CN113759404A - 一种差分定位方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种差分定位方法及设备，应用于差分定位技术领域，可解决定位结果出现较大误差的问题。差分定位设备设置有至少3个天线，不同基线之间不平行，基线为任意2个天线的连线，该方法包括：通过至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；根据至少3个第一卫星信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息。

Description

一种差分定位方法及设备
技术领域
本发明实施例涉及差分定位技术领域，尤其涉及一种差分定位方法及设备。
背景技术
目前，飞行器上通常设置有卫星导航天线提供定位和定向信息。当卫星天线的信号接收存在严重的遮挡和多径效应时，会造成卫星导航的定位定向效果较差，得到的定位结果出现较大误差。
发明内容
本发明实施例提供一种差分定位方法及设备，用以解决现有技术中定位结果出现较大误差的问题。为了解决上述技术问题，本发明实施例是这样实现的：
第一方面，提供一种差分定位方法，应用于差分定位设备，所述差分定位设备设置有至少3个天线，不同基线之间不平行，所述基线为任意2个天线的连线，该方法包括：通过所述至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，所述第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；
根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，所述目标运动信息包括：目标位置信息，和/或，目标姿态信息；
和/或，
所述第二卫星信号为多普勒观测值，所述目标运动信息为目标速度信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述第二卫星信号包括：所述伪距观测值和所述载波观测值，所述目标运动信息包括：所述目标位置信息和所述目标姿态信息；
所述根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述根据所述至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述至少3个第一卫星信号、所述伪距基准值以及所述载波基准值，得到所述差分定位设备的所述目标位置信息；
根据所述差分定位设备的所述目标位置信息，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息，所述目标姿态信息包括：航向角、俯仰角和横滚角。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述根据所述至少3个第一卫星信号、所述伪距基准值以及所述载波基准值，得到所述差分定位设备的所述目标位置信息，包括：
根据所述伪距观测值、所述伪距基准值、所述载波观测值、所述载波基准值和波长，计算得到每个天线的位置坐标；
根据所述每个天线的位置坐标，确定所述差分定位设备的所述目标位置信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述根据所述伪距观测值、所述伪距基准值、所述载波观测值、所述载波基准值和波长，计算得到每个天线的位置坐标，包括：
根据所述伪距观测值、所述伪距基准值和所述波长，建立双差伪距观测方程；
根据所述载波观测值、所述载波基准值和所述波长，建立双差载波观测方程；
根据所述双差伪距观测方程和所述双差载波观测方程，计算得到所述每个天线的位置坐标。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述根据所述差分定位设备的所述目标位置信息，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息，包括：
根据所述每个天线的位置坐标，确定任意两条天线之间的位置向量，以得到多个位置向量；
根据所述多个位置向量，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息。
作为一种可选的实施方式，在本发明实施例的第一方面中，所述第二卫星信号为所述多普勒观测值，所述目标运动信息为所述目标速度信息；
所述根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述多普勒观测值、波长和卫星速度，解算得到所述差分定位设备的所述目标速度信息。
第二方面，提供一种差分定位设备，该差分定位设备包括：
数据链路模块，用于通过所述至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，所述第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；
基线解算模块，用于根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
第三方面，提供一种差分定位设备，包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
