本发明涉及gnss精密定位数据处理领域，尤其涉及一种基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法。
背景技术：
1、全球卫星导航系统(global navigation satellite systems，gnss)可以在全球范围内提供定位、导航以及授时服务，已被广泛用于工程建设以及日常生活中，是经济建设与社会发展不可或缺的基础设施。基于gnss系统的高精度实时动态定位技术主要包括实时动态(real-time kinematic,rtk)技术、网络rtk技术、精密单点定位(precise pointpositioning,ppp)技术以及ppp-rtk技术。上述定位技术在通讯条件良好、基站分布均匀条件下可以提供高精度的位置服务，但对于远海、沙漠等特殊场景，其并不能发挥应用的作用。对此，北斗三号卫星导航系统(bds-3)提供的ppp-b2b、短报文等通导一体化特色功能为提升特殊场景下高精度定位服务的应用能力做出了巨大贡献。目前，北斗三号ppp-b2b服务已被广泛用于远海测绘、无人岛礁勘探等工程应用中，但对一种实时定位服务而言，其在实时应用和定位性能方面仍有较大发展空间。ppp-b2b服务提供的实时卫星轨道、钟差产品仅能支持ppp解算，因此需要数十分钟的收敛时间来获取高精度的位置信息。
2、为了提升ppp-b2b服务的应用能力，学者们提出了实时产品误差补偿、钟差常偏补偿等方法来改善定位性能。这些方法本质上是对ppp-b2b定位模型的精化，通过误差补偿加快定位收敛，但仍无法提升ppp解算精度。模糊度固定是高精度的定位的首要前提，若要使得ppp-b2b服务支持模糊度固定，必须通过额外的改正产品消除卫星硬件延迟的影响以恢复模糊度的整数特性。根据产品生成的方式，可以将其大致分为整数钟模型、未校正相位延迟模型和解耦钟模型三类。上述模型利用多个基准站的观测数据网解生成卫星偏差产品以及配套的卫星钟差产品用于ppp-ar解算。此外，受到数据流延迟和模型解算效率影响，以上产品大多只能事后生成。相比之下，通过单个基准站的作业模式生成相位偏差产品能够极大提升服务端的解算效率。考虑到单站的观测方程中卫星相位偏差参数与模糊度参数等存在强相关性，因此往往通过多历元联合解算卫星偏差、大气等产品并播发给用户终端。
3、提升产品实时性和可用性是增强实时位置服务性能的关键。综合现有产品解算方法的优势，利用事后精密卫星轨道、钟差产品构建基准站单历元可估的满秩模型，生成相位偏差和大气产品并用于用户终端的ppp-rtk解算，已经被学者证明是一种易于实现的定位增强模式。对于现有的ppp-b2b实时服务而言，充分考虑实时产品与传统精密卫星产品的差异性，并将其适配于单站ppp-rtk处理模式，生成与实时卫星轨道、钟差配套的增强产品，将显著提升北斗ppp-b2b服务的实时应用能力和定位性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，针对目前北斗ppp-b2b定位服务收敛慢、精度差的问题，提供一种基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，用于提高ppp-b2b服务的实时应用能力和定位性能。
2、为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
3、一种基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，包括如下步骤：
4、步骤s1：将基准站静置于开阔环境下，持续接收并解码gnss观测数据以及ppp-b2b产品，对观测数据和ppp-b2b产品进行预处理；
5、步骤s2：单历元估计卫星相位偏差、电离层和对流层参数，根据参数时变特性生成产品并播发给终端用户；
6、步骤s3：终端用户接收并解码gnss观测数据、ppp-b2b产品，以及基准站播发的相位偏差和大气增强产品；
7、步骤s4：利用基准站生成的增强信息，根据精密定位模块中内嵌的ppp-rtk算法进行滤波解算，大气增强和整周模糊度固定；
