CN110174691A - 一种定位设备、方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

一种定位设备、方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种定位设备、方法及计算机可读存储介质，涉及定位技术领域，采用由通信单元、第一GNSS芯片及微控制单元构成的定位设备，微控制单元通过通信单元获取第k历元时基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，并基于基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，求取第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解，且对浮点定位解中的模糊度进行固定，求得模糊度对应的整数解后，利用浮点定位解和求得的整数解计算得到第一GNSS芯片的定位坐标，相比于现有技术，使定位不再依赖于高精度板卡，能够降低定位的硬件成本。

Description

一种定位设备、方法及计算机可读存储介质
技术领域
本申请涉及定位技术领域，具体而言，涉及一种定位设备、方法及计算机可读存储介质。
背景技术
当前在一些车载终端、农用机械，或者是一些载***置姿态检测的应用场景中，一般采用高精度板卡进行定位或者定向；且高精度板卡在工作时，需要提供多***多频的观测量和相关的差分定位定性方法。
但由于高精度板卡价格昂贵、功耗大，使得采用高精度板卡进行定位定向时，成本较高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种定位设备、方法及计算机可读存储介质，能够降低定位的硬件成本。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种定位方法，应用于定位设备，所述定位设备包括微控制单元，以及分别与所述微控制单元电连接的通信单元、第一全球卫星定位导航***(Global Navigation Satellite System，GNSS)芯片；所述方法包括：
所述微控制单元通过所述通信单元获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时所述第一GNSS芯片监测的卫星数据，其中，所述基站监测的卫星数据包括伪距、载波相位，所述第一GNSS芯片监测的卫星数据包括伪距、载波相位；
所述微控制单元根据所述基站对应的伪距和载波相位，以及所述第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差；
所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解；
所述微控制单元对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解；
所述微控制单元根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标。
第二方面，本申请实施例提供一种定位设备，包括微控制单元，以及分别与所述微控制单元电连接的通信单元、第一GNSS芯片；
所述微控制单元用于，通过所述通信单元获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时所述第一GNSS芯片监测的卫星数据，其中，所述基站监测的卫星数据包括伪距、载波相位，所述第一GNSS芯片监测的卫星数据包括伪距、载波相位；
所述微控制单元还用于，根据所述基站对应的伪距和载波相位，以及所述第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差；
所述微控制单元还用于，对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解；
所述微控制单元还用于，对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解；
所述微控制单元还用于，根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种定位方法。
