劉馨蕊，馬穎異，張陽(yáng)陽(yáng)，馬洪濱

(1. 東北大學(xué)土地管理研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110819； 2. 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819；

3. 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

Construction and Application of Offset Correction Compensation Algorithm

Models of GLONASS

LIU Xinrui，MA Yingyi，ZHANG Yangyang，MA Hongbin

?

GLONASS偏差校正補(bǔ)償算法模型的構(gòu)建與應(yīng)用

劉馨蕊1，馬穎異2，張陽(yáng)陽(yáng)3，馬洪濱3

(1. 東北大學(xué)土地管理研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110819； 2. 東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819；

3. 東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

Construction and Application of Offset Correction Compensation Algorithm

Models of GLONASS

LIU Xinrui，MA Yingyi，ZHANG Yangyang，MA Hongbin

摘要：針對(duì)GNSS多模接收機(jī)的應(yīng)用，分析了GLONASS衛(wèi)星信號(hào)接入GNSS系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生群時(shí)延變化等相關(guān)問(wèn)題。通過(guò)對(duì)GLONASS系統(tǒng)可能產(chǎn)生的半周模糊度、0.25周模糊度、硬件偏差等相關(guān)問(wèn)題的分析研究，探討了RTK應(yīng)用中的GLONASS偽距與載波相位偏差的6種有效解決方法。此方法包括了有效實(shí)時(shí)偽距與載波相位偏差校正補(bǔ)償?shù)取＿@些算法能夠改進(jìn)GPS+GLONASS+多模復(fù)用系統(tǒng)流動(dòng)站接收機(jī)，使其在第三方基準(zhǔn)站或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的所有RTK應(yīng)用中獲得經(jīng)過(guò)偏差改正的高精度的多星系統(tǒng)流動(dòng)站接收機(jī)的性能。同時(shí)還提出了在站(或網(wǎng)絡(luò))接收機(jī)與流動(dòng)站設(shè)備分屬不同廠商產(chǎn)品的情況下，多模接收機(jī)系統(tǒng)偽距或載波相位測(cè)量過(guò)程中的差分偏差修正方法，進(jìn)而提高GNSS系統(tǒng)的導(dǎo)航定位性能、作業(yè)效率和提高定位精度。

關(guān)鍵詞：GLONASS；群時(shí)延；半周模糊度；硬件偏差

一、引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的多星座共同應(yīng)用(即多模接收機(jī)模型)算法一直是當(dāng)前研究熱點(diǎn)。隨著我國(guó)北斗區(qū)域系統(tǒng)的建成，當(dāng)人們開(kāi)始討論多模接收機(jī)算法模型時(shí)，將研究精力多集中于GPS和北斗的融合上[1-2]，忽視了對(duì)GLONASS多模接收機(jī)算法的研究。表象上GLONASS系統(tǒng)已經(jīng)完全滿(mǎn)足系統(tǒng)導(dǎo)航定位的要求，成為GNSS中額外定位系統(tǒng)，然而實(shí)際上對(duì)于GPS+GLONASS復(fù)用系統(tǒng)接收機(jī)廠商卻面臨著棘手問(wèn)題，即無(wú)論從主觀上(由GLONASS空間與控制部分)還是客觀上(接收機(jī)處理)，GLONASS數(shù)據(jù)在表象和行為上都具有不確定性[3]。由于GLONASS系統(tǒng)應(yīng)用了FDMA接入技術(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)的不同衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的射頻前端部件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生群時(shí)延變化，以及星座不穩(wěn)定、衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘等問(wèn)題。因此，GNSS接收機(jī)設(shè)計(jì)必須考慮多源因素，全面覆蓋GLONASS系統(tǒng)任何可能出現(xiàn)的問(wèn)題。當(dāng)采用GPS+GLONASS+復(fù)用系統(tǒng)模式作業(yè)時(shí)，美國(guó)天寶的Ashtech在它的BLADTMRTK引擎中，推出了在GLONASS使用與處理方面有價(jià)值的解決方案。這些方案建議用戶(hù)在任何情況都開(kāi)啟GLONASS，即便在GLONASS衛(wèi)星不夠或糟糕的狀況下。接收機(jī)本身能夠隨時(shí)隨地執(zhí)行所有必需的檢測(cè)和準(zhǔn)備，以消除可能的干擾。其中兼容性就是這些解決方案之一，GNSS RTK兼容性問(wèn)題通常影響下面兩個(gè)主要應(yīng)用：

