一种顾及对流层残余延迟的GNSS随机模型建立方法与流程

本发明属于卫星导航定位领域，涉及卫星定位精度的问题，主要解决卫星观测值中的对流层残余延迟量对定位精度影响的合理削弱问题。

背景技术：

精密单点定位(ppp)集成了标准单点定位和相对定位的技术优点，实现了厘米级甚至毫米级的定位精度，已被广泛应用于诸多领域。由于卫星的解算精度与随机模型具有严密的数学关系，对观测量确定合理的随机模型，可有效降低各种系统残余误差的影响，提高定位的精度。

常用的随机模型主要有等权模型、高度角定权模型、信噪比定权模型、验后方差模型等。等权模型认为同类观测值(载波或伪距)的方差是相等的，并且彼此间相互独立，但是由于卫星观测量受误差源的影响，不同卫星的观测值精度是不同的，当定位环境及信号强度变化较大时，不能满足精密加权定位的要求，因此等权模型不符合实际。验后方差模型根据经验模型给定观测值方差，通过平差后得到的一些信息，来估计各类观测值的方差和协方差，虽然验后方差模型能明显提高解算精度，但是加剧了数据处理的计算量，尤其在实时数据处理中几乎不可能，不利于卫星定位的实时解算。目前，ppp中最常用的定权模型多基于卫星高度角和信噪比的随机模型。基于卫星高度角的随机模型认为卫星高度角越大，观测值质量越好，则相应卫星观测值精度越高，通常是构造一个随卫星高度角单调递增的函数对观测值的方差进行估计。基于信噪比的随机模型认为信噪比越大，信号质量越好，观测值精度越高。然而高度角模型和信噪比模型均是经验模型，对模型的构建没有给出具体的数学或物理方面的依据，其可靠程度取决于数据的质量，因此很难客观地反映未建模误差的特性。

卫星信号传播过程中，高度角不同的卫星受到大气延迟误差的影响也不同，高度角低的卫星往往具有更大的大气层延迟误差，其观测值精度也较低。在精密单点定位中，采用双频消电离层组合有效消除了电离层延迟，对流层延迟误差采用模型改正后还存在大量的残余误差，成为影响卫星定位精度的主要因素。因此，将对流层残余延迟考虑在随机模型中，建立一个综合考虑对流层残余延迟和偶然误差的随机模型对于提高精密单点定位的精度具有重要意义。

技术实现要素：

在精密单点定位的观测值中还存在大量的对流层残余延迟，现有的随机模型难以准确反映对流层残余延迟对观测值精度的影响，严重制约了精密单点定位精度的提高。针对现有技术的不足，本发明提供一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型建立方法用于解决精密单点定位中现有随机模型难以反映对流层残余延迟影响观测值精度问题。为达此目的：

本发明提供一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型建立方法，具体包括以下步骤，其特征在于：

步骤一，根据测站位置确定天顶方向的对流层厚度h，并获取卫星高度角e；

步骤二，计算卫星在对流层中的传播距离s；

步骤三，计算天顶映射函数的具体取值k；

步骤四，确定对流层残余延迟量δ；

步骤五，根据对流层残余延迟确定卫星的方差。

作为本发明进一步改进，在步骤一中，卫星高度角e根据卫星坐标及测站坐标计算得来；天顶方向对流层厚度h的取值根据测站的纬度确定，其计算公式为

式中，h的单位为km，表示纬度的值，[·]表示取整函数。

作为本发明进一步改进，在步骤二中，所述的计算卫星在对流层中的传播距离s包括以下步骤：

步骤2.1，根据天顶对流层厚度h和卫星高度角e，利用式(2)计算卫星至测站方向与卫星至地心方向的夹角β

式中：r为地球半径，取6371km；

步骤2.2，根据卫星高度角e和角β，利用式(3)计算卫星至地心方向与天顶方向的夹角α

α＝90°-e-β(3)

