CN110568467A - 载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，包括：1、获取差分系统的整周模糊度；2、在整周模糊度固定的基础上，进行频率切换，切换到差分系统的PPS频率上，并在所述PPS频率下完成载波相位差分定位信息的获取和输出，包括：1)系统PPS频率为1Hz，保持获取1Hz的真实观测量，进行实时的求解即可；2)系统PPS频率<1Hz，按照PPS的频率并实时获取频率下的真实观测量，进行实时的求解即可；3)系统PPS频率>1Hz，推算基准站的观测量数据，频率同样与系统PPS保持一致，此时进行差分实时求解即可。本发明突破了常用的系统1Hz输出实现方式，实现了不同频率下载波相位差分定位信息的输出，并满足系统的差分精度要求，以适应不同型号产品。

Description

载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法

技术领域

本发明涉及高精度载波相位差分技术领域，尤其涉及一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法。

背景技术

载波相位动态差分技术(RTK)，是通过无线数据链把基准站的观测量传给移动站，并与移动站的观测量进行差分组合，消去电离层、对流层、钟差等大部分误差，从而精确求解位置坐标。

无线数据链往往都会对传输的数据容量有限制，电台是常用的无线传输装备，由于电台与卫星接收机接口的波特率为38400bit/s，无线传输时的空中波特率最大为19200bit/s，基准站通过电台发送的差分修正信息(RTCM标准协议)基本上是1Hz的更新频率。而移动站的观测量不存在空中传输波特率限制，可以10Hz,5Hz,2Hz,1Hz，0.5Hz的频率实时获取并更新。受限于基准站的更新频率，目前的载波相位差分定位信息只能以1HZ的输出频率进行输出，无法适应不同型号产品，应用场景受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，本发明突破了常用的系统1Hz输出实现方式，实现了不同频率下载波相位差分定位信息的输出(即满足差分定位信息需求的输出频率(差分系统的PPS频率)要求)，并满足系统的差分精度要求，以适应不同型号产品。

本发明的技术解决方案如下：本发明提供一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、获取差分系统的整周模糊度；

步骤2、在上述整周模糊度固定的基础上，进行频率切换，切换到差分系统的PPS频率上，并在所述PPS频率下完成载波相位差分定位信息的获取和输出，包括：

1)当差分系统的PPS频率为1Hz时，按照PPS频率同时获取差分系统流动站和基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以1Hz的输出频率输出；

2)当差分系统的PPS频率<1Hz；按照PPS频率实时获取流动站真实观测量，同时获取此时标下的基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出；

3)当差分系统的PPS频率>1Hz，且连续的收到基准站1Hz的实时观测量时，以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出。

进一步地，所述以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据包括：

通过计算基准站处卫星的位置、速度，计算基准站两个历元间的伪距变化率；

并基于所述伪距变化率计算得到载波相位的变化率；

基于所述伪距变化率和载波相位的变化率推算基准站时标依次加1/f处的伪距和载波相位观测量，以得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，其中，f为PPS频率。

进一步地，所述步骤2还包括：当差分系统的PPS频率>1Hz，且基准站的真实观测数据不连续时，则由上一节拍实时收到的基准站的真实观测量进行持续推算，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据。

进一步地，当差分系统的PPS频率>1Hz时，所述的PPS频率包括2Hz、5Hz或10Hz。

进一步地，所述获取差分系统的整周模糊度包括：

在差分系统流动站和基准站各自观测量频率下，对齐整1s时标下的基准站观测量和流动站观测量；

依次获取若干连续的整1s历元观测量，进行若干历元观测量的双差方程组组合并求解即得所述整周模糊度。

应用上述技术方案，提供一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，通过设计在不同PPS频率下的载波相位差分定位信息的获取(保证定位信息的精度)和输出(实现不同的频率输出)，连续、稳定、可靠地实现了载波相位差分定位解算过程中，不同频率下的基准站与流动站观测量数据有效同步，实现不同频率输出的切换，同时定位结果满足精度指标要求，使得不同的频率输出下，定位精度依旧能够达厘米级，这不同于普通的卫星导航接收机定位频率切换，对于满足多种型号实际应用需求，拓展市场应用范围、意义重大。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法的原理流程框图；

图2示出了根据本发明实施例提供的整周模糊度初始化示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的差分定位系统的PPS频率为1Hz时定位信息获取和输出示意图；

图4示出了根据本发明实施例提供的差分定位系统的PPS频率小于1Hz时定位信息获取和输出示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的差分定位系统的PPS频率大于1Hz时定位信息获取和输出示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

如图1、3-5所示，根据本发明实施例提供一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、获取差分系统的整周模糊度；

