CN101482606B - 整周模糊度初始化装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种整周模糊度初始化装置，包括有变换装置，所述变换装置用于改变第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者。在优选的实施方式中，所述变换装置包括动作臂，所述动作臂为单根且呈直杆状，动作臂的下方设有支撑轴，所述动作臂能相对于所述支撑轴转动，通过所述动作臂的转动来改变第一、第二天线间距离矢量的方向。本发明还提供了一种整周模糊度初始化方法。本发明提供的整周模糊度初始化装置及方法，能解决现有技术中交换天线操作不便、困难的技术问题，能使整周模糊度的初始化易于操作，可以十分方便、快速地变换两个天线的相对位置。

Description

整周模糊度初始化装置及方法

技术领域

本发明有关于载波相位测量装置及方法，特别是有关于一种载波相位测量整周模糊度的整周模糊度初始化装置及方法。

背景技术

一般而言，GPS接收机可通过两种方式进行测量：伪距测量和载波相位测量(Carrier Phase Measurements)。和伪距测量相比，载波相位测量可以获得厘米至毫米级的动态定位精度。但接收机在开始跟踪卫星信号的载波相位时，卫星发射载波至GPS信号接收机的初始相位数是一个未知数，称之为整周模糊度(Integer Ambiguity Resolution)。

为了确定模整周糊度，Remondi在1988年提出一种通过天线交换获取整周模糊度的方法。其做法为在距离基准站5到10米处选择一天线交换点，在基准点和交换点上分别设置GPS接收天线，观测2～8个时元(epcho)以后，互相交换天线，再观测2～8个时元，最后再交换回去观测2～8个时元做检核，前两次的观测值用于初始化。由于将天线位置进行互换，等价于卫星几何图形产生了较大的变化，因而基线解具有较好的稳定性，可用较小的观测值求出基线相量，从而求解出整周模糊度。这种方法实现比较简单，求解迅速，但是需要将两个天线在基准点和交换点之间来回交换，对用户而言，操作起来不够方便；并且在交换两个天线的过程中，还需严格地将整个交换过程控制在很短的几十秒时间内，以保证卫星未失锁，这将进一步增加交换天线位置的操作困难度。

又例如，于2006年8月2日授权公告的中国ZL02138711.7号专利文件也揭示了一种短基线DGPS的初始化整周模糊度的方法。该方法通过设计移动GPS接收机天线位置和提取观测数据的操作步骤、相应的数据处理方法来达到操作步骤简单、易实施，估值准确的效果。但这一方法仍需交换接收机天线的相对位置，在移动GPS接收机天线位置的过程当中，仍然存在交换天线操作不便、困难、不易保证交换过程的较短时间等相关的实际问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种整周模糊度初始化装置及方法，能解决现有技术中交换天线操作不便、困难的技术问题，使整周模糊度的初始化易于操作，可以十分方便、快速地变换两个接收天线的相对位置。

本发明的另一目的是提供一种整周模糊度初始化装置及方法，能在保持第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的一者固定不变的情况下，仅改变其中的另一者，能使计算简易且准确。

本发明提供的一种整周模糊度初始化装置，所述整周模糊度初始化装置包括有变换装置，所述变换装置用于改变第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者。

在一个优选的实施例中，所述变换装置直接与所述第一天线、第二天线相连接。通过所述变换装置仅变换第一、第二天线的相对位置，操作轻便，但要求第一、第二天线与其第一、第二主机之间的连接线要足够长，以能适应第一、第二天线的移动距离；理想的实施例，第一、第二天线与第一、第二主机之间分别采用无线连接的方式来传输数据，不会存在受连接线长度限制的问题。可以预见的，如果第一、第二主机体积相对较小，且所述第一、第二天线分别设在所述第一、第二主机上，可以考虑使变换装置连接所述第一、第二主机，使变换装置由所述第一、第二主机间接地与第一、第二天线相连接，此时在变换第一、第二天线的位置时，需要移动第一、第二主机整体来带动所述第一、第二天线移动。

在一个优选的实施例中，所述变换装置实施为单根且呈直杆状的动作臂。一方面，可以使第一、第二天线滑动地配合在所述动作臂上，第一、第二天线仅通过在动作臂上滑动，就能在保持第一、第二天线间距离矢量的方向不变的情况下，改变二者之间的距离。另一方面，所述动作臂还可以绕一个位于其下方的支撑轴转动，这样，可以通过动作臂的转动，能在保持第一、第二天线间距离矢量的距离不变的情况下，改变二者之间距离矢量的方向。仅改变第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的一者，能使计算简易且准确。当然，可以使第一、第二天线既能相对于动作臂滑动来改变二者间距离，同时通过动作臂转动来改变二者间距离矢量的方向，即同时改变距离矢量的距离和方向两个因素。

