发明内容
本申请提供了一种RTK定位方法及装置,使得GNSS接收机能够同时兼容双频和三频信号数据的RTK定位。
有鉴于此,本申请第一方面提供了一种RTK定位方法,所述方法包括:
建立基于载波观测值和伪距观测值的双差观测方程,所述双差观测方程包括三频卫星信号下的三频双差观测方程或双频卫星信号下的双频双差观测方程;
采用序贯最小二乘或者卡尔曼滤波方法求解所述双差观测方程,得到卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵,所述平差值都为浮点解;
根据所述模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解及其协方差矩阵,并得到所述模糊度参数固定解对应的所述卫地距参数以及所述电离层延迟参数的固定解及其协方差矩阵;
由所述卫地距参数的浮点解或所述卫地距参数的固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系。
可选的,所述三频双差观测方程具体为:
式中,j,k表示共同卫星,r为基站,u为流动站;
表示双差伪距观测值,
表示双差载波观测值,γ
i表示观测值频率与L1频率比值的平方,λ
i表示不同载波观测值的波长,
表示L1伪距电离层延迟参数,
表示L1载波模糊度参数,
表示卫地距参数,i为频率; I
v为与电离层延迟参数相关的伪观测值;
为双差超宽巷载波观测值,
为超宽巷模糊度参数,λ
E为超宽巷载波波长,γ
E表示超宽巷载波频率与L1频率比值的平方;
为双差宽巷载波观测值,
为宽巷模糊度参数,λ
W为宽巷载波波长,γ
W表示宽巷载波频率与L1频率比值的平方。
可选的,所述双频双差观测方程具体为:
可选的,所述根据所述模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解及其协方差矩阵,具体为:
采用LAMBDA部分模糊度固定方法固定所述模糊度参数浮点解,求得模糊度参数的固定解及其协方差矩阵。
可选的,所述采用LAMBDA部分模糊度固定方法固定所述模糊度参数,求得模糊度参数的固定解,具体为:
获取所述模糊度参数的浮点解及其协方差;
标识已经固定的所述模糊度参数和未固定的所述模糊度参数,并生成未固定的所述模糊度参数的所述浮点解及其协方差;
采用LAMBDA方法固定所述模糊度参数,对新固定的所述模糊度参数进行残差检验,保存新固定的所述模糊度参数;
若已经固定的所述模糊度参数数量大于预设的阈值,则根据已经固定的模糊度参数求解卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差,得到卫地距参数和电离层延迟参数的固定解。
可选的,所述由所述卫地距参数的浮点解或所述卫地距参数的固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系,具体为:
由所述卫地距参数的浮点解和/或固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数与对流层湿延迟参数之间的线性关系:
式中,
表示所述卫地距参数的浮点解和/或者固定解,
表示卫地距参数浮点解或固定解的协方差矩阵;ΔX,ΔY,ΔZ表示基线坐标参数;T
w表示对流层湿延迟参数;
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差在地心地固坐标系X,Y,Z坐标轴分量,
表示任意卫星 s与参考卫星的星间单差对流层湿延迟映射函数。
本申请第二方面提供一种RTK定位装置,所述装置包括:
观测方程建立单元,用于建立基于载波观测值和伪距观测值的双差观测方程,所述双差观测方程包括三频卫星信号下的三频双差观测方程或双频卫星信号下的双频双差观测方程;
求解单元,用于采用序贯最小二乘或者卡尔曼滤波方法求解所述双差观测方程,得到卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵,所述平差值都为浮点解;
第一固定单元,根据所述模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解及其协方差矩阵,并得到所述模糊度参数固定解对应的所述卫地距参数以及所述电离层延迟参数的固定解及其协方差矩阵;
定位单元,用于由所述卫地距参数的浮点解或所述卫地距参数的固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系。
可选的,所述第一固定单元具体用于采用LAMBDA方法固定所述模糊度参数浮点解,求得模糊度参数的固定解及其协方差矩阵。
