CN110673172A - 一种接收机静态相对定位精度的测试方法及终端 - Google Patents
一种接收机静态相对定位精度的测试方法及终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种接收机静态相对定位精度的测试方法及终端，通过将接收机实际观测数据导入静态相对定位算法，得到定位结果，并将定位结果与已知的精确位置进行对比确定静态相对定位的精度；站点的精确位置一次测定后可重复使用，随时测试，最大限度地缩减了测试成本，提升测试的便利性，并且可以根据接收机研制及算法测试的需要，随时保存测试数据，重现定位结果、查找、跟踪问题，优化静态相对定位解算算法等；不仅成本低而且测试方便快捷，适合接收机研发过程中大量测试的需要。
Description
技术领域
本发明涉及定位精度测试领域，尤其涉及一种接收机静态相对定位精度的测试方法及终端。
背景技术
我国自主研发的北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是继美国的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)后第3个向世界提供服务的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)。截止2019年4月20日，北斗已发射44颗卫星，已于2012年底向亚太地区提供服务，并计划于2020年向世界提供定位、导航、授时服务。实现卫星导航相关的定位芯片、模块、天线、板卡等基础产品的自主可控，形成完整的产业链，对拓展北斗系统在国民经济和社会发展中各领域的应用具有重大意义。
卫星定位接收机的研制包括硬件和软件研制两方面，其中硬件主要包括天线、接收机主机等；软件包括位置解析、显示绘图、数据服务等软件。随着接收机硬件和数据处理技术的发展，低成本、小型化的接收机将被广泛用于大众市场，其市场的大小主要由接收机的定位精度及性能决定。目前，相对定位是GNSS定位中精度最高的一种方法，被广泛用于大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航领域。相对定位是用两台以上接收机安置在基线的两端，同步观测相同的卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量。其中，当接收机天线处于静止状态下时的相对定位称为静态相对定位。
在GNSS接收机研制过程中，为了验证静态相对定位算法的有效性，需要对其定位精度进行频繁的测试。GNSS接收机的静态相对定位精度主要在标准检定场使用实际卫星信号完成测定，这种测定方法主要针对已在市场上应用的成熟的接收机。而对于研制过程中的接收机而言，标准检定场测定方法手续繁琐、时间成本和经济成本均较高，且不易获取测试数据，不适合接收机研发过程中大量测试的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种接收机静态相对定位精度的测试方法及终端，不仅成本低而且测试方便快捷，适合接收机研发过程中大量测试的需要。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种接收机静态相对定位精度的测试方法，包括步骤：
S1、选取测试站点，并确定所述测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、在所述测试站点上安装接收机，接收所述接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种接收机静态相对定位精度的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1、确定选取的测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、接收安装在所述测试站点上的接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
本发明的有益效果在于：通过将接收机实际观测数据导入静态相对定位算法，得到定位结果，并将定位结果与已知的精确位置进行对比确定静态相对定位的精度；站点的精确位置一次测定后可重复使用，随时测试，最大限度地缩减了测试成本，提升测试的便利性，并且可以根据接收机研制及算法测试的需要，随时保存测试数据，重现定位结果、查找、跟踪问题，优化静态相对定位解算算法等；不仅成本低而且测试方便快捷，适合接收机研发过程中大量测试的需要。
附图说明
图1为本发明实施例的一种接收机静态相对定位精度的测试方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种接收机静态相对定位精度的测试终端的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种接收机静态相对定位精度的测试系统的硬件结构示意图；
图4为本发明实施例的超短基线静态相对定位结果在E、N、U方向上的误差分布图；
图5为本发明实施例的中长基线静态相对定位结果在E、N、U方向上的误差分布图；
标号说明：
1、一种接收机静态相对定位精度的测试终端；2、存储器；3、处理器。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种接收机静态相对定位精度的测试方法，包括步骤：
S1、选取测试站点，并确定所述测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、在所述测试站点上安装接收机，接收所述接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过将接收机实际观测数据导入静态相对定位算法，得到定位结果，并将定位结果与已知的精确位置进行对比确定静态相对定位的精度；站点的精确位置一次测定后可重复使用，随时测试，最大限度地缩减了测试成本，提升测试的便利性，并且可以根据接收机研制及算法测试的需要，随时保存测试数据，重现定位结果、查找、跟踪问题，优化静态相对定位解算算法等；不仅成本低而且测试方便快捷，适合接收机研发过程中大量测试的需要。