在一个优选的实施例中，所述支撑轴处在所述动作臂的一端，此方案在变换第一、第二天线的位置时，只需转动两个天线其中的一者就可以变换二者间距离矢量的方向。这样在变换方向时，位于支撑轴这一端的天线是固定不动的，两个天线间距离矢量会有一个固定的基点。

在一个优选的实施例中，所述支撑轴也可以处在所述动作臂的两端之间(优选的例如为中点处)，所述动作臂两端之间的臂体由一连接部与所述支撑轴活动连接。选择旋转轴线设置在所述动作臂的中点，能使旋转半径缩小。

在本发明中，能实现动作臂绕支撑轴旋转的连接部有多种结构，相对简易且有效的连接部包括：设在所述支撑轴顶端的枢转轴和设在与所述支撑轴活动连接的另一者(如果是动作臂与支撑轴活动连接，该另一者就是指动作臂，如果是第一天线或第二天线与支撑轴活动连接，该另一者就是指所述第一天线或者是第二天线)之上并与所述枢转轴相配合的枢转孔；显然的，根据对称原理，所述枢转轴和枢转孔的设置位置可以互换。这些方案能使动作臂在水平面内转动，其它类型的连接部，例如可以在支撑轴的端部设置口朝上的U形凹槽，所述U形凹槽的两边开设和动作臂一端的孔洞相同大小的孔洞，将一连接轴件插入在U形凹槽两边开设的孔洞以及动作臂的孔洞，即可使动作臂在竖直平面旋转，并可通过U形凹槽的底部限制动作臂的旋转角度在180°以内。另外还可以采用铰接元件来实现活动连接，能使动作臂在任何自由度上旋转，有利于适应现场的实际空间大小，避开障碍物，灵活性更佳。总之，本发明并不限制能使动作臂相对于所述支撑轴轴线转动的实施方式，任何能达成动作臂绕支撑轴所在轴线转动的结构均可采用。

进一步改进，还可以包括限位件，所述限位件可以与连接部相连接或者与所述支撑轴相连接，由限位件能够准确的控制转动角度。限位件的结构也有多种，不作限制。例如可为设在所述枢转轴外壁和所述枢转孔内壁的两组以上的凹凸配合结构，如果设置两组，就能够保证第一、第二天线转动180度，具体的组数可依第一、第二天线预定的转动角度而定。

进一步改进，所述动作臂还可设有多个定位件，这样第一、第二天线能通过连接于不同的定位件来改变二者之间的距离。所述定位件例如为等距离分布在动作臂上的定位孔、定位柱或者是定位凹槽等等，不再详述。

在前面的实施方式中，描述了动作臂是单根的情况。在本发明中，所述变换装置的动作臂也可以选择为两根，优选的，第一、第二天线滑动地配合在不同的动作臂上，这样可以依实际需要使第一、第二天线处于两个动作臂上的不同位置，来实现对两个天线间距离矢量的距离和方向这两个因素进行变换。在一个实施方式中，动作臂也可为圆形滑环，第一、第二天线通过在处于圆形滑环圆周上的不同位置来改变二间距离矢量的距离和方向；如果使两个天线始终保持在任意直径的两端，可以保证二者间的距离不变而仅改变方向。进一步，这两种类型的动作臂同样可以在其下方设置支撑轴，在支撑轴与动作臂固定连接的方案中，支撑轴仅起到将第一、第二天线架高的作用；但如果支撑轴与动作臂可转动地连接，则完全可以参考前面的实施方式，通过支撑轴来使动作臂转动，以同时改变距离矢量的距离和方向两个因素。

本发明还提供了一种使用前述整周模糊度初始化装置的整周模糊度初始化方法，包括如下步骤：

A、将第一接收机的第一天线设于所述变换装置的第一位置；将第二接收机的第二天线设在所述变换装置的第二位置；

B、分别记录第一天线在第一位置和第二天线在第二位置的观测值；

C、通过所述变换装置改变所述第一天线与所述第二天线的相对位置；

D、分别记录所述第一天线和所述第二天线相对位置变换后的观测值。

在优选的实施例中，步骤C中改变所述第一天线和第二天线的相对位置的具体步骤是在保持所述第一天线和所述第二天线间距离不变的情况下，改变第一、第二天线间距离矢量的方向，优选的，例如使所述第一天线和第二天线之间距离矢量的方向改变180°。

在优选的实施例中，步骤C中改变所述第一天线和第二天线的相对位置的具体步骤是在保持第一、第二天线间距离矢量的方向不变的情况下，改变所述第一天线和所述第二天线间距离矢量的距离。

根据上述方案，本发明相对于现有技术的效果是显著的：采用本发明的整周模糊度初始化装置，执行本发明所述的整周模糊度初始化方法，通过操作所述变换装置，例如旋转所述动作臂，或者是使第一天线、第二天线在动作臂上滑动，既能在保持第一、第二天线间距离矢量的距离不变的情况下，变换二者之间距离矢量的方向，也能够在保持第一、第二天线间距离矢量的方向不变的情况下，变换二者之间的距离，也能够同时变换第一、第二天线间距离矢量的距离和方向，可以十分方便且快速地依据实际需要任意变换第一、第二天线的相对位置，获得整周模糊度。

