单频gnss相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法

文档序号:9666367阅读:680来源:国知局
单频gnss相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种单频GNSS相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法。
【背景技术】
[0002] 全球导航卫星系统(GNSS)是在一个全球或区域范围内,提供精确定位、导航和时 间服务的一项非常重要的空间技术。GNSS主要包括美国的GPS、俄国的GLONASS和其他几 个新出现的全球/区域卫星星座系统,如欧洲的伽利略和中国的北斗。相比于区域卫星导 航系统和星基增强系统,GNSS是全球卫星导航系统的一个标准称谓。卫星增强系统在未来 运行后将增强GNSS的系统性能。
[0003] GNSS广泛应用于社会经济发展和国防建设。GNSS技术在测量控制网的建设和地 形测绘方面是一个优先考虑的技术。GNSS也广泛应用于大地测量、地图、资源勘探与开发、 变形监测、地理国情监测、导航、授时等诸方面。惯性导航系统(INS)和更多的区域连续运 行参考系统(C0RS)已经完成建设,并实现了全球/区域多功能的应用。
[0004] 从GNSS卫星信号发射机到用户接收机的距离,可以用载波相位和伪距观测两种 方法得到。相比于无模糊度的伪距观测,具有模糊度的载波相位观测是一种低噪声观测。 在大地测量中,对于稳定的参考站,差分技术是目前最普遍使用的一种技术。精密单点定位 (PPP)技术使用单个GNSS接收机获得的观测值能够达到几个厘米的精度。随着C0RS站数 目的快速增加,高效益、精确和实时动态定位时代已经到来,PPP的研究以达到实时或近实 时解算为主。GNSS数据噪声包括定轨误差、钟差、硬件延迟、电离层和对流层折射、天线相位 中心偏差和变化、多路径效应等。因此,相位稳定性是GNSS数据质量评价的一个关键主题。
[0005] 应当基于GNSS数据指标来监测GNSS连续运行站的运行。这些GNSS数据指标包括 完整性、周跳、信噪比、电离层延迟、卫星数目、钟差和多路径效应等。但是这些指标不能直 接为精密定位和测站管理提供有效的数据质量信息,因为这些指标不一定反映实际的GNSS 相位的质量。
[0006] 因此有必要研究开发一种用高频逐历元相位差方法来监测相位稳定性的方法。

