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DCB差分码偏差概念及应用（附RTKLIB测试对比结果）

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我是靠谱客的博主 有魅力导师，最近开发中收集的这篇文章主要介绍DCB差分码偏差概念及应用（附RTKLIB测试对比结果），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

文章目录

    • DCB概念
    • DCB文件下载
    • RTKLIB中的DCB修正
    • RTKLIB测试

DCB概念

由于卫星或接收机硬件延迟，导致不同信号的传播时间并不一致，从而产生了DCB（Differential Code Bias 差分码偏差）。DCB包括卫星端差分码偏差和接收机端差分码偏差，一般来说接收机端的DCB可以跟接收机钟差一起解算，被接收机钟差所吸收；而卫星端的DCB在精密定位中必须得到补偿。

DCB根据频率可以分为两种：

  • 频内偏差：相同频率不同码之间存在的偏差（如P1-C1、P2-C2等）
  • 频间偏差：不同频率之间存在的偏差（如P1-P2）

差分码偏差是影响电离层总电子含量(total electron content, TEC)监测和建模的主要误差源，忽略卫星和接收机DCB会导致TEC计算误差达到数十个纳秒。差分码偏差也直接影响利用伪距进行导航定位与授时的精度，其误差可达数米。因此，在电离层延迟估计、精密定位等应用中需要对DCB进行修正。

DCB文件下载

目前有两个两个机构为IGS(International GNSS Service)提供DCB产品，一是德国宇航中心(DLR)，二是位于武汉的中国科学院大地测量与地球物理研究所(IGG)。IGG计算的卫星和站偏差（BSX文件）是每天生成的，延时为2-3天，包括以下信号；
在这里插入图片描述
目前， 这些文件被归档在CDDIS：https://cddis.nasa.gov/archive/gnss/products/bias/

RTKLIB中的DCB修正

读取DCB文件

我所使用的是RTKLIB b34版本，从源码可知，目前RTKLIB只支持GPS 和GLONASS部分信号的DCB修正，DCB参数放在 nav->cbias中。

/* read DCB parameters file --------------------------------------------------*/
static int readdcbf(const char *file, nav_t *nav, const sta_t *sta)
{
    FILE *fp;
    double cbias;
    char buff[256],str1[32],str2[32]="";
    int i,j,sat,type=0;
    
    trace(3,"readdcbf: file=%sn",file);
    
    if (!(fp=fopen(file,"r"))) {
        trace(2,"dcb parameters file open error: %sn",file);
        return 0;
    }
    while (fgets(buff,sizeof(buff),fp)) {
        
        if      (strstr(buff,"DIFFERENTIAL (P1-P2) CODE BIASES")) type=1;
        else if (strstr(buff,"DIFFERENTIAL (P1-C1) CODE BIASES")) type=2;
        else if (strstr(buff,"DIFFERENTIAL (P2-C2) CODE BIASES")) type=3;
        
        if (!type||sscanf(buff,"%s %s",str1,str2)<1) continue;
        
        if ((cbias=str2num(buff,26,9))==0.0) continue;
        
        if (sta&&(!strcmp(str1,"G")||!strcmp(str1,"R"))) { /* receiver DCB */
            for (i=0;i<MAXRCV;i++) {
                if (!strcmp(sta[i].name,str2)) break;
            }
            if (i<MAXRCV) {
                j=!strcmp(str1,"G")?0:1;
                nav->rbias[i][j][type-1]=cbias*1E-9*CLIGHT; /* ns -> m */
            }
        }
        else if ((sat=satid2no(str1))) { /* satellite dcb */
            nav->cbias[sat-1][type-1]=cbias*1E-9*CLIGHT; /* ns -> m */
        }
    }
    fclose(fp);
    
    return 1;
}

单点定位中的DCB修正
从源码可知，RTKLIB会将GPS和GLONASS的C1伪距信号通过DCB修正到P1，将C2伪距信号通过DCB修正到P2。由于GPS广播星历的卫星钟差参数以L1P(Y)和L2P(Y)消电离层组合为参考基准，所以不用再及进行P1、P2之间的的DCB修正。

如果没有DCB，可以使用TGD参数修正不同信号的延迟。与IGS提供的DCB产品相比，TGD参数精度不高且更新频次较低(如GPS TGD参数平均每4个月更新一次)。但由于TGD参数能够通过广播星历实时获取，因此可以用来提高实时定位精度。具体如何使用TGD对信号进行修正，可以参考每个卫星系统的ICD，里面写得比较清楚。