附图说明

图1为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例1的示意图。

图2为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例2的示意图，其中的限位件实施为限位板。

图3为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例3的示意图。

图4为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例4的示意图。

图5为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例5的示意图。

图6为本发明的限位件实施为凹凸配合结构的剖面示意图。

图7为本发明实施方式1中整周模糊度初始化装置的实施例6的示意图，其中的限位件实施为U型件(图中的双点线并不表示假想不存在，仅为了图面清楚)。

图8为本发明的整周模糊度初始化方法的流程图。

图9为本发明的整周模糊度初始化装置结合卫星信号进行整周模糊度初始化方法的原理示意图。

图10为本发明实施方式2中整周模糊度初始化装置实施例1的示意图。

图11为本发明实施方式2中整周模糊度初始化装置实施例2的示意图。

图12为本发明实施方式3中整周模糊度初始化装置实施例的示意图。

具体实施方式

实施方式1

如图1所示，本发明提供了一种整周模糊度初始化装置，该整周模糊度初始化装置2包括第一接收机20和第二接收机40。第一接收机20包括第一天线201、连接线202和第一主机203，第一天线201通过连接线202与第一主机203相连接。第二接收机40包括第二天线401、连接线402和第二主机403，第二天线401通过连接线402与第二主机403相连接。本发明的改进之处是：还包括一变换装置3，该变换装置3包括动作臂30，优选的，动作臂30为单根且呈直杆状，显然动作臂30不限于直杆状，所述第一、第二天线201、401通过所述动作臂30来改变二者间距离矢量

的距离和方向两者当中的至少一者。

如图1所示，在实施例1中，所述第一、第二天线201、401滑动地配合在动作臂30上，例如第一、第二天线201、401可通过滑动结构6滑动地配合在动作臂30上，滑动结构6包括设在所述动作臂30上的滑轨或滑槽61和设在所述第一、第二天线201、401上的滑轮(图中未示)，或者使滑轨和滑轮位置互换。当然，也可以使第一、第二天线201、401当中的一者固定在动作臂30上，仅有另一者滑动地设配合在动作臂30上。在测量时，将第一天线201设在变换装置3上的第一位置P1，第二天线401设置在变换装置3的第二位置P2，在变换第一、第二天线201、401的相对位置时，可将第一天线201滑动至第三位置P3，就可以在保持第一天线201和第二天线401间距离矢量

的方向不变的情况下，方便、快速地改变第一天线201和第二天线401间距离矢量

的距离。

如图2所示，在实施例2中，动作臂30下方设有支撑轴302，动作臂30能相对于支撑轴302作为中心轴线转动，通过所述动作臂30的转动，能够在保持第一天线201和第二天线401间距离矢量

的距离不变的情况下，仅改变第一、第二天线201、401间距离矢量

的方向。为增加动作臂30的稳定性，所述支撑轴302底部可以连接或者是一体设有底座303，当然，如果不设置底座303，可以考虑将所述支撑轴302深埋入地下，也能达到稳固的定位效果。

如图2所示，在实施例2中，所述动作臂30的两端为接合端3012和动作端3011，其中接合端3012用来与支撑轴302或者是第一或第二天线201、401相接合，动作端3011可绕支撑轴302转动，支撑轴302处在所述动作臂30的接合端3012。在本实施例中，第一位置P1位于所述动作臂30的动作端3011，第一天线201设在第一位置P1，动作臂30上可设有多个定位件，所述第一天线201通过连接于不同的定位件来改变两个天线之间的距离，定位件可实施为图3所示的等距离分布在动作臂上的定位孔91，或者是图4所示的等距离分布的定位柱92，其它的例如夹紧组件或者螺固件等也可采用。动作臂30的接合端3012由一连接部4活动地连接在所述支撑轴302上，其中的活动连接形式可为枢接或者是铰接。在动作臂30与支撑轴302活动连接的方案中，所述第二位置P2可以设在支撑轴302的顶端或者是动作臂30的接合端3012，第二天线401固定在支撑轴302的顶端或者是动作臂30的接合端3012。在测量时，可以使动作臂30旋转例如转动180°，使得第一位置P1移动至第二位置P2的右侧而处于第三位置P3，第一位置P1和第二位置P2的相对位置发生180°的变化，从而使得设在第一位置P1的第一天线201与设在第二位置P2的第二天线401间的距离矢量在保持距离大小不变的情况下，方向发生180°的变化。