与所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明实施例第一方面中的差分定位方法。
第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，所述计算机程序使得计算机执行本发明实施例第一方面中的差分定位方法。所述计算机可读存储介质包括ROM/RAM、磁盘或光盘等。
第五方面，提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面的任意一种方法的部分或全部步骤。
第六方面，提供一种应用发布平台，所述应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行第一方面的任意一种方法的部分或全部步骤。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例中，差分定位设备上可以设置有至少3个天线以接收至少3个第一卫星信号，从而根据该至少3个第一卫星信号解算得到差分定位设备的目标运动信息。在该方案中，差分定位设备可以获取更多的卫星信号进行差分定位，从而得到更多的卫星数据，将这些卫星数据进行处理，可以得到更加具有可信度的差分定位定向结果；并且，即使有部分天线损坏，差分定位设备也可以剔除错误的卫星数据，以保障差分定位设备的正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例提供的一种差分定位方法的场景示意图；
图2是本发明实施例提供的一种差分定位方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种机体坐标系的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种差分定位设备的结构示意图一；
图5是本发明实施例提供的一种差分定位设备的结构示意图二。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一卫星信号和第二卫星信号等是用于区别不同的卫星信号，而不是用于描述卫星信号的特定顺序。
本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
相关技术中，飞行器上通常设置有卫星导航天线提供定位和定向信息。当卫星天线的信号接收存在严重的遮挡和多径效应时，会造成卫星导航的定位定向效果较差，得到的定位结果出现较大误差。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种差分定位方法及设备，差分定位设备上可以设置有至少3个天线以接收至少3个第一卫星信号，从而根据该至少3个第一卫星信号解算得到差分定位设备的目标运动信息。在该方案中，差分定位设备可以获取更多的卫星信号进行差分定位，从而得到更多的卫星数据，将这些卫星数据进行处理，可以得到更加具有可信度的差分定位定向结果；并且，即使有部分天线损坏，差分定位设备也可以剔除错误的卫星数据，以保障差分定位设备的正常运行。
本发明实施例涉及的差分定位设备可以为终端设备，该终端设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载差分定位设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(Ultra-Mobile Personal Computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(Personal DigitalAssistant，PDA)等电子设备。其中，可穿戴设备可以为智能手表、智能手环、手表电话、智能脚环、智能耳环、智能项链、智能耳机等，本发明实施例不作限定。
本发明实施例涉及的差分定位设备上设置有至少3个天线，该至少3个天线均是多系统多频点的天线，可以接收全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)、欧盟伽利略系统(GALILEO)、格洛纳斯(Global Navigation Satellite System，GLONASS)等卫星导航系统的卫星信号。
需要说明的是，该至少3个天线中任意2个天线之间的距离大于或者等于第一距离阈值，并且至少3个天线在差分定位设备上的位置不在一条直线上。
进一步的，不同基线之间不平行，基线为任意2个天线的连线，以及任意天线和基准站之间的连线。
示例性的，如图1所示，在差分定位设备11上设置有4个天线12，每两个天线12之间的虚线14，以及每个天线12和基准站13之间的虚线14即为基线14，图1中10条基线14互相不平行。
在本发明实施例中，差分定位设备可以检测自身的运动信息；该差分定位设备可以设置在待检测物体上，从而差分定位设备还可以检测该待检测物体的运动信息。
可选的，该差分定位设备中包括：数据链路模块，与数据链路模块连接的基线解算模块，以及与基线解算模块连接的多冗余高完好性模块。
其中，数据链路模块，用于接收天线获取的卫星信号，以及基准站发送的基准信号；基线解算模块，用于根据每个天线获取的卫星信号，以及基准信号，解算得到每个天线的运动信息；多冗余高完好性模块，用于对每个天线的运动信息进行处理，以得到差分定位设备的运动信息。
