Galileo长基线定位中四频电离层延迟改正方法分析_吕震.pdf

第3 2卷第3期测 绘 工 程V o l.3 2N o.32 0 2 3年5月E n g i n e e r i n go fS u r v e y i n ga n dM a p p i n gM a y2 0 2 3D O I:1 0.1 9 3 4 9/j.c n k i.i s s n 1 0 0 6-7 9 4 9.2 0 2 3.0 3.0 0 5G a l i l e o长基线定位中四频电离层延迟改正方法分析吕 震1,王振杰1,刘金萍2,宋建平2,隗 骏2,周 浩3(1.中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院,山东 青岛2 6 6 5 8 0;2.中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司,山东东营2 5 7 1 0 0;3.青岛北斗陆海科技有限公司,山东 青岛2 6 6 5 5 5)摘 要:针对电离层延迟会对长基线定位精度造成影响的问题,提出一种采用G a l i l e o四频信号的四频弱电离层组合方法,通过构造弱电离层相位组合观测值建立定位方程,进而采用最小二乘平差方法实现弱电离层组合模糊度和三维基线坐标参数的解算。采用G a l i l e o四频数据对比分析了四频I R组合方法和基于F C A R模型的电离层延迟参数估计方法的长基线定位精度,实验结果表明,当基线长度超过5 0 0k m时,四频I R组合方法在水平和垂直方向的定位精度均可达到d m级,相较于电离层延迟参数估计方法,可以有效改善水平和垂直方向的定位结果,定位精度提升幅度可分别达到1 5%和3 0%以上。相对定位精度达到11 0-9m,满足高精度相对定位要求。关键词:G a l i l e o;长基线;四频;参数估计;弱电离层组合中图分类号:P 2 2 8 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 4 9(2 0 2 3)0 3-0 0 2 7-0 8A n a l y s i so f f o u r-f r e q u e n c y i o n o s p h e r i cd e l a yc o r r e c t i o nm e t h o d i nG a l i l e o l o n g-b a s e l i n ep o s i t i o n i n gL VZ h e n1,WAN GZ h e n j i e1,L I UJ i n p i n g2,S o n gJ i a n p i n g2,WE I J u n2,Z HOU H a o3(1.C o l l e g eo fO c e a n o g r a p h ya n dS p a c e I n f o r m a t i c s,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m(E a s tC h i n a),Q i n g d a o2 6 6 5 8 0,C h i n a;2.S i n o p e cG e o p h y s i c a lC o.,L t d.,S h e n g l iB r a n c h,D o n g y i n g2 5 7 1 0 0,C h i n a;3.Q i n g d a oB e i d o uL a n d-s e aT e c h n o l o g yC o.,L t d.,Q i n g d a o2 6 6 5 5 5,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n ga tt h ep r o b l e m t h a tt h ei o n o s p h e r i cd e l a y w i l la f f e c tt h el o n g-b a s e l i n ep o s i t i o n i n ga c c u r a c y,t h i sp a p e rp r o p o s e saf o u r-f r e q u e n c yi o n o s p h e r e-r e d u c e dc o m b i n a t i o nm e t h o du s i n gt h eG a l i l e of o u r-f r e q u e n c ys i g n a l.T h ep o s i t i o n i n ge q u a t i o ni se s t a b l i s h e db yc o n s t r u c t i n gt h ei o n o s p h e r e-r e d u c e dp h a s ec o m b i n e do b s e r v a t i o n s,a n dt h e nt h el e a s ts q u a r e sa d j u s t m e n t m e t h o di su s e dt oc a l c u l a t et h ei o n o s p h e r e-r e d u c e dc o m b i n e da m b i g u i t ya n dt h r e e-d i m e n s i o n a lc o o r d i n a t ep a r a m e t e r s.T h el o n g-b a s e l i n ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yo ft h ef o u r-f r e q u e n c yI Rc o m b i n a t i o n m e t h o da n dt h ei o n o s p h e r i cd e l a yp a r a m e t e re s t i m a t i o nm e t h o db a s