在图2所示的实施例2中，动作臂30是活动地连接在支撑轴302上的，第二天线401与支撑轴302顶端固定。在图3所示的实施例3中，所述动作臂30的接合端3012也可以活动地连接在所述第二天线401上，而该第二天线401与支撑轴302固定连接，在该实施例中，第一位置P1仍然位于动作臂30的动作端3011以供第一天线201设置，第二位置P2位于支撑轴302的顶端。当然，如图4所示，在实施例4中，所述动作臂30的接合端3012也可以由紧固件7固定在所述第二天线401上，该第二天线401由一连接部4活动地连接在所述支撑轴302上，在该实施例中，第一位置P1位于动作臂30的动作端3011，第二位置P2则位于动作臂30的接合端3012。根据对称原理，支撑轴302也同样可以处于所述动作臂30的动作端3011，详细结构不再详述。

如图5所示，在实施例5中，所述支撑轴302也可处在所述动作臂30的动作端3011和接合端3012之间，例如优选的处于动作臂30的臂体中点3013，所述臂体中点3013处由一连接部4与所述支撑轴302活动连接。在该实施例中，第一、第二位置P1、P2分别位于动作臂30的动作端3011和接合端3012，第一、第二天线201、401可以通过紧固件7固定于该第一、第二位置P1、P2。这样在动作臂30绕支撑轴302为旋转轴线转动时，同样可以在保持第一、第二天线间距离不变的情况下，变换第一、第二天线201、401间距离矢量的方向。

在本发明的前述实施例中，实现活动连接的连接部4的具体结构，优选的实施为一种枢转结构。如图2所示，所述连接部4可包括设在所述支撑轴302顶端的枢转轴41和设在与所述支撑轴302活动连接的动作臂30上并与所述枢转轴302相配合的枢转孔42，当然，在一个实施例中，如果由所述第二天线401与支撑轴302枢接，则需使该枢转孔42设在第二天线401的底端，不再提供附图。根据对称原理，可以使枢转轴41和枢转孔42的位置互换，请参见图3、4、5所示，即所述连接部4包括设在所述支撑轴302顶段的枢转孔42和设在与所述支撑轴302活动连接的另一者之上并与所述枢转孔42相配合的枢转轴41；如图3、4中，是第二天线401与所述支撑轴302枢接，因此另一者是指所述第二天线401，因此枢转轴41是设在第二天线401上的；如图5所示，与支撑轴302枢接的另一者是动作臂30，因此枢转轴41是设在动作臂30上的。

在优选的实施例中，为了使动作臂30转动的更加顺畅，可以在枢转孔42中设置滚动轴承，当然，也可以采用电机带动枢转轴41，可以使转动更加方便且快速，不再提供附图。

在优选的实施例中，本发明中的动作臂30还包括有一限位件5，由限位件5限制所述动作臂30的转动角度，例如限制其转动180度的角度。在本发明中，所述限位件5可以有多种结构，如图6所示，较简易的限位件5可以实施为设在所述枢转轴41外壁和所述枢转孔42内壁的两组以上的凹凸配合结构51，此种限位件5的作用原理是使得凹凸配合结构51在枢转轴41相对于枢转孔42转动时发生微量弹性变形，在转动至凹凸配合结构51时，凸起部便会进入凹陷部中进行定位，因此，所述枢转轴41和枢转孔42要具有适当的弹性。限位件5实施为凹凸配合结构51的方案，可适合通过枢转轴和枢转孔实现枢转连接的全部方案，如图2、3、4、5、7所示的各个方案。

在优选的实施例中，如图2所示，所述限位件5可以实施为与所述动作臂30平行的限位板52，所述限位板52固定在所述支撑轴302上且位于动作臂30的一侧，在未换位之前，动作臂30的前侧面3014可由所述限位板52挡止，而在动作臂30转动180度以后，所述动作臂302的后侧面3015便会受到限位板502的挡止而起到限位的作用。限位件5实施为限位板52的方案，适合于支撑轴302设在动作臂30一端的技术方案。

在优选的实施例中，如图7所示，所述限位件5实施为一个U型件53，所述U型件53包括与所述动作臂30平行的侧板531、从所述侧板531的上下端分别延伸的且与所述支撑轴302垂直的上板532和下板533，动作臂30夹设在所述上板532和下板533之间，可采用固定件(例如螺钉等)将下板533或者是侧板531固定在所述支撑轴302上并保持位置固定，这样整个U型件53就可以保持与枢接轴41的相对关系，使U型件53相对枢接轴41不发生移动。在上板532和下板533上设有与所述动作臂30的枢转孔42相对应的贯穿孔5321、5331，以使枢转轴41能够穿过。在组装该U型件53时，如图7所示，支撑轴302顶端的枢转轴41分别穿过下板533的贯穿孔5331、动作臂30的枢转孔42、上板532的贯穿孔5321，使动作臂30可绕枢转轴41旋转。当动作臂30旋转到一定角度时，U型件53的侧板531即可切合于动作臂30的前、后侧面，由此可以限制动作臂30的旋转角度，使动作臂30的旋转角度最大为180°，较佳地，U型件53的侧板531的宽度W2大于动作臂30的宽度W1，以实现可靠的限位作用。在该实施例，放置第二天线401的第二位置P2可以选择设在该限U型件53的上板532上。限位件5实施为U型件53的方案，也比较适合于支撑轴302设在动作臂30一端的技术方案。

