CN109116394A - 一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法 - Google Patents

一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，先确定不同卫星的高度角和观测值权重，得到不同组合观测值的随机模型。先组成双差的宽巷组合方程，将双差宽巷整周模糊度固定后的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对虚拟的双差伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算；根据固定的双差宽巷和窄巷整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位解算，得到实时动态定位坐标。本发明中的方法通过将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，较好地削弱电离层残差影响，并提高伪距观测的精度，从而令本发明中的方法可实现不同长度基线的实时动态定位的无缝连接。

Description

一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法
技术领域
本发明涉及实时动态定位技术领域，尤其涉及一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法。
背景技术
实时动态差分定位(Real Time Kinematic,RTK)是一种高精度的卫星导航定位方法。用户可以实时获得厘米级的定位结果，因此在控制测量、变形监测等高精度工程领域中得到广泛应用。RTK常规数据处理方式有两种，一种是单频伪距和载波相位组合，其适用于短基线用户；另外一种是伪距和载波相位无电离层组合，适用于长基线用户。目前，尚无方案可实现对不同长度基线的RTK定位数据的统一处理，及对不同长度基线的RTK定位性能的无缝切换。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，以解决现有技术中不能对不同长度基线定位性能进行无缝连接的问题。
一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，包括：
获取用户站与参考卫星连线的高度角θyc，获取基准站与参考卫星连线的高度角θjc；获取所述用户站与每个非参考卫星连线的高度角θi1，获取所述基准站与每个非参考卫星连线的高度角θi2；所述非参考卫星为除参考卫星以外的所述用户站和所述基准站的共视卫星；θi1表示所述用户站与第i个非参考卫星连线的高度角，θi2表示所述基准站与第i个非参考卫星连线的高度角；将θyc与θjc的平均值确定为所述用户站和所述基准站的参考卫星高度角的平均值Er，将θi1与θi2的平均值确定为所述用户站和所述基准站的第i个非参考卫星高度角的平均值Ei；
将宽巷组合观测值的权重确定为将无电离层组合相位观测值的权重确定为将无电离层组合伪距观测值的权重确定为将原始伪距观测值的权重确定为P，将原始相位观测值的权重确定为10000*P；
根据多个高度角和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合观测值的随机模型；
获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历；
根据不同组合观测值的随机模型、用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解；
根据双差宽巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法搜索双差宽巷模糊度的整数解，得到双差宽巷整周模糊度的最优解和双差宽巷整周模糊度的次优解；
判断所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率大于等于2时，将所述双差宽巷整周模糊度用最优解组合进行固定；
将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解；
根据双差窄巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法搜索双差窄巷模糊度的整数解，得到所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解；
判断所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第二判断结果；
当所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率大于等于2时，将所述双差窄巷整周模糊度用最优解组合进行固定；
根据固定的双差宽巷整周模糊度和固定的双差窄巷整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位解算，得到实时动态定位坐标。
可选的，所述的方法还包括根据Er和Ei采用高度角定权法得到第i个历元的协因数矩阵Di，
根据多个协因数矩阵和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合的双差观测值的权矩阵C。
可选的，所述获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，具体包括：
获取用户站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取基准站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取广播星历。
可选的，所述对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解，具体包括：
采用最小二乘平差法对双差伪距观测方程(1)和相位宽巷组合观测方程(2)进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解；
其中，
公式(1)和(2)中为双差运算符号，i表示第i个用户站和基准站的共视卫星，j表示第j个用户站和基准站的共视卫星，A表示用户站，B表示基准站，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星的距离，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星信号传播路径上的电离层延迟一阶项误差，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星对应的对流层湿延迟投影系数作差后的平均数；表示A、B两测站的平均天顶对流层湿延迟，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值的测量噪声，λW为宽巷波长，表示A、B两测站共视第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷模糊度；f1表示第i共视卫星的相位观测值的频率值，f2表示第j共视卫星的相位观测值的频率值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值的测量噪声。
可选的，所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解，具体包括：
所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程(3)；
采用最小二乘平差法对所述虚拟的伪距观测方程(3)和载波相位无电离层组合观测方程(4)进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解；
其中，
