北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法

王华润, 柴洪洲, 王敏, 潘宗鹏

王华润, 柴洪洲, 王敏, 潘宗鹏. 北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2017, 42(10): 1438-1445. DOI: 10.13203/j.whugis20150675
引用本文: 王华润, 柴洪洲, 王敏, 潘宗鹏. 北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2017, 42(10): 1438-1445. DOI: 10.13203/j.whugis20150675
WANG Huarun, CHAI Hongzhou, WANG Min, PAN Zongpeng. BDS Triple-frequency Ionospheric Delay and Code Hardware Delay Estimation Method[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2017, 42(10): 1438-1445. DOI: 10.13203/j.whugis20150675
Citation: WANG Huarun, CHAI Hongzhou, WANG Min, PAN Zongpeng. BDS Triple-frequency Ionospheric Delay and Code Hardware Delay Estimation Method[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2017, 42(10): 1438-1445. DOI: 10.13203/j.whugis20150675

北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法

基金项目: 

国家自然科学基金 41574041

国家自然科学基金 41604013

地理信息工程国家重点实验室开放基金 SKLGIE2015-Z-1-1

详细信息
    作者简介:

    王华润, 硕士, 助理工程师, 主要从事GNSS测量数据处理.593855433@qq.com

  • 中图分类号: P228

BDS Triple-frequency Ionospheric Delay and Code Hardware Delay Estimation Method

Funds: 

The National Natural Science Foundation of China 41574041

The National Natural Science Foundation of China 41604013

the Open Fund of Geographic Information Engineering State Key Laboratory SKLGIE2015-Z-1-1

More Information
    Author Bio:

    WANG Huarun, master, assistant engineer, specializes in GNSS measurement data processing, E-mail: 593855433@qq.com

  • 摘要: 准确固定非差模糊度是利用相位观测量获取高精度电离层延迟的关键。三频观测条件下常规的处理策略需依次固定超宽巷、宽巷以及窄巷模糊度,通常利用MW(melbourne-wubbena)组合解算宽巷模糊度时易受到码硬件延迟和观测噪声的影响而固定错误。利用北斗三频数据和GIM(grid ionosphenimap)产品,通过固定的超宽巷模糊度以及构造相位无几何组合解算宽巷模糊度,进而重构得到高精度电离层延迟,并且分离了码硬件延迟总量。结果表明,GIM模型辅助条件下宽巷模糊度固定成功率能达到100%,且消除了系统性偏差;电离层重构值与GIM模型改正值存在约1 m的差异,等效精度约6TECU;分离的码硬件延迟变化平稳,标准偏差不超过0.3 m。
    Abstract: Getting precise undifferenced ambiguity resolution is the key issue when obtaining high-precise ionospheric delay with phase observations. Generally, extreme wide-lane (EWL), wide-lane (WL) and narrow-lane ambiguities are needed in the process under triple-frequency conditions. The MW combination wide-lane ambiguity may be fixed into a wrong integer because of the influence of code hardware delay and observation noise. In this paper BDS triple-frequency observation and GIM production are applied to resolve wide-lane ambiguity with a fixed EWL ambiguity and phase geometry-free (GF) combination. In addition, high-precise ionospheric delay is reconstructed and code hardware delay is separated. Test results show that the wide-lane ambiguity fixing success rate rises to 100% when assisted with GIM information, while the ambiguity is free of systemic bias. There is a difference of about 1.0m between the reconstructed ionospheric delay and GIM corrections, meaning an equivalent precision of 6 TECU. The standard deviation of the separated code hardware delay is less than 0.3 m.
  • 图  1   测站分布图

