CN110068847B - 一种gnss多天线接收机定位测姿的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法和装置；定位测姿的方法，包括：获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；针对基准站与用户接收机的任一天线，通过对基准站与该天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到基准站与该天线之间的第一基线向量；针对用户接收机的任意两个天线，通过对这两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到这两个天线之间的第二基线向量；根据第一基线向量以及第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息。
Description
技术领域
本申请涉及但不限于卫星定位技术，尤指一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法和装置。
背景技术
利用全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)载波相位测量值进行实时定位和测姿，具有精度高、结构简单、且误差不随时间积累等明显优势，在各种飞行器及运动载体的位置、姿态测量及控制、精密机械控制、目标三维测量、农业植保等相关领域得到了越来越广泛的应用。高精度的行业应用对载体定位、测姿的准确度、可靠性及连续性等方面要求越来越高。
发明内容
本申请实施例提供一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法和装置，可以提高定位测姿解算的正确率和可靠性。
一方面，本申请实施例提供一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法，包括：获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；针对所述基准站与所述用户接收机的任一天线，通过对所述基准站与所述天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述基准站与所述天线之间的第一基线向量；针对所述用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，其中，所述定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个所述天线的坐标信息、所述天线所在载体的姿态信息。
另一方面，本申请实施例提供一种GNSS多天线接收机定位测姿的装置，包括：测量信息获取模块，适于获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；天线定位模块，适于针对所述基准站与所述用户接收机的任一天线，通过对所述基准站与所述天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述基准站与所述天线之间的第一基线向量；天线定向模块，适于针对所述用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；定位测姿模块，适于根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，其中，所述定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个所述天线的坐标信息、所述天线所在载体的姿态信息。
另一方面，本申请实施例提供一种用户接收机，包括：至少两个天线、存储器和处理器，所述至少两个天线适于接收卫星信号；所述存储器适于存储定位测姿程序，所述定位测姿程序被所述处理器执行时实现上述定位测姿方法的步骤。
另一方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，存储有定位测姿程序，所述定位测姿程序被处理器执行时实现上述定位测姿方法的步骤。
在本申请实施例中，获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；针对基准站与用户接收机的任一天线，通过对基准站与所述天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到基准站与所述天线之间的第一基线向量；针对用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；根据第一基线向量以及第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，其中，定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个天线的坐标信息、天线所在载体的姿态信息。本申请实施例通过充分利用用户接收机的至少两个天线的位置以及天线间的相对几何关系，确定定位测姿信息，从而提高定位、测姿解算的正确率及可靠性。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法的流程图；
图2为本申请实施例的一种应用场景示例图；
图3为本申请实施例的另一种应用场景示例图；
图4为本申请实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法的流程示例图；
图5为本申请实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的装置的示意图；