步骤2、在上述整周模糊度固定的基础上，进行频率切换，切换到差分系统的PPS频率上，并在所述PPS频率下完成载波相位差分定位信息的获取和输出，包括：

1)当差分系统的PPS频率为1Hz时，按照PPS频率同时获取差分系统流动站和基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以1Hz的输出频率输出；

2)当差分系统的PPS频率<1Hz；按照PPS频率实时获取流动站真实观测量，同时获取此时标下的基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出；

3)当差分系统的PPS频率>1Hz，且连续的收到基准站1Hz的实时观测量时，以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出。

本发明实施例中，差分系统的定位信息输出频率即为系统的PPS频率，其中，差分系统包括流动站和基准站。

本发明实施例中，正如背景技术所提到的，基准站通过电台发送的差分修正信息基本上是1Hz的更新频率，而移动站的观测量不存在空中传输波特率限制，可以10Hz、5Hz、2Hz,、1Hz、0.5Hz的频率实时获取并更新，所以在系统不同频率输出要求下，本发明实施例方案给出了如何准确对齐移动站、基准站的时标，并在一定的时序内进行解算，且满足系统的输出频率需求及差分精度要求。

本发明实施例中，如图3所示，当系统的PPS频率等于1Hz时，此时的处理策略为：按照PPS的频率同时获取流动站、基准站的真实观测量(注意基准站观测量空中传输延迟大致600ms左右)，并得到整秒时标对齐数据(在流动站观测量更新后大约600ms得到与该观测量对齐的基准站的观测量，且对齐才能保证定位信息解算精度)，在两个观测量已知的基础上进行差分定位求解即可，由于在已知整周模糊度的情况下，实时求解的算法占用的时间不大于50ms，即在流动站下一拍进行观测量更新之前即可获得定位信息，也即保证了流动站以1Hz的输出频率将该定位信息输出。

本发明实施例中，如图4所示，当系统的PPS频率小于1Hz时，以0.5Hz为例，此时的处理策略为：按照PPS的频率实时获取流动站观测量，同时获取基准站统一时标的真实观测量，如图所示的观测量对齐，同样的，在流动站下一拍进行观测量更新之前即可获得定位信息，也即保证了流动站以0.5Hz的输出频率将该定位信息输出。

本发明实施例中，如图5所示，当系统的PPS频率大于1Hz时，以5Hz为例，此时处理策略为：由于流动站更新观测量快，基准站慢，此时若要保证差分定位信息求解精度并以5Hz的输出频率输出，需推算基准站的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，即与系统PPS保持一致的观测量数据。如图5所示的对齐情况，当连续的收到基准站1Hz的实时观测量，同一节拍内，收到了移动站和基准站的观测量数据，因为基准站过来的数据经过无线的空中传输时延大致在600ms左右，此时的基准站和移动站数据不是一个PPS时标下的数据，此时需用上一拍基准站真实观测量数据推算当前节拍的观测量数据，对齐依次加200ms的移动站、基准站的数据帧，进行实时差分定位解算，由于在已知整周模糊度的情况下，实时解算的算法占用的时间不大于50ms，即在流动站进行下一观测量更新之前即可获得定位信息，也即保证了流动站以5Hz的输出频率将该定位信息输出。可见对于定位信息输出频率小于20Hz(50ms周期)的情况，该策略均适用。

应用上述配置方式，提供一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，通过设计在不同PPS频率下的载波相位差分定位信息的获取(保证定位信息的精度)和输出(实现不同的频率输出)，连续、稳定、可靠地实现了载波相位差分定位解算过程中，不同频率下的基准站与流动站观测量数据有效同步，实现不同频率输出的切换，同时定位结果满足精度指标要求，使得不同的频率输出下，定位精度依旧能够达厘米级，这不同于普通的卫星导航接收机定位频率切换，对于满足多种型号实际应用需求，拓展市场应用范围、意义重大。

进一步地，在本发明中，为了得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，所述以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据包括：

通过计算基准站处卫星的位置、速度，计算基准站两个历元间的伪距变化率；

并基于所述伪距变化率计算得到载波相位的变化率；

基于所述伪距变化率和载波相位的变化率推算基准站时标依次加1/f处的伪距和载波相位观测量，以得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，其中，f为PPS频率。

本发明实施例中，如图5所示，以PPS频率为5Hz为例，鉴于基准站是静止的，通过计算基准站处卫星的位置、速度，计算基准站两个历元间的伪距变化率(观测量差值处理)，从而计算载波相位的变化率，进而推算基准站时标+200ms，+400ms，+600ms,+800ms处的伪距和载波相位观测量。

