留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型

胡超,  王中元,  吕伟才,  余志浩

downloadPDF
文章导航 > 武汉大学学报 ( 信息科学版)  > 优先出版
胡超, 王中元, 吕伟才, 余志浩. 一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版). doi: 10.13203/j.whugis20200712
引用本文: 胡超, 王中元, 吕伟才, 余志浩. 一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版). doi: 10.13203/j.whugis20200712
shu
HU Chao, WANG Zhongyuan, LYU Weicai, YU Zhihao. A One-Step Modelling for BeiDou Satellite Observations Multipath Delay Based on Prior Constraints[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200712
Citation: HU Chao, WANG Zhongyuan, LYU Weicai, YU Zhihao. A One-Step Modelling for BeiDou Satellite Observations Multipath Delay Based on Prior Constraints[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200712
shu

一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型

doi: 10.13203/j.whugis20200712

  • 1 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院, 安徽 淮南, 232001;

  • 2 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室, 江苏 徐州, 221116;

  • 3 中国矿业大学环境与测绘学院, 江苏 徐州, 221116

基金项目: 

国家重点研发计划（2020YFA0713502），安徽省高校自然科学研究项目（KJ2020A0310），国家自然科学基金（41874039），江苏省自然科学金（BK20181361）。

详细信息
    作者简介:

    胡超,博士,主要从事GNSS精密轨道确定方法研究。chaohu2014gnss@163.com

  • 中图分类号: P208

A One-Step Modelling for BeiDou Satellite Observations Multipath Delay Based on Prior Constraints

  • 1 School of Spatial Information and Geomatics Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China;

  • 2 Key Laboratory of Land Environment and Disaster Monitoring, Ministry of Natural Resources of the People's Republic of China, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;

  • 3 School of Environmental Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China

Funds: 

National Key R&D Program of China (2020YFA0713502)

