阅读说明：本技术 结合超快速星历短时间内预报卫星钟差的方法 (Method for forecasting satellite clock error in short time by combining ultra-fast ephemeris ) 是由 冯灿 徐学永 王进 白天阳 周叶 惠孟堂 吴波 高照锋 汤深权 王伟 王琛琛 于 2020-12-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种结合IGU短时间内预报卫星钟差的方法,涉及卫星导航定位技术领域。该方法首先需要下载IGU文件和保存最近接收到的实时流卫星钟差改正数,利用IGU卫星钟差历元差分得到误差方程,采用最小二乘来拟合计算卫星钟差二次项、一次项及周期项系数。其中常数项系数由最近接收到的实时流卫星钟差改正数进行计算,最后根据卫星钟差系数在短时间内预报高精度卫星钟差。本发明提出的一种结合超快速星历(IGU)短时间内预报卫星钟差的方法,解决了在使用实时流卫星轨道、钟差进行定位的过程中,当出现网络中断时,无法获取高精度卫星钟差进行定位的问题。(The invention discloses a method for forecasting satellite clock error in a short time by combining an IGU (integrated navigation Unit), and relates to the technical field of satellite navigation and positioning. The method comprises the steps of firstly downloading an IGU file, saving a recently received real-time streaming satellite clock error correction number, obtaining an error equation by utilizing the clock error epoch difference of the IGU satellite, and fitting and calculating secondary term, primary term and periodic term coefficients of the satellite clock error by adopting least square. The constant term coefficient is calculated by the latest received real-time flow satellite clock error correction number, and finally the high-precision satellite clock error is forecasted in a short time according to the satellite clock error coefficient. The invention provides a method for forecasting satellite clock error in a short time by combining an ultra-fast ephemeris (IGU), which solves the problem that the high-precision satellite clock error cannot be acquired for positioning when a network is interrupted in the positioning process by using a real-time streaming satellite orbit and clock error.)

结合超快速星历短时间内预报卫星钟差的方法

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术，具体涉及一种结合超快速星历(IGU)短时间内预报卫星钟差的方法。

背景技术

常规的精密单点定位技术(Precise Point Positioning，PPP)采用伪距和载波相位观测量以及国际GNSS服务组织提供的高精度卫星轨道和卫星钟差，综合考虑各项误差及改正，来获取高精度的位置信息。由于精密卫星轨道和钟差产品存在几天到十几天的时间延迟，常规的PPP多用于事后处理。为了满足实时高精度的需求，IGS在2001年成立了实时工作组，在2013年4月1日正式提供实时卫星状态空间改正信息(SSR)服务，包括实时卫星轨道和钟差改正数产品。

当采用IGS提供的实时流卫星轨道和钟差改正数进行PPP定位时，由于网络中断等原因，会存在接收不到实时数据流的情况，此时需要有一个替换方案，考虑到当前绝大部分IGS分析中心实时流轨道改正数采用IGU快速轨道生成，因此对于轨道来说，可以直接采用IGU轨道进行替换，而实时卫星钟差是固定轨道后实时估计的，实时钟精度约为0.1～0.15ns，而IGU卫星钟精度约为1.5ns，所以不能用IGU卫星钟差代替，有必要研究一种短时间内预报卫星钟差的方法。一些学者提出了基于实时钟差改正数进行拟合外推预报的方法，如Hadas等人研究了采用不同阶数的多项式拟合实时卫星钟差改正数进行预报，El-Moway等人用二次多项式结合周期项来拟合实时卫星钟进行预报。这些方法都需要保存接收到的实时卫星钟差，需要占用大量内存。此外，如果实时流中断发生在定位刚开始的一段时间内，前面提到的方法都会因为没有足够的数据拟合而无法预报或者预报精度低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合IGU短时间内预报卫星钟差的方法，克服了在使用实时卫星钟差和轨道改正数时进行PPP定位时，因网络中断等原因，出现接收不到实时数据流的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种结合IGU短时间内预报卫星钟差的方法，具体步骤如下：

