一種利用電離層空間相關性實現(xiàn)的gnss電離層延遲修正方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航區(qū)域增強系統(tǒng)應用領域，尤其涉及一種利用電離層空間相關 性實現(xiàn)的GNSS電離層延遲修正方法，是中國區(qū)域衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)用戶差分定位中的電 離層延遲誤差修正技術。
【背景技術】
[0002] 電離層延遲誤差是影響全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS)定位的最大誤差源（人為因素 除外）。衛(wèi)星導航區(qū)域增強系統(tǒng)利用區(qū)域監(jiān)測站網(wǎng)絡，估計包括電離層延遲誤差、軌道誤差 在內(nèi)的多種誤差，并通過星歷播發(fā)給用戶，用戶利用這些誤差信息進行自身接收機測量誤 差的修正，提高定位性能。目前投入運行的衛(wèi)星導航區(qū)域增強系統(tǒng)主要包括美國的廣域增 強系統(tǒng)（WAAS)和歐洲的地球靜止導航重疊服務系統(tǒng)（EGNOS)。
[0003] 衛(wèi)星導航區(qū)域增強系統(tǒng)采用電離層網(wǎng)格模型進行用戶處電離層延遲誤差的修正。 電離層網(wǎng)格模型實現(xiàn)中，利用區(qū)域監(jiān)測站網(wǎng)絡采集的電離層延遲觀測數(shù)據(jù)，估計固定電離 層網(wǎng)格點的電離層延遲，并發(fā)布給用戶。用戶利用發(fā)布的電離層網(wǎng)格延遲，估計獲得用戶接 收機觀測路徑上的電離層延遲估計，并用于修測量偽距的修正和高精度定位解算。
[0004] 電離層具有明顯的區(qū)域變化特性，中煒地區(qū)電離層變化平緩，而在低煒地區(qū)，電離 層變化復雜，存在電離層異常現(xiàn)象。WAAS系統(tǒng)和EGNOS系統(tǒng)分別服務于北美區(qū)域和歐洲區(qū) 域，其覆蓋范圍內(nèi)的電離層主要處于中煒地區(qū)，電離層變化平緩。因此，系統(tǒng)中的電離層網(wǎng) 格模型采用距離倒數(shù)加權或延遲誤差倒數(shù)加權的方法，進行電離層網(wǎng)格點和用戶接收機處 的電離層延遲估計。
[0005] 中國區(qū)域衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的服務區(qū)域覆蓋中低煒地區(qū)，其中長江以南地區(qū)處于 低煒電離層區(qū)域，存在明顯的電離層異常，嚴重影響電離層延遲的時空分布變化。因此， WAAS和EGNOS系統(tǒng)中采用的電離層網(wǎng)格模型實現(xiàn)技術在中國區(qū)域存在不適用性。為改進電 離層網(wǎng)格模型，應建立可描述中國區(qū)域電離層延遲空間分布特性的相關性模型，并用于網(wǎng) 格點和用戶穿刺點的電離層延遲估計，建立適用于中國區(qū)域衛(wèi)星導航增強系統(tǒng)的電離層網(wǎng) 格模型實現(xiàn)技術。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種利用電離層空間相關性實現(xiàn)的區(qū)域增強系統(tǒng)電離層 延遲修正方法。該方法利用中國區(qū)域GNSS電離層環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，建立描述電離層延遲空 間相關性的模型，并利用電離層延遲空間相關模型進行電離層網(wǎng)格點和用戶偽距測量中的 電離層延遲估計。利用空間相關模型建立電離層延遲估計的方法，利用了電離層延遲空間 相關性這一可更為精確描述電離層延遲空間變化的特征量，而不是采用簡單的距離加權方 法，可有效提高電離層延遲估計的精度。同時，由于電離層空間相關模型利用區(qū)域增強系統(tǒng) 覆蓋范圍內(nèi)的電離層觀測數(shù)據(jù)建立，因此可以較好的描述系統(tǒng)所覆蓋區(qū)域的電離層空間變 化特性，使得建立的電離層網(wǎng)格模型和用戶電離層延遲估計方法更具有針對性。利用電離 層延遲空間相關模型建立的網(wǎng)格模型和用戶電離層延遲估計方法可用于支持我國北斗區(qū) 域增強系統(tǒng)的建設。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案提供一種基于電離層空間相關性模型實現(xiàn)的 GNSS電離層延遲修正方法，所述方法包括以下步驟：步驟A:電離層延遲空間分布統(tǒng)計；步 驟B:電離層延遲空間相關性函數(shù)估計；步驟C:電離層網(wǎng)格模型估計；步驟D:用戶測量偽 距電離層誤差修正。
[0008] 進一步，所述步驟A具體包括：步驟A1 :對GNSS雙頻測量數(shù)據(jù)通過載波平滑碼偽 距、硬件延遲估計、傾斜垂直轉(zhuǎn)化獲得接收機至衛(wèi)星視線路徑與電離層穿刺點處的垂直電 離層延遲Iv。步驟A2 :對區(qū)域內(nèi)多個參考站的數(shù)據(jù)進行處理，獲得所有穿刺點的；和穿刺點 位置。步驟A3:對于同一歷元上的測量，建立任意兩個穿刺點上Iv的差值AIv= |lvi-Ivj 與兩個穿刺點間大圓距離（GreatCircleDistance)的數(shù)組（GO)，AIv)。步驟A4:利用 (G⑶，AIv)數(shù)組建立描述電離層延遲差值隨穿刺點距離變化的統(tǒng)計分布。