1) 由不同廠商的基準(zhǔn)站接收機(jī)產(chǎn)品組成的網(wǎng)絡(luò)所生成的水平網(wǎng)絡(luò)差分改正。

2) 工作在第三方基準(zhǔn)站或網(wǎng)絡(luò)中的RTK流動(dòng)站。

當(dāng)涉及網(wǎng)絡(luò)差分改正時(shí)，通常指這幾種方式之一：VRS、FKP、MAC和CBI。GPS系統(tǒng)能夠很好地支持4種方式，而對(duì)于GLONASS系統(tǒng)而言，仍沒(méi)有固定通用的解決方案?？紤]了3個(gè)最通用的差分協(xié)議，即RTCM-2、RTCM-3和CMR/CMR+，它們均能產(chǎn)生GPS+GLONASS復(fù)用數(shù)據(jù)。每個(gè)協(xié)議都較好地支持GPS網(wǎng)絡(luò)解決方案，如RTCM-2對(duì)FKP，RTCM-3對(duì)MAC和非物理性基準(zhǔn)站的支持。同時(shí)，也存在沒(méi)有任何標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議支持GLONASS網(wǎng)絡(luò)。前面提到的每項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都基于如下假設(shè)：網(wǎng)絡(luò)中所有基站間所謂的通用載波模糊度，通常要求幾個(gè)主基準(zhǔn)站和一些輔助基準(zhǔn)站之間具有可靠的固定雙差(double difference，DD)模糊度。

顯然，若要提供網(wǎng)絡(luò)解，首先應(yīng)解決每個(gè)(或某些)單基線(xiàn)的整數(shù)雙差模糊度的問(wèn)題。換言之，一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)際就是經(jīng)典單基線(xiàn)處理方法的衍生。

二、問(wèn)題的提出

1. 半周模糊度問(wèn)題

較早以前發(fā)射的GLONASS衛(wèi)星(編號(hào)為#1、4、8，占用頻道6和7)僅傳輸L2的P碼。后來(lái)發(fā)射的GLONASS-M衛(wèi)星(13號(hào)衛(wèi)星目前占用頻道-2至5)可以同時(shí)傳輸L2CA碼和L2P碼。具體概括如下：①L2CA信號(hào)由已知結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)調(diào)制，因此很容易恢復(fù)極性和提供具有整周模糊度的載波相位觀測(cè)；②用在GLONASS-M衛(wèi)星上的L2P信號(hào)由未知結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)調(diào)制，因此它通常不能正確恢復(fù)極性，并提供具有整周模糊度的載波相位觀測(cè)；③在較早以前發(fā)射的GLONASS衛(wèi)星上的L2P信號(hào)沒(méi)有任何數(shù)據(jù)的調(diào)制，因此能夠正確恢復(fù)極性，并提供具有整周模糊度的載波相位觀測(cè)[4]。

RTCM協(xié)議推薦支持GLONASS L2的接收機(jī)，一是能夠跟蹤最新發(fā)射的GLONASS-M衛(wèi)星上的L2CA信號(hào)，二是跟蹤較早以前發(fā)射的GLONASS衛(wèi)星上的L2P信號(hào)。

目前，特別是早期出廠的該類(lèi)型接收機(jī)不支持以上兩點(diǎn)。而且，也無(wú)法保證所有接收機(jī)正確設(shè)置了GLONASS L2的CA/P標(biāo)識(shí)。借助實(shí)際實(shí)驗(yàn)測(cè)試用的一張第三方OEM板，發(fā)現(xiàn)所有GLONASS代碼標(biāo)識(shí)為CA碼，甚至在這塊OEM板跟蹤到前期發(fā)射的GLONASS衛(wèi)星時(shí)，實(shí)際在L2上沒(méi)有傳送這種碼[5]。因此，流動(dòng)站接收機(jī)并不能100%保證所處理的第三方參考站數(shù)據(jù)不包含一些GLONASS L2載波的半周整數(shù)偏差。