当然，实际应用中，也可依据实际需要任意地活动连接支撑轴302与动作臂30，只要能达到可使第一天线201和第二天线401间距离矢量

距离不变的情况下，方向变换180°即可。而对于限位件5，前面优选的描述了限制180°转动的方案，但不局限于180°，可依据预定角度适当改变限位件5来限制其它角度。

如图8所示，本发明还提供了使用上述整周模糊度初始化装置2的初始化整周模糊度的方法，包括如下步骤。

步骤501：将所述第二天线401设置在整周模糊度初始化装置2的第二位置P2，当然，如果第二主机403与第二天线401是一体结构即所述第二接收机403包括了第二天线401，也可以将第二接收机403设置在该第二位置P2。在相对该第二位置P2不远处即整周模糊度初始化装置2的第一位置P1设置第一天线201，或者也可以在该第一位置P1设置第一接收机203，而该第一接收机203包括该第一天线201，从而使该第一天线201处于第一位置。较佳地，所述第一位置P1和第二位置P2的距离在5米以内。其中，第一位置P1和第二位置P2的选择依实际情况而定。

步骤502：使所述第一天线201停留在所述第一位置P1，所述第二天线401停留在所述第二位置P2，连续观测一个时段，并记录所述第一天线201和所述第二天线401的观测值。

步骤503：操作整周模糊度初始化装置2的动作臂30，现以操作图2所示的整周模糊度初始化装置2为例来进行说明，转动动作臂30使所述第一天线201和所述第二天线401变换位置，使所述第一天线201相对所述第二天线401位置发生变化，例如变换180°，并保持第一天线201和第二天线401的距离不变。

步骤504：在变换位置后的位置，即第一天线201处于第三位置P3时，第二天线401仍处在第二位置P2时再进行一段连续时段的观测，并记录所述第一天线201和第一天线401的观测值。

最后，构建相关方程，并依据上述观测值，计算出整周模糊度。如图8所示，现以动作臂30转动180度为例来进行说明。本发明使用的是双差量测(Doulble Difference Measurement)，故图9中示意了两颗卫星j和n，图9中第一接收机20和第二接收机40均为示意，图9中的第一、第二接收机20、40，其第一、第二天线201、401分别与第一、第二主机203、403为整体结构，因此第一、第二天线201、401间的距离矢量是与第一、第二接收机的距离矢量是等同的，其中E代表地面表，A代表地球质心。

第一接收机20和第二接收机40同时跟踪并锁定卫星j和卫星n，在以下说明中，下标R和K分别代表与第一接收机20和第二接收机40相关的量；上标j和n分别代表与卫星j和卫星n相关。

Φ＝λ^-1[r-I+T]+f(δt_u-δt^s)+N+ε                    (1)

式(1)为载波相位测量通用公式。式中，λ为载波波长，r是卫星到接收机的几何距离，I代表电离层延迟，T代表对流层延迟，f是载波频率，δt_u是接收机时钟差，δt^s是卫星时钟差，N为整周模糊度，ε代表由其它原因引起的噪音。

需要说明的是，在以下说明中，式(1)中的各参数都带有相应的下标和上标，下标对应接收机，上标对应卫星。

对应图9，第一接收机20对应卫星j的载波相位计算如下：

${\mathrm{\Φ}}_R^j={\mathrm{\λ}}^{-1}[r_R^j-I_R^j+T_R^j]+f({\mathrm{\δt}}_R-{\mathrm{\δt}}^j)+N_R^j+{\mathrm{\ϵ}}_R^j$

同理第一接收机20对应卫星n、第二接收机40分别对应卫星j和n的载波相位都可依据(1)得出，它们分别为

和

根据双差测量法：

$\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}=({\mathrm{\Φ}}_R^j-{\mathrm{\Φ}}_K^j)-({\mathrm{\Φ}}_R^n-{\mathrm{\Φ}}_K^n)---\left(2\right)$

其中▽△表示

是一个双差分值。

将由式(1)推出的

分别代入式(2)，第一接收机20与第二接收机40的时钟差和卫星时钟差相互抵消，同时忽略对流层和电离层延迟，得出：

$({\mathrm{\Φ}}_R^j-{\mathrm{\Φ}}_K^j)-({\mathrm{\Φ}}_R^n-{\mathrm{\Φ}}_K^n)={\mathrm{\λ}}^{-1}[(r_R^j-r_k^j)-(r_R^n-r_k^n)]+N_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}---\left(3\right)$

