基于非差誤差改正數(shù)的長(zhǎng)距離單歷元GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK算法研究

祝會(huì)忠

遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)繪與地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 阜新123000

目前網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)中基準(zhǔn)站間距一般為幾十千米，基準(zhǔn)站的建設(shè)不僅成本較高，而且選址要求也比較嚴(yán)格，如優(yōu)越的觀測(cè)條件、完善的網(wǎng)絡(luò)通信和儀器安全等。目前的網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)一般需要一定的觀測(cè)時(shí)間才能夠啟動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)流動(dòng)站定位，不能在單歷元確定基準(zhǔn)站觀測(cè)值的整周模糊度和完成流動(dòng)站厘米級(jí)定位。而流動(dòng)站一般都是采用雙差誤差改正模型對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行誤差改正，雙差誤差改正造成了測(cè)站和衛(wèi)星間的相關(guān)性，不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK和PPP的統(tǒng)一。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK方法的這些問(wèn)題，本文提出了一種基于非差誤差改正數(shù)的長(zhǎng)距離單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK算法（基準(zhǔn)站間距100～200km或更長(zhǎng)），具體研究?jī)?nèi)容如下：

（1）基于非差誤差改正數(shù)的長(zhǎng)距離單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK方法的基本概念及特點(diǎn)。采用單歷元確定長(zhǎng)距離基準(zhǔn)站載波相位觀測(cè)值的整周模糊度，然后進(jìn)行單歷元高精度區(qū)域非差誤差模型的建立、非差誤差改正數(shù)的計(jì)算及流動(dòng)站非差觀測(cè)誤差的改正，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流動(dòng)站整周模糊度的動(dòng)態(tài)單歷元解算和定位。長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)RTK不僅可以減少建設(shè)基準(zhǔn)站網(wǎng)的成本，而且可以解決建設(shè)基準(zhǔn)站比較困難地方的網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)建設(shè)問(wèn)題。單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK算法使基準(zhǔn)站網(wǎng)在單歷元即可啟動(dòng)，不需要考慮基準(zhǔn)衛(wèi)星變化的問(wèn)題，流動(dòng)站僅利用單歷元數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位。使用非差誤差改正數(shù)，流動(dòng)站不需要進(jìn)行雙差觀測(cè)值的組合，且各基準(zhǔn)站的誤差改正數(shù)是獨(dú)立的，可以方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)播發(fā)和接收。能夠克服雙差網(wǎng)絡(luò)RTK帶來(lái)的測(cè)站和衛(wèi)星間的相關(guān)關(guān)系，使網(wǎng)絡(luò)RTK的作業(yè)方式更加靈活，在算法上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK和PPP的統(tǒng)一。

（2）網(wǎng)絡(luò)RTK的GNSS定位理論和各類誤差處理方法的介紹和研究。介紹了GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK定位算法中涉及的GNSS定位基礎(chǔ)理論。并介紹了GNSS定位中各種誤差的特性及其誤差處理方法，重點(diǎn)分析了GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK定位中對(duì)各種誤差的處理方法，主要是距離相關(guān)性較強(qiáng)的衛(wèi)星軌道誤差、電離層延遲誤差和以對(duì)流層延遲為主的中性大氣延遲誤差。

（3）提出了長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站整周模糊度單歷元解算方法。首先建立和推導(dǎo)出基準(zhǔn)站網(wǎng)雙頻載波相位整周模糊度間關(guān)于電離層延遲誤差和非色散性誤差的線性關(guān)系，利用基準(zhǔn)站整周模糊度間的這兩種線性關(guān)系搜索雙差寬巷整周模糊度。然后通過(guò)固定的雙差寬巷整周模糊度，對(duì)雙差載波相位整周模糊度進(jìn)行搜索確定。并使用根據(jù)高度角和方位角最接近原則，重新選擇基準(zhǔn)衛(wèi)星的方法，進(jìn)一步保證載波相位整周模糊度的準(zhǔn)確確定，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離基準(zhǔn)站整周模糊度的單歷元準(zhǔn)確解算。

（4）提出了區(qū)域誤差的非差改正方法。利用確定的基準(zhǔn)站雙差載波相位整周模糊度得到對(duì)應(yīng)衛(wèi)星的非差模糊度，計(jì)算出高精度的基準(zhǔn)站非差觀測(cè)誤差，然后建立高精度的非差誤差改正模型，并計(jì)算出流動(dòng)站誤差改正數(shù)。詳細(xì)給出了利用已經(jīng)確定的長(zhǎng)距離基準(zhǔn)站整周模糊度，計(jì)算區(qū)域非差誤差改正數(shù)的方法和公式推導(dǎo)過(guò)程。同時(shí)，根據(jù)非色散性誤差和色散性誤差的不同特性，提出了區(qū)域誤差的非差分類誤差改正方法，給出了非差誤差的分離及流動(dòng)站非差分類誤差改正數(shù)的計(jì)算方法。利用非差誤差改正方法可消除或削弱流動(dòng)站的觀測(cè)誤差，恢復(fù)流動(dòng)站模糊度的整數(shù)特性，改變了流動(dòng)站傳統(tǒng)的雙差定位模式。該方法適用于單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK用戶的實(shí)時(shí)高精度區(qū)域電離層延遲及中性大氣延遲等誤差的改正。

（5）提出了長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)RTK流動(dòng)站載波相位整周模糊度的單歷元?jiǎng)討B(tài)解算方法。首先推導(dǎo)出流動(dòng)站上各類載波相位觀測(cè)值整周模糊度間的線性關(guān)系，利用線性關(guān)系能夠壓縮單歷元寬巷整周模糊度的搜索空間，結(jié)合寬巷整周模糊度的兩步搜索法，可準(zhǔn)確確定寬巷整周模糊度。然后將確定的寬巷整周模糊度代入無(wú)電離層組合觀測(cè)值，利用無(wú)電離層組合觀測(cè)值單歷元解算出原始載波相位的整周模糊度。并利用載波相位無(wú)電離層觀測(cè)方程解算出流動(dòng)站的位置參數(shù)。

（6）對(duì)基于非差誤差改正數(shù)的長(zhǎng)距離單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK算法進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)和軟件編制。并使用實(shí)測(cè)CORS網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各算法進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)和結(jié)果分析，最后對(duì)基于非差誤差改正數(shù)的長(zhǎng)距離單歷元網(wǎng)絡(luò)RTK算法進(jìn)行綜合試驗(yàn)，流動(dòng)站能夠得到厘米級(jí)的定位結(jié)果。