2. 0.25周模糊度問(wèn)題

RTCM/RINEX組織中曾經(jīng)爭(zhēng)論過(guò)，關(guān)于同頻率的不同信號(hào)載波測(cè)量之間可能存在0.25周偏差模糊度，結(jié)論是肯定的[6]。如果一臺(tái)接收機(jī)為一些GLONASS衛(wèi)星產(chǎn)生L2CA數(shù)據(jù)，而為其他GLONASS衛(wèi)星產(chǎn)生L2P數(shù)據(jù)，那么0.25周偏差問(wèn)題就可能出現(xiàn)。有些廠商已經(jīng)應(yīng)用了0.25周改正，而部分廠商關(guān)于這一改正官方的標(biāo)準(zhǔn)解釋和L2上的CA/P標(biāo)識(shí)一樣，至今仍很模糊。同樣的情況也出現(xiàn)在GLONASS L1CA和L1P[7]。

綜上所述，流動(dòng)站接收機(jī)并不能100%保證它所處理的第三方參考站數(shù)據(jù)不包含一些GLONASS L2載波的0.25周整周偏差。

3. 硬件偏差問(wèn)題

GLONASS硬件偏差是存在的，這是因?yàn)橄到y(tǒng)采用了FDMA接入技術(shù)[8]。不同信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的射頻前端部件時(shí)，導(dǎo)致由頻率決定的延遲插入到了偽距和載波相位測(cè)量中。產(chǎn)生這些偏差的主要因素如下：①非完美的射頻前端設(shè)計(jì)導(dǎo)致的標(biāo)稱(chēng)群時(shí)延(GD)變化；②器件的變化導(dǎo)致的每個(gè)接收機(jī)特定GD變化；③環(huán)境條件(主要是溫度)導(dǎo)致的每個(gè)接收機(jī)特定GD變化；④相關(guān)/跟蹤算法的特點(diǎn)可能導(dǎo)致在觀測(cè)偏差上的變化，這些算法提供了非常相似的GD[8-9]。

基準(zhǔn)站和流動(dòng)站接收機(jī)(RTK模式)之間存在不同硬件偏差。任何偏差變化(根據(jù)溫度來(lái)說(shuō))既有可能由流動(dòng)站引起，也可能由基準(zhǔn)站所導(dǎo)致。若基準(zhǔn)站和流動(dòng)站具有相同的硬件設(shè)計(jì)，并使用相同的相關(guān)/跟蹤算法，那么因素①和因素④不會(huì)產(chǎn)生偏差。偏差的唯一來(lái)源來(lái)自于因素②和因素③。初步的經(jīng)驗(yàn)是因素②和因素③能夠引起偽距偏差，然而載波相位偏差即使存在，也很難明顯觀測(cè)到。若基準(zhǔn)站和流動(dòng)站為不同型號(hào)的接收機(jī)，并且/或者采用不同的相關(guān)/跟蹤算法，那么因素①和因素④也會(huì)成為偽距，(尤其是)載波相位偏差的主要根源。在文獻(xiàn)[10—12]中，可以找到許多因接收機(jī)型號(hào)不同而導(dǎo)致偽距和載波相位偏差的案例。

圖1所示為Ashtech ProMark800和第三方接收機(jī)組成的單次差分(single difference，SD)(接收機(jī)之間)載波相位偏差模型的一個(gè)例子(70 h連續(xù)的零基線(xiàn)觀測(cè))，其中0號(hào)頻率的偏差有條件地設(shè)置為0。雖然在許多案例中，偏差相對(duì)頻率是線(xiàn)性的，但并沒(méi)有100%的把握給出這樣的假設(shè)。因此，接收第三方參考站數(shù)據(jù)的流動(dòng)站接收機(jī)可能產(chǎn)生未知的載波相位偏差，這些偏差會(huì)阻止生成GLONASS固定解整周模糊度。

