CN113419263A - 一种分离模糊度与位置解算的方法 - Google Patents

一种分离模糊度与位置解算的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分离模糊度与位置解算的方法，通过将模糊度与位置解算分离，在卫星数较多、高精度GNSS卫星导航接收机的CPU资源有限的情况下，灵活配置模糊度解算频率，在低CPU消耗的情况下提高精度位置解算的频率，通过高频率的高精度位置解算实现了高精度定位。本发明对由于新增卫星等原因造成模糊度解算线程的个别历元的浮点解的情况，利用上一时刻固定的模糊度运行位置解算线程，且当前历元利用上一时刻固定信息，从而提高固定率。

Description

一种分离模糊度与位置解算的方法
技术领域
本发明属于卫星定位技术领域，具体涉及一种分离模糊度与位置解算的方法。
背景技术
目前由于高精度卫星定位技术主要有RTK、网络RTK、PPP-RTK技术，其定位频率受限于参数估计以及模糊度搜索所花费的时间。较为传统的高精度固定解是首先利用最小二乘或者卡尔曼滤波参数估计得到状态估计值和协方差，然后采用宽窄巷、LAMBDA等算法对模糊度进行固定。由于矩阵维数随着解算卫星的增加而增加，如果要得到高频率的解算频率，可以减少解算卫星的数量，降低参数估计和模糊度搜索的运算量。在保障精度的同时，想要得到50Hz甚至100Hz的高精度位置频率，仅仅靠减少卫星的解算数量是不够的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种分离模糊度与位置解算的方法，用于提高精度位置解算的频率。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种分离模糊度与位置解算的方法，包括以下步骤：
S1：模糊度解算线程根据各个系统的参考星按解算频率解算双差模糊度、双差电离层延迟、双差对流层延迟并发送给位置解算线程；
S2：位置解算线程判断载波相位观测量是否发生周跳，若发生周跳则标记并在下次更新模糊度前不参与解算；
S3：位置解算线程根据各个系统的参考星对载波相位减去双差模糊度、双差电离层延迟、双差对流层延迟，通过最小二乘实现位置解算。
按上述方案，解算频率根据CPU的负荷自适应。
按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：
S11：设卫星数为N，参考星的顺序号为i，以下简称参考星i；则模糊度解算线程解算第j颗卫星在f频率的双差模糊度为
Figure BDA0003081721520000011
双差电离层延迟为
Figure BDA0003081721520000012
双差对流层延迟为
Figure BDA0003081721520000013
S12：模糊度解算线程将步骤S1解算得到的信息发送给位置解算线程。
按上述方案，所述的步骤S2中，具体步骤为：设无几何距离组合值为bGF；双频载波的频率分别为f1和f2，对应的波长分别为λ1和λ2，ΔL1和ΔL2分别为L1频段和L2频段的单差载波相位观测值，对应的单差整周模糊度分别为ΔN1和ΔN2；单差电离层延迟为ΔI，观测噪声及多径效应为ε；采用t时刻与t-1时刻的无几何距离组合值bGF做为t-1时刻双频载波相位差，构建周跳探测量：
Figure BDA0003081721520000021
若无几何距离组合值bGF大于预设的门限值，则判断载波相位观测量发生周跳；若无几何距离组合值bGF小于等于预设的门限值，则判断载波相位观测量未发生周跳。
进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：设基站的第j颗卫星的载波相位观测值减去基站的第j颗卫星到接收机的几何距离为
Figure BDA0003081721520000022
流动站的第j颗卫星的载波相位观测值减去流动站的第j颗卫星到接收机的几何距离为
Figure BDA0003081721520000023
基站的参考星i的载波相位观测值减去基站的参考星i到接收机的几何距离为
Figure BDA0003081721520000024
流动站的参考星i的载波相位观测值减去流动站的参考星i到接收机的几何距离为
Figure BDA0003081721520000025
则第k次牛顿迭代得到第j颗卫星在f频率与参考星i的双差载波观测量残差为：
Figure BDA0003081721520000026
S32：设第j颗卫星至接收机的单位观测矢量在x方向、y方向、z方向的分量分别为
Figure BDA0003081721520000027
参考星i至接收机的单位观测矢量在x方向、y方向、z方向上的分量分别为
Figure BDA0003081721520000028
则测量关系矩阵H为：
Figure BDA0003081721520000029