图6为本申请一示例性实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的装置的示意图；
图7为本申请实施例提供的一种用户接收机的示意图。
具体实施方式
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本申请包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的发明方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它发明方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的发明方案。因此，应当理解，在本申请中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法和/或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本申请实施例的精神和范围内。
本申请实施例提供一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法和装置，可以充分利用用户载体上至少两个天线的高精度位置信息及天线间的相对几何关系，有效降低位置、姿态解算的固定错误率，从而提高定位、测姿解算的正确率及可靠性，为用户提供更高精度、更稳健的多天线定位及姿态信息服务。
需要说明的是，本申请中的用户接收机为多天线接收机，可以包括至少两个天线，比如，可以包括一个主天线和至少一个从天线。
本申请实施例提供的GNSS多天线接收机定位测姿的方法和装置，可以适用于双天线、三天线、或更多数量的天线阵列，并且对GNSS卫星接收天线不做限定。而且，用户接收机的至少两个天线不限于接收单频或多频信号，可以接收包括所有可用于导航定位的卫星信号。本实施例的用户接收机同样不限于单系统或多系统联合的GNSS接收机，比如可以包括GPS、GLONASS、GALILEO、北斗及可以转发卫星信号的任何导航定位卫星系统。本申请对此并不限定。
图1为本申请实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的方法的流程图。本实施例提供的定位测姿方法，可以应用于包括至少两个天线的用户接收机。如图1所示，本实施例提供的定位测姿方法，包括：
步骤101、获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；
步骤102、针对基准站与用户接收机的任一天线，通过对基准站与该天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到基准站与该天线之间的第一基线向量；
步骤103、针对用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；
步骤104、根据第一基线向量以及第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息；其中，定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个天线的坐标信息、天线所在载体的姿态信息。
本实施例中，第一基线向量为用户接收机的天线与基准站之间的基线向量；第二基线向量为用户接收机的两个天线之间的基线向量。
在一示例性实施例中，如图2所示，当用户接收机包括两个天线(一个主天线A1、一个从天线A2)，在步骤102可以解算得到以下两个第一基线向量：主天线A1与基准站B0之间的基线向量
从天线A2与基准站B0之间的基线向量
在步骤103中，可以解算得到主天线A1与从天线A2之间的第二基线向量
然后，在步骤104可以根据上述两个第一基线向量
和一个第二基线向量
的固定情况，确定定位测姿信息，进而输出最优的定位测姿信息。
在一示例性实施例中，如图3所示，当用户接收机包括至少三个天线，比如，一个主天线A1和两个从天线A2、A3，则在步骤102可以解算得到以下三个第一基线向量：主天线A1与基准站B0之间的基线向量
第一个从天线A2与基准站B0之间的基线向量
第二个从天线A3与基准站B0之间的基线向量
在步骤103可以解算得到以下三个第二基线向量：主天线A1与第一个从天线A2之间的基线向量
主天线A1与第二个从天线A3之间的基线向量
第一个从天线A2与第二个从天线A3之间的基线向量
然后，在步骤104，可以根据这些基线向量的固定情况，确定定位测姿信息；比如，当存在三个成功固定的闭合基线向量，则可以对成功固定的三个闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果，再根据检核结果以及成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。
需要说明的是，图2和图3仅示例，用于说明第一基线向量和第二基线向量，并不用于限定天线与基准站之间的位置关系。
在一示例性实施例中，在步骤102和步骤103中，可以建立载波相位双差观测方程，通过RTK(Real-time kinematic，实时动态)解算得到第一基线向量和第二基线向量。
在本申请实施例中，高精度的多天线用户接收机通过在载体上固定安置多个呈几何分布的GNSS信号天线，同时接收基准站的信息，基于载波相位测量的相对定位解算两个天线间的基线向量，从而实现高精度的天线坐标及载体的姿态测量。比如，由两个天线组成的一条基线可以得到两个姿态角，通过三个天线组成的两条共面、不平行的基线可以得到载体的三维姿态角(偏航角、俯仰角、横滚角)。如果有数量更多且相对固定的天线阵列组成更多的基线，则可以提供更多可用的先验信息及更多的几何条件，从而提高坐标、姿态测量的冗余度，间接提高定位测姿的精度及稳健性。