本申请实施例提供的一种定位设备、方法及计算机可读存储介质，采用由通信单元、第一GNSS芯片及微控制单元构成的定位设备，微控制单元通过通信单元获取第k历元时基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，并基于基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，求取第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解，且对浮点定位解中的模糊度进行固定，求得模糊度对应的整数解后，利用浮点定位解和求得的整数解计算得到第一GNSS芯片的定位坐标，相比于现有技术，使定位不再依赖于高精度板卡，能够降低定位的硬件成本。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的定位设备的一种示意性结构图；
图2为本申请实施例提供的一种定位方法的一种示意性流程图；
图3为本申请实施例提供的一种定位方法的另一种示意性流程图；
图4为图3中S204的子步骤的一种示意性流程图；
图5为本申请实施例提供的一种定位方法的再一种示意性流程图；
图6为本申请实施例提供的一种定位设备的另一种示意性结构图；
图7为本申请实施例提供的一种定位方法的再一种示意性流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
随着物联网技术的发展，需要对越来越多的设备进行定位或者是定向。但如上所述，当前针对例如车载终端、农用机械，或者是一些载***置姿态检测的应用场景中，一般是采用高精度板卡对设备进行定位定向；但由于高精度板卡高昂的价格以及较大的功耗，从而导致设定定位成本较高。
基于上述缺陷，本申请实施例提供的一种可能的实现方式为：采用由GMS芯片、第一GNSS芯片及微控制单元构成的定位设备，微控制单元通过通信单元获取第k历元时基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，并基于基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，求取第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解，且对浮点定位解中的模糊度进行固定，求得模糊度对应的整数解后，利用浮点定位解和求得的整数解计算得到第一GNSS芯片的定位坐标。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的定位设备的一种示意性结构图，该定位设备包括微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、以及分别与该微控制单元电连接的通信单元和第一GNSS芯片。
其中，为降低该定位设备的成本，作为一种可能的实现方式，第一GNSS芯片可以使用单频芯片；且如图1所示，通信单元可以使用GSM(Global System for MobileCommunications，全球移动通信***)芯片。
并且，需要说明的是，在本申请实施例其他一些可能的实施方式中，上述通信单元还可以采用除GSM芯片以外的其他器件，比如CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)模块等等，只要能够使微控制单元能够通过通信单元获取第k历元时基站监测的卫星即可。
由此，基于如图1所示的定位设备，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的一种定位方法的一种示意性流程图，在采用如图1所示的定位设备进行定位时，包括以下步骤：
S201，微控制单元通过GMS芯片获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时第一GNSS芯片监测的卫星数据；
S203，微控制单元根据基站对应的伪距和载波相位，以及第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差；
S205，微控制单元对伪距双差及载波相位双差进行处理，得到第一GNSS芯片的浮点定位解；
S207，微控制单元对浮点定位解中的模糊度进行固定，获得模糊度对应的整数解；
S209，微控制单元根据浮点定位解及模糊度对应的整数解，计算得到第一GNSS芯片的定位坐标。
在本申请实施例中，定位设备以第一GNSS芯片作为移动站、基站作为参考站，且通过通信单元接收基站的卫星数据，对第一GNSS芯片所在定位的坐标进行结算，从而实现定位。
其中，值得说明的是，本申请实施例中采用的基站，可以是用户自建的测绘基站，也可以是测绘服务商建立的基站。