  • 摘要: 导航卫星观测数据质量是衡量系统服务性能的关键指标之一；在北斗三代（the global BeiDou navigation satellite system，BDS-3）开通全球服务背景下，实现稳定可靠的定位、导航与授时服务是北斗创新发展与全球推广的必要前提。多路径作为参数处理中主要误差源，对其高精度快速建模与抑制是全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）数据处理领域的研究热点。针对“先趋势后随机”的多路径处理策略无法获得全局最优解的问题，本文提出一种基于先验约束的北斗观测数据多路径实时修正模型。首先，基于提取的多路径序列，利用全变分正则化实现延迟序列分离与降噪；其次，利用最小二乘组合自回归（least squareplus autoregression，LS+AR）模型对多路径序列中趋势项与随机项进行一步建模处理；最后，以估计的模型参数为先验信息，精化实时服务条件下北斗多路径处理模型。基于北斗实时精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）对比实验，结果表明：相较于传统策略北斗二代（the regional BeiDou navigation satellite system，BDS-2）定位精度East （E）、North （N）、Up （U）方向分别提升了10.6%~64.9%、0.0%~59.1%和12.6%~67.2%（B1I+B3I），BDS-3定位在E、N、U方向则至少分别提升了13.9%、60.0%、45.9%（B1I+B3I）与19.1%、46.5%、23.9%（B1C+B2a）。综上，本文提出的多路径处理策略可有效改善北斗实时应用中观测数据质量。
    Abstract: Objectives: Observation quality is one of main indexes to evaluate the performances of satellite navigation system. Under the background of the global BeiDou navigation system (BDS-3) officially opening global services, the high-precision and high-reliability Positioning, Navigation and Timing (PNT) services are the prerequisites of BeiDou innovations and developments, and global uses. As the main error in the processing of Global Navigation Satellite System (GNSS) observations, researches about rapidly high-precision and mitigated multipath delays are always the focus of the GNSS areas. In consideration of the drawbacks that the traditional multipath modelling strategy, namely first trend then random terms, cannot obtain the global optimal solutions, this research proposes a real-time multipath correction model based on the prior constraints. Methods: Firstly, the regularization algorithm combined with Total Variation term are used to denoise and refine the multipath series in aspect of estimated BeiDou navigation system (BDS) multipath delay. Secondly, the trend and random parts of multipath delays are separately processed and together modeled, in which the strategy of least square plus autoregression (LS+AR) is used to estimate model coefficients in one step. Thirdly, to meet with the requirements of real-time or near real-time BDS applications, the multipath mitigation model is further optimized based on the prior information. Results: According the real-time experiments of BDS Precise Point Positioning (PPP), it is indicated that the accuracy of the regional navigation satellite system (BDS-2) PPP can be improved with 10.6%-64.9%, 0.0%-59.1% and 12.6%-67.2% (B1I/B3I) in the directions of East(E), North(N) and Up(U), respectively. Moreover, the accuracy of stations coordinates using BDS-3 observations can be optimized with at least 13.9%, 60.0%, 45.9% (B1I/B3I) and 19.1%, 46.5%, 23.9% (B1C/B2a) for E, N and U directions, respectively. Conclusions: Therefore, the BDS observation quality can be well improved by the proposed strategy in mitigation multipath delays.
  • [1] Yang Y X, Mao Y, Sun B J. Basic Performance and Future Developments of BeiDou Global Navigation Satellite System[J]. Satellite Navigation, 2020, 1(1):1-8
    [2] Zhang X H, Wu M K, Liu W K, et al. Initial Assessment of the COMPASS/BeiDou-3:New-Generation Navigation Signals[J]. Journal of Geodesy, 2017, 91(10):1225-1240
    [3] Li X X, Yuan Y Q, Zhu Y T, et al. Precise Orbit Determination for BDS3 Experimental Satellites Using iGMAS and MGEX Tracking Networks[J]. Journal of Geodesy, 2019, 93(1):103-117
    [4] Teunissen P J G, Montenbruck O. Springer Handbook of Global Navigation Satellite Systems[M]. New York:Springer, 2017
    [5] Ge Y L, Zhou F, Liu T J, et al. Enhancing Real-Time Precise Point Positioning Time and Frequency Transfer with Receiver Clock Modeling[J]. GPS Solutions, 2018, 23(1):1-14
    [6] Montenbruck O, Hauschild A, Steigenberger P, et al. Initial Assessment of the COMPASS/BeiDou-2 Regional Navigation Satellite System[J]. GPS Solutions, 2013, 17(2):211-222
    [7] Wanninger L, Beer S. BeiDou Satellite-Induced Code Pseudorange Variations:Diagnosis and Therapy[J]. GPS Solutions, 2015, 19(4):639-648
    [8] Hu C., Wang Z., Rao P., et al. Improved Models Using BDS-2/BDS-3 Satellites Integrated Processing for BeiDou Code Bias Correction[J]. Acta Geodaetica et Geophysica, 2020, doi: 10.1007/s40328-020-00327-z
    [9] Cai C S, He C, Santerre R, et al. A Comparative Analysis of Measurement Noise and Multipath for Four Constellations:GPS, BeiDou, GLONASS and Galileo[J]. Survey Review, 2016, 48(349):287-295
    [10] Hu C, Wang Q X, Wang Z Y, et al. New-Generation BeiDou (BDS-3) Experimental Satellite Precise Orbit Determination with an Improved Cycle-Slip Detection and Repair Algorithm[J]. Sensors, 2018, 18(5):1402