圖1　GLONASS載波偏差模型的例子

4. 網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題

當(dāng)用戶(hù)使用自建的基準(zhǔn)站作業(yè)時(shí)，可以有兩種選擇：①流動(dòng)站接收機(jī)采用相同廠商的相同設(shè)計(jì)；②預(yù)先校正GLONASS載波偏差，使其在零基線(xiàn)上具有較好的精度，然后將其添加到自定義的接收機(jī)列表中，在野外采用這些偏差[10]。

但是當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)差分方式時(shí)，用戶(hù)應(yīng)該面對(duì)如下一些問(wèn)題：①網(wǎng)絡(luò)方式不允許用戶(hù)在零基線(xiàn)上校正偏差；②目前為止所有網(wǎng)絡(luò)均不傳輸任何關(guān)于接收機(jī)型號(hào)的信息，對(duì)于用戶(hù)而言這些都是不可知的；③當(dāng)網(wǎng)絡(luò)軟件產(chǎn)生虛擬參考站時(shí)，還可能引入其他偏差。因此，可以確定OTF載波偏差校正是網(wǎng)絡(luò)差分用戶(hù)目前可選擇的唯一方式。

三、解決方案

1. GLONASS載波偏差模型

短基線(xiàn)上L1或L2 GLONASS載波相位的簡(jiǎn)化SD模型可表示為

L(j)=R(j)/lambda(j)+B(j)+n(j)

(1)

式中，j為GLONASS衛(wèi)星編號(hào)；L(j)為被測(cè)載波，單位為周；R(j)為實(shí)際距離，單位為m；lambda(j)為波長(zhǎng)，單位為m；B(j)為全部載波偏差，單位為周；n(j)為噪聲/多路徑誤差，單位為周。不同衛(wèi)星的L、R、B值和n值是不同的，并且隨時(shí)間也會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)推導(dǎo)，全部載波偏差可表示為

B(j,t)=N(j)+b(j)+clock(t)/lambda(j)

(2)

式中，t為當(dāng)時(shí)時(shí)間，單位為s；N(j)為SD載波相位模糊度，單位為周；b(j)為SD載波相位硬件偏差，單位為周；clock(j)為SD鐘差，單位為s。

每個(gè)衛(wèi)星的N和b值不同。給定編號(hào)Sat#j衛(wèi)星的N值是個(gè)常量，直至失鎖再次鎖定載波后重新賦值。給定衛(wèi)星的b值也是常量(至少溫度穩(wěn)定時(shí)如此)，無(wú)論衛(wèi)星失鎖與否，只與儀器硬件有關(guān)。N值和b值在載波是否失鎖上的差異是GLONASS硬件偏差校正過(guò)程遵循的首要原則。clock(t)值隨時(shí)間推移任意變化，但對(duì)于所有衛(wèi)星總是相同的。

硬件偏差b間接的隨衛(wèi)星編號(hào)#j變化。這表明b實(shí)際上是隨衛(wèi)星頻率編號(hào)或lambda(j)變化。由于大部分“相對(duì)”GLONASS衛(wèi)星采用相同的頻率編號(hào)，因此這些“相對(duì)”衛(wèi)星具有相同的b值。當(dāng)在RTK方式下，處理GLONASS載波數(shù)據(jù)計(jì)算全部載波偏差時(shí)，需要考慮如下兩個(gè)假設(shè)：①N值是否為整數(shù)；②B值是否為零。根據(jù)流動(dòng)站和基準(zhǔn)站的配置方案，考慮相反的兩種情況，若基準(zhǔn)站和流動(dòng)站具有相同的硬件設(shè)計(jì)，采用相同的固件，并采納RTCM建議的L2上實(shí)施CA/P跟蹤，那么所有N值總是整數(shù)；所有b值主要為零。