示例性地，定位设备具体在实现定位时，可以由微控制单元通过通信单元获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时第一GNSS芯片监测的卫星数据；其中，基站监测的卫星数据包括伪距、载波相位等，第一GNSS芯片监测的卫星数据包括伪距、载波相位等；在本申请实施例其他一些可能的应用场景中，第一GNSS芯片监测的卫星数据还可以包括导航星历等。
微控制单元根据基站监测的卫星数据以及第一GNSS芯片监测的卫星数据，确定出两者的共视卫星；比如假定基站监测的卫星数据来自卫星A、B、C、D、E，第一GNSS芯片监测的卫星数据来自卫星D、E、F、G，则基站与第一GNSS芯片两者的共视卫星为卫星D和卫星E。
且微控制单元根据设定的条件，在基站与第一GNSS芯片两者的共视卫星中选定出参考卫星；比如在上述示例中，假定微控制单元以高度角最高的共视卫星作为参考卫星，若卫星D的高度角大于卫星E的高度角，则微控制单元以卫星D作为参考卫星；若卫星E的高度角大于卫星D的高度角，则微控制单元以卫星E作为参考卫星。
由此，微控制单元根据选定的共视卫星和参考卫星，基站对应的伪距和载波相位，以及第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差。
比如在上述共视卫星包括卫星D和卫星E、且选定卫星D作为参考卫星的示例中，在计算伪距双差时，先分别计算基站和第一GNSS芯片各自监测得到的卫星D的伪距与卫星E的伪距两者的差，分别得到基站对应的伪距单差和第一GNSS芯片对应的伪距单差，然后计算基站对应伪距单差与第一GNSS芯片对应的伪距单差两者的差，从而得到伪距双差。
同理，在计算载波相位双差时，先分别计算基站和第一GNSS芯片各自监测得到的卫星D的载波相位与卫星E的载波相位两者的差，分别得到基站对应的载波相位单差和第一GNSS芯片对应的载波相位单差，然后计算基站对应的载波相位单差与第一GNSS芯片对应的载波相位单差两者的差，从而得到载波相位双差。
由此，微控制单元根据计算得到的伪距双差和载波相位双差，对伪距双差和载波相位双差进行处理，从而得到第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解。
根据S205计算得到的第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解中包含有第一GNSS芯片的真实坐标(x,y,z)以及模糊度；其中，对于浮点定位解中的模糊度，微控制单元可以对该浮点定位解中的模糊度进行固定，从而得到模糊度对应的整数解；由此，根据固定浮点定位解中模糊度得到的整数解，微控制单元根据浮点定位解及获得的模糊度对应的整数解，计算得到该第一GNSS芯片的定位坐标。
可见，基于上述设计，本申请实施例提供的一种定位方法，采用由通信单元、第一GNSS芯片及微控制单元构成的定位设备，微控制单元通过GMS芯片获取第k历元时基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，并基于基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，求取第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解，且对浮点定位解中的模糊度进行固定，求得模糊度对应的整数解后，利用浮点定位解和求得的整数解计算得到第一GNSS芯片的定位坐标，相比于现有技术，使定位不再依赖于高精度板卡，能够降低定位成本。
需要说明的是，假定基站为测站r，第一GNSS芯片为测站1，则在t1时刻p、q两颗卫星的伪距双差方程可表示为：
式中：P为伪距观测值，f为载波频率，c为光速，ρ为卫星到测站的距离，Vion为电离层误差，Vtrop为对流层误差。
另外，载波相位双差方程则可以表示为：
式中：为载波相位观测值，N为载波相位模糊度。
在短基线的条件下，即第一GNSS芯片作为测站1，且与作为测站r的基站两者的距离较近时(比如小于10km)，上述公式(1)和公式(2)两个双差方程中，均可以忽略掉电流层和对流层的影响；且如上述，可以通过S203根据观测值求得t1时刻的伪距双差和载波相位双差因此，上述公式(1)和公式(2)中的未知量仅有卫星到测站的距离ρ和载波相位模糊度N。
另外，可选地，在执行S205时，可以基于卡尔曼滤波(Kalmanfiltering)算法，微控制单元利用卡尔曼滤波算法对伪距双差和载波相位双差进行处理，得到第一GNSS芯片的浮点定位解的过程。
其中，作为一种可能的实现方式，本申请实施例中，卡尔曼滤波的***方程可以为：
式中：x、y、z分别表示第一GNSS芯片定位坐标的位置参数，分别表示第一GNSS芯片的速度参数，分别表示载波相位双差模糊度；