    [11] Zhou S., Hu X., Cao Y., et al. Analysis on the Impact of BeiDou Code Bias on the Accuracy of Spatial Signal[R]. Beijing:The 10th China Satellite Navigation Conference, 2019
    [12] Su M K, Zheng J S, Yang Y X, et al. A New Multipath Mitigation Method Based on Adaptive Thresholding Wavelet Denoising and Double Reference Shift Strategy[J]. GPS Solutions, 2018, 22(2):1-12
    [13] Zheng D W, Zhong P, Ding X L, et al. Filtering GPS Time-Series Using a Vondrak Filter and Cross-Validation[J]. Journal of Geodesy, 2005, 79(6/7):363-369
    [14] Strandjord K L, Axelrad P. Improved Prediction of GPS Satellite Clock Sub-Daily Variations Based on Daily Repeat[J]. GPS Solutions, 2018, 22(3):1-13
    [15] Park K D, Nerem R S, Schenewerk M S, et al. Site-Specific Multipath Characteristics of Global IGS and CORS GPS Sites[J]. Journal of Geodesy, 2004, 77(12):799-803
    [16] Dong D, Wang M, Chen W, et al. Mitigation of Multipath Effect in GNSS Short Baseline Positioning by the Multipath Hemispherical Map[J]. Journal of Geodesy, 2016, 90(3):255-262
    [17] Guo J Y, Li G W, Kong Q L, et al. Modeling GPS Multipath Effect Based on Spherical Cap Harmonic Analysis[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(6):1874-1879
    [18] Chang G B, Chen C, Yang Y X, et al. Tikhonov Regularization Based Modeling and Sidereal Filtering Mitigation of GNSS Multipath Errors[J]. Remote Sensing, 2018, 10(11):1801
    [19] Chen C, Chang G B, Zheng N S, et al. GNSS Multipath Error Modeling and Mitigation by Using Sparsity-Promoting Regularization[J]. IEEE Access, 2019, 7:24096-24108
    [20] Chang G B, Qian N J, Chen C, et al. Precise Instantaneous Velocimetry and Accelerometry with a Stand-Alone GNSS Receiver Based on Sparse Kernel Learning[J]. Measurement, 2020, 159:107803
    [21] Lou Y D, Gong X P, Gu S F, et al. Assessment of Code Bias Variations of BDS Triple-Frequency Signals and Their Impacts on Ambiguity Resolution for Long Baselines[J]. GPS Solutions, 2017, 21(1):177-186
    [22] Chen C, Chang G B, Zhang S B, et al. New Range Domain Carrier-Smoothed Code Filtering with Dual-Frequency BDS Data[J]. Asian Journal of Control, 2019, 21(4):1496-1505
    [23] Bonnans J F, Gilbert J C, Lemaréchal C, et al. Numerical Optimization[M]. Berlin, Heidelberg:Springer, 2003
  • [1] 边少锋, 刘一, 纪兵, 周威.  北斗三号卫星观测信息高度角相关随机模型统计特性分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20220021
    [2] 张芮, 熊永良, 雷飞.  一种融合轨检信息的GNSS动态单历元多路径误差提取方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20190268
    [3] 肖元弼, 彭认灿, 暴景阳, 董箭, 吕程.  利用卡尔曼滤波改正多波束数据声速整体误差 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20180261
    [4] 龚学文, 王甫红.  星载GPS伪距多路径误差与观测噪声对自主定轨的影响分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20160223
    [5] 谢雪梅, 宋迎春, 肖兆兵.  附不等式约束平差模型的一种快速搜索算法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20160435
    [6] 姚宜斌, 黄书华, 陈家君.  求解自回归模型参数的整体最小二乘新方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [7] 陈德忠, 叶世榕, 刘炎炎, 刘郑.  基于观测值域的GPS多路径误差应用分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), doi: 10.13203/j.whugis20120719
    [8] 安晓亚, 孙群, 杨云, 龚辉.  一种利用主动轮廓模型和矢量数据的遥感影像面状水体提取方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [9] 戴吾蛟, 伍锡锈, 罗飞雪.  一种利用增广参数Kalman滤波的GPS多路径效应处理方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [10] 涂锐, 张勤, 黄观文, 凌晴.  利用相位平滑伪距和最小二乘曲面函数建立西安市区域电离层延迟模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [11] 李征航, 龚晓颖, 刘万科.  误差与先验信息对导航卫星自主定轨的影响研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [12] 吴继忠, 花向红, 高俊强.  基于小波包分解的结构自振特征提取及多路径误差分离 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [13] 刘超, 王坚, 胡洪, 高井祥.  动态变形监测多路径实时修正模型研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [14] 赵丽华, 杨元喜.  综合地球物理信息与几何观测量的地壳形变分析方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [15] 吴雨航, 陈秀万, 吴才聪.  利用信噪比削弱多路径误差的方法研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [16] 戴吾蛟, 丁晓利, 朱建军.  基于载噪比及参数先验信息的抗差模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [17] 金淑英, 李德仁, 龚健雅.  基于偏最小二乘回归的纹理特征线性组合 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [18] 尹晖, SpirosD.Pagiatakis.  最小二乘谱及其在超导重力观测数据分析中的应用 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [19] 张勤, 陶本藻.  基于同伦法的非线性最小二乘平差统一模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
    [20] 陶本藻, 张勤.  GPS非线性数据处理的同伦最小二乘模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版),
  • 加载中
WeChat 点击查看大图
计量
  • 文章访问数:  446
  • HTML全文浏览量:  98
  • PDF下载量:  30
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-04

