[发明专利]用于局部地区单频卫星导航用户的电离层延迟修正方法

摘要

本发明提供一种用于局部地区单频卫星导航用户的电离层延迟修正方法，该方法通过基准站卫星视线方向上电离层延迟信息的计算、基准站卫星视线方向上电离层延迟信息的编码与播发、用户电离层延迟改正值及其协方差的计算与单频卫星导航用户电离层延迟的改正，摒弃了以电离层薄层假设为基础的传统建模思路，充分利用同一卫星电离层延迟在空间上的强相关性，构建了局部地区单频卫星导航用户的高精度电离层延迟修正方法。本发明基于区域4个基准站，在30公里范围内可实现平均优于0.2米的修正精度，较传统电离层建模与修正方法具有显著特点与优势。

主权项

1.一种用于局部地区单频卫星导航用户的电离层延迟修正方法，其特征在于，包括：步骤1，计算GNSS基准站在卫星视线方向上的电离层延迟信息，具体步骤如下：步骤11，采集GNSS基准站的原始观测数据，该原始观测数据包括伪距观测量、载波相位观测量以及导航卫星星历；步骤12，根据所述载波相位观测量计算载波相位电离层延迟观测量该载波相位电离层延迟观测量根据式(3)获得：L4,ij=A·TECij+λ12·N12ij-c·(Bi+Bj)σ4,L=2σL---(3)]]>根据所述伪距观测量计算伪距电离层延迟观测量该伪距电离层延迟观测量根据式(4)获得：P4,ij=-A·TECij-c·(Bi+Bj)σ4,P=2σP---(4)]]>其中，A=α·(1f12-1f22),]]>Bi=ddcb1,i-ddcb2,i,]]>Bj=ddcb1j-ddcb2j,]]>λ12·N12ij=]]>λ1·N1,ij-λ2·N2,ij;]]>B_i和B^j分别是接收机和导航卫星的仪器偏差；σ_4，L为载波相位电离层延迟观测量的精度；σ_4，P表示伪距电离层延迟观测量的精度；表示卫星信号传播路径上的电离层电子总含量，单位为TECu(Total Electron Content unit)；α为一常量，取值为4.026×10¹⁷m·s^-2·TECu^-1；σ_P与σ_L分别表示伪距与载波相位测量的精度；c表示真空中的光速，取值为2.99792458×108m/s；和分别是卫星和接收机在频率f₁和f₂上的硬件延迟(单位为s)；λ₁和λ₂分别表示频率f₁和f₂对应的波长(单位为m)；和分别表示载波相位和的模糊度；步骤13，根据载波相位电离层延迟观测量和所述伪距电离层延迟观测量按照式(5)计算和之和的平均值，Σn=1N(P4,n,ij+L4,n,ij)N=λ12·N12ij-2c·(Bi+Bj)---(5)]]>步骤14，将所述平均值按照式(6)转化为卫星视线方向上的电离层延迟观测量P~4,ij=L4,ij-Σn=1N(P4,n,ij+L4,n,ij)N=A·TECij+c·(Bi+Bj)σ4,P~4,ij=σ4,L2+Σn=1N(σP2+σL2)N---(6)]]>其中，表示经过转化之后卫星视线方向上绝对电离层延迟观测量的精度；步骤2，编码与播发步骤1中获得的电离层延迟信息，且编码格式如下表所示：步骤3，用户接收步骤2中播发的电离层延迟信息并计算统一基准后的电离层延迟改正值及其精度，具体步骤如下：步骤31，根据GNSS原始观测数据中的卫星编号，检索获得步骤1中计算得到的各基准站上该卫星的电离层延迟观测量及其精度信息如式(7)所示，P~4,1j=A·TEC1j+c·(B1+Bj),σ4,P~4,1jP~4,2j=A·TEC2j+c·(B2+Bj),σ4,P~4,2j···P~4,Mj=A·TECMj+c·(BM+Bj),σ4,P~4,Mj---(7)]]>其中：M表示基准站的个数；步骤32，根据所述电离层延迟信息利用式(8)计算电离层延迟改正值及其精度P~4,uj=Σi=1Mβi·P~4,ijσP~4,uj=Σi=1M(βi·σP~4,ij)2---(8)]]>其中：β_i为内插权函数，该β_i的计算方法如式(9)，M表示基准站的个数，其中，表示根据用户电离层交叉的位置与基准站电离层交叉点位置的球面距离，单位为km；R₀为权函数的标距；步骤33，电离层延迟的参考基准如式(10)所示：Σi=1Mβi=F---(10)]]>其中：M表示基准站的个数；F为参考基准约束值，此处取为1.0，根据式(9)和(10)计算得到内插权函数的标距R₀，进而得到权函数β_i的数值，将β_i代入式(8)中获得统一基准后的电离层延迟改正值及其精度；步骤4，改正单频卫星导航用户电离层延迟，具体步骤如下：步骤41，根据式(11)建立卫星导航定位的观测方程，其中，L_g为由原始伪距观测值组成的观测向量，P_g表示观测向量L_g对应的权阵；A_g表示观测向量对应的设计矩阵；l，m，m分别表示相应观测量对应的余弦向量；x_u，y_u，z_u分别表示接收机的坐标；t_u表示用户接收机钟差；表示第j卫星对应的电离层延迟参数；步骤42，根据所述电离层延迟信息的统一基准后的电离层延迟改正值及其精度，利用式(12)建立电离层延迟的虚拟观测方程其中，表示构造的虚拟电离层观测向量；A_ion表示构造的虚拟电离层观测向量对应的设计矩阵；P_ion表示虚拟电离层观测向量对应的权阵；步骤43，利用所述定位观测方程和所述电离层延迟虚拟观测方程，基于式(13)建立实测与虚拟的联合观测方程，L=AX PL=LgLion,A=AgAion,P=Pg00Pion---(13)]]>其中，L为考虑原始观测数据与电离层改正数据的观测向量；P为其对应的权阵；A为其对应的设计矩阵；基于最小二乘原理，利用式(14)解算得到参数X的估值，X^=(ATPA)-1ATPL---(14)]]>从所述参数X的估值提取得到电离层延迟修正之后的定位结果。