且为卡尔曼滤波***方程的状态转移矩阵，In表示n阶单位矩阵，ΔT表示历元的时间间隔；
且Γk-1为卡尔曼滤波***方程的噪声系数矩阵；
wk-1为设定的过程噪声向量；
ykP和分别为伪距双差观测向量和载波相位双差观测向量；
Hk为卡尔曼滤波***方程的测量系数矩阵，λ为载波波长，且有： 为伪距双差观测值；
为载波相位双差观测值；
vk为观测噪声。
由此，在执行S205进行卡尔曼滤波时：
得到的状态预测为：
式中，表示k-1历元状态向量滤波值，表示k历元状态向量预测值，为k-1历元状态向量方差滤波值，为k历元状态向量方差的预测值，Qk-1为k-1历元的过程噪声。
另外，得到的测量更新为：
式中，kk为增益矩阵，Rk为观测噪声vk的方差，为k历元状态向量的滤波值，为k历元状态向量方差的滤波值。
其中，上述Rp表示伪距的测量方差阵，表示载波相位观测值的测量方差阵，且有k为伪距与载波相位的测量精度比例；且有：
式中，为参考站(基站)参考卫星非差观测值的方差，为流动站(第一GNSS芯片)参考卫星非差观测值的方差，为固定站(基站)第i颗卫星非差观测值的方差，为流动站(第一GNSS芯片)第i颗卫星非差观测值的方差；另外，非差观测值的方差计算公式为：
σ＝a2+b2/(sin(el))2，
式中，a、b均为设定的系数，el为对应卫星的高度角。
另外，可选地，在实现上述S207时，可以基于LAMADA算法，微控制单元以LAMBDA算法对浮点定位解中的模糊度进行固定，获得模糊度对应的整数解。
其中，采用LAMADA算法对模糊度进行固定的实现过程可简化为两个主要步骤：模糊度去相关以及模糊度整数最小二乘离散搜索。其原理是通过整数变换和降相关来缩小模糊度的搜索空间，从而提高搜索效率。
假定，在上述通过卡尔曼滤波算法中求得的模糊度的实数解为且协因数阵为
可选地，作为一种可能的实现方式，在本申请实施例中，LAMBDA算法搜索的目标函数可以设置为：
式中，N∈Zn，为浮点定位解中模糊度的实数解，为浮点定位解中模糊度的实数解的协因数阵。
其中，对实数解的协因数阵进行Cholesky分解后可得：
式中，L为下三角矩阵，D为对角矩阵。
计算实数解的整数高斯变换及Z变换：
其中，Z为整数变换矩阵，z为变换后的模糊度向量，通过整数高斯变换后，求解满足下式的整数组合：
z＝(z1,z2,…,zn)，
式中，
则求解用于确定模糊度搜索空间的J为：
式中，znint为最接近的整数。
在椭球中搜索使下面二次型最小的模糊度组合z，：
采用上述LAMBDA算法固定模糊度的方式，降低了模糊度参数之间的相关性，缩小了模糊度的搜索空间，从而避免了大量错误模糊度候选值被引入计算的过程，减小了模糊度解算过程的运算量，提高了模糊度搜索的效率。
在一些应用场景中，若获得的载波相位双差出现周跳等情况，则可能导致对第一GNSS芯片定位得到的定位坐标不精确。
因此，可选地，作为一种可能的实现方式，请参阅图3，图3为本申请实施例提供的一种定位方法的另一种示意性流程图，在图2所示流程步骤的基础上，在执行S205之前，该定位方法还包括以下步骤：
S204，微控制单元对载波相位双差进行周跳检验；若检验通过，则执行S205，若检验不通过，则执行S206，并以执行S206后的结果执行S205。
S206，微控制单元更新载波相位双差。
在本申请实施例中，通过对载波相位双差进行周跳检验，以确定对第一GNSS芯片定位解算得到的定位坐标足够精确。其中，若对载波相位双差进行周跳检验通过，则确定利用该载波相位双差进行解算得到的定位坐标能够满足精度要求，此时直接执行S205；反之，若对载波相位双差进行周跳检验不通过，则当前的载波相位双差不能够满足解算得到定位坐标的精度要求，此时执行S206，对载波相位双差进行更新，并以更新后的载波相位双差执行S205，即以更新后的载波相位双差并结合伪距双差用于卡尔曼滤波算法进行解算，得第一GNSS芯片的浮点定位解。
可选地，为实现S204，请参阅图4，图4为图3中S204的子步骤的一种示意性流程图，作为一种可能的实现方式，S204可以包括以下子步骤：
S204-1，微控制单元对多个时间序列的载波相位双差观测值进行拟合，得到拟合观测值；
S204-2，微控制单元判断拟合观测值与载波相位双差两者的差值是否达到载波相位阈值；若达到，则周跳检验不通过；若未达到，则周跳检验通过。
在本申请实施例中，假定多个时间序列的载波相位双差分别为：可以采用多项式拟合的方式得到载波相位双差随时间序列变化的拟合观测值，从而将载波相位双差随时间序列变化的拟合观测值与实际观测的载波相位双差两者的差值与载波相位阈值进行比对，若拟合观测值与实际观测的载波相位双差两者的差值达到载波相位阈值，则确定周跳检验不通过；反之，若拟合观测值与实际观测的载波相位双差两者的差值未达到载波相位阈值，则确定周跳检验通过。