這種情況下，采用GLONASS載波和GPS載波是相似的(即使存在一些差異)。表明RTK可以安全解算出GLONASS DD整周模糊度，而無(wú)須考慮任何硬件偏差校正。如果基準(zhǔn)站和流動(dòng)站是不同廠商的產(chǎn)品，并且流動(dòng)站不知道基站接收機(jī)固件算法特點(diǎn)，則①一些GLONASS衛(wèi)星在L2上的N值在某些時(shí)候可能是半整數(shù)；②流動(dòng)站對(duì)應(yīng)的一些GLONASS衛(wèi)星的N值可能出現(xiàn)0.25周偏差，這主要取決于基站是否進(jìn)行了0.25周模糊度調(diào)整；③所有b值通常不為零。此情況下，采用GLONASS需要校正硬件偏差，并要對(duì)某些載波給出附加的半周(0.25周)模糊度假設(shè)。若不進(jìn)行初始校正，GLONASS DD模糊度就無(wú)法得到整周或半周固定解。一旦進(jìn)行了校正，無(wú)論失鎖還是接收機(jī)重啟，偏差b都能應(yīng)用于對(duì)應(yīng)的GLONASS載波。

2. 可行的GLONASS解決方案與方案分析

偽距和載波相位的硬件偏差與潛在的半周/0.25周模糊度均影響GPS+GLONASS復(fù)用設(shè)備RTK性能?；谇懊娴姆治?，提出一個(gè)可靠有效的方案，并應(yīng)用于天寶Ashtech的Promark和SP系列接收機(jī)(GPS+GLONASS L1/L2)的BLADE RTK引擎，以克服GLONASS這方面的缺點(diǎn)。具體方案為：

1) 偽距偏差的OTF校正。

2) 提供和處理接收機(jī)名稱(chēng)。

3) 支持全周和半周模糊度假設(shè)。

4) 可選的0.25周改正。

5) 支持接收機(jī)名稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

6) 載波偏差的OTF校正。

其內(nèi)涵為：Promark和SP系列RTK接收機(jī)引擎在給出其他RTK狀態(tài)參數(shù)(位置、速度、載波模糊度、電離層殘差等)的同時(shí)，也估計(jì)了L1和L2的GLONASS偽距硬件偏差。首先，偽距硬件偏差為米到千米數(shù)量級(jí)，并隨時(shí)間推移才相對(duì)穩(wěn)定，因此可采用適當(dāng)?shù)碾S機(jī)模型進(jìn)行建模。偏差估計(jì)實(shí)際上就是OTF校正，在文獻(xiàn)[10]中有詳細(xì)描述。GLONASS偽距偏差校正并不是要求接收機(jī)必須專(zhuān)門(mén)進(jìn)入校正模式，相反，接收機(jī)提供高質(zhì)量的浮點(diǎn)或固定模糊度解，即使它處于校正處理過(guò)程中。每次基站ID和基站接收機(jī)名稱(chēng)改變時(shí)，偽距偏差校正就會(huì)重新啟動(dòng)，校正過(guò)程包括不同保護(hù)程序，以防止錯(cuò)誤的“凍結(jié)”在預(yù)校正的偏差值上。由于偽距硬件偏差可存在于相同設(shè)計(jì)的接收機(jī)之間(如樣品到樣品的變化，溫度的變化等)，因此偽距校正算法既可用于同類(lèi)基站，也可用于第三方基站。

為了確保GLONASS數(shù)據(jù)處理更有效，RTK流動(dòng)站接收機(jī)需要知道基準(zhǔn)站接收機(jī)的名稱(chēng)。當(dāng)Promark和SP系列接收機(jī)用作基準(zhǔn)站時(shí)，可以為第三方流動(dòng)站提供這種可能性，以RTCM-3 MT 1083標(biāo)準(zhǔn)化格式和阿什泰克專(zhuān)有的ATOMTM格式生成默認(rèn)的官方名稱(chēng)為Promark和SP系列。當(dāng)Promark和SP系列接收機(jī)用作流動(dòng)站時(shí)，如果可以獲得基站接收機(jī)名稱(chēng)，就可以獲得優(yōu)勢(shì)。流動(dòng)站能夠自動(dòng)處理第三方基站生成或手動(dòng)鍵入名稱(chēng)的RTCM-3 MT 1033數(shù)據(jù)。由于目前接收機(jī)名稱(chēng)支持技術(shù)尚不成熟，處理基站接收機(jī)名稱(chēng)的目的主要用于區(qū)分同類(lèi)型基站(Promark100系列)和第三方基站。一旦GNSS組織明確提供載波偏差的模型，Promark和SP系列接收機(jī)中處理基站接收機(jī)名稱(chēng)將會(huì)允許采用接收機(jī)名稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