可选的,所述第一固定单元还包括:
获取单元,获取所述模糊度参数的浮点解及其协方差;
标识单元,标识已经固定的所述模糊度参数和未固定的所述模糊度参数,并生成未固定的所述模糊度参数的所述浮点解及其协方差;
第二固定单元,用于采用LAMBDA方法固定所述模糊度参数,对新固定的所述模糊度参数进行残差检验,保存新固定的所述模糊度参数;
生成单元,用于若已经固定的所述模糊度参数数量大于预设的阈值,则根据已经固定的模糊度参数求解卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差,得到卫地距参数和电离层延迟参数的固定解。
可选的,所述定位单元具体用于由所述卫地距参数的浮点解或固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系:
式中,
表示所述卫地距参数的浮点解和/或者固定解,
表示卫地距参数浮点解或固定解的协方差矩阵;ΔX,ΔY,ΔZ表示基线坐标参数;T
w表示对流层湿延迟参数;
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差在地心地固坐标系下X,Y,Z坐标轴分量下的方向余弦,
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差对流层湿延迟映射函数。
从以上技术方案可以看出,本申请具有以下优点:
本申请中,提供了一种RTK定位方法,包括:建立基于载波观测值和伪距观测值的双差观测方程,双差观测方程包括三频卫星信号下的三频双差观测方程或双频卫星信号下的双频双差观测方程;采用序贯最小二乘或者卡尔曼滤波方法求解双差观测方程,得到卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵,平差值都为浮点解;根据模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解及其协方差矩阵,并得到模糊度参数固定解对应的卫地距参数以及电离层延迟参数的固定解及其协方差矩阵;由卫地距参数的浮点解或卫地距参数的固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系。
本申请通过建立三频双差观测方程或双频双差观测方程,使得兼容GNSS接收机的双频和三频信号数据的RTK定位。本申请能够充分考虑了电离层延迟和对流层延迟等大气误差的影响并进行建模,使得当接收机与基准站距离的距离超过10公里时,依然能够进行模糊度固定得到厘米级固定解结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,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,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
图1为本申请一种RTK定位方法的一个实施例的方法流程图,如图1所示,图1中包括:
101、建立基于载波观测值和伪距观测值的双差观测方程,双差观测方程包括三频卫星信号下的三频双差观测方程或双频卫星信号下的双频双差观测方程;
需要说明的是,RTK定位过程中主要用到载波观测值L和伪距观测值P,对于共同卫星j和k(j为参考卫星),基站r和流动站u关于频率i的双差观测方程可以表示为:
式中,
表示双差伪距观测值,
表示对应双差伪距观测值的误差;
表示双差载波观测值,
表示对应双差载波观测值的误差;γ
i表示观测值频率与L1频率比值的平方,λ
i表示不同载波观测值的波长,
表示L1伪距电离层延迟参数,
表示载波模糊度参数,
表示卫地距参数,i为频率。
三频双差观测方程具体为:
式中,j,k表示共同卫星,r为基站数,u为流动站数;
表示双差伪距观测值,
表示双差载波观测值,γ
i表示观测值频率与L1频率比值的平方,λ
i表示不同载波观测值的波长,
表示L1伪距电离层延迟参数,
表示载波模糊度参数,
表示卫地距参数具体表示为
i为频率;I
v为与电离层参数相关的伪观测值;
为双差超宽巷载波观测值,
为超宽巷模糊度参数,λ
E为超宽巷载波波长,γ
E表示超宽巷载波频率与L1频率比值的平方;
为双差宽巷载波观测值,
为宽巷模糊度参数,λ
W为宽巷载波波长,γ
W表示宽巷载波频率与L1频率比值的平方。
双频双差观测方程具体为:
需要说明的是,卫地距参数
为动态参数,由于卫星无时无刻都在围绕地球运动,所以在不同时刻
也在发生变化。
L1模糊度参数
宽巷模糊度参数
超宽巷模糊度参数
