CN110687558A

CN110687558A - 一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法

Info

Publication number: CN110687558A
Application number: CN201911262945.XA
Authority: CN
Inventors: 周洪峰; 孙红星; 李石平
Original assignee: Shenzhen Microproducts To Mdt Infotech Ltd
Current assignee: Shenzhen Microproducts To Mdt Infotech Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-01-14
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: CN110687558B

Abstract

本发明提供一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，包括：步骤S1，节点A和节点B作为匹配点构成基线同时接收卫星信号，提取原始观测量；步骤S2，节点A利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息；步骤S3，节点A将伪距单点定位结果和卫星原始观测信息实时发送给移动站；步骤S4，节点B提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第一相对基线矢量；步骤S5，节点B实时输出节点B的绝对位置和基线信息；步骤S6，节点B与节点A交换角色，重复步骤S2至步骤S5的操作，计算得到第二相对基线矢量。本发明能够有效提高基线解算验证的可靠性。

Description

一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法

技术领域

本发明涉及一种联动目标自组网导航定位技术领域，尤其涉及一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法。

背景技术

随着我国北斗卫星导航系统（BDS）定位技术与各行业更深入的结合，对导航系统的技术应用也有相应较高的要求，常规的静动型实时动态差分定位（RTK）技术已不能完全满足应用需求。因此，移动站和基准站均移动的动态相对动态（动动）定位技术应运而生，而在联动目标动动定位中，在一个系统中多个运动物体同时保持相对运动的状态，即多目标动动定位更是得到广泛应用需求。北斗动动定位指的是基于北斗的移动站和基准站均移动的动态相对动态（动动）的定位技术。

在此技术背景下，各领域借此技术推广了不同的应用。尤其是在飞机、车辆、舰船编队作业等应用中，目标多、间隔小、速度快，要求精确可信的位置服务。而国内对动动定位，尤其是多目标的动动定位的研究却很少。如无人机编队中如何通过接收机之间通讯进行双基线解算，从而验证结果，在提高整体系统运行效率降低监控中心工作量的同时，对于整网可靠性和匹配接收机节点可靠性都有很大的提升。而传统单基线解算，对于解算结果无法进行有效验证，有限的数据源更是包含了大量误差，冗余信息的缺乏对于解算结果的可靠性带来很大损失。

移动目标编队行进过程中，既要避免相互碰撞又要协同作业，各移动目标均需实时感知周围其它移动目标与其精确、可靠的相对位置关系。以单节点（单接收机）为中心，与周边节点（接收机）构建自主基线，从而减少系统的整体数据处理负荷，降低装备的实现成本，这种技术成为了主要解决手段。对于与我们关注的移动目标距离较远的其它目标，由于此时仅需监控其概略位置关系并分析位置关系间的变化趋势，因此采用与该待定目标间单基线解算或者单点定位的处理模式，同时根据目标属性、相互间距离及其变化趋势动态设定数据处理频率。在保证定位精度和可靠性不存在显著降低的同时，减少整个系统的数据处理负担，进而降低装备实现过程中对相关设备的性能需求，控制设备成本。但在构建自主基线过程中，基线解算结果质量如何得到保障，其可靠性如何定义，结果如何验证，特别是在接收机钟差等各种误差混入的情况下如何进行有效验证，就成了亟待解决的问题。

若仅盲目的利用单基线结算结果，若其存在极大偏差，不仅会对相邻基线推算造成误差，更会对于构网可靠性和移动编队安全性造成严重问题。在当下以单一目标为基准的定位服务时代逐渐被取代为多源异构多节点，如何处理独立基线解算验证技术更是迫切的需要解决。独立基线结果验证不同于多基线，多基线可以通过闭合环等技术进行一定修正，而单基线解算无从验证其可靠性。因此，现有技术对于当下各种移动编队整体作业及自组网技术发展带来阻碍，并且北斗动动定位自组网中独立基线解算如何提高可靠性进行验证，也是从未有人提过的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种能够提高基线解算验证可靠性的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法。