8、所述步骤s1包括：
9、步骤s11：将基准站静置于开阔环境下；
10、步骤s12：持续接收并解码gnss观测数据以及ppp-b2b产品；
11、步骤s13：预处理gnss观测数据；
12、gnss观测数据预处理包括但不限于异常数据的监测与剔除、周跳的探测与修复、基准站的单点定位、卫星截止高度角设置、数据截止信噪比设置、参考卫星选取策略设置、按照高度角定权；
13、采用的高度角定权公式为：
14、
15、其中，θi表示第i颗卫星的高度角；σ0是验前单位权中误差；σ是第i颗卫星观测值的验前标准差。
16、步骤s14：预处理ppp-b2b产品；
17、ppp-b2b产品的预处理主要包括数据版本号匹配、精密轨道改正、精密钟差改正以及码间偏差改正。ppp-b2b产品定义了数据版本号(issue of data,iod)来保证相关信息的关联性，ppp-b2b iod共有以下四种：状态空间描述数据版本号(iod ssr)、卫星掩码数据版本号(iodp)、gnss下行信号星历数据版本号(iodn)、轨道改正数、钟差改正数的版本号(iodcorr)。上述版本号之间的相互匹配确保了各信息类型正确匹配使用。
18、轨道改正信息包括的参数为轨道改正向量δο在径向、切向和法向的分量。轨道改正值用于计算卫星位置改正向量δx，同时还要联合利用广播星历计算出的卫星位置向量xbroadcast。改正的计算公式为：
19、xorbit＝xbroadcast-δx (2)
20、其中，xorbit表示由轨道改正电文改正得到的卫星位置；xbroadcast为广播星历计算得到的卫星位置；δx表示卫星位置改正。
21、卫星位置改正δx的计算方法为：
22、
23、ealong＝ecross×eradial (3c)
24、δx＝[eradial ealong ecross]·δο (3d)
25、其中，r＝xbroadcast表示广播星历卫星位置矢量；表示广播星历卫星速度矢量；ei为方向单位矢量；i＝{radial,along,cross}分别对应径向、切向和法向；δο表示b2b产品中的轨道改正矢量。
26、钟差改正电文包括的参数是相对于广播星历钟差的改正参数，改正方法为：
27、
28、其中，tbroadcast为广播星历计算得到的卫星钟差；tsatellite是经过钟差改正电文改正得到的卫星钟差；c为光速；c0是ppp-b2b电文中获得的钟差改正参数。
29、为了实现信号的同步处理，ppp-b2b服务提供了码间偏差改正数，其改正方式为：
30、
31、其中，下标sig代表各支路信号；ρsig代表原始观测值；代表码间偏差修正后的观测值；dcbsig为ppp-b2b所提供的各支路信号码间偏差改正值。
32、经上述预处理后，ppp-b2b改正数被转换为精密卫星轨道和钟差，可直接用于后续的定位解算。
33、所述步骤s2包括：
34、步骤s21：构建统一的ppp-b2b定位模型；
35、首先，gnss原始观测方程为：
36、
37、其中，上下标s,j,r分别代表卫星、频率、以及接收机；分别表示载波相位与伪距观测值，单位为米；分别表示卫地距、对流层延迟与电离层延迟；其中代表频率j；dtr,dts则分别表示接收机钟差和卫星钟差；bj,r表示接收机端相位硬件延迟与卫星端相位硬件延迟；dj,r表示接收机端伪距硬件延迟与卫星端伪距硬件延迟；λj表示波长；表示模糊度；和分别表示相位与伪距的观测噪声。
38、目前，北斗ppp-b2b服务播发北斗和gps系统的卫星轨道、钟差和码间偏差改正数。考虑到北斗三号和gps系统的卫星钟差产品分别以北斗b3i频点和gps l1/l2频点的无电离层组合为基准，因此在使用ppp-b2b卫星钟差产品时要充分考虑基准不同的问题。ppp-b2b卫星钟差和原始卫星钟差存在如下关系：
39、
40、其中，和分别表示了ppp-b2b卫星钟差和原始卫星钟差；表示b3i、l1和l2频点下对应的卫星码硬件延迟，表示频点j下n颗卫星的码硬件延迟；为系数矩阵。