Promark和SP系列接收機(jī)能提供L1和L2上的整周載波模糊度，也就是采納了RTCM建議跟蹤GLONASS L2信號(hào)。默認(rèn)情況下，Promark和SP系列流動(dòng)站認(rèn)為任意第三方基站也能夠支持L1和L2上的整周載波模糊度。因此，無(wú)論是否為同類(lèi)或第三方基站，Promark和SP系列流動(dòng)站都可以工作在整周模糊度假設(shè)條件。此外，如果預(yù)先知道第三方基站僅能夠提供L2上的半周模糊度，那么Promark和SP系列流動(dòng)站可以被設(shè)置為L(zhǎng)2上的半周模糊度模型，也就是說(shuō)，仍然能夠得到L2的半整數(shù)模糊度固定解。

Promark和SP系列還能夠進(jìn)行0.25周改正來(lái)匹配GLONASS L2CA和L2P數(shù)據(jù)。此時(shí)，Promark和SP系列流動(dòng)站會(huì)利用和第三方接收機(jī)之間L2載波偏差模型與頻率幾乎完全線(xiàn)性的關(guān)系(如圖1所示)。如果不進(jìn)行上述改正，對(duì)于前期發(fā)射的GLONASS衛(wèi)星的頻率編號(hào)6和7就會(huì)出現(xiàn)0.25周跳的問(wèn)題。Promark和SP用戶(hù)可以根據(jù)基準(zhǔn)站接收機(jī)類(lèi)型啟動(dòng)或關(guān)閉0.25周改正功能。

若能夠獲得關(guān)于硬件偏差的可靠信息，Promark和SP系列接收機(jī)可以在RTK處理前應(yīng)用參考和同類(lèi)型GLONASS載波數(shù)據(jù)補(bǔ)償，并在接收機(jī)內(nèi)存中保存每臺(tái)已知名稱(chēng)接收機(jī)對(duì)應(yīng)的信息。這種原則類(lèi)似于目前大多數(shù)RTK接收機(jī)采用的天線(xiàn)相位中心偏差改正原則，然而，對(duì)于天線(xiàn)目前有官方的改正IGS/NGS表，而對(duì)于GLONASS硬件偏差還沒(méi)有類(lèi)似的資料。因此，這限制了Promark和SP系列接收機(jī)(對(duì)其他接收機(jī)也如此)對(duì)第三方參考數(shù)據(jù)實(shí)施準(zhǔn)確的偏差補(bǔ)償。另外，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，當(dāng)工作在第三方接收機(jī)條件下時(shí)，估算了第一次GLONASS偏差模型(如圖1所示)，幾天后，當(dāng)另一臺(tái)Promark和SP系列接收機(jī)工作在相同的第三方基站環(huán)境下應(yīng)用此模型。結(jié)果顯示，其能夠?qū)Φ谌交緮?shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償并消除DD載波偏差。對(duì)于各種不同的第三方接收機(jī)，Promark和SP系列均能夠給出相似的校正。通過(guò)上述操作，所有的校正值都可以插入接收機(jī)名稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，為Promark和SP系列接收機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)所列出的任意接收機(jī)名稱(chēng)的基站進(jìn)行載波相位偏差補(bǔ)償。

在大多數(shù)情況下Promark和SP的RTK系列流動(dòng)站的接收機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)并不完整，無(wú)法應(yīng)用上述補(bǔ)償技術(shù)。因此，當(dāng)Promark和SP系列接收機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法獲取校正接收機(jī)名稱(chēng)時(shí)，接收機(jī)會(huì)自動(dòng)應(yīng)用OTF載波偏差校正技術(shù)。OTF校正是將SD載波硬件偏差作為滿(mǎn)足某個(gè)隨機(jī)模型的先驗(yàn)未知參數(shù)來(lái)進(jìn)行的。這種方法的思路雖然簡(jiǎn)單，但其執(zhí)行過(guò)程并不簡(jiǎn)單。