对此，本发明提供一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，包括：

步骤S1，节点A和节点B作为匹配点同时接收卫星信号，提取原始观测量，所述原始观测量包括卫星伪距和双频载波相位观测量；

步骤S2，节点A利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息，所述卫星原始观测信息包括载波信号、测距码和导航电文；

步骤S3，节点A将伪距单点定位结果和当前所观测到卫星原始观测信息实时发送给移动站；

步骤S4，节点B提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第一相对基线矢量；

步骤S5，节点B根据节点A发送的伪距单点定位结果和所述步骤S4计算得到的第一相对基线矢量实时输出节点B的绝对位置和基线信息；

步骤S6，节点B与节点A交换角色，重复步骤S2至步骤S5的操作，计算得到第二相对基线矢量，实现双基线解算验证。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过公式ρ=C*t提取卫星伪距ρ，其中，C为光速，t为卫星信号到达节点A和节点B之间的时间差。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，通过公式

提取双频载波相位观测量

，其中，为接收机本振参考信号的载波相位，

为t _a时第j颗卫星发射的载波相位。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，节点B提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第一相对基线矢量L的实现过程如下：首先，节点B搭载的卫星接收机接收信号，进而求解其三维坐标向量，基准站同时接收卫星信号，计算自身三维坐标向量；然后通过节点B的三维坐标向量与基准站的三维坐标向量做差，进而修正节点B的三维坐标向量；最后，通过两个匹配节点的三维坐标向量相减得到第一相对基线矢量。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S5中，输出节点B的绝对位置和基线信息的过程如下：首先，节点B根据节点A发送的伪距单点定位结果，求解其三维坐标向量，然后通过该三维坐标向量和所述步骤S4计算得到的第一相对基线矢量相加进而输出节点B的绝对位置，并输出所述第一相对基线矢量的基线信息。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S1中，节点A为接收机A或基准站A，所述节点B为接收机B或移动站B。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，节点A利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息的过程如下：在特定的待定点上，利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫星，进而确定待定点在地固坐标系的位置。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S6包括以下子步骤：

步骤S601，节点B利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息，所述卫星原始观测信息包括载波信号、测距码和导航电文；

步骤S602，节点B将伪距单点定位结果和当前所观测到卫星原始观测信息实时发送给移动站；

步骤S603，节点A提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第二相对基线矢量L’。

本发明的进一步改进在于，还包括步骤S604，节点A根据节点B发送的伪距单点定位结果和步骤S603计算得到的第二相对基线矢量L’实时输出移动站的绝对位置和基线信息。

本发明的进一步改进在于，所述节点A与节点B进行单点定位结果及基线解算信息播发，节点A和节点B分别在收到对方信息后通过公式|L+L’|<

进行结果验证，其中，为预先设置的监测阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在北斗动动定位的基线解算中，节点A和节点B分别可以扮演基准站和移动站的角色，从而得到节点A到节点B和节点B到节点A的双向的基线解算信息；通过通讯网络播发功能，节点A可以接收到节点B单点定位结果及基线解算信息，从而对其进行一致性判断，即两者误差在阈值允许范围内即判定为可靠；若两者解算结果不一致则可通过构建网络进行挑选解算结果较好的基线。同样，节点B也可以进行可靠性的判定，进而得以有效提高基线解算验证的可靠性，验证其符合度及精度。在此基础上，当一方出现故障，双方无法完成双向的解算信息进行可靠性验证，能够实现报警，便于用户根据其地址信息进行故障监测及排查。

附图说明

图1是本发明一种实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，包括：

步骤S3，节点A将伪距单点定位结果和当前所观测到卫星原始观测信息实时发送给移动站，所述移动站包括节点B；

本例所述步骤S1中，节点A为接收机A或基准站A，所述节点B为接收机B或移动站B；当节点A作为主节点，计算节点A的坐标与基线信息时，节点A则为移动站，节点B则作为基站功能，反过来，当步骤S6需要计算节点B的坐标与基线信息时，节点B作为主节点和移动站，节点A作为基站；所述卫星伪距即由卫星发射的测距码信号到达接收机的传播时间乘以光速所得出的量测距离，因此，通过公式ρ=C*t可计算出卫星伪距ρ，其中C为光速，t为卫星信号到达两个接收机之间的时间差。