/* iono-free or "pseudo iono-free" pseudorange with code bias correction -----*/
static double prange(const obsd_t *obs, const nav_t *nav, const prcopt_t *opt,
                     double *var)
{
    double P1,P2,gamma,b1,b2;
    int sat,sys;
    
    sat=obs->sat;
    sys=satsys(sat,NULL);
    P1=obs->P[0];
    P2=obs->P[1];
    *var=0.0;
    
    if (P1==0.0||(opt->ionoopt==IONOOPT_IFLC&&P2==0.0)) return 0.0;
    
    /* P1-C1,P2-C2 DCB correction */
    if (sys==SYS_GPS||sys==SYS_GLO) {
        if (obs->code[0]==CODE_L1C) P1+=nav->cbias[sat-1][1]; /* C1->P1 */
        if (obs->code[1]==CODE_L2C) P2+=nav->cbias[sat-1][2]; /* C2->P2 */
    }
    if (opt->ionoopt==IONOOPT_IFLC) { /* dual-frequency */
        
        if (sys==SYS_GPS||sys==SYS_QZS) { /* L1-L2,G1-G2 */
            gamma=SQR(FREQL1/FREQL2);
            return (P2-gamma*P1)/(1.0-gamma);
        }
        else if (sys==SYS_GLO) { /* G1-G2 */
            gamma=SQR(FREQ1_GLO/FREQ2_GLO);
            return (P2-gamma*P1)/(1.0-gamma);
        }
        else if (sys==SYS_GAL) { /* E1-E5b */
            gamma=SQR(FREQL1/FREQE5b);
            if (getseleph(SYS_GAL)) { /* F/NAV */
                P2-=gettgd(sat,nav,0)-gettgd(sat,nav,1); /* BGD_E5aE5b */
            }
            return (P2-gamma*P1)/(1.0-gamma);
        }
        else if (sys==SYS_CMP) { /* B1-B2 */
            gamma=SQR(((obs->code[0]==CODE_L2I)?FREQ1_CMP:FREQL1)/FREQ2_CMP);
            if      (obs->code[0]==CODE_L2I) b1=gettgd(sat,nav,0); /* TGD_B1I */
            else if (obs->code[0]==CODE_L1P) b1=gettgd(sat,nav,2); /* TGD_B1Cp */
            else b1=gettgd(sat,nav,2)+gettgd(sat,nav,4); /* TGD_B1Cp+ISC_B1Cd */
            b2=gettgd(sat,nav,1); /* TGD_B2I/B2bI (m) */
            return ((P2-gamma*P1)-(b2-gamma*b1))/(1.0-gamma);
        }
        else if (sys==SYS_IRN) { /* L5-S */
            gamma=SQR(FREQL5/FREQs);
            return (P2-gamma*P1)/(1.0-gamma);
        }
        }
    else { /* single-freq (L1/E1/B1) */
        *var=SQR(ERR_CBIAS);
        
        if (sys==SYS_GPS||sys==SYS_QZS) { /* L1 */
            b1=gettgd(sat,nav,0); /* TGD (m) */
            return P1-b1;
        }
        else if (sys==SYS_GLO) { /* G1 */
            gamma=SQR(FREQ1_GLO/FREQ2_GLO);
            b1=gettgd(sat,nav,0); /* -dtaun (m) */
            return P1-b1/(gamma-1.0);
        }
        else if (sys==SYS_GAL) { /* E1 */
            if (getseleph(SYS_GAL)) b1=gettgd(sat,nav,0); /* BGD_E1E5a */
            else                    b1=gettgd(sat,nav,1); /* BGD_E1E5b */
            return P1-b1;
        }
        else if (sys==SYS_CMP) { /* B1I/B1Cp/B1Cd */
            if      (obs->code[0]==CODE_L2I) b1=gettgd(sat,nav,0); /* TGD_B1I */
            else if (obs->code[0]==CODE_L1P) b1=gettgd(sat,nav,2); /* TGD_B1Cp */
            else b1=gettgd(sat,nav,2)+gettgd(sat,nav,4); /* TGD_B1Cp+ISC_B1Cd */
            return P1-b1;
        }
        else if (sys==SYS_IRN) { /* L5 */
            gamma=SQR(FREQs/FREQL5);
            b1=gettgd(sat,nav,0); /* TGD (m) */
            return P1-gamma*b1;
    }
    }
    return P1;
}