为静态参数,即认为若模糊度参数没有发生周跳,他们在不同时刻保持相同。
电离层延迟参数
可以认为在一段时间内为静态参数,虽然电离层无时无刻也在发生变化,但其变化速率比较缓慢,可以认为在几分钟内电离层延迟参数保持不变。电离层延迟参数的方差的变化与RTK 基线长度相关,RTK基线长度越长电离层延迟参数方差越大,该过程可以采用加权模型进行控制,为每颗卫星引入如下伪观测方程:
I=0
不同基线长度伪观测值的误差σv设置不同:超短基线, 0<σv<0.01m;短基线,0.01<σv<0.1m;中长基线,0.1<σv<1.0m;超长基线,1.0m<σv<+∞。
102、采用序贯最小二乘或者卡尔曼滤波方法求解双差观测方程,得到卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵,平差值都为浮点解;
需要说明的是,求解得到的卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵为:
式中,
表示卫地距参数的平差值,
表示电离层延迟参数的平差值,
分别表示L1模糊度参数,宽巷模糊度参数以及超宽巷模糊度参数。
表示卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数中两两的协方差,其中平差值为浮点解。
103、根据模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解及其协方差矩阵,并得到模糊度参数固定解对应的卫地距参数以及电离层延迟参数的固定解及其协方差矩阵;
需要说明的是,对于超宽巷模糊度参数
超宽巷载波波长能够达到4.8m,可以直接取整得到超宽巷模糊度固定解
然后进一步得到超宽巷模糊度固定解下的卫地距参数
和电离层延迟参数
及其协方差矩阵
和
其中固定解为整数解。
对于,宽巷模糊度度参数
宽巷载波波长能够达到0.8m,若伪距观测值精度能够达到0.4m,则可以直接取整进行固定,否则可以采用LAMBDA方法进行最小二乘模糊度搜索固定。得到宽巷模糊度固定解
后,进一步得到宽巷固定解下的卫地距参数
和电离层延迟参数
及其协方差矩阵
和
对于L1模糊度参数
其载波观测值的波长在0.2m左右,采用LAMBDA方法进行最小二乘模糊度搜索并固定,得到L1模糊度参数的固定解
后,进一步得到L1模糊度参数固定解下的卫地距参数
和电离层延迟参数
及其协方差矩阵
和
104、由卫地距参数的浮点解或固定解及其协方差矩阵,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系。
需要说明的是,本申请将卫地距参数的浮点解
以及卫地距参数的固定解
统一为
即
表示卫地距参数的浮点解或者固定解;将卫地距参数的浮点解协方差矩阵
以及卫地距参数的固定解协方差矩阵
统一为
则可以建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性观测方程:
式中,
表示卫地距参数的浮点解或固定解,
表示卫地距参数浮点解或固定解的协方差矩阵;ΔX,ΔY,ΔZ表示基线坐标参数;T
w表示对流层湿延迟参数;
表示任意卫星s与参考卫星(例如,参考卫星的编号可以为1)的星间单差在ECFF(地心地固)坐标系X,Y,Z 坐标轴分量下的方向余弦,
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差对流层湿延迟映射函数。
根据以上线性观测方程,由最小二乘方法解算基线坐标参数和对流层湿延迟参数。
本申请通过建立三频双差观测方程或双频双差观测方程,使得兼容GNSS接收机的双频和三频信号数据的RTK定位。本申请能够充分考虑了电离层延迟和对流层延迟等大气误差的影响并进行建模,使得当接收机与基准站距离的距离超过10公里时,依然能够进行模糊度固定得到厘米级固定解结果。
本申请还提供了一种RTK定位方法的另一个实施例,除以上实施例外,步骤103中根据模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解,具体包括:
203、采用LAMBDA部分模糊度固定方法固定模糊度参数浮点解,求得模糊度参数的固定解及其协方差矩阵。
2031、获取模糊度参数的浮点解及其协方差;
需要说明的是,首先可以获取模糊度参数的平差值浮点解及其协方差。
2032、标识已经固定的模糊度参数和未固定的模糊度参数,并生成未固定的模糊度参数的浮点解及其协方差;