进一步的，所述步骤S2中所述接收所述接收机的观测数据之前还包括：
对所述接收机的输出数据进行配置；
所述解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置之前还包括：
对待测试的静态相对定位算法进行配置。
进一步的，所述对所述接收机的输出数据进行配置包括：
配置所述接收机的采样间隔；
配置所述接收机的观测量及星历输出类型；
配置所述接收机数据采集时的高度截止角；
所述对待测试的静态相对定位算法进行配置包括：
配置所述静态相对定位算法的定位模式；
配置所述静态相对定位算法的载波频率；
配置所述静态相对定位算法的卫星系统。
由上述描述可知，在进行测试之前，实现对接收机和待测试的静态相对定位算法进行配置，保证了测试的可靠性和有效性。
进一步的，所述步骤S4包括：
在解算得到的所有作为移动站的接收机天线相位中心位置中根据解状态舍去浮点解和单点解，保留固定解；
根据作为移动站的接收机解算位置中的固定解及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，基于固定解来确定待测试的静态相对定位的精度，保证了测试的准确性。
进一步的，所述确定待测试的静态相对定位的精度包括：
将所述作为移动站的接收机的解算位置的坐标数据转换到站心坐标系中；
根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其精确位置的坐标数据确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差；
根据所述定位误差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位偏差；
根据所述定位误差和所述定位偏差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差的标准差；
根据所述定位误差和所述定位误差的标准差确定所述待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，根据定位结果的偏差、标准差、精度等多个因子综合判断定位结果，保证了定位结果判断的可靠性。
请参照图2，一种接收机静态相对定位精度的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1、确定选取的测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、接收安装在所述测试站点上的接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过将接收机实际观测数据导入静态相对定位算法，得到定位结果，并将定位结果与已知的精确位置进行对比确定静态相对定位的精度；站点的精确位置一次测定后可重复使用，随时测试，最大限度地缩减了测试成本，提升测试的便利性，并且可以根据接收机研制及算法测试的需要，随时保存测试数据，重现定位结果、查找、跟踪问题，优化静态相对定位解算算法等；不仅成本低而且测试方便快捷，适合接收机研发过程中大量测试的需要。
进一步的，所述步骤S2中所述接收所述接收机的观测数据之前还包括：
对所述接收机的输出数据进行配置；
所述解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置之前还包括：
对待测试的静态相对定位算法进行配置。
进一步的，所述对所述接收机的输出数据进行配置包括：
配置所述接收机的采样间隔；
配置所述接收机的观测量及星历输出类型；
配置所述接收机数据采集时的高度截止角；
所述对待测试的静态相对定位算法进行配置包括：
配置所述静态相对定位算法的定位模式；
配置所述静态相对定位算法的载波频率；
配置所述静态相对定位算法的卫星系统。
由上述描述可知，在进行测试之前，实现对接收机和待测试的静态相对定位算法进行配置，保证了测试的可靠性和有效性。
进一步的，所述步骤S4包括：
在解算得到的所有作为移动站的接收机天线相位中心位置中根据解状态舍去浮点解和单点解，保留固定解；
根据作为移动站的接收机解算位置中的固定解及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，基于固定解来确定待测试的静态相对定位的精度，保证了测试的准确性。
进一步的，所述确定待测试的静态相对定位的精度包括：
将所述作为移动站的接收机的解算位置的坐标数据转换到站心坐标系中；
根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其精确位置的坐标数据确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差；
根据所述定位误差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位偏差；
根据所述定位误差和所述定位偏差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差的标准差；
根据所述定位误差和所述定位误差的标准差确定所述待测试的静态相对定位的精度。
由上述描述可知，根据定位结果的偏差、标准差、精度等多个因子综合判断定位结果，保证了定位结果判断的可靠性。
实施例一
请参照图1，一种接收机静态相对定位精度的测试方法，包括步骤：
S1、选取测试站点，并确定所述测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
具体的，针对静态相对定位的测试需求，在远离大功率无线电发射源，远离高压输电线，附近无强烈发射卫星信号的物体，点位环视高度角15°以上无障碍物的观测条件下选择多个站点组成超短基线(200mm≤基线长度<24m)和中长基线(2000m≤基线长度<30000m)；
在选定的站点安置天线，天线按约定统一指向正北方向；
在选定的各站点将接收机和天线连接；