    Figure  1.   The Distribution Ofthe Test Stations

    图  2   超宽巷模糊度残差分布直方图和分位数图

    Figure  2.   Histogram Density and Q-Q Plot of the EWL Ambiguity Residual

    图  3   MW组合超宽巷模糊度时间序列图

    Figure  3.   The Time Series of EWL Ambiguity

    图  4   C04宽巷模糊度时间序列

    Figure  4.   Time Series of C04 WL Ambiguity

    图  5   C07宽巷模糊度时间序列

    Figure  5.   Time Series of C07 WL Ambiguity

    图  6   C14宽巷模糊度时间序列

    Figure  6.   Time Series of C14 WL Ambiguity

    图  7   C04多天电离层延迟时间序列

    Figure  7.   Time Series of C04 Ionospheric Delay in Different Days

    图  8   C04电离层延迟解算值与GIM改正值的对比

    Figure  8.   Difference Between C04 Ionospheric DelayResolution and GIM Correction

    图  9   C07电离层延迟解算值与GIM改正值的对比

    Figure  9.   Difference Between C07 Ionospheric Delay Resolutionand GIM Correction

    图  10   C14电离层延迟解算值与GIM改正值的对比

    Figure  10.   Difference Between C14 Ionospheric Delay Resolution and GIM Correction

    图  11   超宽巷、宽巷模糊度残差及码伪距无几何组合均值

    Figure  11.   Mean Value of EWL/WL Ambiguity Residual Andcode Pseudo-range GF Combination

    图  12   3个监测站卫星端和接收机端各频点伪距码硬件延迟总量

    Figure  12.   Sum of Satellite and Receiver Code Hardware Delay on Different Frequency

    表  1   北斗三频相位组合观测量特性

    Table  1   The Character of BDS Triple-frequency Phase Observation Combinations

    组合系数 波长/m 电离层系数/周 电离层系数/m 噪声系数/周 噪声系数/m
    i j k
    波长较长组合
    0 -2 2 2.442 -0.652 -1.591 2.828 6.907
    0 -1 1 4.884 -0.326 -1.591 1.414 6.907
    1 -1 0 0.847 -1.527 -1.293 1.414 1.198
    1 0 -1 1.025 -1.201 -1.231 1.414 1.449
    1 1 -2 1.297 -0.875 -1.135 2.449 3.176
    下载: 导出CSV
  • [1] 何海波. 高精度GPS动态测量及质量控制[D]. 郑州: 信息工程大学, 2002 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90008-2002124711.htm

    He Haibo. Precise Kinematic GPS Surveying and Quality Control[D]. Zhengzhou: Information Engineering University, 2002 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90008-2002124711.htm

    [2] 袁运斌. 基于GPS的电离层监测及延迟改正的理论与方法的研究[D]. 武汉: 中国科学院研究生院, 2002 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80057-2003040660.htm

    Yuan Yunbin. Study on Theories and Method of Correcting Ionopheric Delay and Monitoring Ionosphere Based on GPS[D]. Wuhan: Institute of Geodesy and Geophysics Chinese Academy of Sciences, 2002 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80057-2003040660.htm

    [3] 章红平. 基于地基GPS的中国区域电离层监测与延迟改正研究[D]. 上海: 中国科学院上海天文台, 2006 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80022-2006109504.htm

    Zhang Hongping. Study on Method of Correcting Ionopheric Delay and Ionosphere Monitoring in Chinese Region Based on GPS[D]. Shanghai: Shanghai Observatory Chinese Academy of Sciences, 2006 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-80022-2006109504.htm

    [4]

    H-Pajares M, Juan J M, Sanz J. The IGS VTEC Maps A Reliable Source of Ionospheric Information Since 1998[J]. J Geod, 2009, 83(11):263-275 doi: 10.1007/s00190-008-0266-1

    [5] 阮仁桂, 吴显兵, 冯来平, 等.同时估计电离层延迟的单频精密单点定位方法[J].测绘学报, 2012, 41(4):490-495 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB201204005.htm

    Ruan Rengui, Wu Xianbing, Feng Laiping, et al.Single-Frequency Precise Point Positioning with Simultaneous Ionospheric Delay Estimation[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2012, 41:(4):490-495 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB201204005.htm

    [6] 邓健, 潘树国, 洪卓众.利用三频数据最优组合求解电离层延迟的方法[J].武汉大学学报·信息科学版, 2014, 39(5):600-604 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract2991.shtml