另一方面，作为一种可能的实现方式，在执行S206时，微控制单元可以按照下述公式更新载波相位双差：
其中，为tk历元时刻更新后的载波相位双差，f为卫星的载波频率，c为光速，为tk历元时刻的伪距双差。
即：对于出现周跳时刻的载波相位双差，利于上述公式进行更新，从而消除载波相位双差中出现的周跳。
值得说明的是，上述仅为示意，提出一种可能的更新载波相位双差的方式，在本申请实施例其他一些可能的应用场景中，还可以采用其他的方式更新载波相位双差，比如采用滑动平均算法进行滤波、或者是对于出现周跳时刻的载波相位双差，邻近时刻载波相位双差的均值进行替换等等，只要能够更新载波相位双差，避免出现周跳即可。
可见，基于上述设计，本申请实施例提供的一种定位方法，通过对载波相位双差进行周跳校验，以确定载波相位双差中是否出现周跳，并在载波相位双差出现周跳时，更新载波相位双差，避免用于解算得到的第一GNSS芯片定位坐标受到载波相位双差中出现的周跳影响。
另外，为确保LAMBDA算法模糊搜索的正确性，作为一种可能的实现方式，请参阅图5，图5为本申请实施例提供的一种定位方法的再一种示意性流程图，在图2及图3所示流程步骤的基础上，在执行S209之前，该定位方法还包括以下步骤：
S208，微控制单元根据Ratio检测算法对模糊度对应的整数解进行检测；若检测通过，则执行S209；反之，若监测不通过，则微控制单元丢弃该模糊度对应的整数解。
在本申请实施例中，微控制单元可以在搜索空间中搜索两组模糊度的解N1和N2，分别计算：
并计算两者的比值若大于设定阈值时，则认为N1对应的模糊度组合为较为精确的模糊度组合，此时确认检测通过，执行S209；反之，若小于或等于该设定阈值，则认为检测不通过，此时则微控制单元丢弃该模糊度对应的整数解。
上述应用场景为进行定位的需求，而在其他一些应用场景中，在定位的基础上，还可能会存在定向的需求。
因此，为满足定向需求，请参阅图6，图6为本申请实施例提供的一种定位设备的另一种示意性结构图，在图1的基础上，该定位设备还包括第二GNSS芯片，第二GNSS芯片同样与微控制单元电连接。
其中，作为一种可能的实现方式，为降低该定位设备的成本，第二GNSS芯片可以采用单频芯片。
基于如图6所示的定位设备，请参阅图7，图7为本申请实施例提供的一种定位方法的再一种示意性流程图，在图2的基础上，该定位方法还包括以下步骤：
S211，微控制单元根据第一GNSS芯片对应的伪距和载波相位、以及第二GNSS芯片监测的伪距和载波相位，构建双差微分方程；
S213，微控制单元根据设定基线长度作为双差微分方程的约束条件，得到相对位置向量；
S215，微控制单元根据相对位置向量，得到基线航向角。
在本申请实施例中，基于本申请上述实施例获取第一GNSS芯片定位坐标的基础上，以第一GNSS芯片的定位坐标为基准点，采用例如S201、S203相同的方式，由微控制单元根据第一GNSS芯片对应的伪距和载波相位、以及第二GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算得到获得的伪距双差和载波相位双差，构建双差微分方程。
具体构成方式如上述公式(1)和公式(2)，区别仅在于，上述公式(1)和公式(2)是以基站为测站r，第一GNSS芯片为测站1，而在定向时构建的双差方程，是以第一GNSS芯片为测站1、第二GNSS芯片为测站2，则构建的双差方程可表示为：
同理，在上述式中，由于在同一定位设备中，第一GNSS芯片与第二GNSS芯片两者的距离较近(不会超过10km)，因此均可以忽略掉电流层和对流层的影响，即和均可以视为0。
其中，在第二GNSS芯片的初始位置处采用泰勒级数展开，略去高项后，得到双差微分误差方程表示为：
上述公式(5)及公式(6)中，表示误差方程的误差项，(xp,yp,zp)为卫星p的位置，(xq,yq,zq)为卫星q的位置，为双差模糊度，为观测值与未知参数近似值求得的计算值之差，(δx2,δy2,δz2)为初始位置的改正数。
假定第一GNSS芯片的定位坐标为(x1,y1,z1)，第二GNSS芯片的近似位置为(x2,y2,z2)，则将表征第一GNSS芯片与第二GNSS芯片的距离作为设定基线长度L，得到的基线长约束方程为：
L＝(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2 (7)
由此，结合上述公式(5)和公式(6)，将公式(7)在第二GNSS芯片初始位置处采用泰勒级数展开，并略去高项后得到：
式中，为观测值与未知参数近似值求得的计算值之差。