当第一接收机20和第二接收机40的距离远小于

时，可以相对第二接收机40线性化

如下：

$r_R^j=r_K^j+\frac{\∂r_k^j}{\∂\stackrel{\→}{\mathrm{\ρ}}}{|}_{\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_k}}\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+H.O.T---(3-1)$

其中，ρ(x，y，z)为接收机到地球质心A的距离，下标为R代表是第一接收机20到地球质心A的距离，下标为K代表是第二接收机40到地球质心A的距离，

为第一接收机20到第二接收机40的距离矢量。

$\frac{\∂r_K^j}{\∂\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_K}}=[\frac{x^j-x_k}{r_K^j},\frac{y^j-y_k}{r_K^j},\frac{z^j-z_k}{r_K^j}]=H_K^j---(3-2)$

$r_K^j=\sqrt{{(x^j-x_K)}^2+{(y^j-y_K)}^2+{(z^j-z_K)}^2}$

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}=[(x_R-x_K),(y_R-y_K),(z_R-z_K){]}^T---(3-3)$

H.O.T代表高阶展开式，可略去不计。

将式(3-2)和(3-3)代入式(3-1)，得：

$r_R^j=r_K^j+H_K^j\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+H.O.T\≈r_K^j+H_K^j\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}---\left(4\right)$

同理，可以推出

$r_R^n=r_K^n+H_K^n\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+H.O.T\≈r_K^n+H_K^n\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}---\left(5\right)$

将(4)和(5)式代入式(3)得：

$\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}=({\mathrm{\Φ}}_R^j-{\mathrm{\Φ}}_K^j)-({\mathrm{\Φ}}_R^n-{\mathrm{\Φ}}_R^n)={\mathrm{\λ}}^{-1}[(r_K^j+H_K^j\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}-r_K^j)-(r_K^n+H_K^n\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}-r_K^n)]$

$+N_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}\≈{\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+N_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}$

上式中，忽略且

由此：

$\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}={\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+N_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}$ 或 $\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}={\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+N_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}---\left(6\right)$

当按照图8所示的步骤，将第二接收机40的第二天线401放置在第二位置P2，第一接收机20的第一天线201放在第一位置P1；然后连续观测一段时间，记录观测值，并依据观测值构建方程，导出方程(6)；然后，旋转动作臂30，使其围绕支撑轴302旋转，本实施例中，该旋转是在水平平面内进行的。通过该旋转，第一接收机20的第一天线201由第一位置P1旋转到第三位置P3。旋转动作臂30的操作几十秒内即可完成，所以在卫星未失锁的情况下，由于位置改变用时极短，卫星信号参数的改变便非常小，可忽略不计。在第三位置P3连续观测第一天线201一段时间，在相应的时间段，也连续观测第二天线401，并记录观测值，由上述观测值可构建方程，得出方程(7)：

$\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{R2K}^{\mathrm{jn}}={\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{R2K}}+N_{R2K}^{\mathrm{jn}}---\left(7\right)$

其中，

表示第一接收机20的第一天线201在变换后的第三位置P3的整周模糊度，其它带有R2K下标的参数均表示第一天线201在第三位置P3相对第二天线401的参数值。

考虑到卫星n和j一直锁定，且第一天线201和第二天线401的相对位置变换180°，且保持两者之间的距离不变，所以：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{R2K}}=-\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}---\left(8\right)$

式(6)和式(7)相加，并将式(8)代入，得出：

$\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{RK}}^{\mathrm{jn}}+\▿\mathrm{\Δ}{\mathrm{\Φ}}_{R2K}^{\mathrm{jn}}={\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{RK}}}+{\mathrm{\λ}}^{-1}(H_K^j-H_K^n)\mathrm{\Δ}\stackrel{\→}{{\mathrm{\ρ}}_{R2K}}+2N_{R2K}^{\mathrm{jn}}=2N_{R2K}^{\mathrm{jn}}$

由此整周模糊数

由于观测量

和

为已知值，所以可以计算出整周模糊度。

从上可以看出：将第一天线201和第二天线401的相对位置改变180°，保持两者间的距离不变，就可以获得需要的观测值，计算出整周模糊度。综上所述，本发明的整周模糊度初始化装置，拨动动作臂30即可使第一接收机20的第一天线201相对第二接收机40的第二天线401距离矢量

大小不变，方向变化180°，进而获得整周模糊度初始化所需要的观测值，方便的确定出整周模糊度。因此无需如现有技术那样要将两个天线或两个接收机相互交换以获得位置矢量的变化，本发明操作十分简易、方便且快速。

对于第一、第二天线201、401变化角度不是180度的情况，请参考式(8)，可由实际夹角计算出两个矢量的关系并由一个矢量来代表，代入公式即可，详细的计算方法不再详述。对于实施例1中方向不变，距离变化的方案，则可直接由一个矢量代表另一个矢量，代入公式后再计算，不再详述。