載波模糊度依據(jù)整數(shù)模糊度搜索，使DD模糊度收斂為整數(shù)解，因此，為了使這個(gè)搜索符合整數(shù)搜索，模糊度本身作為偏差需要進(jìn)行校正和補(bǔ)償，如圖2所示。

圖2　GLONASS載波相位校正過(guò)程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在RTK的卡爾曼濾波更新當(dāng)前模糊度估算后，輸入GLONASS載波偏差估值，不僅用于估計(jì)SD載波測(cè)量中的改正，而且也能夠修正模糊度以保證DD為整數(shù)?？紤]準(zhǔn)線(xiàn)性偏差模型，這實(shí)際上是一個(gè)大概目的的偏差估算值。通過(guò)反饋SD模糊度估算，實(shí)際上對(duì)DD進(jìn)行了校正，它們是隨時(shí)間穩(wěn)定的。無(wú)論是否存在半周假設(shè)，都能夠進(jìn)行偏差估計(jì)，當(dāng)然當(dāng)給出半周假設(shè)時(shí)能帶來(lái)更好效果。

在短基線(xiàn)(小于10 km)情況下，可以忽略電離層、對(duì)流層和軌道誤差，偏差估計(jì)具有較好的穩(wěn)定性。在第三方接收機(jī)條件下每天作業(yè)時(shí)，可獲得較好的重復(fù)性。

不過(guò)當(dāng)用戶(hù)工作在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中時(shí)，這種短基線(xiàn)的情況較少，實(shí)際應(yīng)用中通常得到的基線(xiàn)為30～70 km甚至更遠(yuǎn)。當(dāng)距離變化時(shí)(20 km以上)，電離層、對(duì)流層、軌道誤差及載波偏差就不容易區(qū)分。線(xiàn)性假設(shè)能夠處理這種情況，但正如前面提到的半周和0.25周問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)法應(yīng)用線(xiàn)性假設(shè)。因此對(duì)于任何RF(GLONASS載波與碼的系統(tǒng)偏差校正技術(shù))設(shè)計(jì)必須進(jìn)行偏差改正。

對(duì)于載波偏差校正，長(zhǎng)基線(xiàn)才是真正的挑戰(zhàn)。采用適當(dāng)?shù)碾S機(jī)模型，能夠給出較好精度的偏差估計(jì)，盡管這些估計(jì)值可能會(huì)因?yàn)殡婋x層、對(duì)流層和軌道誤差而稍微偏離原始值，但是仍然能夠在天空狀態(tài)不佳和失鎖情況下得到較好的模糊度解算結(jié)果。

對(duì)某一選擇的衛(wèi)星，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了額外的預(yù)警措施來(lái)捕獲可疑的偏差，以阻止這顆衛(wèi)星用于模糊度搜索和重新校正。此外，這些措施也考慮了可能由于溫度原因產(chǎn)生的偏差漂移，可允許小的偏差改正而無(wú)須復(fù)位校正。

綜上所述，Ashtech的Promark和SP系列接收機(jī)能夠成功地進(jìn)行OTF校正。需要說(shuō)明的是，這無(wú)須用戶(hù)特別地安裝其他硬件或軟件；當(dāng)接收機(jī)開(kāi)始接收第三方基站差分改正數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)同時(shí)啟動(dòng)校正過(guò)程。在校正過(guò)程中，Promark和SP系列RTK接收機(jī)始終能夠提供浮點(diǎn)或固定模糊度解算值，對(duì)于用戶(hù)而言，校正過(guò)程是隱蔽的。

四、結(jié)論

1) GLONASS參與多模導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)處理應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)偏差校正，相關(guān)偏差校正主要有半周模糊度問(wèn)題、0.25周模糊度問(wèn)題、硬件偏差和網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