可选的，差分定位设备上的天线获取了卫星信号之后，可以将该卫星信号发送给差分定位设备中的卫星导航定位板卡，卫星导航定位板卡再将卫星信号发送给数据链路模块。
需要说明的是，每个卫星都连接一个卫星导航定位板卡。
本发明实施例提供的差分定位方法的执行主体可以为上述的差分定位设备，也可以为该差分定位设备中能够实现该差分定位方法的功能模块和/或功能实体，具体的可以根据实际使用需求确定，本发明实施例不作限定。下面以差分定位设备为例，对本发明实施例提供的差分定位方法进行示例性的说明。
实施例一
如图2所示，本发明实施例提供一种差分定位方法，该方法可以包括下述步骤：
201、通过至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号。
在本发明实施例中，差分定位设备中的数据链路模块可以通过差分定位设备上设置的至少3个天线分别获取第一卫星信号，这样差分定位设备中的数据链路模块就可以得到至少3个第一卫星信号。
其中，每个第一卫星信号包括至少5个第二卫星信号，不同的第二卫星信号为通过不同的卫星获取的，即每个天线都从至少5个卫星分别获取了第二卫星信号。
需要说明的是，每个天线获取了至少5个第二卫星信号之后，差分定位设备可以在该至少5个卫星中选择1个卫星作为基准星。
可选的，差分定位设备可以选择视场中观测时间最长，卫星高度角最大的卫星作为基准星。
其中，由于地球和卫星之间会存在相对运动，因此接收机可能有部分时间无法观测到某颗卫星，那么差分定位设备就需要选择观测时间最长的卫星作为基准星。
其中，卫星高度角即为该卫星和接收机之间连线，与海平面之间的夹角。
可选的，该第二卫星信号可以包括：
(1)伪距观测值；
该伪距观测值是指卫星到地面接收站之间的估计距离。
伪距可以通过时间飞行(Time of Flight，TOF)技术测量得到：根据卫星发射信号的发射时间与接收机接收到信号的接收时间就可以得到信号的传播时间，再乘以传播速度就可以得到卫地距离。然而卫星钟和接收机钟之间存在钟差，且信号在传播过程中还要受到大气折射等因素的影响，所以通过这种方法直接测得的距离可以为卫星到接收机之间的估计距离。
在本发明实施例中，接收机即为差分定位设备中的卫星导航定位板卡。
(2)载波观测值；
该载波观测值是由振荡器产生并在通讯信道上传输的电波频率，载波经调制后可以用来传送语音或其它信息。
(3)多普勒观测值；
当卫星和接收机之间存在相对运动时，接收机接收到的信号频率和卫星发送的信号频率是不同的，多普勒观测值即为接收机接收到的信号频率和卫星发送的信号频率的差值，也可以称为多普勒频移；由于该多普勒频移和卫星以及接收机之间距离的变化率有关，因此该多普勒观测值可以用于计算接收机的运动速率。
202、根据至少3个第一卫星信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息。
在本发明实施例中，差分定位设备中的数据链路模块可以将至少3个第一卫星信号发送给基线解算模块，以使得基线解算模块可以根据该至少3个第一卫星信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息。
可选的，数据链路模块还可以接收基准站发送的基准信号，并将该基准信号发送给基线解算模块，以使得基线解算模块可以根据至少3个第一卫星信号和基准信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息。
其中，基准信号与第二卫星信号类似，基准信号可以包括：伪距基准值，载波基准值和多普勒基准值；该基准信号即为基准站作为接收机，接收到的卫星信号。
需要说明的是，目标运动信息可以包括：目标位置信息、目标姿态信息和目标速度信息。
可选的，差分定位设备根据至少3个第一卫星信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息，具体可以包括以下实现方式：
实现方式一：第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，目标运动信息包括：目标位置信息。
在该实现方式中，基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值和载波基准值，解算得到差分定位设备的目标位置信息。
进一步的，基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值、载波基准值和波长，计算得到差分定位设备上每个天线的位置坐标；基线解算模块将每个天线的位置坐标发送给多冗余高完好性模块；多冗余高完好性模块根据每个天线的位置坐标，确定差分定位设备的目标位置信息。
其中，波长即为卫星和接收站之间传播的信号的波长。
进一步的，基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值、载波基准值和波长，计算得到差分定位设备上每个天线的位置坐标，具体可以包括：
基线解算模块根据伪距观测值、伪距基准值和波长，建立双差伪距观测方程；基线解算模块根据载波观测值、载波基准值和波长，建立双差载波观测方程；基线解算模块根据双差伪距观测方程和双差载波观测方程，计算得到每个天线的位置坐标。
