面向大高差区域RTK定位的对流层延迟模型构建方法与流程

本发明涉及定位测量，具体涉及一种面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法。

背景技术：

1、传统的实时动态定位（real time kinematic，rtk）算法忽略站间大气延迟误差，然而在高差较大即超过100m地区的rtk定位中，忽略对流层延迟是不严谨的，会严重影响定位精度。无论是全球还是中国范围，大高差地形都广泛分布，研究大高差rtk十分必要。在gnss（global navigation satellite system，全球导航卫星系统）定位中，对流层延迟和高度参数之间存在很强的相关性，rtk中无法实时估计对流层延迟，引入外部模型是大高差rtk中修正对流层延迟误差的可靠手段。通常为提高大高差rtk的定位精度，会基于连续运行参考站和气象站的实时实测气象数据对对流层延迟模型进行构建。但是基于连续运行参考站和气象站的实时实测气象数据对对流层延迟模型进行构建的方法虽然能够提高rtk精度，但存在建站成本高、布站不均匀等缺陷。

2、公开号为cn112099069a的专利提出了一种实测气象参数修正对流层经验模型的rtk算法，可以改正在短基线大高差情况下对流层延迟误差，利用采集到的实测气象元素改正现有经验模型，达到提高rtk服务定位精度和可靠性的目标，但该方法选用的实测气象参数在精度方面存在缺陷。

3、公开号为cn117312727a的专利提出了一种基于高程偏差补偿的多参考站区域对流层线性插值方法，可以显著提高大高差区域的对流层的建模精度以及终端rtk定位精度。公开号为cn115144878a的专利提出了一种基于ppp的短距离大高差nrtk对流层延迟改正方法，也可有效在短距离大高差情形下提高网络rtk精度。然而，这些方法需要建立较多的基准站，建站成本高、布站不均匀。

4、因此，有必要提出新的措施，克服上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，以解决现有技术存在的选用数据精度不高、建站成本高、布站不均匀等问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，所述方法包括：

4、在指定的短距离大高差的区域范围内，获取era5气象数据，并构建区域era5气象参数高程归算模型，将era5气象数据统一归算至流动站概略位置所在高程平面，并获得流动站概略位置所在高程平面的era5气象数据格网；

5、利用流动站概略位置所在高程平面的era5气象数据格网，计算era5气象数据格网点上的对流层延迟改正数；

6、在水平方向上，通过对era5气象数据格网点上的对流层延迟改正数插值或拟合，计算得到流动站概略位置及基准站处的天顶方向对流层延迟；

7、利用投影函数将流动站概略位置的天顶方向对流层延迟投影为各卫星信号路径上的斜路径对流层延迟，并计算流动站概略位置的天顶方向对流层延迟与各卫星信号路径上的斜路径对流层延迟之间的双差对流层延迟；