    Deng Jian, Pan Shuguo, Hong Zhuozhong. A Resolution Method for Ionospheric Delay with Optimal Combination of Three-frequency Data[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(5):600-604 http://ch.whu.edu.cn/CN/abstract/abstract2991.shtml

    [7] 李博峰, 沈云中, 周泽波.中长基线三频GNSS模糊度的快速算法[J].测绘学报, 2009, 38(4):296-301 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB200904006.htm

    Li Bofeng, Shen Yunzhong, Zhou Zebo. A New Method for Medium and Long Rang Three Frequency GNSS Rapid Ambiguity Resolution[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2009, 38(4):296-301 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB200904006.htm

    [8] 李金龙. 北斗GPS多频实时精密定位理论与算法[D]. 郑州: 信息工程大学, 2014 http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=chxb201511020&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    Li Jinglong. BDS/GPS Multi-frequency Real-time Kinematic Positioning Theory and Algorithms[D]. Zhengzhou: Information Engineering University, 2014 http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=chxb201511020&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ

    [9] 王华润, 柴洪洲, 谢恺.北斗三频无几何、消电离层组合周跳探测方法研究[J].大地测量与地球动力学, 2015, 35(3):406-411 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKXB201503011.htm

    Wang Huarun, Chai Hongzhou, Xie Kai. Study of Cycle-Slip Detection Using BDS Triple-frequency Geometry-Free and Ionosphere-Free Combination[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2015, 35(3):406-411 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DKXB201503011.htm

    [10] 谢恺. 基于北斗三频的模糊度解算方法研究[D]. 郑州: 信息工程大学, 2014

    Xie Kai. Research on Ambiguity Resolution Based on BDS Triple-frequency[D].Zhengzhou: Information Engineering University, 2014

    [11]

    Yanming F. GNSS Three Carrier Ambiguity Resolution Using Ionosphere-reduced Virtual Signals[J]. Journal of Geodesy, 2008, 82:847-862 doi: 10.1007/s00190-008-0209-x

    [12]

    Spits J, Warnant R. Total Electron Content Monitoring Using Triple Frequency GNSS: Results with Giove-A/-B data[J]. Adv Space Res., 2011, 47:296-303 doi: 10.1016/j.asr.2010.08.027

  • 期刊类型引用(28)