其中，单差是指两个接收机同时接收的卫星信号之间的差；两个接收机同时接收的卫星信号之间存在第一差值，该两个接收机同时接收的另一卫星信号之间存在第二差值，该第一差值和第二差值之间的差即为双差。
可选的，基线解算模块根据伪距观测值、伪距基准值和波长，建立双差伪距观测方程，具体可以包括：获取伪距观测模型，对该伪距观测模型进行双差处理，得到双差伪距观测模型；将伪距观测值、伪距基准值和波长带入，得到双差伪距观测方程。
其中，伪距观测模型为：
Figure BDA0003251876570000091
λ为波长，L为伪距，ρ为天线和卫星之间的距离，c为光速，
Figure BDA0003251876570000092
为接收机钟差，
Figure BDA0003251876570000093
为卫星钟差，εφ为大气传播误差。
需要说明的是，ρ具体可以用
Figure BDA0003251876570000094
表示，(X1，Y1，Z1)可以为天线的位置坐标，(X2，Y2，Z2)可以为卫星的位置坐标。
需要说明的是，卫星钟差是指卫星的钟面时与GPS标准时之间存在的偏差，对于不同的接收机，同一颗卫星的卫星钟差相同，因此单差处理可以消去卫星钟差的影响。
需要说明的是，接收机钟差是指接收机的钟面时与GPS标准时之间存在的偏差，对于同一台接收机，不同卫星的接收机钟差相同，因此双差处理可以消去接收机钟差的影响。
需要说明的是，大气传播误差是由于卫星轨道误差、电离层延迟和对流层延迟等造成的。
假设接收机T1和T2对j号卫星进行观测，根据伪距观测模型可以得到：
Figure BDA0003251876570000101
基线解算模块对上述公式进行单差处理，可以得到单差伪距观测模型：
Figure BDA0003251876570000102
此时可以消去卫星钟差的影响。
此时，接收机T1和T2可以再对k号卫星进行观测，根据伪距观测模型可以得到：
Figure BDA0003251876570000103
Figure BDA0003251876570000104
基线解算模块对上述公式进行单差处理，可以得到单差伪距观测模型：
Figure BDA0003251876570000105
此时可以消去卫星钟差的影响。
基线解算模块再对两个单差伪距观测模型作差，可以得到双差伪距观测模型：
Figure BDA0003251876570000106
Figure BDA0003251876570000107
此时可以消去接收机钟差的影响。
其中，如果两个接收机之间的距离小于预设距离，那么
Figure BDA0003251876570000108
Figure BDA0003251876570000109
可以忽略。
在本发明实施例中，基线解算模块可以将基准站作为接收机T1，将第一天线作为接收机T2，将基准星作为j号卫星，将第一卫星作为k号卫星；从而，基线解算模块可以将基准站对基准星的第一伪距基准值、第一天线对基准星的第一伪距观测值、基准站对第一卫星的第二伪距基准值、第一天线对第一卫星的第二伪距观测值分别作为
Figure BDA0003251876570000111
和
Figure BDA0003251876570000112
带入上述双差伪距观测模型，以得到双差伪距观测方程。
需要说明的是，基线解算模块可以对每个卫星分别和基准星计算双差伪距观测方程，以得到每个天线的至少四个双差伪距观测方程。
可选的，基线解算模块根据载波观测值、载波基准值和波长，建立双差载波观测方程，具体可以包括：获取载波观测模型，对该载波观测模型进行双差处理，得到双差载波观测模型；将载波观测值、载波基准值和波长带入，得到双差载波观测方程。
其中，载波观测模型为：
Figure BDA0003251876570000113
λ为波长，L为载波，N为双差模糊度，ρ为天线和卫星之间的距离，c为光速，
Figure BDA0003251876570000114
为接收机钟差，
Figure BDA0003251876570000115
为卫星钟差，εφ为大气传播误差。
需要说明的是，双差模糊度是载波相位与基准相位之间相位差的首观测值所对应的未知数，一般该双差模糊度取整数，因此该双差模糊度也称为整周模糊度。
可选的，双差模糊度固定为整数一般采用最小二乘模糊度降相关平差法(Least-square AMBiguity Decorrelation Adjustment，LAMBDA)算法，该算法可以通过整数变换降相关处理和整数最小二乘搜索两个步骤，快速固定双差模糊度。
需要说明的是，卫星钟差是指卫星的钟面时与GPS标准时之间存在的偏差，对于不同的接收机，同一颗卫星的卫星钟差相同，因此单差处理可以消去卫星钟差的影响。
需要说明的是，接收机钟差是指接收机的钟面时与GPS标准时之间存在的偏差，对于同一台接收机，不同卫星的接收机钟差相同，因此双差处理可以消去接收机钟差的影响。
需要说明的是，大气传播误差是由于卫星轨道误差、电离层延迟和对流层延迟等造成的。
假设接收机T1和T2对j号卫星进行观测，根据载波观测模型可以得到：
Figure BDA0003251876570000121
基线解算模块对上述公式进行单差处理，可以得到单差载波观测模型：
Figure BDA0003251876570000122
此时可以消去卫星钟差的影响。
此时，接收机T1和T2可以再对k号卫星进行观测，根据载波观测模型可以得到：
Figure BDA0003251876570000123