然后采用例如最小二乘法的方式求解上述公式(8)，得到表征第一GNSS芯片与第二GNSS芯片的连线方向的相对位置向量，从而再根据相对位置向量的指向，求得基线航向角，实现定向。
可见，基于上述设计，本申请实施例提供的一种定位方法，在获得的第一GNSS芯片的定位坐标基础上，将第一GNSS芯片与第二GNSS芯片两者的距离作为约束条件，并结合第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，以及第二GNSS芯片监测的伪距和载波相位，构建得到的双差微分方程，从而求得表征第一GNSS芯片与第二GNSS芯片的连线方向的相对位置向量，进而得到基线航向角，实现定向，降低定向的硬件成本。
值得说明的是，上述实现方式仅为示意，在获得第一GNSS芯片的基础上，结合测量第二GNSS芯片与第一GNSS芯片的相对位置向量，从而实现定向的目的，在本申请实施例其他一些可能的实现方式中，还可以采用例如对第一GNSS芯片进行定位坐标计算的方式，对第二GNSS芯片进行定位坐标的计算，从而根据定位第一GNSS芯片得到的定位坐标以及定位第二GNSS芯片得到的定位坐标进行定向的计算，这取决于具体的应用场景或者是对定位设备不同的设置而定，只要能利用第一GNSS芯片和第二GNSS芯片实现定向的目的即可。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。
也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本申请实施例提供的一种定位设备、方法及计算机可读存储介质，采用由通信单元、第一GNSS芯片及微控制单元构成的定位设备，微控制单元通过通信单元获取第k历元时基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，并基于基站和第一GNSS芯片各自监测的卫星数据，求取第一GNSS芯片定位坐标的浮点定位解，且对浮点定位解中的模糊度进行固定，求得模糊度对应的整数解后，利用浮点定位解和求得的整数解计算得到第一GNSS芯片的定位坐标，相比于现有技术，使定位不再依赖于高精度板卡，能够降低定位的硬件成本。
并且，还通过对载波相位双差进行周跳校验，以确定载波相位双差中是否出现周跳，并在载波相位双差出现周跳时，更新载波相位双差，避免用于解算得到的第一GNSS芯片定位坐标受到载波相位双差中出现的周跳影响。
另外，在获得的第一GNSS芯片的定位坐标基础上，将第一GNSS芯片与第二GNSS芯片两者的距离作为约束条件，并结合第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，以及第二GNSS芯片监测的伪距和载波相位，构建得到的双差微分方程，从而求得表征第一GNSS芯片与第二GNSS芯片的连线方向的相对位置向量，进而得到基线航向角，实现定向，降低定向的硬件成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种定位方法，其特征在于，应用于定位设备，所述定位设备包括微控制单元，以及分别与所述微控制单元电连接的通信单元、第一全球卫星定位导航***GNSS芯片；所述方法包括：
所述微控制单元通过所述通信单元获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时所述第一GNSS芯片监测的卫星数据，其中，所述基站监测的卫星数据包括伪距、载波相位，所述第一GNSS芯片监测的卫星数据包括伪距、载波相位；
所述微控制单元根据所述基站对应的伪距和载波相位，以及所述第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差；
所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解；
所述微控制单元对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解；
所述微控制单元根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解的步骤，包括：
所述微控制单元利用卡尔曼滤波算法对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的所述浮点定位解；
其中，所述卡尔曼滤波的***方程为：