【发明内容】

[0007] 本发明的目的是,提供一种利用单频GNSS接收机通过高频逐历元相位差来监测 相位的稳定性的方法。
[0008] 其技术解决方案是:
[0009] -种单频GNSS相位稳定性监测的高频逐历元相位差方法,包括以下步骤:
[0010] 第一步,用单频GNSS接受机进行高频观测,计算相邻两个历元之间的相位差; [0011] 利用单频GNSS接收机在某一测站P上进行高频观测,在观测卫星多于3颗的条件 下,高频采集相位数据;对某一GNSS卫星j在历元^上对应的相位为0j〇」.),在GNSS信号 不失锁的情况下,在下一个历元t2GNSS卫星j对应的测站P相位为0j(t2),
[0012]
式⑴和⑵中,pjti)为历元ti的测站至卫星j的几何距离,即,
[0014]
[0015] Pj(t2)为历元t2时测站P至卫星j的几何距离,即
[0016]
[0017] [x.j(t!),y.j(t!),z.j(t!)]为历元 的卫星j的三维空间坐标;[X」(t2),y.j(t2),z.j (t2)]为历元t2时卫星j的三维坐标;(xp,yP,zP)为测站P在WGS84下的坐标;SelcK:k (j)和 艮^分别为GNSS卫星j和接收机的钟差;Sha_ara (j)和Rh"dwara分别为GNSS卫星j和接收 机硬件延迟误差;Dtrapcisph_(j)和01_^_〇)分别为对流层和电离层延迟误差;N(j)为整 周模糊度;Ε_ιρ_?)为多路径效应;Ephas_ntCT(j)为天线相位中心偏差及其变化影响;ε1 是残余误差;ε 2是残余误差;
[0018] 对高频GNSS信号来说,在相邻的两个历元上,主要误差诸如钟差、大气延迟、硬件 延迟、多路径效应、整周模糊度和天线相位中心偏差及其变化影响基本上保持不变,式(1) 减去式(2),可得
[0019] _
[0020] 式中,v(j) =ε「ε2;通过式⑶得出,对高频GNSS来说,上述主要误差可以通 过逐历元相位差移去或有效降低;相邻历元相位差的精度为
[0021]
[0022] 其中,σ是相位精度,测站P的最初坐标是[X。,y。,z。],坐标改正是 [Δχ,Ay,ΔΖ];将式⑶在[X(],y<],z。]处进行泰勒展开,忽略高阶项,获得线性形式为
[0023]
[0025] 其中Pffti)和Pf(D是测站P到GNSS卫星j在历元tJPt2时的初始距离, ΛX,Ay,ΔΖ为相邻测站坐标改正数的三个时间序列;
[0026]第二步,解算ΔX,Δy,Δζ
[0027] 设在历元^和七2,测站P同时都观测到的GNSS卫星数为m,那么式(5)用矩阵表 达为
[0028] V=AX+L(6)
[0029] 式中
[0030]
[0031]
[0032] -般情况下,m> 3,因此利用最小二乘法就可以对式(5)进行解算,获得X的最优 估值;
[0033] 式(6)的最小二乘解为
[0034] X= (ATPA) (7)
[0035] 方差-协方差矩阵为
[0036] 〇χ =σ^Α^ΡΑ)-1
[0037] 其中,单位权方差是
[0038]
(9)
[0039] 式中,Ρ是权矩阵,初始权是匕=I,I为单位矩阵,通过式(9)可以得到新的单位 权〇〇,
[0040]
[0041] 其中,c是一个大于零的常数,通过公式(7)即可计算X。
[0042] 第三步,利用ΔX,Δy,Δζ序列评估相位稳定性
[0043] 相邻高频GNSS测站坐标改正数的三个时间序列ΔX,Δy和Δζ可以 通过式(7)构建,从这三个时间序列中,可以得到平均值和对应的标准偏差,即 ΜΕΑΝΛχ,MEAN-ΜΕΑΝΛζ,STDAx,STDAjPSTDAy,并定义上界值和下界值分别为
[0044] UB=MEAN+kSTD (11)
[0045] LB=MEAN-kSTD (12)
[0046] 其中,k是一个常数,如果Δχ,Ay和ΔΖ的一个解大于对应的上界值或小于对应 的下界值,则被认为是非正常值;在一个时段内,通过连续高频观测获得η个异常解;连续 观测异常比率ΑΡ被定义为
[0047]
(13)
[0048] 其中,q是连续观测中的观测历元数;当这个连续时间段非常长,例如10天或超过 10天时,计算连续观测异常比率AP,其结果作为连续观测异常比率的临界值,把临界值作 为判断相位稳定性的一个临界点,用来判断平时GNSS测量时某一段时间内的相位稳定性 情况;即在一个时间段内,如果连续观测异常比率AP大于这个临界值,则表明相位是不稳 定的,反之则相位是稳定的;在一个GNSS测站上,某一段时间内,根据计算出的连续观测异 常比率,结合连续观测异常比率的临界值就可以评估单频相位数据在某个时间段内的稳定 性情况。
[0049] 本发明具有以下有益技术效果:
[0050] 本发明能够利用高频数据评估单频GNSS相位数据质量,单点实时监测代替数据 后处理分析,并且能消除潮汐、多路径效应、电离层和对流层、模糊度、钟差、硬件延迟等影 响,而无需高精度钟差、各种模型改正等;此外,在多系统GNSS联合应用进行评价时,由大 量观测量可以获得大量多余观测量;是一种实时高效的GNSS数据相位稳定性监测方法。
【附图说明】
[0051] 图1是本发明一个应用实例中ρηω站的NEU三个方向时间序列分析图。
[0052] 图2是本发明上述应
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