以GNSS双天线的用户接收机为例，用户接收机的主天线和从天线可以分别固定安装在测量车车顶。主天线和从天线可以构成车载平台，通过本实施例提供的定位测姿方法可以测得主天线坐标、从天线坐标、车载平台的二维姿态角。若集成了其他需要姿态信息的模块，则可以利用车载平台和该模块之间的相对固定关系，得到该模块的二维姿态信息。
在一示例性实施例中，步骤104可以包括：当存在至少三条成功固定的闭合基线向量，对成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果；当检核结果满足第一设定条件，根据三条基线向量确定定位测姿信息；当检核结果不满足第一设定条件，则重新解算上述三条基线向量，并根据重新解算的三条基线向量，确定定位测姿信息。比如，在图2中，三条成功固定的闭合基线向量可以包括两条第一基线向量
以及一条第二基线向量
在图3中，三条成功固定的闭合基线向量可以包括三条第二基线向量
在本示例性实施例中，当存在成功固定的多条基线向量可以闭合，则可以对这些基线向量构成的最小闭合环进行条件检核；其中，最小闭合环可以包括三条或以上的基线向量，本申请对此并不限定。
在本示例性实施例中，对成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果，可以包括：对成功固定的三条闭合基线向量进行同步观测环闭合差检核，对三条闭合基线向量中的第二基线向量进行长度较差检核，得到检核结果。参照图2和图3可知，三条闭合基线向量存在以下两种情况：两条第一基线向量和一条第二基线向量；三条第二基线向量。针对三条闭合基线向量中的一条或多条第二基线向量，可以对第二基线向量与对应的两个天线之间的长度进行长度较差检核。在本示例性实施例中，通过两种条件检核方式(同步观测环闭合差检核和长度差检核)，可以有效检核基线解固定错误的情况。
在本示例性实施例中，当检核结果满足第一设定条件，根据所述三条基线向量确定定位测姿信息可以包括：当成功固定的三条闭合基线向量的检核结果满足第一设定条件(比如，成功固定的三条闭合基线向量的同步观测环闭合差小于或等于第一阈值，且其中的第二基线向量与对应的天线间长度之差小于或等于第二阈值)，则对这三条基线向量进行平差；当这三条基线向量中包括第一基线向量，则利用平差后的该第一基线向量以及基准站的坐标信息，得到该第一基线向量对应的天线的坐标信息；当这三条基线向量中包括第二基线向量，则利用平差后的该第二基线向量，得到该第二基线向量对应的天线所在载体的姿态信息。在本示例性实施例中，第一基线向量可以体现天线与基准站之间的位置关系，基于第一基线向量和基准站的坐标信息，可以计算得到第一基线向量对应的天线的坐标信息；第二基线向量可以体现两个天线之间的相对位置关系，利用第二基准向量可以得到天线所在载体的姿态信息(比如，二维姿态角)。
在本示例性实施例中，在存在成功固定的三个闭合基线向量且这三个基线向量通过检核的情况下，可以利用成功固定的三个闭合基线向量以及基准站的坐标信息，计算对应的两个天线的坐标信息以及天线所在载体的姿态信息。
在本示例性实施例中，当成功固定的三条闭合基线向量不满足第一设定条件(即检核不通过的情况下)，重新解算所述三条基线向量，并根据重新解算的三条基线向量，确定定位测姿信息，可以包括：当检核结果不满足第一设定条件(比如，成功固定的三条闭合基线向量的同步观测环闭合差大于第一阈值，或者其中的第二基线向量与对应的天线间长度之差大于第二阈值)，通过重新固定模糊度，得到重新解算后的三条闭合基线向量；当重新解算后的三条闭合基线向量均成功固定，则对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到新的检核结果；当新的检核结果满足第一设定条件，则根据重新固定成功的这三条基线向量确定定位测姿信息；当新的检核结果不满足第一设定条件，则根据这三条基线向量中成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。其中，重新解算后的三条闭合基线向量的条件检核方式可以包括上述的同步观测环闭合差检核、对第二基线向量进行长度较差检核。然而，本申请对此并不限定。
在一示例性实施例中，步骤104可以包括：当不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，且存在成功固定的第二基线向量，对该成功固定的第二基线向量进行长度较差检核，得到长度较差检核结果；根据该成功固定的第二基线向量的长度较差检核结果、以及成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。
本示例性实施例中，当该成功固定的第二基线向量的长度较差检核结果满足第二设定条件(比如，该第二基线向量与对应的天线间长度之差小于或等于第二阈值)，则根据成功固定的基线向量(包括通过长度较差检核的第二基线向量以及其余成功固定的基线向量)确定定位测姿信息；当该成功固定的第二基线向量的长度较差检核结果不满足第二设定条件，则重新解算该第二基线向量，并根据重新解算后成功固定的基线向量(比如包括重新解算后成功固定的该第二基线向量、其余成功固定的基线向量)，确定定位测姿信息。
比如，在图2中，当三条基线向量
中只存在成功固定的两条基线向量
则可以对成功固定的基线向量
进行长度较差检核(即对基线向量
与两个天线之间的长度进行长度较差检核)，得到长度较差检核结果；若长度较差检核结果满足第二设定条件，则可以根据基线向量
来确定定位测姿信息；若长度较差检核结果不满足第二设定条件，则可以结合
间的基线长度先验信息及模糊度固定时的Ratio信息，重新固定模糊度，重新解算
并再次对重新解算的
进行长度较差检核；若再次进行的长度较差检核通过，则可以根据成功固定的基线向量
来确定定位测姿信息；当再次进行的长度较差检核不通过，则可以根据成功固定的基线向量