e do nt h eF C A Rm o d e l i sc o m p a r e da n da n a l y z e du s i n gG a l i l e o f o u r-f r e q u e n c yd a t a.T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h eb a s e l i n e l e n g t he x c e e d s5 0 0k m,t h ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yo ff o u r-f r e q u e n c yI R c o m b i n a t i o n m e t h o dc a nr e a c ht h ed e c i m e t e rl e v e li nt h e h o r i z o n t a la n d v e r t i c a ld i r e c t i o n s.C o m p a r e dw i t ht h e i o n o s p h e r i cd e l a yp a r a m e t e re s t i m a t i o nm e t h o d,i tc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h ep o s i t i o n i n gr e s u l t si nt h eh o r i z o n t a la n dv e r t i c a ld i r e c t i o n s,a n dt h ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yc a nb ei m p r o v e db ym o r et h a n1 5%a n dm o r et h a n3 0%r e s p e c t i v e l y.T h er e l a t i v ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yr e a c h e s11 0-9m,w h i c hm e e t s t h er e q u i r e m e n t so fh i g h-p r e c i s i o nr e l a t i v ep o s i t i o n i n g.K e yw o r d s:G a l i l e o;l o n g-b a s e l i n e;f o u r-f r e q u e n c y;p a r a m e t e re s t i m a t i o n;i o n o s p h e r e-r e d u c e dc o m b i n a t i o n收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 5基金项目:中国石化集团公司科技攻关项目(J P 2 1 0 0 0 4)第一作者简介:吕 震(1 9 9 7-),男,硕士研究生通信作者简介:王振杰(1 9 6 8-),男,教授,博士.相较于短距离相对定位,长基线定位中卫星信号在传播过程中会受到更多误差的影响,其中电离层延迟误差是影响定位精度的主要误差源之一。目前许多学者针对定位中的电离层延迟误差问题展开了研究。当用户利用单频信号进行定位时,由于不能消除一阶电离层延迟,因此主要是借助电离层模型达到修正电离层延迟的目的。美国的G P S系统常采用K l o b u c h a r8模型进行电离层延迟修正1。对于我国的北斗三号全球卫星导航系统来说,其不仅可以采用K l o b u c h a r8模型对电离层进行评估2,还可以通过在新的信号上向用户播发基于北斗全球电离层延迟修正模型(B e i d o ug l o b a l i-o n o s p h e r i cd e l a yc o r r e c t i o n m o d e l,B D G I M)的电离层延迟改正参数,从而实现电离层延迟的修正3。欧洲的G a l i l e o(G a l i l e os a t e l l i t en a v i g a t i o ns y s t e m)系统主要采用N e Q u i c k模型作为其电离层延迟改正的基础模型4。对于双频用户而言,通常采用双频伪距或相位消电离层组合方法实现电离层延迟误差的消除5,G L ONA S S(g l o b a ln a v i g a t i o ns a t e l-l i t es y s t e m)系统通常基于自身的双频观测值实现电离层延迟的修正6,但是双频组合只能消除电离层误差的一阶项,高精度定位中还应该考虑二阶甚至三阶改正。此外由于总电子含量(t o t a le l e c t r o nc o n t e n t,T E C)是描述电离层形态和结构的重要参量,因此也可以通过利用双频数据对电离层T E C进行提取7。随着卫星信号频率的增加,部分学者采用三频信号对定位解算中的电离层延迟问题展开研究,文献8 在G P S现代化后充分利用增加的第三个导航频率,提出应用3个频率改正电离层折射误差至二阶项的方法。文献9 进一步提出了对G P S电离层折射误差进行二阶三频的改正方法。此外文献1 0-1 1 通过构造三频消电离层组合实现了对电离层延迟误差的消除,区别于构造消电离层组合的方式,文献1 2-1 5 采用参数估计策略实现了对电离层延迟残差的有效分离。上述研究均是基于3个频率以内的信号对定位中电离层延迟修正方法问题进行探讨,G a l i l e o系统作为欧洲自主研发且不受军方控制的多频全球卫星导航系统,随着2 0 2 1年1 2月5日第2 7和2 8颗G a l i l e o卫星的成功发射,当前发射卫星已达到2 8颗。G a l i l e o系统可以在E 1(15 7 5.4 2 0MH z),E 5(11 9 1.7 9 5 MH z),E 5 a(11 7 6