公式(3)和(4)中λIF表示无电离层组合观测值波长，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合模糊度，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值的测量噪声，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的L1模糊度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，用户站和基准站的参考卫星高度角的平均值Er及第i个非参考卫星高度角的平均值Ei采用高度角定权法得到不同卫星不同类型的双差观测值的权矩阵C，进而得到不同组合观测值的随机模型；对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，将双差宽巷整周模糊度固定；将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，固定双差窄巷整周模糊度；根据固定的双差宽巷整周模糊度和固定的双差载波相位整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位解算，得到实时动态定位坐标。本发明中提供的方法通过将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，可以较好地削弱电离层残差影响，从而令本发明中的方法可实现不同长度基线的实时动态定位的无缝连接。
本发明中提供的方法通过将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，还加快了模糊度和坐标参数的分离，提高了浮点解的精度，从而提高了实时动态定位精度和收敛速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的适用于不同长度基线的实时动态定位方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，以解决现有技术中不能对不同长度基线定位性能进行无缝连接的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的适用于不同长度基线的实时动态定位方法流程图。如图1所示，该方法包括：
步骤S101：获取用户站与参考卫星连线的高度角θyc，获取基准站与参考卫星连线的高度角θjc；获取所述用户站与每个非参考卫星连线的高度角θi1，获取所述基准站与每个非参考卫星连线的高度角θi2；所述非参考卫星为除参考卫星以外的所述用户站和所述基准站的共视卫星；θi1表示所述用户站与第i个非参考卫星连线的高度角，θi2表示所述基准站与第i个非参考卫星连线的高度角。
步骤S102：将θyc与θjc的平均值确定为所述用户站和所述基准站的参考卫星高度角的平均值Er，将θi1与θi2的平均值确定为所述用户站和所述基准站的第i个非参考卫星高度角的平均值Ei。
步骤S103：确定不同类型观测值的权重，将宽巷组合观测值的权重确定为将无电离层组合相位观测值的权重确定为将无电离层组合伪距观测值的权重确定为将原始伪距观测值的权重确定为P，将原始相位观测值的权重确定为10000*P。
步骤S104：根据多个高度角和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合观测值的随机模型。其中多个高度角为步骤101中获取的多个高度角。不同观测值的权重为步骤103中确定出的多个权重。
步骤S105：获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历；
步骤S106：根据不同组合观测值的随机模型、用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解。
步骤S107：根据双差宽巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法(即LAMBDA)搜索双差宽巷模糊度的整数解，得到双差宽巷整周模糊度的最优解和双差宽巷整周模糊度的次优解。
步骤S108：判断所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第一判断结果。
步骤S109：当所述第一判断结果表示所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率(即Ratio值)大于等于2时，将所述双差宽巷整周模糊度用最优解组合进行固定，若小于2，本方法无法使用。
步骤S110：将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解。
步骤S111：根据双差窄巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法搜索双差载波相位模糊度的整数解，得到所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解。
步骤S112：判断所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第二判断结果。
步骤S113：当所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率大于等于2时，将所述双差窄巷整周模糊度用最优解组合进行固定，若小于2，采用窄巷模糊度的浮点解进行定位解算，得到实时动态定位坐标。
步骤S114：根据固定的双差宽巷整周模糊度和固定的双差窄巷整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位解算，得到实时动态定位坐标。
本实施例提供的方法通过将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，因虚拟伪距观测方程精度高于常规的伪距观测方程，并且无电离层组合观测可以较好地削弱电离层残差影响，因此本实施例可以使用统一的模型，实现不同长度基线RTK定位的无缝连接，既可以保证精度，又可以保证应用的灵活性。因载波相位观测值精度约为伪距观测值精度的百倍，宽巷模糊度固定后，本实施例提供的方法将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程提高了观测方程精度，大大加快了模糊度和坐标参数的分离，可以显著提高浮点解的精度，对提高定位精度和收敛速度具有重要贡献。
在实际应用中，在获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历之前还包括，获取原始数据，原始数据包括用户站采集的原始实时观测数据、基准站采集的原始实时观测数据和原始广播星历，对原始数据进行预处理，删除原始数据中数据类型不完整、星历不齐全、或含有粗差的数据，得到干净的原始数据数据集，将干净的原始数据作为获取的用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历。根据固定的双差宽巷整周模糊度和固定的双差窄巷整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位，为用户提供位置服务。
本实施例对获取的原始数据进行预处理，从而提高了计算双差宽巷整周模糊度和双差窄巷整周模糊度时使用的数据的有效性，进而提高了定位结果和定位精度的准确性。
在实际应用中，该方法还包括根据Er和Ei采用高度角定权法得到第i个历元的协因数矩阵Di，
其中，
根据多个协因数矩阵和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合的双差观测值的权矩阵C。
所述获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，具体包括：
获取用户站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取基准站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取广播星历。
所述对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解，具体包括：
采用最小二乘平差法对双差伪距观测方程(1)和相位宽巷组合观测方程(2)进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解。
其中，