步骤2.3，根据角α和角β，利用式(4)计算卫星信号在对流层中的传播距离

作为本发明进一步改进，在步骤三中，天顶映射函数的具体取值为：

之前

作为本发明进一步改进，在步骤四中，所述的确定对流层延迟量包括以下步骤：

步骤4.1，获取精密单点定位中采用非差非组合模型估计的天顶方向对流层湿延迟δw；

步骤4.2，根据天顶映射函数和天顶方向对流层湿延迟计算对流层残余延迟量δ

δ＝0.8×k×δw(6)。

作为本发明进一步改进，在步骤五中，所述的根据对流层残余延迟确定卫星的方差为

式中：为参考方差，对于伪距而言对于载波而言

本发明提供一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型建立方法，本发明基于卫星信号在对流层中的传播距离越小则对流层残余延迟越小，相应卫星观测值的方差也越小这一思想，建立了一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型。一方面，将对流层残余延迟纳入到随机模型中，减小了未建模误差对精密单点定位结果的影响，合理地解决了现有的随机模型难以反映未建模误差特性的问题。另一方面，综合了测量中的偶然误差和系统误差，有效提高了精密单点定位的精度和可靠性。

附图说明

图1本发明工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型建立方法用于解决精密单点定位中现有模型难以反映未建模误差的问题。本发明通过将对流层残余延迟考虑在随机模型中，用对流层残余延迟大小反映卫星的方差，增大了观测数据的可靠性，有利于提高精密单点定位的精度。

一种顾及对流层残余延迟的gnss随机模型建立方法，如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤一，根据测站位置确定天顶方向的对流层厚度h，并获取卫星高度角e；

步骤二，计算卫星在对流层中的传播距离s；

步骤三，计算天顶映射函数的具体取值k；

步骤四，确定对流层残余延迟量δ；

步骤五，根据对流层残余延迟确定卫星的方差。

优选的，在步骤一中，卫星高度角e根据卫星坐标及测站坐标计算得来；天顶方向对流层厚度h的取值根据测站的纬度确定，其计算公式为

式中，h的单位为km，表示纬度的值，[·]表示取整函数。

优选的，在步骤二中，所述的计算卫星在对流层中的传播距离s包括以下步骤：

步骤2.1，根据天顶对流层厚度h和卫星高度角e，利用式(2)计算卫星至测站方向与卫星至地心方向的夹角β

式中：r为地球半径，取6371km；

步骤2.2，根据卫星高度角e和角β，利用式(3)计算卫星至地心方向与天顶方向的夹角α

α＝90°-e-β(3)

步骤2.3，根据角α和角β，利用式(4)计算卫星信号在对流层中的传播距离

优选的，在步骤三中，天顶映射函数的具体取值为：

k＝s/h(5)

优选的，在步骤四中，所述的确定对流层残余延迟量包括以下步骤：

步骤4.1，获取精密单点定位中采用非差非组合模型估计的天顶方向对流层湿延迟δw；

步骤4.2，根据天顶映射函数和天顶方向对流层湿延迟计算对流层残余延迟量δ

δ＝0.8×k×δw(6)

优选的，在步骤五中，所述的根据对流层残余延迟确定卫星的方差为：

式中：为参考方差，对于伪距而言对于载波而言

本发明给出了bjfs站2018年3月10日的第400个历元中计算g10卫星方差的步骤。

bjfs的纬度为39°，则天顶方向的对流层高度取

h＝(9+[39/10]km＝12km

g10卫星的高度角为e＝36.73°

卫星至测站方向与卫星至地心方向的夹角β

卫星至地心方向与天顶方向的夹角α

α＝90°-e-β

＝90°-36.73°-53.17°＝0.10°

卫星信号在对流层中的传播距离s

天顶映射函数的具体取值

k＝s/h

＝19.46/12＝1.62

由非差非组合模型估计的结果可知，对流层湿延迟为

δw＝0.0695

则对流层残余延迟

δ＝0.8×k×δw＝0.0901

g10卫星伪距观测值的方差

载波观测值的方差

本发明给出了考虑未建模误差的随机模型建立方法，将对流层延迟方差纳入到随机模型中给出了计算卫星方差的方法，解决了现有模型难以反映未建模误差特性的问题，同时给出了具体的实施方式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。