来确定定位测姿信息，其中，再次的长度较差检核通过时确定的定位测姿信息的定位精度优于再次的长度较差检核不通过时确定的定位测姿信息。
在一示例性实施例中，用户接收机可以包括一个主天线和至少一个从天线；相应地，步骤104可以包括：当不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，通过以下方式根据成功固定的基线向量，确定定位测姿信息：
在主天线对应的第一基线向量未成功固定，且至少一个从天线对应的第一基线向量以及主天线和从天线之间的第二基线向量均成功固定，则根据从天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算从天线的坐标信息，结合从天线的坐标信息和第二基线向量，推算主天线的坐标信息；并利用第二基线向量，得到载体的姿态信息；
在主天线对应的第一基线向量、主天线和至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定、且从天线对应的第一基线向量未成功固定，则根据主天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算主天线的坐标信息，结合主天线的坐标信息和第二基线向量，推算从天线的坐标信息；并利用第二基线向量，得到载体的姿态信息；
在主天线对应的第一基线向量和至少一个从天线对应的第一基线向量均成功固定，且主天线与该从天线之间的第二基线向量未成功固定，则根据主天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算主天线的坐标信息，根据该从天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算该从天线的坐标信息；根据主天线的坐标信息和该从天线的坐标信息解算得到第二基线向量；利用第二基线向量，得到载体的姿态信息；
在至少一个从天线对应的第一基线向量成功固定，且主天线对应的第一基线向量和第二基线向量均未成功固定，则根据该从天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算该从天线的坐标信息；
在主天线对应的第一基线向量成功固定，且全部的从天线对应的第一基线向量和第二基线向量均未成功固定，则根据主天线对应的第一基线向量和基准站的坐标信息，计算主天线的坐标信息；
在主天线和至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定，且主天线对应的第一基线向量和该从天线对应的第一基线向量均未成功固定，则利用第二基线向量，得到载体的姿态信息。
比如，在图2中，当三条基线向量
中只存在成功固定的两条基线向量，则可以根据成功固定的两条基线向量推算另一条基线向量，然后，基于三条基线向量以及基准站的坐标信息，可以得到两个天线的坐标信息以及天线所在载体的姿态信息；当三条基线向量
中仅存在成功固定的一条基线向量，则可以根据该条成功固定的基线向量(比如为第一基线向量)和基准站的坐标信息，计算得到相应的天线的坐标信息，或者，可以根据该条成功固定的基线向量(比如为第二基线向量)，得到天线所在载体的姿态信息。
比如，在图3中，当六条基线向量(
)中不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，则根据成功固定的基线向量之间的关系，结合基准站的坐标信息，计算相关天线的坐标信息以及天线所在载体的姿态信息。例如，基线向量
成功固定，则可以根据基线向量
和基准站的坐标信息，计算主天线A1的坐标信息；根据基线向量
和基准站的坐标信息，计算从天线A2的坐标信息；根据主天线A1的坐标信息和从天线A2的坐标信息，计算主天线A1和从天线A2之间的基线向量
根据从天线A2的坐标信息与基线向量
推算从天线A3的坐标信息；根据主天线A1的坐标信息和从天线A3的坐标信息，计算主天线A1和从天线A3之间的基线向量
进而利用基线向量
得到天线所在载体的姿态信息。
在本示例性实施例中，在确定定位测姿信息之后，可以输出定位测姿信息给用户。
在本示例性实施例中，可以更大概率地提供高精度的主、从天线的坐标信息以及载体的姿态信息给用户载体，并且在主天线的坐标和两个天线之间的定向信息不可用时，可以将从天线的坐标信息提供给用户，从而保证用户接收机的可用性和定位连续性，提高用户接收机的稳健性。
相较于将用户接收机的双天线安装在同一个载体上，得到该载体的绝对姿态信息；本申请实施例可以支持将用户接收机的至少两个天线分别安装在多个不同的载体上，通过RTK解算得到多个载体间的相对位置及姿态信息，对于同时需要不同载体间相对位置及姿态信息的装置，该种天线配置可以极大地节约成本及减少资源浪费。
下面参照图2和图4以双天线的用户接收机为例对本申请实施例的定位测姿方法进行说明。在本示例性实施例中，以双天线的用户接收机包括一个主天线A1和一个从天线A2为例进行说明。
如图4所示，本示例性实施例提供一种双天线的用户接收机的定位测姿方法，包括以下步骤：
步骤401、测量信息获取步骤；
在本步骤中，用户接收机分别获取主天线A1、从天线A2同步观测的卫星观测数据，同时获取基准站B0的卫星观测数据及坐标信息。其中，卫星观测数据包括GNSS卫星载波相位测量值。
步骤402、双天线定位步骤；
在本步骤中，用户接收机可以对基准站B0、主天线A1的载波相位测量值建立双差观测方程，并通过RTK解算得到基线向量
(对应上述的其中一个第一基线向量)；并且对基准站B0、从天线A2的载波相位测量值建立双差观测方程，并通过RTK解算得到基线向量
(对应上述的另一个第一基线向量)。
步骤403、双天线定向步骤；
在本步骤中，对主天线A1、从天线A2的载波相位测量值建立双差观测方程，通过RTK解算得到两个天线间的基线向量
(对应上述的第二基线向量)。