Figure BDA0003251876570000124
基线解算模块对上述公式进行单差处理，可以得到单差载波观测模型：
Figure BDA0003251876570000125
此时可以消去卫星钟差的影响。
基线解算模块再对两个单差载波观测模型作差，可以得到双差载波观测模型：
Figure BDA0003251876570000126
Figure BDA0003251876570000127
此时可以消去接收机钟差的影响。
在本发明实施例中，基线解算模块可以将基准站作为接收机T1，将第一天线作为接收机T2，将基准星作为j号卫星，将第一卫星作为k号卫星；从而，基线解算模块可以将第一天线对基准星的第一载波观测值、第一天线对第一卫星的第二载波观测值、第一天线对第一卫星的第一载波基准值、第一天线对第一卫星的第二载波基准值分别作为
Figure BDA0003251876570000128
和
Figure BDA0003251876570000129
带入上述双差载波观测模型，以得到双差载波观测方程。
需要说明的是，基线解算模块可以对每个卫星和基准星计算双差载波观测方程，以得到每个天线的至少四个双差载波观测方程。
综上，基线解算模块可以得到每个天线的至少四个双差伪距观测方程和至少四个双差载波观测方程；由于基准站的位置坐标是固定的，基准星的位置坐标也是固定的，因此基线解算模块可以根据上述至少四个双差伪距观测方程和至少四个双差载波观测方程，计算得到第一天线的位置坐标。
基线解算模块对于其他天线的处理与第一天线相同，因此，基线解算模块可以得到至少3个天线的位置坐标，并将该至少3个天线的位置坐标发送给多冗余高完好性模块。
可选的，多冗余高完好性模块根据每个天线的位置坐标，确定差分定位设备的目标位置信息，具体可以包括：多冗余高完好性模块可以对每个天线的位置坐标进行筛选，多冗余高完好性模块将有效的位置坐标确定为差分定位设备的目标位置信息。
其中，多冗余高完好性模块可以获取每个天线的双差模糊度，若双差模糊度为整数，则多冗余高完好性模块确定该天线的位置坐标有效。
可选的，多冗余高完好性模块将有效的位置坐标确定为差分定位设备的目标位置信息的方法具体可以包括以下方式：
方式一：若只有一个天线的位置坐标有效，则将该位置坐标确定为差分定位设备的目标位置信息。
方式二：若有至少两个天线的位置坐标有效，则将该至少两个位置坐标的平均值确定为差分定位设备的目标位置信息。
方式三：若有至少三个天线的位置坐标有效，则计算该至少三个位置坐标的平均值，并根据每个位置坐标和平均值的差值进行加权，并将加权后的平均值确定为差分定位设备的目标位置信息。
通过该可选的实现方式，差分定位设备可以基于天线之间的几何位置关系进行互校检，筛除异常数据，然后将多个天线位置坐标归算到差分定位设备的某一位置；通过增加观测天线的个数来提高差分定位精度，增强探测定位误差的能力，减弱随机误差的影响，同时解决单天线因信号失锁导致无法定位的缺陷，提高定位的精度。
实现方式二：第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，目标运动信息包括：目标姿态信息。
在该实现方式中，目标姿态信息是指机体坐标系与地面惯性坐标系之间的夹角，具体可以包括：航向角、俯仰角和横滚角。
其中，如图3为机体坐标系示意图，横滚角是指飞机对称平面与通过飞机机体纵轴的铅垂平面间的夹角，如图3中飞机绕X轴旋转的角度；俯仰角是指机体轴与海平面之间的夹角，如图3中飞机绕Y轴旋转的角度；航向角是指机体轴在海平面上的投影与地轴之间的夹角，如图3中飞机绕Z轴旋转的角度。
基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值和载波基准值，解算得到差分定位设备的目标位置信息；并根据差分定位设备的目标位置信息，确定差分定位设备的目标姿态信息。
可选的，基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值、载波基准值和波长，计算得到差分定位设备上每个天线的位置坐标；基线解算模块将每个天线的位置坐标发送给多冗余高完好性模块；多冗余高完好性模块根据每个天线的位置坐标，确定差分定位设备的目标位置信息。
其中，基线解算模块可以根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值、载波基准值和波长，计算得到差分定位设备上每个天线的位置坐标的方式与实现方式一相同，此处不再赘述。
进一步的，计算得到差分定位设备上每个天线的位置坐标之后，根据差分定位设备的目标位置信息，确定差分定位设备的目标姿态信息，具体可以包括：根据每个天线的位置坐标，确定任意两条天线之间的位置向量，以得到多个位置向量；根据多个位置向量，确定差分定位设备的目标姿态信息。
需要说明的是，基线解算模块得到至少3个天线的位置坐标之后，多冗余高完好性模块可以求任意两个天线之间的位置向量，以及每个天线和基准站之间的位置向量，以得到至少六个位置向量；多冗余高完好性模块可以根据该至少六个位置向量，通过三角函数计算得到差分定位设备的航向角、俯仰角和横滚角。
可选的，多冗余高完好性模块可以对每个天线的位置坐标进行筛选，多冗余高完好性模块根据有效的位置坐标计算位置向量。
其中，多冗余高完好性模块可以获取每个天线的双差模糊度，若双差模糊度为整数，则多冗余高完好性模块确定该天线的位置坐标有效。