[0009] 進一步，所述步驟B具體包括：針對不同概率條件下的電離層延遲差的方差變化， 分別統(tǒng)計AIv 滿足 68% (1〇)，95% (2〇)，99% (2.57〇)，99.9% (3.29〇)概率下的值， 歸一化后獲得不同概率下的方差值隨穿刺點距離的變化，并進行曲線擬合，獲得電離層延 遲空間相關性函數(shù)Fem(d)，d為電離層穿刺點間距離。
[0010] 進一步，所述步驟C具體包括：步驟C1 :利用電離層延遲空間相關性函數(shù)，按如下 方程求解電離層穿刺點延遲的加權值：
【主權項】
1. 一種基于電離層空間相關性實現(xiàn)的GNSS電離層延遲修正方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟： 步驟A :電離層延遲空間分布統(tǒng)計； 步驟B :電離層延遲空間相關性函數(shù)估計； 步驟C :電離層網(wǎng)格模型估計； 步驟D :用戶測量偽距電離層延遲修正。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括： 步驟Al :對GNSS雙頻測量數(shù)據(jù)通過載波平滑碼偽距、硬件延遲估計、傾斜垂直轉(zhuǎn)化獲 得接收機至衛(wèi)星視線路徑與電離層穿刺點處的垂直電離層延遲Iv; 步驟A2 :對區(qū)域內(nèi)多個參考站的數(shù)據(jù)進行處理，獲得所有穿刺點的穿刺點位置； 步驟A3 :對于同一歷元上的測量，建立任意兩個穿刺點上Iv的差值Λ I v= 11 vi-Ivj I與 兩個穿刺點間大圓距離（Great Circle Distance)的數(shù)組（GO)，Δ Iv); 步驟Α4:利用（G⑶，Λ Iv)數(shù)組建立描述電離層延遲差值隨穿刺點距離變化的統(tǒng)計分 布。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括： 針對不同概率條件下的電離層延遲差的方差變化，分別統(tǒng)計八、滿足68% (1〇)， 95% (2 〇)，99% (2.57 ο )，99.9% (3.29 ο)概率下的值，歸一化后獲得不同概率下的方差 值隨穿刺點距離的變化，并進行曲線擬合，獲得電離層延遲空間相關性函數(shù)Fem(Cl)，d為電 離層穿刺點間距離。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括： 步驟Cl :利用電離層延遲空間相關性函數(shù)，按如下方程求解電離層穿刺點延遲的加權 值：
其中，i，j為電離層穿刺點編號；μ為拉格朗日系數(shù)；P nj為第i個和第j個電離層穿 刺點之間的相關值，為第i個電離層穿刺點和待估計電離層網(wǎng)格點之間的相關值，上述 相關值利用電離層延遲空間相關性函數(shù)FM"(d)計算獲得；Wi為電離層穿刺點延遲的加權 值； 步驟C2 :利用電離層穿刺點延遲Iv及其加權值Wi,按下式估計電離層網(wǎng)格點延遲IgHd
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟D具體包括： 步驟Dl :利用電離層延遲空間相關性函數(shù)，按如下方程求解電離層網(wǎng)格點延遲的加權 值Wi:
其中，i，j為電離層網(wǎng)格點編號；μ為拉格朗日系數(shù)；p m為第i個和第j個電離層網(wǎng) 格點之間的相關值，/?,為用戶第i個電離層網(wǎng)格點和用戶GNSS測量路徑上電離層穿刺點 之間的相關值，上述相關值利用電離層延遲空間相關性函數(shù)FM"(d)計算獲得；WiS電離層 網(wǎng)格點延遲的加權值； 步驟D2 :利用電離層網(wǎng)格點延遲/g#及其加權值Wi,按下式估計用戶測量路徑上電離 層穿刺點處延遲Iusot;
步驟D3 :利用用戶測量路徑上穿刺點處電離層延遲Iusot，按下式估計用戶偽距測量中 的電離層誤差修正SIusot，并利用電離層誤差修正后的偽距值進行用戶位置解算； OT -- T 乂 OF user I user 八'^
其中，OF為傾斜轉(zhuǎn)換函數(shù)，el為衛(wèi)星仰角，Re為地球半徑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于電離層空間相關性實現(xiàn)的GNSS電離層延遲修正方法，其中，所述方法包括：電離層延遲空間分布統(tǒng)計；電離層延遲空間相關性函數(shù)估計；電離層網(wǎng)格模型估計；用戶測量偽距電離層延遲修正。本發(fā)明的目的在于提供一種利用電離層空間相關性實現(xiàn)的衛(wèi)星導航區(qū)域增強系統(tǒng)電離層延遲修正方法，該方法利用中國區(qū)域GNSS電離層環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，建立描述電離層延遲空間相關性的模型，并利用電離層延遲空間相關模型進行電離層網(wǎng)格點和用戶偽距測量中的電離層延遲估計。
【IPC分類】G01S19-27, G06F19-00
【公開號】CN104536019
【申請?zhí)枴緾N201410765960
【發(fā)明人】劉鈍, 於曉, 歐明, 甄衛(wèi)民
【申請人】中國電子科技集團公司第二十二研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月12日