中長(zhǎng)基線單基準(zhǔn)站動(dòng)態(tài)定位卡爾曼濾波算法

摘要： 為了削弱站間星間雙差對(duì)流層延遲和電離層延遲的影響，實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)基線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度定位，對(duì)流層干延遲用Hopfield模型計(jì)算，站間星間雙差對(duì)流層濕延遲用相對(duì)對(duì)流層天頂延遲估計(jì)；站間星間雙差電離層延遲用相對(duì)電離層天頂延遲估計(jì)；在此基礎(chǔ)上，將流動(dòng)站位置參數(shù)、相對(duì)對(duì)流層天頂延遲、相對(duì)電離層天頂延遲以及站間星間雙差整周模糊度作為狀態(tài)向量進(jìn)行卡爾曼濾波估計(jì).經(jīng)驗(yàn)證，該算法初始?xì)v元數(shù)少，單歷元定位平面中誤差小于2 cm，高程中誤差小于5 cm.

關(guān)鍵詞： 相對(duì)對(duì)流層天頂延遲；相對(duì)電離層天頂延遲；整周模糊度

中圖分類號(hào)： P228.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： AKalman Filter Algorithm for MediumRange RealTime

基線距離較長(zhǎng)（約100 km）時(shí)，站間星間雙差（以下簡(jiǎn)稱雙差）后的電離層延遲和對(duì)流層延遲嚴(yán)重制約整周模糊度的固定和定位精度，因此，中長(zhǎng)基線動(dòng)態(tài)高精度定位必須獲取準(zhǔn)確的電離層延遲和對(duì)流層延遲信息，以削弱其對(duì)定位精度的影響[13].

目前，單基準(zhǔn)站的靜態(tài)后處理模式如伯爾尼（Bernese）軟件用Hopfield模型預(yù)測(cè)對(duì)流層干延遲，采用分段估計(jì)獲取對(duì)流層濕延遲信息；電離層延遲信息通過雙頻觀測(cè)值的無電離層組合[4]或電離層統(tǒng)計(jì)參數(shù)估計(jì)獲取，需要較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間，不能應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位[5]；網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)雖能實(shí)時(shí)獲取流動(dòng)站的對(duì)流層延遲和電離層延遲信息，但至少需要3個(gè)同步觀測(cè)的基準(zhǔn)站，而且對(duì)于基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)銜接或無基準(zhǔn)站覆蓋區(qū)域都無法實(shí)現(xiàn)定位[6].因此，單基準(zhǔn)站中長(zhǎng)基線如何實(shí)時(shí)獲取準(zhǔn)確的電離層延遲和對(duì)流層延遲信息以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定位，仍然是目前研究的難點(diǎn)之一.

為了實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)基線單基準(zhǔn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，本文中給出了估計(jì)雙差對(duì)流層延遲和電離層延遲的卡爾曼濾波算法（狀態(tài)向量包括流動(dòng)站位置參數(shù)、相對(duì)對(duì)流層天頂延遲、相對(duì)電離層天頂延遲以及站間星間雙差整周模糊度），并通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)對(duì)流層延遲估計(jì)、電離層延遲估計(jì)的有效性以及單歷元?jiǎng)討B(tài)定位精度進(jìn)行了驗(yàn)證.1雙差電離層延遲估計(jì)模型電離層延遲主要是大氣中的自由電子和離子對(duì)GPS信號(hào)的影響，具有明顯的時(shí)間性和空間性.通常認(rèn)為，不同衛(wèi)星間的電離層延遲是不相關(guān)的，因此，每顆衛(wèi)星的電離層延遲需要一個(gè)參數(shù)進(jìn)行一階高斯馬爾科夫過程估計(jì)：

通過本文研究，可以得到以下結(jié)論：

（1） 長(zhǎng)基線低高度角衛(wèi)星雙差對(duì)流層濕延遲較大，通過相對(duì)對(duì)流層天頂延遲估計(jì)，能夠有效削弱其影響.

（2） 相對(duì)電離層天頂延遲是一個(gè)連續(xù)變化的過程，可以作為參數(shù)估計(jì)，但衛(wèi)星間差異明顯，需要每顆衛(wèi)星估計(jì)一個(gè)參數(shù)，相對(duì)電離層天頂延遲估計(jì)能夠有效削弱雙差電離層延遲的影響.

（3） 單歷元觀測(cè)值點(diǎn)位固定解平面N和E方向中誤差小于2 cm，高程U方向中誤差小于5 cm，距離中誤差小于5 cm，滿足中長(zhǎng)基線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)高精度相對(duì)定位的要求.

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（中、英文編輯：付國(guó)彬）