步骤1)从国际GNSS服务网站下载针对北斗卫星导航系统的IGU文件；

步骤2)利用IGU文件提供的卫星钟差，进行历元差分拟合，获得卫星钟差系数的一次项、二次项和周期项系数；

步骤3)根据最近接收到的实时流卫星钟差改正数计算卫星钟差系数的常数项；

步骤4)采用卫星钟差系数以及结合最近接收到的RTS实时流计算出卫星钟差，用于进行短时间内卫星钟差预报。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：在接收卫星轨道、钟差改正数时进行实时PPP定位时，当出现网络中断时，不会因为没有接收到实时流出现无法定位的情况。当实时数据流完全中断后，本发明提出的方法无需保存之前所有的实时卫星钟差，大大节省了内存空间。即使实时数据中断发生在定位初期，采用本发明提出的方法也可以对卫星钟差进行预报。

附图说明

图1是一种结合超快速星历(IGU)短时间内预报卫星钟差方法流程示意图。

图2是一种结合超快速星历(IGU)短时间内预报卫星钟差法在实时精密单点定位(RTPPP)的应用的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明有效的解决了实时PPP在接收卫星轨道、钟差改正数时，因网络中断等原因，无法接收实时流进行定位的问题。同时也解决了针对实时流数据中断后，采用当前方法需保存之前所有的实时卫星钟差数据，占用内存过大的问题；以及数据中断发生在定位初期时，保存数据量小没有足够的数据拟合而无法预报卫星钟差或预报精度低的问题。

结合图1和图2，一种结合超快速星历(IGU)短时间内预报卫星钟差方法，包括以下步骤：

步骤1)从国际GNSS服务网站下载IGU文件，针对北斗卫星导航系统，当前GBM已提供快速精密产品，网址为ftp://ftp.gfz-potsdam.de/pub/GNSS/products/mgnss。

步骤2)利用IGU卫星钟差历元差分来拟合卫星钟差一次项、二次项以及周期项系数，其中常数项则根据最近接收到的实时流卫星钟差改正数计算。

卫星钟差模型的计算表达式为：

式(1)中a₀是参考时刻的卫星钟差；a₁、a₂分别表示卫星钟差一次项系数、二次项系数；a_s和a_c均表示卫星钟差的周期项系数；t卫星钟差预报时刻；T是卫星轨道周期；ε(t)表示引入的模型误差。历元间作差后可以消去卫星钟差常数项，得到如下的表达式：

利用IGU文件里所有历元卫星钟差依次进行历元间差分，可得下列表达式：

l＝Bx+ε Q (3)

式(3)中，系数矩阵B

估计参数

其中：

分别表示观测向量和误差向量，Q表示方差-协方差矩阵。采用最小二乘估计可以计算出参数估计值

及残差向量

v＝Bx-l (5)

估计参数的二次项、一次项及周期项系数的精度可以根据误差传播定律计算。

步骤3)根据最近接收到的实时流卫星钟差改正数计算卫星钟差系数的常数项。

步骤4)采用卫星钟差系数以及结合最近接收到的RTS实时流计算出卫星钟差，用于进行短时间内卫星钟差预报，计算公式如下：

式(6)中，t₀代表预报时刻的起始点，可选取最近接收到RTS实时流卫星钟差改正数参考时刻为预报起始点；Δt为预报时刻和起始点的时间间隔；C(t₀)表示起始点的卫星钟差；分别表示平差后求出的卫星钟差一次项、二次项系数，均表示平差后求出的卫星钟差周期项系数。T_s(t₀+Δt)、T_c(t₀+Δt)分别表示起始点时刻和预报点时刻的正弦、余弦函数值之差。其表达式为：

需要注意的是北斗卫星导航系统采用混合星座设计，包括MEO、IGSO和GEO三种类型卫星轨道。结合IGU文件对北斗卫星的钟差进行短时间预报时，需要对不同轨道的卫星分别列出误差方程，采用最小二乘估计卫星钟差系数，最后根据解算的卫星钟差系数计算预报时刻的卫星钟差。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。