S33：设各个卫星载波观测量对应的权重W为测量误差标准差σ的倒数，设C＝WTW，
Figure BDA00030817215200000210
设参考星卫星高度角为E1，非参考星卫星高度角为E2，a和b为经验系数或拟合系数，则：
Figure BDA0003081721520000031
Figure BDA0003081721520000032
则采用牛顿迭代法和加权最小二乘法求解接收机的位置坐标为：
Δx＝(HTCH)-1HTCb。
按上述方案，还包括以下步骤：
S4：检核步骤S3得到的最小二乘解。
进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：
S41：对小周跳和单频载波周跳进行RAIM检测，剔除异常星；
S42：重新进行牛顿迭代和最小二乘解算。
一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行一种分离模糊度与位置解算的方法。
本发明的有益效果为：
1.本发明的一种分离模糊度与位置解算的方法，通过将模糊度与位置解算分离，在卫星数较多、高精度GNSS卫星导航接收机的CPU资源有限的情况下，灵活配置模糊度解算频率，在低CPU消耗的情况下提高了精度位置解算的频率，通过高频率的高精度位置解算实现了高精度定位。
2.本发明对由于新增卫星等原因造成模糊度解算线程的个别历元的浮点解的情况，利用上一时刻固定的模糊度运行位置解算线程，且当前历元利用上一时刻固定信息，从而提高固定率。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
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。
参见图1，本发明的实施例包括以下步骤：
1.利用模糊度解算线程得到模糊度、电离层和对流层信息。
1.1如1.所述，假定卫星数为N，参考星为i号星。第j颗卫星f频率双差模糊度、双差电离层延迟、双差对流层延迟分别为：
Figure BDA0003081721520000033
和
Figure BDA0003081721520000034
2.位置解算线程周跳探测
2.1如1.所述，双差模糊度已经固定，由于位置解算线程位置更新速率快，在此期间若载波观测量发生周跳参与解算会导致牛顿迭代不收敛或定位偏差较大的情况，因此在解算之前进行周跳探测。
如2.1所述，假设t-1时刻双频载波相位差：
Figure BDA0003081721520000041
式中，bGF表示无几何距离组合值；f1和f2、λ1和λ2为分为双频载波的频率和波长；ΔN1和ΔN2单差整周模糊度；ΔΙ为单差电离层延迟，ε为观测噪声及多径效应。利用t与t-1bGF做差构建周跳探测量。
3.通过1.中双差模糊度、双差电离层延迟和双差对流层延迟，利用载波进行最小二乘位置解算。
3.1如1.1和3所述，第k次牛顿迭代，第j颗卫星f频率与参考星i双差载波观测量残差为：
Figure BDA0003081721520000042
式中：
Figure BDA0003081721520000043
和
Figure BDA0003081721520000044
表示基站和流动站第j颗卫星载波相位观测值减去卫星至接收机的几何距离。
Figure BDA0003081721520000045
和
Figure BDA0003081721520000046
表示基站和流动站参考星载波相位观测值减去卫星值接收机的几何距离。
3.2如所述，测量关系矩阵为H为：
Figure BDA0003081721520000047
式中，
Figure BDA0003081721520000048
和
Figure BDA0003081721520000049
表示第j颗卫星至接收机的单位观测矢量在x,y,z的分量，
Figure BDA00030817215200000410
和
Figure BDA00030817215200000411
表示参考星i至接收机的单位观测矢量在x,y,z上的分量。
3.3如3所述，采用牛顿迭代法和加权最小二乘求解接收机位置坐标：
Δx＝(HTCH)-1HTCb
式中，C＝WTW，W为各个卫星载波观测量对应的权重，即测量误差标准差σ的倒数，
Figure BDA0003081721520000051
其中
Figure BDA0003081721520000052
Figure BDA0003081721520000053
其中，E1和E2为参考星和非参考星卫星高度角，a和b为待定系数，通常根据经验或者采用拟合的方式确定。
4对最小二乘解检核
4.1如2.1所述，在最小二乘解算之前对载波相位是否发生周跳进行了检核，但对于小周跳和单频载波发生周跳可能导致牛顿迭代不收敛或定位误差较大的情况。
4.2如4.1所述，针对上述情况，还需要做RAIM检测，剔除异常星重新进行牛顿迭代和最小二乘解算。