41、这里以北斗/gps双系统各n颗卫星的双频数据为例，当使用ppp-b2b卫星钟差产品时，伪距方程中的码硬件延迟可以根据差分码偏差(differential code bias,dcb)产品进行改正:
42、
43、其中，表示两个频点下不同卫星的码硬件延迟；和pi表示改正前和改正后的伪距观测值。在此基础上，将原始观测方程进一步线性化可得到：
44、
45、其中，和是扣除模型值后的相位和伪距观测值；ax是位置参数x的设计矩阵；表示北斗和gps卫星的投影函数，τr表示测站天顶方向残余的对流层湿延迟；dtr＝[dtc,dtg]t表示北斗和gps系统的接收机钟差；是电离层参数的系数矩阵；br＝[bc,1,bg,1,bc,2,bg,2]t和dr＝[dc,1,dg,1,dc,2,dg,2]t为相位和伪距的接收机硬件延迟；为卫星相位硬件延迟；λ为相应卫星频点的波长；为相应卫星的整周模糊度；εφ和εp为相位和伪距观测方程的噪声。
46、上式给出了一种统一的ppp-b2b定位模型，该模型顾及了ppp-b2b钟差产品特性，同时易于拓展到多频多模的形式，为未来ppp-b2b服务的多频多模应用提供理论基础。
47、步骤s22：估计参数浮点解；
48、在步骤s21中，统一形式的ppp-b2b模型充分考虑了实时卫星产品的特性，但模型中接收机钟差、电离层、硬件延迟之间存在强相关，导致方程秩亏，无法单历元求解。因此，需要在式(9)的基础上进行参数合并以消除方程秩亏。考虑到接收机码硬件延迟br会被吸收至接收机钟差和电离层参数中，对其进行参数重组并表示为：
49、
50、其中，为接收机钟差估计值；为系数矩阵，和表示由不同系统卫星两个频点波长构成的系数因子；为电离层参数估计值；为系数矩阵。
51、将式(10)和(11)代入(9)中，同时考虑到改正ppp-b2b卫星钟差时在相位观测方程中引入的卫星码硬件延迟，单历元可估的满秩方程表示为：
52、
53、式中参数含义与上述公式保持一致。以米为单位的浮点模糊度可表达为：
54、
55、最后利用卡尔曼滤波求解每个历元所有参数的浮点解。
56、步骤s23：生成大气产品；
57、根据单历元可估的ppp-b2b定位满秩模型，解算电离层和对流层参数估计值。在此基础上，分析电离层和对流层参数的变化特性，给出顾及参数精度、时延等多因素的最优播发间隔。需要注意的是，模型中的大气参数估计值并非原始的大气信息，但仍可以用于终端大气增强，具体的增强方法将在步骤s4中说明。
58、步骤s24：生成相位偏差产品；
59、根据式(13)可知，浮点模糊度中包含了原始整周模糊度、接收机端的硬件延迟以及卫星端的相位硬件延迟。参考相位小数周偏差(fractional cycle bias,fcb)的生成方式，取首历元浮点模糊度的整数值作为基准，生成相位偏差产品：
60、
61、其中，npb为相位偏差；为首历元浮点模糊度的四舍五入值。
62、所述步骤s3包括：
63、步骤s31：持续接收并解码gnss观测数据以及ppp-b2b产品；
64、步骤s32：预处理gnss观测数据和ppp-b2b产品，预处理方法与s13、s14保持一致；
65、步骤s33：接收并解码基准站播发的相位偏差和大气增强产品，将处理后的数据和基准站生成的增强信息提供给s4；
66、所述步骤s4包括：
67、步骤s41：预处理相位偏差和大气增强信息；
68、预处理基准站播发的增强信息，对电离层、对流层和相位偏差产品依次进行异常值的监测与剔除，最终将有效数据提供给s42。
69、步骤s42：用户终端滤波器初始化；
70、通过gnss spp解算出用户终端的大致位置、速度、接收机钟差等，设定滤波系统各个参数的初始方差协方差矩阵与过程噪声矩阵，进入s43；
71、步骤s43：构建用户端ppp-rtk定位模型；
72、对于ppp-b2b用户而言，为了能够恢复模糊度的整数特性，需要利用相位偏差产品消除卫星端的硬件延迟。这里直接在观测值层面扣除相应的相位偏差，得到如下用户端定位方程：
73、
74、其中，下标u表示用户终端，浮点模糊度参数为其余参数含义均与式(12)中保持一致。