步骤404、条件检核及平差步骤；
在本步骤中，对成功固定的三条闭合基线
进行同步观测环闭合差检核，并对解算的基线
与相对固定的双天线A1、A2间的已知长度L0进行长度较差检核，得到两项的检核结果。
其中，若检核结果满足第一设定条件，比如，三条基线的同步观测环闭合差小于或等于第一阈值，且基线
与双天线A1、A2间的已知长度L0之差小于或等于第二阈值，换言之，即三条闭合基线通过检核，则对解算得到的三条基线平差，得到平差后三条基线精确的基线向量
其中，若校验结果未满足第一设定条件，比如，三条基线的同步观测环闭合差大于第一阈值，或基线
与双天线A1、A2间的已知长度L0之差大于第二阈值，则结合
间的基线长度先验信息及模糊度固定时的Ratio信息重新固定模糊度，得到重新固定后的三条基线向量，再次进行同步观测环闭合差检核和双天线间长度较差检核；通过上述步骤可以对固定错误的基线解进行有效探测并重新固定，从而提高双天线坐标及姿态解算的正确率和精度。
需要说明的是，本示例性实施例中，当三条基线中仅成功固定了一条或两条基线，且成功固定的基线中包括基线
则可以对成功固定的基线
与相对固定的双天线A1、A2间的已知长度L0进行长度较差检核，以便提高坐标和姿态解算的精度。
步骤405、定位测姿信息输出步骤；
在本步骤中，根据检核结果、三条基线解
的固定情况，确定并输出最优的定位测姿信息。
其中，当三条闭合基线解均成功固定且检核通过(即检核结果满足第一设定条件)，则利用基准站B0的坐标信息、基准站B0与双天线A1、A2间对应的两条精确的基线向量
得到双天线A1、A2更精确的定位坐标；利用主天线A1与从天线A2间精确的基线向量
进而得到载体的二维姿态角信息。
其中，当三条闭合基线解均成功固定且检核不通过(即检核结果未满足第一设定条件)，则结合
间的基线长度先验信息及模糊度固定时的Ratio信息重新固定模糊度，重新固定并得到三条基线向量，再次进行同步观测环闭合差检核和双天线间长度较差检核。
若再次检核通过，则按照三条闭合基线解均成功固定且检核通过的情况输出定位测姿信息，即可以输出双天线A1、A2的定位坐标以及载体的二维姿态角信息。
若再次检核不通过，则可以根据基线解的质量指标及检核结果优先确定固定正确的基线，并按照以下可能的情况输出定位测姿信息：
在主天线A1信号受干扰或遮挡导致基线
不能固定，但从天线基线
可以固定，且基线
固定成功，则根据基准站B0的坐标信息以及从天线基线
可以计算得到从天线A2的定位坐标，结合从天线A2的定位坐标及基线向量
固定解，可以推算主天线A1的坐标；并且利用主天线A1与从天线A2间基线向量
固定解，可以得到载体的二维姿态角信息，从而可以输出主天线A1、从天线A2的坐标信息、载体的二维姿态信息；
在从天线基线
不能固定，但主天线基线
可以固定，且基线
固定成功，则根据基准站B0的坐标信息以及主天线基线
可以计算得到主天线A1的坐标，结合主天线A1固定解坐标及基线向量
固定解，可以推算从天线A2的坐标；利用主天线A1与从天线A2间基线向量
固定解，可以得到载体的二维姿态角信息，从而输出主天线A1、从天线A2的坐标信息、载体的二维姿态信息；
在主、从天线间基线
不能固定，但主天线基线
从天线基线
均可以固定，则根据基准站B0的坐标信息以及主天线基线
可以计算得到主天线A1的坐标，根据基准站B0的坐标信息以及从天线基线
可以计算得到从天线A2的定位坐标，根据主天线A1、从天线A2的坐标向量可以解算得到基线向量
利用主天线A1与从天线A2间精确的基线向量
进而得到载体的二维姿态角信息，从而输出主天线A1、从天线A2的坐标信息、载体的二维姿态信息。
在实际应用中，只要能固定主天线A1坐标、从天线A2坐标、双天线
基线向量这三个信息中的任两个信息，就能由此推算得到第三个信息，从而更大概率地提供高精度的主、从天线三维坐标及载体的姿态信息给用户载体，提高GNSS接收机装置的可用性及连续性。
在定位测姿信息输出步骤中，当从天线A2坐标不能固定且双天线间定向信息不可用，但主天线A1坐标可以固定，则可以输出主天线A1坐标给用户；当主天线A1坐标和从天线A2坐标均不能固定，且双天线间定向信息可用，则可以利用双天线间定向信息得到载体的二维姿态信息，从而输出载体的二维姿态信息给用户；当主天线A1坐标不能固定且双天线间定向信息不可用，但从天线A2坐标可以固定，则可以输出从天线A2坐标给用户。如此，可以保证用户接收机的定位连续性，从而提高用户接收机的可用性和稳健性。
在本示例性实施例中，在步骤403之后，当两条第一基线向量和一条第二基线向量没有全部成功固定，则可以根据基线解的质量指标确定成功固定的基线向量，并根据已成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。比如，可以根据主天线A1坐标、从天线A2坐标、双天线
基线向量这三个信息中的任两个成功固定的信息，推算得到第三个信息，从而计算得到定位测姿信息；或者根据三个信息中成功固定的一个信息，计算相应的坐标或姿态信息。
在本示例性实施例中，在解算用户接收机的主天线精确坐标、从天线定向信息的基础上，同时解算用户接收机的多个天线的精确坐标，并充分利用用户载体上多个天线的高精度位置信息及天线间的相对几何关系，有效检核基线解固定错误的情况并重新固定基线，从而提高定位、测姿解算的正确率及可靠性；而且，在主天线坐标不能固定时，有效利用其他所有可用的天线坐标信息及角度信息，为用户提供最优、更连续、更稳健的位置及姿态服务，保证用户定位及姿态信息不中断。
图5为本申请实施例提供的一种GNSS多天线接收机定位测姿的装置的示意图。如图5所示，本实施例提供的定位测姿装置，包括：测量信息获取模块501、天线定位模块502、天线定向模块503以及定位测姿模块504。