当模糊度首次固定后，在载波相位观测量没有发生周跳的时候，模糊度固定是不变的，且短时间大气层延迟变化可以忽略不计。基于此将模糊度与位置解算分开，一个线程用于计算整周模糊，一个线程用于位置解算，从而实现50Hz甚至100Hz的高精度位置信息。针对RTK和网络RTK，首先，模糊度解算线程将固定频率的各个系统的参考星、固定的双差模糊度、双差电离层以及双差对流层发送给位置解算线程，这个频率可以根据CPU负荷自适应。其次，由于位置解算频率远大于模糊度解算线程，因此每次解算都应判断载波相位观测量是否发生周跳，当发生周跳进行标记在下次模糊度更新前不参与解算。最后，位置解算线程利用各个系统参考星对载波相位做双差，减去双差模糊度、双差电离层和双差对流层延迟做最小二乘解算，从而实现超高频率的高精度位置解算。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：模糊度解算线程根据各个系统的参考星按解算频率解算双差模糊度、双差电离层延迟、双差对流层延迟并发送给位置解算线程；
S2：位置解算线程判断载波相位观测量是否发生周跳，若发生周跳则标记并在下次更新模糊度前不参与解算；
S3：位置解算线程根据各个系统的参考星对载波相位减去双差模糊度、双差电离层延迟、双差对流层延迟，通过最小二乘实现位置解算。
2.根据权利要求1所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：解算频率根据CPU的负荷自适应。
3.根据权利要求1所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：
S11：设卫星数为N，参考星的顺序号为i，以下简称参考星i；则模糊度解算线程解算第j颗卫星在f频率的双差模糊度为
Figure FDA0003081721510000011
双差电离层延迟为
Figure FDA0003081721510000012
双差对流层延迟为
Figure FDA0003081721510000013
S12：模糊度解算线程将步骤S1解算得到的信息发送给位置解算线程。
4.根据权利要求1所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：设无几何距离组合值为bGF；双频载波的频率分别为f1和f2，对应的波长分别为λ1和λ2，ΔL1和ΔL2分别为L1频段和L2频段的单差载波相位观测值，对应的单差整周模糊度分别为ΔN1和ΔN2；单差电离层延迟为ΔI，观测噪声及多径效应为ε；采用t时刻与t-1时刻的无几何距离组合值bGF做为t-1时刻双频载波相位差，构建周跳探测量：
Figure FDA0003081721510000014
若无几何距离组合值bGF大于预设的门限值，则判断载波相位观测量发生周跳；若无几何距离组合值bGF小于等于预设的门限值，则判断载波相位观测量未发生周跳。
5.根据权利要求3所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：设基站的第j颗卫星的载波相位观测值减去基站的第j颗卫星到接收机的几何距离为
Figure FDA0003081721510000021
流动站的第j颗卫星的载波相位观测值减去流动站的第j颗卫星到接收机的几何距离为
Figure FDA0003081721510000022
基站的参考星i的载波相位观测值减去基站的参考星i到接收机的几何距离为
Figure FDA0003081721510000023
流动站的参考星i的载波相位观测值减去流动站的参考星i到接收机的几何距离为
Figure FDA0003081721510000024
则第k次牛顿迭代得到第j颗卫星在f频率与参考星i的双差载波观测量残差为：
Figure FDA0003081721510000025
S32：设第j颗卫星至接收机的单位观测矢量在x方向、y方向、z方向的分量分别为
Figure FDA0003081721510000026
参考星i至接收机的单位观测矢量在x方向、y方向、z方向上的分量分别为
Figure FDA0003081721510000027
则测量关系矩阵H为：
Figure FDA0003081721510000028
S33：设各个卫星载波观测量对应的权重W为测量误差标准差σ的倒数，设C＝WTW，
Figure FDA0003081721510000029
设参考星卫星高度角为E1，非参考星卫星高度角为E2，a和b为经验系数或拟合系数，则：
Figure FDA00030817215100000210
Figure FDA00030817215100000211
则采用牛顿迭代法和加权最小二乘法求解接收机的位置坐标为：
Δx＝(HTCH)-1HTCb。
6.根据权利要求1所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S4：检核步骤S3得到的最小二乘解。
