(nèi)折射率與該衛(wèi)星信號在該網(wǎng)格內(nèi)截距相乘并進一步積分得到該路徑上的斜路徑總延遲，多個測站對多個衛(wèi)星形成的所有傾斜路徑觀測方程即構(gòu)成了GNSS對流層層析觀測方程，再結(jié)合建立的層析約束方程，得到GNSS對流層層析模型，然后通過迭代算法或非迭代算法解算GNSS對流層層析模型，從而獲得各網(wǎng)格的折射率信息。

但是，目前PPP技術(shù)中觀測方程包含的對流層延遲作為未知參數(shù)難以精確估計，觀測方程中的未知參數(shù)較多，PPP技術(shù)的定位精度和收斂速度不夠精準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決目前PPP技術(shù)中觀測方程包含的對流層延遲作為未知參數(shù)難以精確估計，觀測方程中的未知參數(shù)較多，PPP技術(shù)收斂速度較慢的缺點，提出GNSS對流層層析技術(shù)改善精密單點定位精度及加快收斂速度方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

基于GNSS對流層層析技術(shù)的PPP改善方法，包括以下步驟：

S1：基于PPP技術(shù)的斜路徑對流層延遲STD估算：