8、利用双差对流层延迟进行rtk定位。

9、进一步地，获取era5气象数据，包括：

10、era5气象数据是空间分辨率为0.25°×0.25°的格网数据。

11、进一步地，构建区域era5气象参数高程归算模型，将era5气象数据统一归算至流动站概略位置所在高程平面，包括：

12、；

13、；

14、其中：

15、为流动站概略位置所在高程平面处的气压；

16、为era5气象数据格网点处的压力；

17、为流动站概略位置处的高度；

18、为era5气象数据格网点处的高度；

19、和分别为流动站概略位置所在高程平面和era5气象数据格网点之间的温度差和高度差。

20、进一步地，利用流动站概略位置所在高程平面的era5气象数据格网，计算era5气象数据格网点上的对流层延迟改正数，包括：

21、利用归算后流动站概略位置所在高程平面处的气压，结合萨寺塔摩宁模型计算数据格网点处的天顶对流层干延迟；

22、利用era5的水汽数据计算天顶对流层湿延迟。

23、进一步地，在水平方向上，通过对era5气象数据格网点上的对流层延迟改正数插值或拟合，计算得到流动站概略位置及基准站处的天顶方向对流层延迟，包括：

24、利用saastamoinen干延迟模型求出顶层对流层延迟：

25、；

26、对于顶层以下，基于era5气象数据和高程归算后的era5气象数据积分求得顶层以下对流层延迟：

27、；

28、；

29、；

30、相加得到流动站概略位置及基准站处的天顶方向对流层延迟：

31、；

32、其中：

33、为era5顶层气压；

34、为测站所在纬度，测站包括流动站和基准站；

35、为era5顶层高程；

36、为流动站概略位置处的高度；

37、为era5第i层高程；

38、为era5第i层大气折射指数；

39、为era5气象数据总层数；

40、为大气折射指数；

41、为水气压；

42、为气温；

43、为气压；

44、为比湿；

45、=77.604 k/hpa，=64.79 k/hpa，=377600 k²/hpa。

46、进一步地，利用投影函数将流动站概略位置的天顶方向对流层延迟投影为各卫星信号路径上的斜路径对流层延迟，包括：

47、；

48、其中：

49、为高度角时的对流层延迟总量；

50、为流动站概略位置的天顶方向对流层干延迟；

51、为流动站概略位置的天顶方向对流层湿延迟；

52、和分别为高度角时的干延迟投影函数和湿延迟投影函数；

53、投影函数为：

54、；

55、其中：

56、为测站 b到卫星之间的高度角；

57、、、为投影函数的系数。

58、进一步地，投影函数基于海平面，根据基准站和流动站的高程进行高程改正：

59、；

60、其中：

61、为海平面的投影函数；

62、为基准站或流动站所在高程平面的投影函数；

63、为基准站或流动站所处位置的大地高度；

64、=2.53×10-5，=5.49×10-3，=1.14×10-3。

65、进一步地，计算流动站概略位置的天顶方向对流层延迟与各卫星信号路径上的斜路径对流层延迟之间的双差对流层延迟，包括：

66、

67、其中：

68、表示双差对流层延迟；

69、表示流动站 i到卫星 p间的斜向对流层延迟；

70、表示基准站 j到卫星 p间的斜向对流层延迟；

71、表示流动站 i到卫星 q间的斜向对流层延迟；

72、表示基准站 j到卫星 q间的斜向对流层延迟;

73、、、和根据公式计算。

74、进一步地，利用双差对流层延迟进行rtk定位，包括：

75、将双差对流层延迟代入rtk观测方程进行定位，伪距和载波相位双差观测方程为：

76、

77、

78、其中：

79、为接收机和卫星间双差伪距观测值；

80、为双差卫地距；

81、为双差对流层延迟；

82、为双差载波相位观测值；

83、为载波相位频率；

84、为光速；

85、为双差之后的整周模糊度。

86、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

87、本发明提供了一种面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，选用精度更高的era5数据，提升了对流层延迟建模的准确度和可信度，同时考虑特殊大高差地区的地形环境，能够有效降低类似特定区域的天气差异、年际变化对定位带来的影响。另外，本发明的方法显著减少了对多基准站/基准站网的依赖，能够利用少量非均匀分布的基准站即实现大高差区域较高精度的rtk定位。

技术特征：

1.面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的面向大高差区域rtk定位的对流层延迟模型构建方法，其特征在于：

技术总结
本发明涉及一种面向大高差区域RTK定位的对流层延迟模型构建方法。现有RTK定位方法存在选用数据精度不高、建站成本高、布站不均匀等问题。本方法获取ERA5气象数据并构建高程归算模型，将ERA5气象数据统一归算至流动站概略位置所在高程平面；计算ERA5气象数据格网点上的对流层延迟改正数；在水平方向上插值或拟合，得到流动站概略位置及基准站处的天顶方向对流层延迟；利用投影函数将流动站概略位置的天顶方向对流层延迟投影为各卫星信号路径上的斜路径对流层延迟，并计算二者之间的双差对流层延迟；利用双差对流层延迟进行RTK定位。本发明有效提升了对流层延迟建模的准确度和可信度，并显著减少了对多基准站的依赖。

技术研发人员：周东卫,汤伟尧,邓川,孔建,岳金广
受保护的技术使用者：中铁第一勘察设计院集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23