2) 解決GLONASS偏差校正的方案主要有：①偽距偏差的OTF校正；②提供和處理接收機(jī)名稱(chēng)；③支持全周和半周模糊度假設(shè)；④可選的0.25周改正；⑤支持接收機(jī)名稱(chēng)數(shù)據(jù)庫(kù)；⑥載波偏差的OTF校正。

3) Ashtech的Promark和SP系列接收機(jī)能夠提供GLONASS各種偏差的校正，從而改善GNSS多模接收機(jī)的定位性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]寧津生，姚宜斌，張小紅. 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展綜述[J]. 導(dǎo)航定位學(xué)報(bào)，2013，1(1)：3-8.

[2]施闖，趙齊樂(lè)，李敏，等. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密定軌與定位研究[J].中國(guó)科學(xué): 地球科學(xué)，2012， 42(6)：854-861.

[3]鄧辰龍,唐衛(wèi)明. GPS/GLONASS組合定位對(duì)GPS模糊度解算及定位結(jié)果的影響[C]∥第二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì).上海：[s.n.]，2011.

[4]GOUREVITCH S,SLIA-NOVISKY S,VAN DIGGLEN F. The GG24 Combined GPS+GLONASS Receiver [C]∥9th Int. Tech. Meeting of the Satellite Division of the U.S. Inst. of Navigation GPS ION’96. Kansas City, Missouri：[s.n.]，1996:141-145.

[5]KOZLOV D, TKACHENKO M. Centimeter-level, Real-Time Kinematic Positioning with GPS+GLONASS C/A Receivers [J]. Institute of Navigation, 1998, 45(2): 137-147.

[6]KOZLOV D, POVALIAEV A, RAPOPORT L, et al. Relative Positio Relative Position Measuring Techniques Using both GPS and GLONASS Carrier Phase Measurements [J].Us Patent,1999 (5):685.

[7]No.104 RTCM Standard for Differential GNSS Service-Version 2.3[S].US: RTCM Special Committee, 2001.

[8]No.104 RTCM Standard for Differential GNSS Service-Version 3[S]. US: RTCM Special Committee, 2006.

[9]A GLONASS Observation Message Compatible with the Compact Measurement Record Format[S].US: Leica Geosystem AG,2007.

[10]KOZLOV D. Statistical Characterization of Hardware Biases in GPS+GLONASS Receivers[C]∥ION GPS. Salt Lake City: ION, 2000: 817-826.

[11]阮仁桂,馮來(lái)平,賈小林.導(dǎo)航衛(wèi)星星地/星間鏈路聯(lián)合定軌中設(shè)備時(shí)延的方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2014,43(2):137-142.

[12]陳明,劉慶會(huì),陳冠磊,等.同波束干涉測(cè)量差分相位計(jì)算與DOR時(shí)延精度驗(yàn)證[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2013,42(6):137-142.

[13]WANNINGER L, WALLSTAB-FREITAG S. Combined GPS, GLONASS, and SBAS Code Phase and Carrier Phase Measurements[C]∥20th International Technical Meeting of the Satellite Division of the U.S. Institution of Navigation. Fort Worth, Texas：[s.n.]，2007:866-875.

[14]DACH R, SCHMID R, SCHMITZ M,et al. Improved Antenna Phase Center Models for GLONASS[J].GPS Solutions, 2011(15) : 49-65.

變更

本刊2015年第11期第64頁(yè)《附加約束條件的半自動(dòng)復(fù)雜建筑物重建方法》一文，增加基金項(xiàng)目如下：國(guó)家自然科學(xué)基金(41271374)；中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院基本科研項(xiàng)目(7771402)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(201512009)；測(cè)繪地理信息公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(201412010)。

(本刊編輯部)

作者簡(jiǎn)介：劉馨蕊(1984—)，女，博士，講師，主要研究方向?yàn)?S理論與技術(shù)在國(guó)土資源領(lǐng)域中的應(yīng)用。E-mail：neu-lxr@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(41104104)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(141403001)

收稿日期：2015-09-28

中圖分類(lèi)號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2015)12-0010-05