7.根据权利要求6所述的一种分离模糊度与位置解算的方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为：
S41：对小周跳和单频载波周跳进行RAIM检测，剔除异常星；
S42：重新进行牛顿迭代和最小二乘解算。
8.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求1至权利要求7中任意一项所述的一种分离模糊度与位置解算的方法。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914685A (en) * 1997-04-25 1999-06-22 Magellan Corporation Relative position measuring techniques using both GPS and GLONASS carrier phase measurements
US20050212697A1 (en) * 2004-03-26 2005-09-29 Brabec Vernon J Estimation and resolution of carrier wave ambiguities in a position navigation system
CN105842721A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 中国电子科技集团公司第十研究所 提高中长基线gps整周模糊度解算成功率的方法
CN108345018A (zh) * 2017-12-29 2018-07-31 中国电子科技集团公司第二十研究所 一种自适应卫星导航多模式相对定位方法
CN108363084A (zh) * 2018-01-18 2018-08-03 和芯星通科技(北京)有限公司 利用卫星定位的方法和装置、卫星导航接收机、存储介质
CN111273328A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 千寻位置网络有限公司 模糊度的固定方法及装置、定位系统
CN111751853A (zh) * 2020-06-20 2020-10-09 北京华龙通科技有限公司 一种gnss双频载波相位整周模糊度解算方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5914685A (en) * 1997-04-25 1999-06-22 Magellan Corporation Relative position measuring techniques using both GPS and GLONASS carrier phase measurements
US20050212697A1 (en) * 2004-03-26 2005-09-29 Brabec Vernon J Estimation and resolution of carrier wave ambiguities in a position navigation system
CN105842721A (zh) * 2016-03-23 2016-08-10 中国电子科技集团公司第十研究所 提高中长基线gps整周模糊度解算成功率的方法
CN108345018A (zh) * 2017-12-29 2018-07-31 中国电子科技集团公司第二十研究所 一种自适应卫星导航多模式相对定位方法
CN108363084A (zh) * 2018-01-18 2018-08-03 和芯星通科技(北京)有限公司 利用卫星定位的方法和装置、卫星导航接收机、存储介质
CN111273328A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 千寻位置网络有限公司 模糊度的固定方法及装置、定位系统
CN111751853A (zh) * 2020-06-20 2020-10-09 北京华龙通科技有限公司 一种gnss双频载波相位整周模糊度解算方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘宝锋等: ""基于双频载波相位求差法进行GPS周跳探测"", 《地理空间信息》 *
张伟: ""高精度载波相位差分定位技术及其应用研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》 *
张俏: ""GPS/BDS载波相位动态差分定位方法研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 基础科学辑》 *

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