进一步地，在本发明中，为了保证得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，所述步骤2还包括：当差分系统的PPS频率>1Hz，且基准站的真实观测数据不连续时，则由上一节拍实时收到的基准站的真实观测量进行持续推算，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据。

本发明实施例中，以PPS频率为5Hz为例，由于基准站数据空中无线传输受到遮挡等因素造成短时的中断，使得基准站的观测真实数据没有连续，此时则由前一拍实时收到的真实观测量持续推算，即+200ms、+400ms、+600ms、+800ms、+1000ms、+1200ms、+1400ms、+1600ms、+1800ms……推算观测量,直至基准站观测量从短暂的中断中恢复，再以收到的基准站真实观测量为基础推算，从而保持连续的可靠的差分定位解算。

进一步地，作为本发明一种具体实施例，当差分系统的PPS频率>1Hz时，所述的PPS频率包括2Hz、5Hz或10Hz。

进一步地，在本发明中，为了保证整周模糊度的可靠求解并保证后续定位信息的准确获取，所述获取差分系统的整周模糊度包括：

在差分系统流动站和基准站各自观测量频率下，对齐整1s时标下的基准站观测量和流动站观测量；

依次获取若干连续的整1s历元观测量，进行若干历元观测量的双差方程组组合并求解即得所述整周模糊度。

本发明实施例中，如图2所示，通过上述整周模糊度的求解方式，保证无论差分系统定位信息输出频率是不是1Hz(系统的PPS频率)，首先都要进行1Hz频率下的模糊度初始化；因为此时基准站的观测量、流动站的观测量为真实的观测量数据，对齐整秒时标的观测量并数据预处理后，并依次获取若干连续的整1s历元观测量，进行若干1s历元观测量的差分方程组合，实现整周模糊度初始化，从而保证模糊度的可靠求解；而采用推算下的观测量对齐进行模糊度求解都会有误差。

作为本发明一种具体实施例，如图2所示，以系统PPS 5Hz时的模糊度初始化为例，依次寻找对齐时标的观测量，对齐整秒时标的观测量并数据预处理后，并依次获取若干连续的整1s历元观测量，进行若干历元观测量的差分组合方程，进行宽巷窄巷的逐级求解，实现整周模糊度初始化。

综上，针对高精度载波相位差分定位系统中定位结果信息输出信息频率的不同，基准站、流动站观测量频率的不同，本发明实施例方案既满足不同频率输出要求，又同时满足模糊度初始化可靠性的实现方法，并在一定的时序内进行解算，满足系统高精度差分定位精度指标要求。本发明突破了常用的系统1Hz输出实现方式，实现了高精度差分定位信息不同频率下的输出，对推动载波相位差分技术在型号产品上的应用，意义重大。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、获取差分系统的整周模糊度；

步骤2、在上述整周模糊度固定的基础上，进行频率切换，切换到差分系统的PPS频率上，并在所述PPS频率下完成载波相位差分定位信息的获取和输出，包括：

1)当差分系统的PPS频率为1Hz时，按照PPS频率同时获取差分系统流动站和基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以1Hz的输出频率输出；

2)当差分系统的PPS频率<1Hz；按照PPS频率实时获取流动站真实观测量，同时获取此时标下的基准站的真实观测量并进行整秒时标对齐，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出；

3)当差分系统的PPS频率>1Hz，且连续的收到基准站1Hz的实时观测量时，以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，进行实时的差分定位求解并以所述PPS频率进行输出。

2.根据权利要求1所述的一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，其特征在于，所述以上一节拍实时收到的基准站真实观测量开始推算当前节拍的观测量数据，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据包括：

通过计算基准站处卫星的位置、速度，计算基准站两个历元间的伪距变化率；

并基于所述伪距变化率计算得到载波相位的变化率；

基于所述伪距变化率和载波相位的变化率推算基准站时标依次加1/f处的伪距和载波相位观测量，以得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据，其中，f为PPS频率。

3.根据权利要求1-2所述的一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，其特征在于，所述步骤2还包括：当差分系统的PPS频率>1Hz，且基准站的真实观测数据不连续时，则由上一节拍实时收到的基准站的真实观测量进行持续推算，得到与流动站相同频率下、相同时标下的观测量数据。

4.根据权利要求1所述的一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，其特征在于，当差分系统的PPS频率>1Hz时，所述的PPS频率包括2Hz、5Hz或10Hz。

5.根据权利要求1所述的一种载波相位差分定位信息输出频率切换的设计方法，其特征在于，所述获取差分系统的整周模糊度包括：

在差分系统流动站和基准站各自观测量频率下，对齐整1s时标下的基准站观测量和流动站观测量；

依次获取若干连续的整1s历元观测量，进行若干历元观测量的双差方程组组合并求解即得所述整周模糊度。