进一步的，多冗余高完好性模块根据有效的位置坐标计算位置向量，具体可以包括以下方式：
方式一：如果多冗余高完好性模块只得到一个有效的位置向量，一个位置向量也可以得到一条线，那么多冗余高完好性模块只可以得到差分定位设备的航向角和俯仰角。
方式二：如果多冗余高完好性模块只得到两个有效的位置向量，两个位置向量就可以得到一个面，那么多冗余高完好性模块可以得到差分定位设备的航向角、俯仰角和横滚角。
方式二：如果多冗余高完好性模块得到至少三个有效的位置向量，至少三个位置向量就可以得到更多个面，那么多冗余高完好性模块就可以得到差分定位设备的多个航向角、多个俯仰角和多个横滚角，取平均值作为差分定位设备的目标姿态信息。
通过该可选的实现方式，差分定位设备可以基于天线之间的几何位置关系进行三角函数运算，然后将多个天线的位置坐标转换为差分定位设备的姿态信息；通过增加观测天线的个数来提高差分定位精度，增强探测定位误差的能力，减弱随机误差的影响，同时解决单天线因信号失锁导致无法定位的缺陷，提高定位的精度。
实现方式三：第二卫星信号为多普勒观测值，目标运动信息为目标速度信息。
在该实现方式中，基线解算模块可以根据多普勒观测值、波长和卫星速度，解算得到差分定位设备的目标速度信息。
进一步的，基线解算模块可以根据多普勒观测值、波长和卫星速度，计算得到差分定位设备上每个天线的速度，具体可以包括：根据多普勒观测值、波长和卫星速度，建立多普勒观测方程；根据多普勒观测方程，解算得到差分定位设备的目标速度信息。
其中，波长即为卫星和接收站之间传播的信号的波长。
可选的，多普勒观测方程为：λF＝VW-VF。
其中，λ为波长，F为多普勒观测值，VW为第一卫星的飞行速度，VF为第一天线的速度。
当基线解算模块得到每个天线的多普勒观测值之后，可以将该多普勒观测值带入上述多普勒观测方程中，由于波长、第一卫星的飞行速度均为已知，那么基线解算模块就可以根据多普勒观测方程，求得每个天线的速度。
进一步的，基线解算模块计算得到差分定位设备上每个天线的速度之后，可以将每个天线的速度发送给多冗余高完好性模块；多冗余高完好性模块根据每个天线的速度，确定差分定位设备的目标速度信息。
可选的，多冗余高完好性模块可以对每个天线的速度进行筛选，多冗余高完好性模块将有效的速度确定为差分定位设备的目标速度信息。
其中，每个天线都是设置在差分定位设备上的，因此，每个天线的速度应该都是一样的，由于计算误差的影响，差分定位设备可以对每个天线的速度进行如下至少一种处理：
方式一：筛除至少三个天线的速度中的最大值和最小值，将其他天线的速度确定为有效的速度。
方式二：计算至少三个天线的速度中，每个天线的速度和其他天线的速度之间的差值，筛除和其他天线的速度之间的差值均大于预设差值的天线的速度，将其他天线的速度确定为有效的速度。
进一步的，多冗余高完好性模块将有效的速度确定为差分定位设备的目标速度信息的方法具体可以包括以下方式：
方式一：若只有一个天线的速度有效，则将该速度确定为差分定位设备的目标速度信息。
方式二：若有至少两个天线的速度有效，则将该至少两个速度的平均值确定为差分定位设备的目标速度信息。
方式三：若有至少三个天线的速度有效，则计算该至少三个速度的平均值，并根据每个速度和平均值的差值进行加权，并将加权后的平均值确定为差分定位设备的目标速度信息。
通过该可选的实现方式，由于天线都是设置在差分定位设备上的，因此差分定位设备可以基于天线的速度进行互校检，筛除异常数据，然后将多个天线速度确定为差分定位设备的速度；以及，通过增加观测天线的个数来提高差分定位精度，增强探测定位误差的能力，减弱随机误差的影响，同时解决单天线因信号失锁导致无法定位的缺陷，提高定位的精度。
本发明实施例提供一种差分定位方法，差分定位设备上可以设置有至少3个天线以接收至少3个第一卫星信号，从而根据该至少3个第一卫星信号解算得到差分定位设备的目标运动信息。在该方案中，差分定位设备可以获取更多的卫星信号进行差分定位，从而得到更多的卫星数据，将这些卫星数据进行处理，可以得到更加具有可信度的差分定位定向结果；并且，即使有部分天线损坏，差分定位设备也可以剔除错误的卫星数据，以保障差分定位设备的正常运行。
实施例二
如图4所示，本发明实施例提供一种差分定位设备，该差分定位设备包括：
数据链路模块401，用于通过至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；
基线解算模块402，用于根据至少3个第一卫星信号，解算得到差分定位设备的目标运动信息。
可选的，第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，目标运动信息包括：目标位置信息，和/或，目标姿态信息；
和/或，
第二卫星信号为多普勒观测值，目标运动信息为目标速度信息。
可选的，第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，目标运动信息包括：目标位置信息和目标姿态信息；
基线解算模块402，具体用于根据至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，解算得到差分定位设备的目标运动信息。
可选的，基线解算模块402，具体用于根据至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，得到差分定位设备的目标位置信息；
