一种dgnss卫星轨道偏差修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种DGNSS卫星轨道偏差修正方法。
【背景技术】
[0002] 全球卫星导航系统GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)，其中 DGNSS(DifferentialGlobalNavigationSatelliteSystem)为差分全球卫星导航系统， 全球卫星导航系统包括美国的GPS全球卫星导航系统，俄罗斯的GLONASS全球卫星导航系 统、中国的北斗全球卫星导航系统（在建）以及欧洲的Galileo全球卫星导航系统（在建）。 其定位原理是利用四颗或四颗以上卫星对地面的位置进行后方交会，解算地面接收机的三 维坐标和钟差信息。因此，卫星的位置信息认为是已知的，通常采用广播星历计算得到。但 是，广播星历解算得到的卫星坐标位置精确度约为2m，其轨道误差对100km左右基线的动 态影响可达厘米级。
[0003] 为了削弱和消除卫星轨道误差对动态基线解算的影响，通常采用距离相关的几何 内插方法来削弱轨道误差的影响。利用参考站接收到的观测数据和精密星历数据，将轨道 误差与电离层延迟、对流层延迟等误差一起作为距离相关误差代入统一的区域拟合或者内 插模型中进行计算，估计用户位置轨道误差影响，削弱卫星轨道误差对动态定位的影响。
[0004] 但是，距离相关的几何内插法存在改正精度及可靠性低、完好性差两方面缺点。一 方面，距离相关的几何内插法精度受参考站网络分布以及移动用户端位置等因素影响，当 移动端位于参考网或主参考站覆盖区域范围之外时，其改正精度将大大降低。另一方面，距 离相关的几何内插法无法将卫星轨道误差与其他距离相关误差进行分离，因此很难对卫星 轨道误差改正数的质量进行监测和控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种DGNSS卫星轨道偏差修正方法，旨在解决现有的距离 相关的几何内插法受参考站网络分布以及移动用户端位置等因素影响和无法将卫星轨道 误差与其他距离相关误差分离的问题。
[0006] -种DGNSS卫星轨道偏差修正方法，所述方法包括以下步骤：
[0007] 利用广播星历和精密预报星历，计算双差站星几何距离；根据所述双差站星几何 距离，计算流动站和参考站间的双差轨道修正数；将所述双差轨道修正数按观测值形式发 送给用户，实现用户位置轨道误差的修正。
[0008] 进一步地，所述利用广播星历和精密预报星历，计算双差站星几何距离包括：
[0009] 利用广播星历，计算广播星历双差站星几何距离▽ARuA(brd);
[0010] 利用精密预报星历，计算精密预报星历双差站星几何距离▽ARuA(igU)。
[0011] 进一步地，所述双差轨道修正数的计算公式为：
[0012] Cor0DGNSS=V AR^^rcD-VARuA(igu) (1)
[0013] 其中，▽AR^ODrd)为广播星历双差站星几何距离，▽ARuA(igu)为精密预报星历 双差站星几何距离，CorOD(；NSS为双差轨道修正数。
[0014] 进一步地，所述方法还包括双差轨道修正数的精度，所述双差轨道修正数的精度 计算公式为：
[0015] VΔ 〇 (DGNSS) = [ VΔRuA (brd) -VΔRuA (true) ] -CorODGNSS
[0016] =▽ ΔRuA(igu)_ ▽ ΔRuA(true) (2)
[0017]=VA〇(Sp3)
[0018] 其中，▽AO(DGNSS)为双差轨道修正数的精度，▽ ARuA(brd)为广播星历双差站 星几何距离，▽ARuA(true)为双差站星几何距离真值，CorOD(；NSS为（1)式中双差轨道修正 数，▽AI^(igU)为精密预报星历双差站星几何距离，▽A0(SP3)精密预报星历的轨道误 差。
[0019] 进一步地，所述方法还包括最大差分轨道误差估算值，最大差分轨道误差估算值 计算公式：
[0021] 其中，1为基线长度，ΔΧ为卫星星历误差，dx为卫星轨道误差估算值，r为GNSS 卫星星座的平均轨道半径。
[0022] 进一步地，所述方法还包括相对精度理论值，所述相对精度理论值计算公式为：
[0024] 其中，δX为相对精度理论值，dx为卫星轨道误差估算值，1为基线长度，ΔΧ为卫 星星历误差，r为GNSS卫星星座的平均轨道半径。
[0025] 进一步地，所述精密预报星历包括：最终星历IGF和超快预报星历I⑶。
[0026] 进一步地，所述双差站星几何距离对应的计算公式为：
[0027]δ▽R=I|SA| 1-1 |SA| 1-1 |SA| 1 + 1 |s2a2| | (5)
[0028] 其中，Δ▽R是双差站星几何距尚，Si和32表不卫星，A挪六2表不观测站，IISiAjI 表示卫星Si与观测站A,之间的几何距离，i和j为非零自然数。
[0029] 有益效果：与现有的距离相关几何内插法相比，DGNSS卫星轨道偏差修正方法不 再受到参考站网络分布及测站位置的影响，实现了卫星轨道误差与其他距离相关误差（如 对流层、电离层延迟误差）的分离，能够更加有效地对轨道偏差改正数的质量进行监测和 控制。并且在改正精度和稳定性有显著的提高，适用范围更广，能够满足中短基线、中长基 线、超长基线等不同长度基线的轨道改正需求。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明一实施例提供的GPS星历位置误差分析图；
[0031] 图2是本发明一实施例提供的DGNSS卫星轨道偏差修正方法流程图；