一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型

doi: 10.13203/j.whugis20200712
  • 1 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院, 安徽 淮南, 232001;
  • 2 中国矿业大学自然资源部国土环境与灾害监测重点实验室, 江苏 徐州, 221116;
  • 3 中国矿业大学环境与测绘学院, 江苏 徐州, 221116
    • 基金项目:

    国家重点研发计划（2020YFA0713502），安徽省高校自然科学研究项目（KJ2020A0310），国家自然科学基金（41874039），江苏省自然科学金（BK20181361）。

    作者简介:

    胡超,博士,主要从事GNSS精密轨道确定方法研究。chaohu2014gnss@163.com

  • 收稿日期: 2021-01-04

  • 中图分类号: P208

摘要: 导航卫星观测数据质量是衡量系统服务性能的关键指标之一；在北斗三代（the global BeiDou navigation satellite system，BDS-3）开通全球服务背景下，实现稳定可靠的定位、导航与授时服务是北斗创新发展与全球推广的必要前提。多路径作为参数处理中主要误差源，对其高精度快速建模与抑制是全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）数据处理领域的研究热点。针对“先趋势后随机”的多路径处理策略无法获得全局最优解的问题，本文提出一种基于先验约束的北斗观测数据多路径实时修正模型。首先，基于提取的多路径序列，利用全变分正则化实现延迟序列分离与降噪；其次，利用最小二乘组合自回归（least squareplus autoregression，LS+AR）模型对多路径序列中趋势项与随机项进行一步建模处理；最后，以估计的模型参数为先验信息，精化实时服务条件下北斗多路径处理模型。基于北斗实时精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）对比实验，结果表明：相较于传统策略北斗二代（the regional BeiDou navigation satellite system，BDS-2）定位精度East （E）、North （N）、Up （U）方向分别提升了10.6%~64.9%、0.0%~59.1%和12.6%~67.2%（B1I+B3I），BDS-3定位在E、N、U方向则至少分别提升了13.9%、60.0%、45.9%（B1I+B3I）与19.1%、46.5%、23.9%（B1C+B2a）。综上，本文提出的多路径处理策略可有效改善北斗实时应用中观测数据质量。

English Abstract

胡超, 王中元, 吕伟才, 余志浩. 一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版). doi: 10.13203/j.whugis20200712
引用本文: 胡超, 王中元, 吕伟才, 余志浩. 一种顾及先验约束的北斗观测数据多路径一步修正模型[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版). doi: 10.13203/j.whugis20200712
shu
HU Chao, WANG Zhongyuan, LYU Weicai, YU Zhihao. A One-Step Modelling for BeiDou Satellite Observations Multipath Delay Based on Prior Constraints[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200712
Citation: HU Chao, WANG Zhongyuan, LYU Weicai, YU Zhihao. A One-Step Modelling for BeiDou Satellite Observations Multipath Delay Based on Prior Constraints[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University. doi: 10.13203/j.whugis20200712
shu

    全文HTML

参考文献 (23)

目录

    /

    返回文章
    返回

    我要投稿

    投稿攻略

    联系我们

    二维码

    版权所有 © 2013 《武汉大学学报·信息科学版》编辑部

    地址：武汉大学文理学部本科生院楼北5楼邮政编码：430072

    电话：027-68778465,68778045E-mail:whuxxb@vip.163.com

    本系统由 北京仁和汇智信息技术有限公司 开发    百度统计