基线解算模块402，具体用于根据差分定位设备的目标位置信息，确定差分定位设备的目标姿态信息，目标姿态信息包括：航向角、俯仰角和横滚角。
可选的，基线解算模块402，具体用于根据伪距观测值、伪距基准值、载波观测值、载波基准值和波长，计算得到每个天线的位置坐标；
该差分定位设备还可以包括：
多冗余高完好性模块403，用于根据每个天线的位置坐标，确定差分定位设备的目标位置信息。
可选的，基线解算模块402，具体用于根据伪距观测值、伪距基准值和波长，建立双差伪距观测方程；
基线解算模块402，具体用于根据载波观测值、载波基准值和波长，建立双差载波观测方程；
基线解算模块402，具体用于根据双差伪距观测方程和双差载波观测方程，计算得到每个天线的位置坐标。
可选的，伪距观测值包括：第一卫星的第一伪距观测值和第二卫星的第二伪距观测值，伪距基准值包括：第一卫星的第一伪距基准值和第二卫星的第二伪距基准值；
双差伪距观测方程为：
Figure BDA0003251876570000181
Figure BDA0003251876570000182
λ为波长；
Figure BDA0003251876570000183
和
Figure BDA0003251876570000184
分别为：第一伪距观测值、第一伪距基准值、第二伪距观测值和第二伪距基准值；
Figure BDA0003251876570000185
Figure BDA0003251876570000186
和
Figure BDA0003251876570000187
分别为：第一天线和第一卫星之间的距离、基准站和第一卫星之间的距离、第一天线和第二卫星之间的距离，以及基准站和第二卫星之间的距离；
Figure BDA0003251876570000188
和
Figure BDA0003251876570000189
分别为：第一天线和第一卫星之间的大气传播误差、基准站和第一卫星之间的大气传播误差、第一天线和第二卫星之间的大气传播误差，以及基准站和第二卫星之间的大气传播误差；
其中，第一天线为至少3个天线中的任一个，第一卫星和第二卫星分别为至少5个卫星中的任一个。
可选的，载波观测值包括：第一卫星的第一载波观测值和第二卫星的第二载波观测值，载波基准值包括：第一卫星的第一载波基准值和第二卫星的第二载波基准值；
双差载波观测方程为：
Figure BDA0003251876570000191
Figure BDA0003251876570000192
λ为波长；
Figure BDA0003251876570000193
和
Figure BDA0003251876570000194
分别为：第一载波观测值、第一载波基准值、第二载波观测值和第二载波基准值；N为双差模糊度；
Figure BDA0003251876570000195
和
Figure BDA0003251876570000196
分别为：第一天线和第一卫星之间的距离、基准站和第一卫星之间的距离、第一天线和第二卫星之间的距离，以及基准站和第二卫星之间的距离；
Figure BDA0003251876570000197
和
Figure BDA0003251876570000198
分别为：第一天线和第一卫星之间的大气传播误差、基准站和第一卫星之间的大气传播误差、第一天线和第二卫星之间的大气传播误差，以及基准站和第二卫星之间的大气传播误差；
其中，第一天线为至少3个天线中的任一个，第一卫星和第二卫星分别为至少5个卫星中的任一个。
可选的，多冗余高完好性模块403，具体用于根据每个天线的位置坐标，确定任意两条天线之间的位置向量，以得到多个位置向量；
多冗余高完好性模块403，具体用于根据多个位置向量，确定差分定位设备的目标姿态信息。
可选的，第二卫星信号为多普勒观测值，目标运动信息为目标速度信息；
基线解算模块402，具体用于根据多普勒观测值、波长和卫星速度，解算得到差分定位设备的目标速度信息。
可选的，基线解算模块402，具体用于根据多普勒观测值、波长和卫星速度，建立多普勒观测方程；
基线解算模块402，具体用于根据多普勒观测方程，解算得到差分定位设备的目标速度信息。
可选的，多普勒观测方程为：λF＝VW-VF；λ为波长，F为多普勒观测值，VW为第一卫星的飞行速度，VF为第一天线的速度，第一天线为至少3个天线中的任一个，第一卫星为至少5个卫星中的任一个。
本发明实施例中，各模块可以实现上述方法实施例提供的差分定位方法，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
如图5所示，本发明实施例还提供一种差分定位设备，该差分定位设备可以包括：
存储有可执行程序代码的存储器501；
与存储器501耦合的处理器502；
其中，处理器502调用存储器501中存储的可执行程序代码，执行上述各方法实施例中差分定位设备执行的差分定位方法。
本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，其中，该计算机程序使得计算机执行如以上各方法实施例中的方法的部分或全部步骤。
本发明实施例还提供一种计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如以上各方法实施例中的方法的部分或全部步骤。