其中，测量信息获取模块501可以适于获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；天线定位模块502可以适于针基准站与用户接收机的任一天线，通过对基准站与该天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到基准站与该天线之间的第一基线向量；天线定向模块503可以适于针对用户接收机的任意两个天线，通过对这两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到这两个天线之间的第二基线向量；定位测姿模块504可以适于根据第一基线向量以及第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息；其中，定位测姿信息可以包括以下至少之一：至少一个天线的坐标信息、天线所在载体的姿态信息。
在一示例性实施例中，如图6所示，定位测姿模块504可以包括：条件检核子模块5041，适于当存在至少三条成功固定的闭合基线向量，对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果；信息确定子模块5042，适于当检核结果满足第一设定条件，根据所述三条基线向量确定定位测姿信息；当检核结果不满足第一设定条件，则重新解算所述三条基线向量，并根据重新解算的三条基线向量，确定定位测姿信息。
在一示例性实施例中，条件检核子模块5041可以适于通过以下方式对成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果：对成功固定的三条闭合基线向量进行同步观测环闭合差检核，对这三条闭合基线向量中的第二基线向量进行长度较差检核，得到检核结果。
在一示例性实施例中，如图6所示，本实施例的定位测姿装置还可以包括：输出模块505，配置为将定位测姿模块504确定的最优的定位测姿信息输出给用户。
在一示例性实施例中，以双天线用户接收机为例，测量信息获取模块501可以获取用户接收机的主天线A1、从天线A2的卫星观测数据、基准站B0的卫星观测数据及坐标信息；天线定位模块502可以针对用户接收机的主天线A1、从天线A2分别与基准站B0的同步卫星观测数据，建立载波相位双差观测方程，分别进行RTK解算得到基线向量
天线定向模块503可以针对用户接收机的主天线A1、从天线A2间的同步卫星观测数据，建立载波相位双差观测方程，进行RTK解算得到基线向量
条件检核子模块5041可以对成功固定的三条基线
进行同步观测环闭合差检核，并对
基线与相对固定的双天线A1、A2间的已知长度L0进行长度较差检核，根据检核结果判断是否进行基线平差、或重新解算基线、或再次检核；信息确定子模块5042可以根据检核结果、三条基线
的固定情况，确定最优的双天线A1、A2坐标及载体的姿态信息；输出模块505可以将信息确定子模块5042确定的最优的双天线A1、A2坐标及载体的姿态信息输出给用户。
关于本申请实施例提供的定位测姿装置的相关说明可以参照上述方法实施例的描述，故于此不再赘述。
本申请实施例还提供一种用户接收机，包括：至少两个天线、存储器和处理器，至少两个天线适于接收卫星信号；存储器适于存储定位测姿程序，定位测姿程序被处理器执行时实现上述定位测姿方法的步骤。
图7为本申请示例性实施例提供的一种用户接收机的示意图。如图7所示，本申请实施例提供一种用户接收机700，包括：接收器703、存储器701和处理器702；接收器703可以包括至少两个天线，用于接收卫星信号，接收器703可以连接处理器702；存储器701适于存储定位测姿程序，该定位测姿程序被处理器702执行时实现上述实施例提供的定位测姿方法的步骤，比如图1或图4所示的步骤。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的示意图，并不构成对本申请方案所应用于其上的用户接收机700的限定，用户接收机700可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
其中，处理器702可以包括但不限于微处理器(MCU，Microcontroller Unit)或可编程逻辑器件(FPGA，Field Programmable Gate Array)等的处理装置。存储器701可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本实施例中的方法对应的程序指令或模块，处理器702通过运行存储在存储器701内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，比如实现本实施例提供的方法。存储器701可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些示例中，存储器701可包括相对于处理器702远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至用户接收机700。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
关于本实施例提供的用户接收机的相关实施流程可以参照上述方法实施例的描述，故于此不再赘述。
此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有定位测姿程序，该定位测姿程序被执行时实现上述实施例提供的定位测姿方法的步骤，比如，图1或图4所示的步骤。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
Claims (10)
1.一种全球导航卫星系统GNSS多天线接收机定位测姿的方法，其特征在于，包括：
获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；