实施方式2

参见图10，该实施方式与实施方式1的原理、效果和计算方法是相同的，只是变换装置3的动作臂30包括两根且均为直杆状，所述第一、第二天线201、401分别滑动地配合在所述两根动作臂30上，第一、第二天线201、401通过在所述两根动作臂201、401上滑动来改变二者之间的距离和方向当中的至少一者。

如图10所示，在实施例1中，两个动作臂30长度相等，一个动作臂30的两端为第一左端314和第一右端315，另一个动作臂的两端为第二左端316和第二右端317，两个动作臂30相互交叉而使第一左端314、第一右端315、第二左端316、第二右端317分布成矩形，其中两个动作臂30的交叉角度可以为任意角度，例如45度、90度等等。优选的，同样可在动作臂30与所述第一、第二天线201、401的底部设有相配合的滑动结构，例如在动作臂30上设置滑轨或滑槽，而第一、第二天线201、401底部设置滑轮。优选的，所述第一天线201、第二天线401分别处于所述矩形对角线的第一左端314、第二右端317，当然也可以分别处于第一右端315、第二左端316。这样，在第一天线201沿着图中的箭头F1由一个动作臂30的第一左端314滑动至第一右端315，第二天线401沿着箭头F2由另一个动作臂30的第二右端317滑动至第二左端316以后，由此达成第一天线201或第二天线401之间的位置矢量

变换180°，即由

改变为

但保持距离不变。当然，两个动作臂30的长度可以不相等，第一、第二天线201、401也不必设置在两个动作臂30的四个端点，只要处在对角线上对应的位置，就能够实现保持恒距的方向改变。如果第一、第二天线201、401在两个动作臂30上任意滑动，就可以实现非恒距的方向改变，但会使计算相对复杂，不提倡。

如图10所示，在该实施方式中，定位件除图3所示的定位孔91以外，也可实施为等距离分布在动作臂30上的定位凹槽93，其它任何能够实现第一、第二天线201、401在动作臂30上位置保持固定的定位件都可采用。

如图11所示，在实施例2中，两个动作臂30平行，所述第一天线201、第二天线401分别设在处于所述矩形对角线的第一左端314、第二右端317，在观测时，第一、第二天线201、401分别沿箭头F1、F2滑动至第一右端315、第二左端316，就能在保证距离不变的情况下，改变方向。当然，如果两个天线在两个动作臂30上任意改变位置，就会同时改变二者间的距离和方向。

实施方式3

参见图12，该实施方式与实施方式1的原理、效果和计算方法是相同的，只是变换装置3的动作臂30为圆形滑环，所述第一天线201、第二天线401分别滑动地配合在所述圆形滑环的圆周上，以改变二者之间距离矢量的距离和方向当中的至少一者。优选的，同样采用实施方式1、2中的滑动结构来实现滑动配合，不再重述。

在一个实施例中，第一、第二天线201、401可以处于圆形滑环圆周上的任意位置，通过第一、第二天线201、401在圆形滑环上任意滑动能够同时改变二间距离矢量的距离和方向。

如图12所示，在优选的实施例中，第一、第二天线201、401线始终保持在任意直径的两端，从而能在保证二者间距离矢量的距离恒定的情况下，改变距离矢量的方向。如图12所示，定位件仍可采用定位凹槽93。

实施方式4

如图1、11、12所示，该实施方式4是对实施方式1中的第一、第二天线滑动设在动作臂30上的方案以及实施方式2、3的进一步改进，是在动作臂30的下方设置支撑轴302，为使图面清楚，在图1、11、12中用双点划线绘示支撑轴302及相关连接件，在此双点线并不表示假想线。

在一个实施例中，支撑轴302与动作臂30固定连接。在图11所示的实施例中，可以使支撑轴302固定在两个动作臂30之间。在图12所示的实施例中，可以通过支架8使支撑轴302固定在圆形滑环的中心，通过支撑轴302可以起到将第一、第二天线201、401架高的作用。

在一个实施例中，支撑轴302也可以与动作臂30可转动地连接，至于支撑轴与动作臂30可转动连接的具体方案，请参考实施方式1，不再重述。这样通过支撑轴302来使动作臂30转动，可以同时改变距离矢量的距离和方向两个因素。

说明一下，在本发明中描述的变换装置，可以任意变换第一、第二天线之间的相对位置，例如可以保持第一、第二天线间距离矢量的距离不变而仅变动方向，也可以保持第一、第二天线间距离矢量的方向不变而仅变动距离，当然也可以同时变换第一、第二天线间距离矢量的距离和方向。在本发明中，虽然变换装置优选的包括了动作臂，但等同的，也可以搭建相应的工作台，在工作台上设置相应的滑动轨道，也能方便第一、第二天线的位置变换，甚至可以仅在第一、第二天线的底部设置便于动作的滑轮，可以预见的，可以使第一、第二天线分别连接有机器人手臂，由无线遥控机器人手臂来变换二者的相对位置，这些等同的变换都应属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述整周模糊度初始化装置包括有变换装置，所述变换装置用于改变第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者，