75、步骤s44：构建大气约束方程；
76、在一定范围内，基准站和用户终端所处空间的大气情况十分接近，因此可以通过施加大气约束以加快定位收敛速度。考虑到单基准站生成的大气产品中包含了基站的硬件延迟信息，大气方程可以按照如下方式构建：
77、
78、
79、其中，下标b表示基准站；yion和ytrop分别表示电离层和对流层的约束值；ionb和ionu分别表示基准站和用户端根据klobuchar电离层模型计算得到的模型值；biasion＝-βi(d1,i,u-d2,i,u+βid1,i,b-d2,i,b为接收机端硬件延迟参数，其包含了基准站和用户端的硬件延迟信息；和为电离层和对流层约束方程的噪声。
80、为了使大气约束方程能够有效地发挥作用，引入产品精度、基线长度等指标来描述约束的强弱。基于此，约束方程的方差可分别表示为：
81、
82、其中，和分别表示电离层和对流层约束的方差；和分别为基准站电离层和对流层产品的精度；latipp,u,lonipp,u和latipp,b,lonipp,b分别为用户终端和基准站处卫星对应穿刺点的经纬度；elev为卫星高度角；baseline为基线长度。
83、步骤s45:滤波解算；
84、根据参数的性质分别建立不同的随机模型，利用卡尔曼滤波对所有待估参数进行解算。输出当前历元的位置、模糊度等参数信息，同时把解算结果提供给s46，用于模糊度固定和参数更新。
85、步骤s46：模糊度固定与参数更新；
86、ppp-rtk用户端定位模型中估计的模糊度为单差形式，若要恢复模糊度的整数特性则需要进一步进行星间差分。选取北斗和gps系统中观测条件最好的卫星作为参考星，双差模糊度可以表达为：
87、
88、其中，为双差模糊度；和分别为用户终端和基准站的星间单差模糊度；为生成相位偏差产品时引入的整数基准。
89、采用lambda方法对模糊度参数进行固定，待模糊度正确固定后，更新当前历元的位置解；于后续历元，执行s43-s46，直到所有数据解算完成。
90、综上所述，本发明基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，充分利用ppp-b2b实时卫星产品，以一种便捷易行的单站处理模式生成定位增强信息，为特殊场景下的用户终端提供模糊度快速固定的实时定位服务，显著提高ppp-b2b服务的实时应用能力和定位性能。
91、具体的，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
92、现有的ppp-b2b精密单点定位算法仅利用了服务本身提供的实时卫星轨道、钟差和码间偏差产品，需要数十分钟收敛才能得到分米级精度的定位结果，难以满足日益增加的实时高精度定位需求。模糊度固定是高精度定位的首要前提，实现ppp-b2b服务下用户终端的模糊度固定需要引入额外的增强产品，而产品的生成往往需要对大量基准站观测数据进行网解算，其解算效率较低，难以与实时ppp-b2b服务适配。本发明借助了单站处理模式在解算效率和可操作性方面的优势，充分利用ppp-b2b产品实时生成定位增强信息，为特殊场景下的用户终端提供模糊度快速固定的实时定位服务，显著提高ppp-b2b服务的实时应用能力和定位性能。
1.一种基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，其特征在于，包括服务端和用户端，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.如权利要求1所述的基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.如权利要求1所述的基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.如权利要求1所述的基于北斗ppp-b2b服务的单站ppp-rtk方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