针对所述基准站与所述用户接收机的任一天线，通过对所述基准站与所述天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述基准站与所述天线之间的第一基线向量；
针对所述用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；
根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，其中，所述定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个所述天线的坐标信息、所述天线所在载体的姿态信息；
其中，所述用户接收机包括一个主天线和至少一个从天线；
所述根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，包括：
当不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，通过以下方式根据成功固定的基线向量，确定定位测姿信息：
在所述主天线对应的第一基线向量未成功固定，且所述至少一个从天线对应的第一基线向量以及所述主天线和所述从天线之间的第二基线向量均成功固定，则根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息，结合所述从天线的坐标信息和所述第二基线向量，推算所述主天线的坐标信息；并利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述主天线对应的第一基线向量、所述主天线与所述至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定、且所述从天线对应的第一基线向量未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息，结合所述主天线的坐标信息和所述第二基线向量，推算所述从天线的坐标信息；并利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述主天线对应的第一基线向量和所述至少一个从天线对应的第一基线向量均成功固定，且所述主天线与所述从天线之间的第二基线向量未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息，根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息；根据所述主天线的坐标信息和所述从天线的坐标信息解算得到所述第二基线向量；利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述至少一个从天线对应的第一基线向量成功固定，且所述主天线对应的第一基线向量和所述第二基线向量均未成功固定，则根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息；
在所述主天线对应的第一基线向量成功固定，且所述从天线对应的第一基线向量和所述第二基线向量均未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息；
在所述主天线和所述至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定，且所述主天线对应的第一基线向量和所述从天线对应的第一基线向量均未成功固定，则利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，包括：
当存在至少三条成功固定的闭合基线向量，对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果；
当所述检核结果满足第一设定条件，根据所述三条闭合基线向量确定定位测姿信息；
当所述检核结果不满足第一设定条件，则重新解算所述三条闭合基线向量，并根据重新解算的三条闭合基线向量，确定定位测姿信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果，包括：
对所述成功固定的三条闭合基线向量进行同步观测环闭合差检核，对所述三条闭合基线向量中的第二基线向量进行长度较差检核，得到检核结果。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当所述检核结果满足第一设定条件，根据所述三条闭合基线向量确定定位测姿信息，包括：
当所述成功固定的三条闭合基线向量的检核结果满足第一设定条件，则对所述三条闭合基线向量进行平差；当所述三条闭合基线向量中包括第一基线向量，则利用平差后的所述第一基线向量以及所述基准站的坐标信息，得到所述第一基线向量对应的天线的坐标信息；当所述三条闭合基线向量中包括第二基线向量，则利用平差后的所述第二基线向量，得到所述第二基线向量对应的天线所在载体的姿态信息。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当所述检核结果不满足第一设定条件，则重新解算所述三条闭合基线向量，并根据重新解算的三条闭合基线向量，确定定位测姿信息，包括：
当所述检核结果不满足第一设定条件，通过重新固定模糊度，得到重新解算的三条闭合基线向量；
当重新解算后的三条闭合基线向量均成功固定，则对所述三条成功固定的闭合基线向量进行条件检核，得到新的检核结果；
当所述新的检核结果满足第一设定条件，则根据重新固定成功的所述三条闭合基线向量确定定位测姿信息；
当所述新的检核结果不满足所述第一设定条件，则根据所述三条闭合基线向量中成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，包括：