需要说明的是,本申请可以不断迭代固定模糊度参数,每一次开始固定模糊度参数时,都可以对已经固定的模糊度参数和未固定的模糊度参数进行标记,并生成未固定的模糊度参数的浮点解及其协方差;若所有的模糊度参数都已经固定,则生成模糊度参数对应的卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差。
2033、采用LAMBDA方法固定模糊度参数,对新固定的模糊度参数进行残差检验,保存新固定的模糊度参数;
需要说明的是,本申请可以采用LAMBDA方法对未固定的模糊度参数的平差值浮点解及其协方差进行搜索固定,若搜索固定成功,则对新固定的模糊度参数进行残差检验,若通过检验则保存新固定的模糊度参数;否则移除残差较大的模糊度参数及其对应的协方差,并回到步骤2032重新固定未固定的模糊度参数。
2034、若已经固定的模糊度参数数量大于预设的阈值,则根据已经固定的模糊度求解卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差,得到卫地距参数和电离层延迟参数的固定解。
需要说明的是,若已经固定的模糊度参数(超宽巷模糊度或宽巷模糊度或L1模糊度)数量大于预设的阈值,则根据已经固定的模糊度参数求解卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差,得到卫地距参数和电离层延迟参数的固定解。具体的,其固定的模糊度参数数量大于3 时,才能生成模糊度参数的固定解对应的卫地距参数和电离层延迟参数及其协方差。
其具体的流程可参考图3所示。
以上是本申请方法的实施例,本申请还包括一种RTK定位装置的实施例,如图4所示,图4中包括:
观测方程建立单元301,用于建立基于载波观测值和伪距观测值的双差观测方程,双差观测方程包括三频卫星信号下的三频双差观测方程或双频卫星信号下的双频双差观测方程;
求解单元302,用于采用序贯最小二乘或者卡尔曼滤波方法求解双差观测方程,得到卫地距参数、模糊度参数以及电离层延迟参数的平差值及其协方差矩阵,模糊度参数的平差值为浮点解;
第一固定单元303,用于根据模糊度参数的浮点解及其协方差矩阵求解模糊度参数的固定解,并得到模糊度参数固定解对应的卫地距参数以及电离层延迟参数的固定解;
定位单元304,用于由卫地距参数的浮点解或卫地距参数的固定解,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系。
在一种具体的实施方式中,第一固定单元303具体用于采用 LAMBDA方法固定所述模糊度参数浮点解,求得模糊度参数的固定解。
第一固定单元303还包括:
获取单元,获取模糊度参数的浮点解及其协方差;
标识单元,标识已经固定的模糊度参数和未固定的模糊度参数,并生成未固定的模糊度参数的浮点解及其协方差;
第二固定单元,用于采用LAMBDA方法固定模糊度参数,对新固定的模糊度参数进行残差检验,保存新固定的模糊度参数;
生成单元,用于若已经固定的模糊度参数数量大于预设的阈值,则根据已经固定的模糊度求解卫地距位置参数和电离层延迟参数及其协方差,得到卫地距参数和电离层延迟参数的固定解。
定位单元304具体用于由卫地距参数的浮点解或固定解,建立与基线坐标参数、对流层湿延迟参数之间的线性关系:
式中,
表示卫地距参数的浮点解或固定解;ΔX,ΔY,ΔZ表示基线坐标参数;T
w表示对流层湿延迟参数;
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差在X,Y,Z坐标系分量下的方向余弦,
表示任意卫星s与参考卫星的星间单差对流层湿延迟映射函数。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的***,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解,在本申请中,“至少一个(项)”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“和/或”,用于描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,“A和/或B”可以表示:只存在A,只存在B以及同时存在A和B三种情况,其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项 (个)的任意组合。例如,a,b或c中的至少一项(个),可以表示: a,b,c,“a和b”,“a和c”,“b和c”,或“a和b和c”,其中a,b,c 可以是单个,也可以是多个。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。