测定个站点天线相位中心精确坐标，作为各站点的精确位置，可以通过具备测绘资质的第三方机构测定站点天线相位中心精确坐标；
S2、在所述测试站点上安装接收机，接收所述接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
优选的，选定三个站点安装、固定测量型天线，用射频线将测量型天线和接收机连接，其示意图如图3所示；
其中，接收所述接收机的观测数据之前还包括：
对所述接收机的输出数据进行配置；
具体的配置包括：
配置所述接收机的采样间隔，优选的，配置为1s；
配置所述接收机的观测量及星历输出类型，优选的，配置输出GPS、BDS伪距、相位、多普勒频移、信噪比观测量及星历；
配置所述接收机数据采集时的高度截止角，优选的，配置高度截止角为15°；
按基线长度保存各组接收机的观测量及卫星星历；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
其中，在解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置之前还包括：
对待测试的静态相对定位算法进行配置；
具体的配置包括：
配置所述静态相对定位算法的定位模式，具体的配置定位模式为静态相对定位模式；
配置所述静态相对定位算法的载波频率，具体可根据测试需要配置为单频、双频或多频，优选的，配置为单频，具体为GPS L1和BDS B1；
配置所述静态相对定位算法的卫星系统，具体可根据测试需要配置为单一卫星系统，如美国GPS，或多卫星系统组合，如BDS与GPS组合，优选的，配置为GPS/BDS组合系统；
在导入的每组数据中将一台接收机确定为基站，另一台确定为移动站，输入基站天线相位中心精确坐标，逐历元解算移动站的接收机天线相位中心位置；
在解算完一组数据后，可以导入另一组数据，重复执行上述配置和解算的步骤；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度；
在解算得到的所有作为移动站的接收机解算位置中根据解状态舍去浮点解和单点解，保留固定解；
根据作为移动站的接收机解算位置中的固定解及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度；
具体的，确定待测试的静态相对定位的精度包括：
将所述作为移动站的接收机的解算位置的坐标数据转换到站心坐标系中；
经静态相对定位算法解算出的位置坐标为地心地固坐标系，包括空间直角坐标系XYZ及大地坐标系BLH，其与站心坐标系(ENU)的坐标系转换公式如下：
式中，XYZ为定位结果在空间直角坐标系下的坐标，BLH为定位结果在大地坐标系下的坐标，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，ENU为定位结果在站心坐标系下的坐标；
根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其精确位置的坐标数据确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差，计算公式如下：
式中，ΔEi,ΔNi,ΔUi为第i次作为移动站的接收机的定位结果在E、N、U方向上的误差(i＝1,2,…，n)；Ei,Ni,Ui为第i次作为移动站的接收机的定位结果在E、N、U方向上的分量；E0,N0,U0为作为移动站的接收机的精确位置对应的坐标在E、N、U方向上的分量；
根据所述定位误差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位偏差，计算公式如下：
式中，
为定位结果在E、N、U方向分量上的定位偏差；
根据所述定位误差和所述定位偏差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差的标准差，计算公式如下：
式中，σE,σN,σU为定位结果在E、N、U方向分量上定位误差的标准差；
根据所述定位误差和所述定位误差的标准差确定所述待测试的静态相对定位的精度，计算公式如下：
式中，ME,MN,MU为定位结果在E、N、U方向分量上的定位精度。
实施例二
将上述测试方法应用于实际的场景中，选择闽江学院广成楼楼顶两个观测条件良好的位置构成一组超短基线(约5m)，采集24小时的观测数据进行测试；选择闽江学院广成楼楼顶和福建工程院汽车电子与电子驱动技术重点实验室楼顶构成一组中长基线(约4600m)，采集24小时的数据进行测试，上述3个位置的精确坐标已知，其位置精度在X、Y、Z方向均优于3mm。
经测试，5米基线静态相对定位结果在E、N、U方向上的误差序列如图4所示，其E、N、U方向上的定位偏差、标准差、精度统计值如表1所示。4600米基线静态相对定位结果在E、N、U方向上的误差分布如图5所示，其E、N、U方向上的定位偏差、标准差、精度统计值如表2所示。
表1 5米基线定位结果的定位偏差、标准差、精度统计(1σ)
| 方向 | 偏差(mm) | 标准差(mm) | 精度(mm) |
| E | 1.2 | 0.2 | 1.4 |
| N | 1.3 | 0.2 | 1.5 |
| U | 3.4 | 0.7 | 4.1 |
| H | 1.8 | 0.3 | 2.1 |
表2 4600米基线定位结果的定位偏差、标准差、精度统计(1σ)
| 方向 | 偏差(mm) | 标准差(mm) | 精度(mm) |
| E | 2.0 | 0.9 | 2.9 |
| N | 3.2 | 3.3 | 6.5 |
| U | 3.2 | 2.0 | 5.2 |
| H | 3.8 | 3.4 | 7.1 |
实施例三
请参照图2，一种接收机静态相对定位精度的测试终端1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在所述处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一中的各个步骤。