当不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，且存在成功固定的第二基线向量，对所述成功固定的第二基线向量进行长度较差检核，得到长度较差检核结果；
根据所述成功固定的第二基线向量的长度较差检核结果、以及成功固定的基线向量，确定定位测姿信息。
7.一种全球导航卫星系统GNSS多天线接收机定位测姿的装置，其特征在于，包括：
测量信息获取模块，适于获取用户接收机的至少两个天线的卫星观测数据、基准站的卫星观测数据和坐标信息；
天线定位模块，适于针对所述基准站与所述用户接收机的任一天线，通过对所述基准站与所述天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述基准站与所述天线之间的第一基线向量；
天线定向模块，适于针对所述用户接收机的任意两个天线，通过对所述两个天线的卫星观测数据建立双差观测方程，解算得到所述两个天线之间的第二基线向量；
定位测姿模块，适于根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，其中，所述定位测姿信息包括以下至少之一：至少一个所述天线的坐标信息、所述天线所在载体的姿态信息；
其中，所述用户接收机包括一个主天线和至少一个从天线；
所述根据所述第一基线向量以及所述第二基线向量的固定情况，确定定位测姿信息，包括：
当不存在三条及以上成功固定的闭合基线向量，通过以下方式根据成功固定的基线向量，确定定位测姿信息：
在所述主天线对应的第一基线向量未成功固定，且所述至少一个从天线对应的第一基线向量以及所述主天线和所述从天线之间的第二基线向量均成功固定，则根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息，结合所述从天线的坐标信息和所述第二基线向量，推算所述主天线的坐标信息；并利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述主天线对应的第一基线向量、所述主天线与所述至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定、且所述从天线对应的第一基线向量未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息，结合所述主天线的坐标信息和所述第二基线向量，推算所述从天线的坐标信息；并利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述主天线对应的第一基线向量和所述至少一个从天线对应的第一基线向量均成功固定，且所述主天线与所述从天线之间的第二基线向量未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息，根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息；根据所述主天线的坐标信息和所述从天线的坐标信息解算得到所述第二基线向量；利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息；
在所述至少一个从天线对应的第一基线向量成功固定，且所述主天线对应的第一基线向量和所述第二基线向量均未成功固定，则根据所述从天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述从天线的坐标信息；
在所述主天线对应的第一基线向量成功固定，且所述从天线对应的第一基线向量和所述第二基线向量均未成功固定，则根据所述主天线对应的第一基线向量和所述基准站的坐标信息，计算所述主天线的坐标信息；
在所述主天线和所述至少一个从天线之间的第二基线向量成功固定，且所述主天线对应的第一基线向量和所述从天线对应的第一基线向量均未成功固定，则利用所述第二基线向量，得到所述载体的姿态信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定位测姿模块包括：
条件检核子模块，适于当存在至少三条成功固定的闭合基线向量，对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果；
信息确定子模块，适于当所述检核结果满足第一设定条件，根据所述三条闭合基线向量确定定位测姿信息；当所述检核结果不满足第一设定条件，则重新解算所述三条闭合基线向量，并根据重新解算的三条闭合基线向量，确定定位测姿信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述条件检核子模块，适于通过以下方式对所述成功固定的三条闭合基线向量进行条件检核，得到检核结果：
对所述成功固定的三条闭合基线向量进行同步观测环闭合差检核，对所述三条闭合基线向量中的第二基线向量进行长度较差检核，得到检核结果。
10.一种用户接收机，其特征在于，包括：至少两个天线、存储器和处理器，所述至少两个天线适于接收卫星信号；所述存储器适于存储定位测姿程序，所述定位测姿程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的定位测姿方法的步骤。
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- 2019-04-01 CN CN201910257329.9A patent/CN110068847B/zh active Active
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| CN110068847A (zh) | 2019-07-30 |
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