[发明专利]基于GNSS对流层层析技术的PPP改善方法

说明书

本发明公开了基于GNSS对流层层析技术的PPP改善方法，涉及GNSS精密单点定位技术领域，针对目前PPP技术中观测方程包含的对流层延迟作为未知参数难以精确估计，观测方程中的未知参数较多，PPP技术的定位精度和收敛速度不够精准的问题，现提出如下方案，包括以下步骤：S1：基于PPP技术的斜路径对流层延迟STD估算；S2：层析区域网格内折射率反演；S3：利用GNSS对流层层析技术的斜路径对流层延迟STD反演；S4：GNSS对流层层析技术改善PPP定位方法。本发明引入GNSS对流层层析技术，对卫星信号路径上的STD值进行反演，并将反演的STD改正到PPP技术的观测方程中，以减少观测方程中的未知参数，进一步提升PPP技术的定位精度和收敛速度。

技术领域

本发明涉及GNSS精密单点定位技术领域，尤其涉及基于GNSS对流层层析技术的PPP改善方法。

背景技术

全球卫星定位导航系统最核心和基础的功能与服务是授时和定位，其中定位可分为相对定位和绝对定位。相对定位的代表性技术为实时载波相位差分定位技术，而绝对定位的代表技术是精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术。PPP技术是指利用卫星实时或事后的精密轨道和钟差产品，对观测方程中的各项误差进行精确改正，同时采取合适的参数估计策略，在仅需一台GNSS接收机的情况下，便可实现全球范围内精密绝对定位。但GNSS信号也会受到各类误差的干扰，当信号穿过50km以下的中性大气层时，会被其中的中性大气干扰产生折射，这种折射影响被称为对流层延迟。根据卫星高度角不同，对流层延迟会对定位结果产生数米甚至数十米的误差影响。因此，对流层延迟是PPP定位中最主要的误差源之一。

传统PPP定位中，斜路径对流层延迟(Slant Tropospheric Delay,STD)可表示为天顶方向对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)与映射函数(MappingFunctions,MF)的乘积加上大气水平梯度改正项与其映射函数乘积。ZTD可分为天顶干延迟(Zenith Hydrostatic Delay,ZHD)和天顶湿延迟(Zenith Wet Delay,ZWD)。在处理中，由于ZHD较稳定且易于模型化，故常采用经验模型进行改正，如Saastamoinen模型、Hopfiled模型等；而ZWD不确定性较强，难以建立精确模型改正，因此利用参数估计方法确定其大小；梯度改正项为水平梯度映射函数乘以水平梯度改正北方向与东方向的分量。但经验模型和未知参数估计往往存在一定的偏差，为了减少这种估计误差，本发明提出一种利用GNSS层析技术改善PPP定位精度及收敛速度的方法。

地基GNSS对流层层析技术是指利用大量卫星信号射线上的信息重构区域三维对流层延迟结构的方法。该技术首先将研究区域离散成若干个网格，并假设卫星信号在每个网格内的折射率在一定时间内为一常数且分布均匀；每条信号路径上的观测值包含了该路径上的对流层延迟信息，因此，将每条射线在不同网格内折射率与该卫星信号在该网格内截距相乘并进一步积分得到该路径上的斜路径总延迟，多个测站对多个卫星形成的所有倾斜路径观测方程即构成了GNSS对流层层析观测方程，再结合建立的层析约束方程，得到GNSS对流层层析模型，然后通过迭代算法或非迭代算法解算GNSS对流层层析模型，从而获得各网格的折射率信息。

但是，目前PPP技术中观测方程包含的对流层延迟作为未知参数难以精确估计，观测方程中的未知参数较多，PPP技术的定位精度和收敛速度不够精准。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前PPP技术中观测方程包含的对流层延迟作为未知参数难以精确估计，观测方程中的未知参数较多，PPP技术收敛速度较慢的缺点，提出GNSS对流层层析技术改善精密单点定位精度及加快收敛速度方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于GNSS对流层层析技术的PPP改善方法，包括以下步骤：

S1：基于PPP技术的斜路径对流层延迟STD估算：