    1. 吕峥,孙群,温伯威,张付兵,马京振. 顾及形状相似性的道路与居民地协同化简方法. 地球信息科学学报. 2024(05): 1270-1282 . 百度学术
    2. 铁占琦. 利用改进的Hausdorff距离匹配多尺度线要素. 地理空间信息. 2024(05): 62-65 . 百度学术
    3. 王庆社,王雅欣,姜青香,郭思慧. “天地图·北京”多源道路数据融合关键技术研究. 北京测绘. 2024(06): 874-879 . 百度学术
    4. 陈钉均,梁芮嘉. 基于特征聚类驾驶员服从度跟驰模型参数标定. 计算机仿真. 2024(10): 126-132 . 百度学术
    5. 齐杰,王中辉,李驿言. 基于图卷积神经网络的道路网匹配. 测绘通报. 2023(12): 19-24+44 . 百度学术
    6. 吴冰娇,王中辉,杨飞. 用于多尺度道路网匹配的语义相似性计算模型. 测绘科学. 2022(03): 166-173 . 百度学术
    7. 蒋阳升,俞高赏,胡路,李衍. 基于聚类站点客流公共特征的轨道交通车站精细分类. 交通运输系统工程与信息. 2022(04): 106-112 . 百度学术
    8. 周秀华,李乃强. 基于多种相似度特征的道路实体融合方法. 测绘通报. 2021(08): 102-105+157 . 百度学术
    9. 秦育罗,宋伟东,张在岩,孙小荣. 顾及几何特征和拓扑连续性的道路网匹配方法. 测绘通报. 2021(08): 55-60 . 百度学术
    10. 杨飞,王中辉. 河系几何相似性的层次度量方法. 地球信息科学学报. 2021(12): 2139-2150 . 百度学术
    11. 程绵绵,孙群,季晓林,赵云鹏. 改进平均Fréchet距离法及在化简评价中的应用. 测绘科学. 2020(03): 170-177 . 百度学术
    12. 赵元棣,田英杰,吴佳馨. 航空器飞行轨迹相似性度量及聚类分析. 中国科技论文. 2020(02): 249-254 . 百度学术
    13. Wenyue GUO,Anzhu YU,Qun SUN,Shaomei LI,Qing XU,Bowei WEN,Yuanfu LI. A Multisource Contour Matching Method Considering the Similarity of Geometric Features. Journal of Geodesy and Geoinformation Science. 2020(03): 76-87 . 必应学术
    14. 秦育罗,郭冰,孙小荣. 改进Hausdorff距离及其在多尺度道路网匹配中的应用. 测绘科学技术学报. 2020(03): 313-318 . 百度学术
    15. 郝志伟,李成名,殷勇,武鹏达,吴伟. 一种基于Fréchet距离的断裂等高线内插算法. 测绘通报. 2019(01): 65-68+74 . 百度学术
    16. 郭文月,刘海砚,孙群,余岸竹,丁梓越. 顾及几何特征相似性的多源等高线匹配方法. 测绘学报. 2019(05): 643-653 . 百度学术
    17. 宗琴,彭荃,秦万英. 一种基于模糊矩阵的空间面对象相似性度量算法. 北京测绘. 2019(10): 1218-1221 . 百度学术
    18. 李兆兴,翟京生,武芳. 线要素综合的形状相似性评价方法. 武汉大学学报(信息科学版). 2019(12): 1859-1864 . 百度学术
    19. 周家新,陈建勇,单志超,陈长康. 航空磁探中潜艇目标的联合估计检测方法研究. 兵工学报. 2018(05): 833-840 . 百度学术
    20. 郭宁宁,盛业华,吕海洋,黄宝群,张思阳. 径向基函数神经网络的路网自动匹配算法. 测绘科学. 2018(03): 45-50 . 百度学术
    21. 张瀚,李静,吕品,徐永志,刘格林. 六角格网的弧线矢量数据量化拟合方法. 计算机辅助设计与图形学学报. 2018(04): 557-567 . 百度学术
    22. 邵世维,刘辉,肖立霞,王恒. 一种基于Fréchet距离的复杂线状要素匹配方法. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(04): 516-521 . 百度学术
    23. 苏满佳,张逸鸿,谢荣臻,朱海飞,管贻生,毛世鑫. 连续软体机器人的结构范型与形态复现. 机器人. 2018(05): 640-647+672 . 百度学术
    24. 宗琴,姜树辉,刘艳霞. 多尺度矢量地图中模糊相似变换及其度量模型. 测绘科学. 2018(11): 72-78 . 百度学术
    25. 郭文月,刘海砚,孙群,余岸竹,季晓林. 利用最长公共子序列度量线要素相似性的方法. 测绘科学技术学报. 2018(05): 518-523 . 百度学术
    26. 郭宁宁,盛业华,黄宝群,吕海洋,张思阳. 基于人工神经网络的多特征因子路网匹配算法. 地球信息科学学报. 2016(09): 1153-1159 . 百度学术
    27. 杨亚辉. 利用几何相似性快速测量鱼重的数学模型. 电子技术与软件工程. 2016(20): 182-183 . 百度学术
    28. 逯跃锋,张奎,刘硕,吴跃,赵硕,李强,冯晨. 一种基于斜率差和方位角的矢量数据匹配算法. 山东大学学报(工学版). 2016(06): 31-39 . 百度学术

    其他类型引用(30)

图(12)  /  表(1)
计量
  • 文章访问数:  2065
  • HTML全文浏览量:  217
  • PDF下载量:  401
  • 被引次数: 58
出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-02
  • 发布日期:  2017-10-04

目录

    /

    返回文章
    返回