综上所述，本发明提供的一种接收机静态相对定位精度测试方法及装置，通过将接收机实际观测数据导入静态相对定位算法，得到定位结果，并将定位结果与已知的精确位置进行对比确定静态相对定位的精度；在获得所选站点的精确坐标后，可以利用实际卫星信号对研制过程中接收机的定位精度根据研发需要进行重复多次的测试，这不仅便捷，还可以节约大量的委托测试成本；该种测试方法及装置可保存测试过程中的观测量及解算结果，配合解算、分析软件，便于接收机研制过程中处理分析数据、重现定位结果、跟踪、优化解算算法；此外，所述测试方法还可根据偏差、标准差、精度等多个因子判断静态相对定位结构的可靠性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种接收机静态相对定位精度的测试方法，其特征在于，包括步骤：
S1、选取测试站点，并确定所述测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、在所述测试站点上安装接收机，接收所述接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
2.根据权利要求1所述的一种接收机静态相对定位精度的测试方法，其特征在于，所述步骤S2中所述接收所述接收机的观测数据之前还包括：
对所述接收机的输出数据进行配置；
所述解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置之前还包括：
对待测试的静态相对定位算法进行配置。
3.根据权利要求2所述的一种接收机静态相对定位精度的测试方法，其特征在于，所述对所述接收机的输出数据进行配置包括：
配置所述接收机的采样间隔；
配置所述接收机的观测量及星历输出类型；
配置所述接收机数据采集时的高度截止角；
所述对待测试的静态相对定位算法进行配置包括：
配置所述静态相对定位算法的定位模式；
配置所述静态相对定位算法的载波频率；
配置所述静态相对定位算法的卫星系统。
4.根据权利要求1所述的一种接收机静态相对定位精度的测试方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
在解算得到的所有作为移动站的接收机的解算位置中根据解状态舍去浮点解和单点解，保留固定解；
根据作为移动站的接收机解算位置中的固定解及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
5.根据权利要求1或4所述的一种接收机静态相对定位精度的测试方法，其特征在于，所述确定待测试的静态相对定位的精度包括：
将所述作为移动站的接收机的解算位置的坐标数据转换到站心坐标系中；
根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其精确位置的坐标数据确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差；
根据所述定位误差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位偏差；
根据所述定位误差和所述定位偏差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差的标准差；
根据所述定位误差和所述定位误差的标准差确定所述待测试的静态相对定位的精度。
6.一种接收机静态相对定位精度的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1、确定选取的测试站点的精确位置，所述选取的测试站点至少组成一条超短基线和一条中长基线；
S2、接收安装在所述测试站点上的接收机的观测数据，并按基线长度保存各组接收机的观测数据，每一组接收机的观测数据包括作为基站的接收机的观测数据和作为移动站的接收机的观测数据；
S3、将每一组接收机的观测数据及对应组中作为基站的接收机的精确位置导入待测试的静态相对定位算法，解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置；
S4、根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
7.根据权利要求6所述的一种接收机静态相对定位精度的测试终端，其特征在于，所述步骤S2中所述接收安装在所述测试站点上的接收机的观测数据之前还包括：
对所述接收机的输出数据进行配置；
所述解算每一组中作为移动站的接收机天线相位中心位置之前还包括：
对待测试的静态相对定位算法进行配置。
8.根据权利要求7所述的一种接收机静态相对定位精度的测试终端，其特征在于，所述对所述接收机的输出数据进行配置包括：
配置所述接收机的采样间隔；
配置所述接收机的观测量及星历输出类型；
配置所述接收机数据采集时的高度截止角；
所述对待测试的静态相对定位算法进行配置包括：
配置所述静态相对定位算法的定位模式；
配置所述静态相对定位算法的载波频率；
配置所述静态相对定位算法的卫星系统。
9.根据权利要求6所述的一种接收机静态相对定位精度的测试终端，其特征在于，所述步骤S4包括：
在解算得到的所有作为移动站的接收机解算位置中根据解状态舍去浮点解和单点解，保留固定解；
根据作为移动站的接收机解算位置中的固定解及其对应的精确位置确定待测试的静态相对定位的精度。
10.根据权利要求6或9所述的一种接收机静态相对定位精度的测试终端，其特征在于，所述确定待测试的静态相对定位的精度包括：
将所述作为移动站的接收机的解算位置的坐标数据转换到站心坐标系中；
根据所述作为移动站的接收机的解算位置及其精确位置的坐标数据确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差；
根据所述定位误差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位偏差；
根据所述定位误差和所述定位偏差确定所述解算位置在站心坐标系下各方向的定位误差的标准差；
根据所述定位误差和所述定位误差的标准差确定所述待测试的静态相对定位的精度。
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