本例所述步骤S1实际上就是卫星接收机或者通过接收机天线得到的信息的步骤。步骤S2的原理是单点定位得到的坐标结果以及原始信息可以通过不同接收机之间的数据链路建立联系，从而发给其他节点。步骤S4中，节点B接收到节点A的上述信息，由于广播，所有节点都可以收到；因为得到节点A的载波相位观测信息，两个相减就得到节点B相对于节点A的基线信息，因为是向量，有方向，定义为节点A减节点B。而步骤S5中，有了节点A与节点B之间的向量差，再加上节点A的坐标，可以得到节点B的坐标。同理，在步骤S6中，交换之后，由节点B的坐标以及节点B与节点A之间向量差就可以得到节点A的坐标，实现了冗余信息，值得一提的是，节点A与节点B之间的基线向量AB（第一相对基线矢量）和节点B与节点A之间的基线向量BA（第二相对基线矢量）是是不一致，因此，本例的双基线解算验证可靠性高。

双频载波相位观测量即接收机所接收到的卫星载波信号与接收机本振参考信号之间的相位差。载波相位测量是接收机（天线）和卫星位置的函数，只有得到了它们之间的函数关系才能从观测量中求解接收机（或卫星）的位置。在卫星标准时刻t _a（卫星钟面时刻t _a）卫星s^j发射的载波信号相位为

，经传播延迟

后，在卫星标准时刻t _b（接收机时刻t _b）到达接收机。根据电磁波传播原理，t _b时接收的载波相位和t _a时发射的载波相位不变，即

，

为t _a时第j颗卫星发射的载波相位，t _a表示a时刻；而t _b时，接收机本振参考信号的载波相位为

，由此可知，在t _b时刻，双频载波相位观测量

的计算公式为

。

因此，本例所述步骤S1中，优选通过公式ρ=C*t提取卫星伪距ρ，其中，C为光速，t为卫星信号到达节点A和节点B之间的时间差。优选通过公式

提取双频载波相位观测量，其中，

为接收机本振产生的载波相位，

为t _a时第j颗卫星发射的载波相位。

本例所述步骤S2中，节点A利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息的过程如下：在特定的待定点上，利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫星，进而确定待定点在地固坐标系的位置，进而能够获取卫星原始观测信息。

本例所述步骤S4中，节点B提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第一相对基线矢量L的实现过程如下：首先，节点B搭载的卫星接收机接收信号，进而求解其三维坐标向量，基准站同时接收卫星信号，计算自身三维坐标向量；然后通过节点B的三维坐标向量与基准站的三维坐标向量做差，进而修正节点B的三维坐标向量；最后，通过两个匹配节点的三维坐标向量相减得到第一相对基线矢量。

本例所述第一相对基线矢量L就是从节点A到节点B的基线解算结果，通过基线向量解算来实现，基线向量解算（baseline vector solution）是指在卫星定位中，利用载波相位观测值或其差分观测值，求解两个同步观测的测站之间的基线向量坐标差的过程。此前须进行数据预处理，剔除观测值中的粗差，即进行周跳的探测与修复。由于待定测站的近似坐标相对于基站的精度较低而影响卫地距及传播时间的计算，须逐次迭代不断提高测站近似坐标精度，以修正卫星信号发射时刻及相应的星历坐标，使整周待定值趋近于整数以获得良好的基线向量成果；可以通过单基线解算和取用测段内所有非基线相对于基线的双差观测值联合解算全部基线的两种方法来实现，即两个节点坐标值相减得到基线向量结果。

本例所述步骤S5中，输出节点B的绝对位置和基线信息的过程如下：首先，节点B根据节点A发送的伪距单点定位结果，求解其三维坐标向量，然后通过该三维坐标向量和所述步骤S4计算得到的第一相对基线矢量相加进而输出节点B的绝对位置，并输出所述第一相对基线矢量的基线信息。

简单的说，节点B根据节点A的卫星伪距单点定位结果和计算得到的第一相对基线矢量L实时输出移动站（如节点B）的绝对位置和基线信息，即计算得到了节点A与节点B之间的坐标差，而节点A的坐标已知，便可以求解节点B的坐标位置了。