式中，下标k和k-1分别表示k历元和k-1历元；x、y、z分别表示所述第一GNSS芯片定位坐标的位置参数，分别表示所述第一GNSS芯片的速度参数，分别表示载波相位双差模糊度；为所述卡尔曼滤波***方程的状态转移矩阵，Γk-1为所述卡尔曼滤波***方程的噪声系数矩阵；wk-1为设定的过程噪声向量；ykP和分别为伪距双差观测向量和载波相位双差观测向量；Hk为所述卡尔曼滤波***方程的测量系数矩阵，vk为观测噪声。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微控制单元对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解的步骤，包括：
所述微控制单元以LAMBDA算法对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解；
其中，所述LAMBDA算法搜索的目标函数为：
式中，N∈Zn，为所述浮点定位解中模糊度的实数解，为所述浮点定位解中模糊度的实数解的协因数阵。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解的步骤之前，所述方法还包括：
所述微控制单元对所述载波相位双差进行周跳检验；
若检验通过，则执行所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解的步骤；
若检验不通过，则所述微控制单元更新所述载波相位双差，并以所述更新后的载波相位双差执行所述微控制单元对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微控制单元对所述载波相位双差进行周跳检验的步骤，包括：
所述微控制单元对多个时间序列的载波相位双差观测值进行拟合，得到拟合观测值；
所述微控制单元判断所述拟合观测值与所述载波相位双差两者的差值是否达到载波相位阈值；
若达到，则周跳检验不通过；若未达到，则周跳检验通过。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述微控制单元更新所述载波相位双差的公式为：
式中，为tk历元时刻更新后的载波相位双差，f为卫星的载波频率，c为光速，为tk历元时刻的伪距双差。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，在所述微控制单元根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标的步骤之前，所述方法还包括：
所述微控制单元根据Ratio检测算法对所述模糊度对应的整数解进行检测；
若检验通过，则执行所述微控制单元根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标的步骤；
若检验不通过，则所述微控制单元丢弃所述模糊度对应的整数解。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位设备还包括第二GNSS芯片，所述第二GNSS芯片与所述微控制单元电连接；所述方法还包括：
所述微控制单元根据所述第一GNSS芯片对应的伪距和载波相位、以及所述第二GNSS芯片监测的伪距和载波相位，构建双差微分方程；
所述微控制单元根据设定基线长度作为所述双差微分方程的约束条件，得到相对位置向量，其中，所述设定基线长度表征所述第一GNSS芯片与所述第二GNSS芯片的距离，所述相对位置向量表征所述第一GNSS芯片与所述第二GNSS芯片的连线方向；
所述微控制单元根据所述相对位置向量，得到基线航向角。
9.一种定位设备，其特征在于，包括微控制单元，以及分别与所述微控制单元电连接的通信单元、第一全球卫星定位导航***GNSS芯片；
所述微控制单元用于，通过所述通信单元获取第k历元时基站监测的卫星数据、以及获取第k历元时所述第一GNSS芯片监测的卫星数据，其中，所述基站监测的卫星数据包括伪距、载波相位，所述第一GNSS芯片监测的卫星数据包括伪距、载波相位；
所述微控制单元还用于，根据所述基站对应的伪距和载波相位，以及所述第一GNSS芯片监测的伪距和载波相位，分别计算获得伪距双差和载波相位双差；
所述微控制单元还用于，对所述伪距双差及所述载波相位双差进行处理，得到所述第一GNSS芯片的浮点定位解；
所述微控制单元还用于，对所述浮点定位解中的模糊度进行固定，获得所述模糊度对应的整数解；
所述微控制单元还用于，根据所述浮点定位解及所述模糊度对应的整数解，计算得到所述第一GNSS芯片的定位坐标。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。
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