基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理方法及系统与流程

本技术涉及卫星导航广域差分，尤其涉及一种基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理方法及系统。

背景技术：

1、全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)卫星的时钟误差主要是由地面控制部分监测站的分布及其坐标误差、监测站跟踪卫星所得到的观测量精度、卫星时钟的稳定性等因素导致的。星基增强系统(satellite based augmentationsystem，sbas)通过估计卫星时钟误差，生成相应的卫星钟差改正数，以降低卫星时钟误差对用户定位精度的影响。

2、由于卫星时钟的频率受到卫星运行速度和地球重力的周期变化影响，导致卫星时钟误差的变化具有一定的周期性。当卫星从远地点向近地点运动的过程中，运行速度逐渐增大，与地球的距离越来越近，使得时钟频率逐渐变慢，导致时钟误差逐渐减小；而卫星从近地点向远地点运动的过程中，运行速度逐渐减小，与地球的距离越来越远，使得时钟频率逐渐加快，导致时钟误差逐渐增大。

3、现有公开的星基增强卫星钟差改正数解算方法均是利用最小二乘法或基于加速度模型的卡尔曼滤波方法，未能针对卫星时钟误差的特性建立其运动模型，只是单纯采用最小二乘法或基于加速度模型的卡尔曼滤波方法进行解算，解算出的卫星钟差改正数无法有效反映出卫星时钟误差的真实特性。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理方法及系统，利用傅里叶级数建立了卫星时钟误差动态变化模型，解算出的卫星钟差改正数能够更真实的反映出卫星时钟误差，提高gnss卫星轨道钟差差分改正数精度。

2、本技术实施例提供一种基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理方法，包括：

3、在观测到gnss卫星j的监测站中，选择仰角大于高度截止角的监测站；

4、利用监测站i观测gnss卫星j的载波相位观测量对伪距观测量进行平滑；

5、对平滑后的伪距观测量消除电离层延迟，消除电离层延迟后的伪距观测量；

6、利用导航电文播发的轨道参数和时钟参数计算gnss卫星j的星历位置和卫星时钟偏差，结合监测站i的位置计算站星间距离，并将站星间距离和卫星时钟偏差从消除电离层延迟后的伪距观测量中消除，以获得伪距残差；

7、通过站间单差法消除伪距残差中的卫星时钟误差；

8、利用傅里叶级数建立卫星时钟误差的状态模型，并解算所述状态模型以获得卫星钟差改正数。

9、可选的，利用监测站i观测gnss卫星j的载波相位观测量对伪距观测量进行平滑，包括：

10、对载波观测量进行变换：

11、

12、其中，f1为载波l1的频率，f5为载波l5的频率；和分别为t时刻l1和l5频点上的载波相位观测量；

13、利用来平滑伪距观测量中的噪声：

14、

15、其中，lk表示l1或l5频点，为相应频点的伪距观测量，为相应频点平滑后的伪距观测量，τ为平滑时间。

16、可选的，对平滑后的伪距观测量消除电离层延迟，获得消除电离层延迟后的伪距观测量包括：

17、消除电离层延迟后的伪距观测量满足：

18、

19、其中，为消除电离层延迟后的伪距观测量。

20、可选的，利用导航电文播发的轨道参数和时钟参数计算gnss卫星j的星历位置和卫星时钟偏差，结合监测站i的位置计算站星间距离满足：

21、

22、其中，表示gnss卫星j的星历位置和卫星时钟偏差表示监测站i的位置，表示星历距离。

23、可选的，将站星间距离和卫星时钟偏差从消除电离层延迟后的伪距观测量中消除，以获得伪距残差满足：

24、

25、其中，δrj(t)＝[δxj(t) δyj(t) δzj(t)]t为gnss卫星j在地心地固坐标系下x、y、z方向上的轨道误差，为监测站i到gnss卫星j的单位方向矢量，δbj(t)为gnss卫星j的时钟误差，为残余误差，为方差。

26、可选的，通过站间单差法消除伪距残差中的时钟误差包括：

27、伪距残差的每一个值与相减，获得：

28、

29、其中，为残余误差，方差为

30、将式(7)转换为对应的矩阵形式：

31、

32、其中，voj的协方差矩阵为

33、利用加权最小二乘法可以得到卫星轨道误差的估计值和改正精度

34、

35、将式(9)代入式(6)：

36、

37、相应的矩阵形式为：

38、

39、其中，vcj的协方差矩阵为

40、可选的，利用傅里叶级数建立卫星时钟误差的状态模型包括：

41、将卫星时钟误差展成三角函数形式的傅里叶级数满足：

42、

43、其中，a0为直流分量；a1cos(ωt)+b1sin(ωt)为基波分量；ancos(nωt)+bnsin(nωt)为高次谐波分量(n＝2,3,4,…)；an为各余弦分量的振幅；bn为各正弦分量的振幅；ω为基频角频率；

44、处理后获得卫星时钟误差的状态模型满足：

45、xc(tn)＝φc(tn-tn-1)xc(tn-1)+wc(tn-1)      (21)

46、其中，tn为时间序列，wc(tn)为噪声，其协方差矩阵为qc(tn)＝diag([10-7 10-7 10-7])。

47、可选的，解算所述状态模型以获得卫星钟差改正数包括：

48、根据式(12)可以得到卫星时钟误差的观测方程：

49、zc(tn)＝hc(tn)xc(tn)+vc(tn)     (22)

50、其中，其协方差矩阵

51、利用式(21)和(22)，通过卡尔曼滤波即可解算出卫星钟差改正数

52、

53、pc(tn|tn-1)＝φc(tn-tn-1)pc(tn-1)φct(tn-tn-1)+qc(tn-1)   (24)

54、

55、pc(tn)＝[i-kc(tn)hc(tn)]pc(tn|tn-1)      (27)

56、其中，i为单位矩阵；

57、卫星钟差改正数为：

58、

59、其中，xc,1,1(tn)为xc(tn)的第一行第一列的元素。

60、本技术实施例中还提出一种基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理系统，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的基于傅里叶级数的星基增强卫星钟差改正数处理方法的步骤。

61、本技术实施例的方法利用傅里叶级数建立了卫星时钟误差动态变化模型，解算出的卫星钟差改正数能够更真实的反映出卫星时钟误差，提高gnss卫星轨道钟差差分改正数精度。

62、上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。