本例所述步骤S2至步骤S5用于得到节点A到节点B的基线解算信息，所述步骤S6中，将节点B与节点A交换角色，通过同样的方式，得到节点B到节点A的基线解算信息，进而能够实现双向的基线解算验证。具体的，所述步骤S6包括以下子步骤：

步骤S601，节点B利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息，所述卫星原始观测信息包括载波信号、测距码和导航电文；也就是说，此时，以节点B作为基准站，以节点A作为移动站，重复步骤S2至步骤S5的操作；

本例还优选包括步骤S604，节点A根据节点B发送的伪距单点定位结果和步骤S603计算得到的第二相对基线矢量L’实时输出移动站的绝对位置和基线信息。

本例所述节点A与节点B进行单点定位结果及基线解算信息的播发，节点A和节点B 分别在收到对方信息后通过公式|L+L’|<

进行结果验证，其中，为预先设置的监测阈值。所述监测阈值

可以预先设置，也根据要求进行具体选取和调整，进而用于进行等级划分，从而验证其一致性程度，得出其可靠性评估结果。

本例优选通过公式|L+L’|<

进行结果验证，即两者误差在监测阈值允许范围内即判定为可靠；若两者解算结果不一致则可通过构建网络进行挑选解算结果较好的基线。

综上所述，本例在北斗动动定位的基线解算中，节点A和节点B分别可以扮演基准站和移动站的角色，从而得到节点A到节点B和节点B到节点A的双向的基线解算信息；通过通讯网络播发功能，节点A可以接收到节点B单点定位结果及基线解算信息，从而对其进行一致性判断，即两者误差在阈值允许范围内即判定为可靠；若两者解算结果不一致则可通过构建网络进行挑选解算结果较好的基线。同样，节点B也可以进行可靠性的判定，进而得以有效提高基线解算验证的可靠性，验证其符合度及精度，适合用于北斗动动定位中独立基线解算结果的验证，尤其适用于联动目标自组网。

在此基础上，当一方出现故障，双方无法完成双向的解算信息进行可靠性验证，能够实现报警，便于用户根据其地址信息进行故障监测及排查。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过公式ρ=C*t提取卫星伪距ρ，其中，C为光速，t为卫星信号到达节点A和节点B之间的时间差。

3.根据权利要求1所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过公式

提取双频载波相位观测量

，其中，

为接收机本振参考信号的载波相位，

为t _a时第j颗卫星发射的载波相位。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S4中，节点B提取自身和基准站共同观测到的卫星载波相位观测信息进行单历元载波相位整周模糊度求解，实时计算第一相对基线矢量L的实现过程如下：首先，节点B搭载的卫星接收机接收信号，进而求解其三维坐标向量，基准站同时接收卫星信号，计算自身三维坐标向量；然后通过节点B的三维坐标向量与基准站的三维坐标向量做差，进而修正节点B的三维坐标向量；最后，通过两个匹配节点的三维坐标向量相减得到第一相对基线矢量。

5.根据权利要求4所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S5中，输出节点B的绝对位置和基线信息的过程如下：首先，节点B根据节点A发送的伪距单点定位结果，求解其三维坐标向量，然后通过该三维坐标向量和所述步骤S4计算得到的第一相对基线矢量相加进而输出节点B的绝对位置，并输出所述第一相对基线矢量的基线信息。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S1中，节点A为接收机A或基准站A，所述节点B为接收机B或移动站B。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S2中，节点A利用伪距单点定位方式进行实时定位，获取卫星原始观测信息的过程如下：利用GPS接收机观测4颗以上的GPS卫星，进而确定待定点在地固坐标系的位置。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下子步骤：

9.根据权利要求8所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，还包括步骤S604，节点A根据节点B发送的伪距单点定位结果和步骤S603计算得到的第二相对基线矢量L’实时输出移动站的绝对位置和基线信息。

10.根据权利要求9所述的基于北斗动动定位的独立双基线解算验证方法，其特征在于，所述节点A与节点B进行单点定位结果及基线解算信息播发，节点A和节点B分别在收到对方信息后通过公式|L+L’|<进行结果验证，其中，

为预先设置的监测阈值。