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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

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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
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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
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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.
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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
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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
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