PPP中的DCB修正
在RTKLIB的PPP中，如果有SSR修正，则使用SSR修正中对伪距进行修正；如果没有SSR，则用DCB文件的修正参数进行修正。

/* antenna corrected measurements --------------------------------------------*/
static void corr_meas(const obsd_t *obs, const nav_t *nav, const double *azel,
                      const prcopt_t *opt, const double *dantr,
                      const double *dants, double phw, double *L, double *P,
                      double *Lc, double *Pc)
{
    double freq[NFREQ]={0},C1,C2;
    int i,ix=0,frq2, sys=satsys(obs->sat,NULL);
    
    for (i=0;i<NFREQ;i++) {
        L[i]=P[i]=0.0;
        /* skip if low SNR or missing observations */
        freq[i]=sat2freq(obs->sat,obs->code[i],nav);
        if (freq[i]==0.0||obs->L[i]==0.0||obs->P[i]==0.0) continue;
        if (testsnr(0,0,azel[1],obs->SNR[i]*SNR_UNIT,&opt->snrmask)) continue;

        /* antenna phase center and phase windup correction */
        L[i]=obs->L[i]*CLIGHT/freq[i]-dants[i]-dantr[i]-phw*CLIGHT/freq[i];
        P[i]=obs->P[i]       -dants[i]-dantr[i];

        if (opt->sateph==EPHOPT_SSRAPC||opt->sateph==EPHOPT_SSRCOM) {
            /* select SSR code correction based on code */
            if (sys==SYS_GPS)
                ix=(i==0?CODE_L1W-1:CODE_L2W-1);
            else if (sys==SYS_GLO)
                ix=(i==0?CODE_L1P-1:CODE_L2P-1);
            else if (sys==SYS_GAL)
                ix=(i==0?CODE_L1X-1:CODE_L7X-1);
            /* apply SSR correction */
            P[i]+=(nav->ssr[obs->sat-1].cbias[obs->code[i]-1]-nav->ssr[obs->sat-1].cbias[ix]);
        }
        else {   /* use P1-C1,P2-C2 code corrections from DCB file */
            /* P1-C1,P2-C2 dcb correction (C1->P1,C2->P2) */
            if (sys==SYS_GPS||sys==SYS_GLO) {
                if (obs->code[i]==CODE_L1C) 
                    P[i]+=nav->cbias[obs->sat-1][1];  /* C1->P1 */
                if (obs->code[i]==CODE_L2C||obs->code[i]==CODE_L2X||
                     obs->code[i]==CODE_L2L||obs->code[i]==CODE_L2S) 
                        P[i]+=nav->cbias[obs->sat-1][2]; /* C2->P2 */
            }
        }
    }
    /* choose freqs for iono-free LC */
    *Lc=*Pc=0.0;
    frq2=L[1]==0?2:1;  /* if L[1]==0, try L[2] */
    if (freq[0]==0.0||freq[frq2]==0.0) return;
    C1= SQR(freq[0])/(SQR(freq[0])-SQR(freq[frq2]));
    C2=-SQR(freq[frq2])/(SQR(freq[0])-SQR(freq[frq2]));
    
    if (L[0]!=0.0&&L[frq2]!=0.0) *Lc=C1*L[0]+C2*L[frq2];
    if (P[0]!=0.0&&P[frq2]!=0.0) *Pc=C1*P[0]+C2*P[frq2];
}

RTKLIB测试

测试采用已知精密位置的CORS站数据。数据来源、RTKLIB配置和之前的PPP测试博客“RTKlib 后处理静态PPP性能分析测试”中基本一致。

测试中只用两个小时的GPS的数据，比较使用DCB文件和不使用DCB文件情况下，前向PPP精度。从下图中的定位结果来看，有DCB修正PPP收敛得比较平稳、比较快。

将前向PPP最后一个定位值与CORS站精确位置进行比较，ecef误差分别为：

  • 有DCB修正：-0.0230m, 0.1382m 0.0639m
  • 无DCB修正： -0.0212m 0.0980m 0.0744m

虽然看起有DCB修正的PPP显得还稍微差一丢丢，不过有无DCB最后PPP收敛的位置只差0.0018m, -0.0402m, 0.0105m，我觉得都在PPP的精度范围内，所以收敛后的定位精度其实是比较一致的。
在这里插入图片描述

参考文献：
[1] 吴竞, et al. “BDS-2 导航电文的 TGD 参数精度及其对用户导航定位精度的影响.” 天文学进展 37.03 (2019): 337-346.
[2] 王宁波, et al. “GPS 民用广播星历中 ISC 参数精度分析及其对导航定位的影响.” (2016).

最后

以上就是有魅力导师为你收集整理的DCB差分码偏差概念及应用（附RTKLIB测试对比结果）的全部内容，希望文章能够帮你解决DCB差分码偏差概念及应用（附RTKLIB测试对比结果）所遇到的程序开发问题。

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本图文内容来源于网友提供，作为学习参考使用，或来自网络收集整理，版权属于原作者所有。
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