[0032] 图3是本发明一实施例提供的DGNSS卫星轨道偏差修正方法流程图；
[0033] 图4是本发明一实施例提供的双差占星的结构示意图；
[0034] 图5是本发明一实施例提供的DGNSS卫星轨道偏差修正结果图；
[0035] 图6是本发明一实施例提供的S0PAC轨道修正实验结果图。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施 方式对本发明作进一步详细说明。
[0037] 为了更好理解本发明，在介绍实施例之前首先介绍广播星历和精密星历及其精度 分析。
[0038] 精密星历由国际GPS服务组织IGS发布，对于后处理和实时用户而言，最终星历 (IGF)和超快预报星历（IGU)是最重要的两类星历信息。其中IGF精度优于5cm，是目前精 度最高的卫星轨道信息，但其时间延迟为11天，无法满足实时或准实时应用要求。从2000 年3月5日起IGS机构开始提供I⑶，其精度优于10cm，更新周期为6小时，在每天UTC(世 界协调时间）3:00、9:00、15:00和21:00各发布一次，适用于实时用户。
[0039] 对于用户接收机仅能获取的较低精度的GPS广播星历而言，IGF以及I⑶分别为用 户提供了潜在的更精确的后处理和实时基准。以IGF为基准，可以用后处理方式提取广播 星历和精密预报星历误差，分析其精度变化规律。下面以2005年12月23日发布的广播星 历和精密星历（igul3546_00.sp3)为例，分析广播星历误差和精密星历精度，如图1所示， 点线为精密预报星历误差，即精密星历误差；米点线广播星历误差。
[0040] 由图1可知，广播星历精度在0. 2到2米范围内上下波动，而精密星历误差则始终 保持10cm以下，且始终保持相对稳定。从图1中可以看出广播星历的误差小于2m，精密星 历误差小于l〇cm，都取误差最大值，即精密星历误差为10cm，广播星历误差为2m，即200cm， 相比精密星历的等效距离误差仅为广播星历误差5 %左右，5 %是根据两者误差最大值估算 的大致结果。因此如果以精密星历为基准，可消除轨道误差影响的95%左右。
[0041] 图2示出了本发明一实施例提供的DGNSS卫星轨道偏差修正方法流程，该方法包 括如下步骤：
[0042] S101、利用广播星历和精密预报星历，计算双差站星几何距离。
[0043] 在本步骤中，广播星历是采用接收机获取的，精密预报星历，本实施中是指超 快预报星历IGU，因为超快预报星历IGU更新速度较快，同时精确度也比较高，可以适用实 时用户。利用广播星历和精密预报星历的相关信息，计算出广播星历双差站星几何距离 ▽ARuA(brd)和精密预报星历双差站星几何距离VARuA(igu)。
[0044] S102、根据所述双差站星几何距离，计算流动站和参考站间的双差轨道修正数。
[0045] 根据双差站星几何距离，双差轨道修正数的计算公式：
[0046] CorODGNSS=VAR^^rcD-VARuA(igu) (1)
[0047] 其中，▽ΔR^ODrd)为广播星历双差站星几何距离，▽ΔRuA(igu)为精密预报星历 双差站星几何距离，CorOD(；NSS为双差轨道修正数。
[0048] S103、根据所述双差轨道修正数对轨道误差进行修正。
[0049] 在本步骤中，将步骤S102中利用1式求出的双差轨道修正数，根据该双差轨道修 正数对轨道误差进行修正，按观测值形式发送给用户，观测值形式是卫星导航领域中的常 规数据方式形式，网络RTK技术一般是采用基准站观测值的形式发送。从而实现用户位置 轨道误差的修正。
[0050] 由于此方法只考虑卫星轨道误差，相比于距离相关的几何内插法将轨道误差与电 离层延迟、对流层延迟等误差一起作为距离相关误差代入统一的区域拟合或者内插模型中 进行计算，估计用户位置轨道误差影响，削弱卫星轨道误差对动态定位的影响。此DGNSS卫 星轨道偏差修正方法实现了卫星轨道误差与其他距离相关误差（如对流层、电离层延迟误 差）的分离，能够更加有效地对轨道偏差改正数的质量进行监测和控制。
[0051] 图3示出了本发明一实施例提供的DGNSS卫星轨道偏差修正方法流程，该实施例 中的DGNSS卫星轨道偏差修正方法是在图1中的DGNSS卫星轨道偏差修正方法的基础上又 增加了检验此双差修正数的准确度。
[0052] 检验所述双差修正数的准确度包括：双差轨道修正数的精度检验、最大差分轨道 误差估算检验和相对精度理论值检验。双差轨道修正数的精度检验具体为通过双差轨道修 正数的精度计算公式进行校验，最大差分轨道误差估算检验具体为通过最大差分轨道误差 估算值计算公式进行校验，相对精度理论值检验具体为通过相对精度理论值检验公式进行 校验。
[0053]双差轨道修正数的精度计算公式为：
[0054] VΔ〇 (DGNSS) = [VΔRuA (brd) -VΔRuA (true) ] -CorODGNSS
[0055] = ▽ΔRuA(igu) - ▽ΔRuA(true) (2)
[0056] =VA〇(sp3)
[0057] 其中，▽AO(DGNSS)为双差轨道修正数的精度，▽ARuA(brd)为广播星历双差站 星几何距离，▽ARuA(true)为双差站星几何距离真值，CorOD(；NSS为（1)式中双差轨道修正 数，▽AI^(igU)为精密预报星历双差站星几何距离，▽A0(SP3)精密预报星历的轨道误 差。
[0058] 经过轨道偏差修正数纠正后，从2式可以看出，广播星历轨道误差影响可减弱为 精密预报星历轨道误差影响，其精度在l〇〇〇km范围内高达为1-2_。
[0059] 最大差分轨