所述整周模糊度初始化装置包括第一接收机和第二接收机，所述第一、第二接收机包括所述第一、第二天线以及分别与所述第一、第二天线相连接的第一主机和第二主机；所述变换装置连接所述第一、第二天线，

所述变换装置包括动作臂，所述第一、第二天线通过所述动作臂来改变二者间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者，

所述动作臂为单根且呈直杆状，

所述动作臂的下方设有支撑轴，所述动作臂能相对于所述支撑轴转动，通过所述动作臂的转动来改变第一、第二天线间距离矢量的方向，

所述支撑轴处在所述动作臂的一端，所述动作臂与支撑轴对应的该端为接合端，另一端为动作端，

所述动作臂的接合端由一连接部活动地连接在所述支撑轴上，第一、第二天线中的一者固定在支撑轴的顶端或者是固定在动作臂的接合端，而第一、第二天线中的另一者连接在动作臂的动作端；或者所述动作臂的接合端固定于第一、第二天线当中的一者之上，第一、第二天线当中与动作臂固定的一者再由一连接部活动地连接在所述支撑轴上，而第一、第二天线中的另一者连接在动作臂的动作端，从而使所述动作臂间接地活动连接于所述支撑轴。

2.如权利要求1所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述支撑轴的下端连接有底座。

3.如权利要求1所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述连接部包括：设在所述支撑轴顶端的枢转轴和设在与所述支撑轴活动连接的另一者之上并与所述枢转轴相配合的枢转孔；或者，所述连接部包括：设在所述支撑轴顶端的枢转孔和设在与所述支撑轴活动连接的另一者之上并与所述枢转孔相配合的枢转轴。

4.如权利要求3所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，还包括限位件，由所述限位件限制所述动作臂的转动角度。

5.如权利要求4所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述限位件为设在所述枢转轴外壁和所述枢转孔内壁的两组以上的凹凸配合结构；或者，所述限位件为与所述动作臂平行的限位板，所述限位板固定在所述支撑轴上且位于所述动作臂的一侧；或者，所述限位件呈U型件，所述U型件包括与所述动作臂平行的侧板、从所述侧板的上下端分别延伸的且与所述支撑轴垂直的上板和下板，所述动作臂夹设在所述上板和下板之间，而所述U型件固定在所述支撑轴上。

6.如权利要求1所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述动作臂上设有多个定位件，所述第一、第二天线通过连接于不同的定位件来改变二者之间的距离；所述定位件为等距离分布在动作臂上的定位孔、定位柱或者是定位凹槽。

7.一种整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述整周模糊度初始化装置包括有变换装置，所述变换装置用于改变第一天线和第二天线间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者，

所述整周模糊度初始化装置包括第一接收机和第二接收机，所述第一、第二接收机包括所述第一、第二天线以及分别与所述第一、第二天线相连接的第一主机和第二主机；所述变换装置连接所述第一、第二天线，

所述变换装置包括动作臂，所述第一、第二天线通过所述动作臂来改变二者间距离矢量的距离和方向两者当中的至少一者，

所述动作臂为单根且呈直杆状，

所述动作臂的下方设有支撑轴，所述动作臂能相对于所述支撑轴转动，通过所述动作臂的转动来改变第一、第二天线间距离矢量的方向，

所述支撑轴处在所述动作臂的两端之间，所述动作臂两端之间的臂体由一连接部与所述支撑轴活动连接。

8.如权利要求7所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述支撑轴的下端连接有底座。

9.如权利要求7所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述连接部包括：设在所述支撑轴顶端的枢转轴和设在与所述支撑轴活动连接的另一者之上并与所述枢转轴相配合的枢转孔；或者，所述连接部包括：设在所述支撑轴顶端的枢转孔和设在与所述支撑轴活动连接的另一者之上并与所述枢转孔相配合的枢转轴。

10.如权利要求9所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，还包括限位件，由所述限位件限制所述动作臂的转动角度。

11.如权利要求10所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述限位件为设在所述枢转轴外壁和所述枢转孔内壁的两组以上的凹凸配合结构；或者，所述限位件为与所述动作臂平行的限位板，所述限位板固定在所述支撑轴上且位于所述动作臂的一侧；或者，所述限位件呈U型件，所述U型件包括与所述动作臂平行的侧板、从所述侧板的上下端分别延伸的且与所述支撑轴垂直的上板和下板，所述动作臂夹设在所述上板和下板之间，而所述U型件固定在所述支撑轴上。

12.如权利要求7所述的整周模糊度初始化装置，其特征在于，所述动作臂上设有多个定位件，所述第一、第二天线通过连接于不同的定位件来改变二者之间的距离；所述定位件为等距离分布在动作臂上的定位孔、定位柱或者是定位凹槽。

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