公式(1)和(2)中为双差运算符号，i表示第i个用户站和基准站的共视卫星，j表示第j个用户站和基准站的共视卫星，A表示用户站，B表示基准站，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星的距离，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星信号传播路径上的电离层延迟一阶项误差，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星对应的对流层湿延迟投影系数作差后的平均数；表示A、B两测站的平均天顶对流层湿延迟，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值的测量噪声，λW为宽巷波长，表示A、B两测站共视第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷模糊度；f1表示第i共视卫星的相位观测值的频率值，f2表示第j共视卫星的相位观测值的频率值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值的测量噪声。
所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解，具体包括：
所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程(3)。
采用最小二乘平差法对所述虚拟的伪距观测方程(3)和载波相位无电离层组合观测方程(4)进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解。
其中，
公式(3)和(4)中λIF表示无电离层组合观测值波长，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合模糊度，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值的测量噪声，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的L1模糊度。
本实施例给出了双差观测值的权矩阵C、双差伪距观测方程(1)、相位宽巷组合观测方程(2)、虚拟的伪距观测方程(3)和载波相位无电离层组合观测方程(4)的具体表达式，通过使用上述表达式求解定位坐标，可提高浮点解的精度，进而提高定位精度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种适用于不同长度基线的实时动态定位方法，其特征在于，包括：
获取用户站与参考卫星连线的高度角θyc，获取基准站与参考卫星连线的高度角θjc；获取所述用户站与每个非参考卫星连线的高度角θi1，获取所述基准站与每个非参考卫星连线的高度角θi2；所述非参考卫星为除参考卫星以外的所述用户站和所述基准站的共视卫星；θi1表示所述用户站与第i个非参考卫星连线的高度角，θi2表示所述基准站与第i个非参考卫星连线的高度角；
将θyc与θjc的平均值确定为所述用户站和所述基准站的参考卫星高度角的平均值Er，将θi1与θi2的平均值确定为所述用户站和所述基准站的第i个非参考卫星高度角的平均值Ei；
将宽巷组合观测值的权重确定为将无电离层组合相位观测值的权重确定为将无电离层组合伪距观测值的权重确定为将原始伪距观测值的权重确定为P，将原始相位观测值的权重确定为10000*P；
根据多个高度角和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合观测值的随机模型；
获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历；
根据不同组合观测值的随机模型、用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解；
根据双差宽巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法搜索双差宽巷模糊度的整数解，得到双差宽巷整周模糊度的最优解和双差宽巷整周模糊度的次优解；
判断所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第一判断结果；
当所述第一判断结果表示所述双差宽巷整周模糊度的最优解和所述双差宽巷整周模糊度的次优解的误差比率大于等于2时，将所述双差宽巷整周模糊度用最优解组合进行固定；
将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解；
根据双差窄巷模糊度浮点解采用最小二乘模糊度降相关平差法搜索双差窄巷模糊度的整数解，得到所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解；
判断所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率是否大于等于2，得到第二判断结果；
当所述双差窄巷整周模糊度的最优解和所述双差窄巷整周模糊度的次优解的误差比率大于等于2时，将所述双差窄巷整周模糊度用最优解组合进行固定；
根据固定的双差宽巷整周模糊度和固定的双差窄巷整周模糊度进行模糊度为整数解的实时动态定位解算，得到实时动态定位坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括根据Er和Ei采用高度角定权法得到第i个历元的协因数矩阵Di，
其中，
根据多个协因数矩阵和不同观测值的权重确定不同卫星不同组合的双差观测值的权矩阵C。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取用户站实时观测数据、基准站实时观测数据和广播星历，具体包括：
获取用户站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取基准站采集的实时伪距观测数据和实时相位观测数据，获取广播星历。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对双差伪距观测方程和相位宽巷组合观测方程进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解，具体包括：
采用最小二乘平差法对双差伪距观测方程(1)和相位宽巷组合观测方程(2)进行解算，得到双差宽巷模糊度浮点解；
其中，
公式(1)和(2)中为双差运算符号，i表示第i个用户站和基准站的共视卫星，j表示第j个用户站和基准站的共视卫星，A表示用户站，B表示基准站，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星的距离，表示A、B两测站到第i共视卫星和第j共视卫星信号传播路径上的电离层延迟一阶项误差，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星对应的对流层湿延迟投影系数作差后的平均数；表示A、B两测站的平均天顶对流层湿延迟，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的伪距观测值的测量噪声，λW为宽巷波长，表示A、B两测站共视第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷模糊度；f1表示第i共视卫星的相位观测值的频率值，f2表示第j共视卫星的相位观测值的频率值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的宽巷载波相位观测值的测量噪声。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程，对所述虚拟的伪距观测方程和载波相位无电离层组合观测方程进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解，具体包括：
所述将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测方程作为虚拟的伪距观测方程(3)；
采用最小二乘平差法对所述虚拟的伪距观测方程(3)和载波相位无电离层组合观测方程(4)进行解算，得到双差窄巷模糊度浮点解；
其中，
公式(3)和(4)中λIF表示无电离层组合观测值波长，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合模糊度，表示A、B两测站上第i共视卫星和第j共视卫星的无电离层组合载波相位观测值的测量噪声，表示A、B两测站在频率通道1上共视第i共视卫星和第j共视卫星的L1模糊度。
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