本发明实施例还提供一种应用发布平台，其中，应用发布平台用于发布计算机程序产品，其中，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行如以上各方法实施例中的方法的部分或全部步骤。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物单元，即可位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元若以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可获取的存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或者部分，可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干请求用以使得一台计算机设备(可以为个人计算机、服务器或者网络设备等，具体可以是计算机设备中的处理器)执行本发明的各个实施例上述方法的部分或全部步骤。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-only Memory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子抹除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

Claims (10)

1.一种差分定位方法，其特征在于，应用于差分定位设备，所述差分定位设备设置有至少3个天线，不同基线之间不平行，所述基线为任意2个天线的连线，包括：
通过所述至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，所述第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；
根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
2.根据权利1所述的方法，其特征在于，
所述第二卫星信号包括：伪距观测值和载波观测值，所述目标运动信息包括：目标位置信息，和/或，目标姿态信息；
和/或，
所述第二卫星信号为多普勒观测值，所述目标运动信息为目标速度信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二卫星信号包括：所述伪距观测值和所述载波观测值，所述目标运动信息包括：所述目标位置信息和所述目标姿态信息；
所述根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少3个第一卫星信号、伪距基准值以及载波基准值，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述至少3个第一卫星信号、所述伪距基准值以及所述载波基准值，得到所述差分定位设备的所述目标位置信息；
根据所述差分定位设备的所述目标位置信息，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息，所述目标姿态信息包括：航向角、俯仰角和横滚角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少3个第一卫星信号、所述伪距基准值以及所述载波基准值，得到所述差分定位设备的所述目标位置信息，包括：
根据所述伪距观测值、所述伪距基准值、所述载波观测值、所述载波基准值和波长，计算得到每个天线的位置坐标；
根据所述每个天线的位置坐标，确定所述差分定位设备的所述目标位置信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述伪距观测值、所述伪距基准值、所述载波观测值、所述载波基准值和波长，计算得到每个天线的位置坐标，包括：
根据所述伪距观测值、所述伪距基准值和所述波长，建立双差伪距观测方程；
根据所述载波观测值、所述载波基准值和所述波长，建立双差载波观测方程；
根据所述双差伪距观测方程和所述双差载波观测方程，计算得到所述每个天线的位置坐标。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述差分定位设备的所述目标位置信息，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息，包括：
根据所述每个天线的位置坐标，确定任意两条天线之间的位置向量，以得到多个位置向量；
根据所述多个位置向量，确定所述差分定位设备的所述目标姿态信息。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二卫星信号为所述多普勒观测值，所述目标运动信息为所述目标速度信息；
所述根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息，包括：
根据所述多普勒观测值、波长和卫星速度，解算得到所述差分定位设备的所述目标速度信息。
9.一种差分定位设备，其特征在于，包括：
数据链路模块，用于通过所述至少3个天线，分别获取第一卫星信号，以得到至少3个第一卫星信号，所述第一卫星信号中包括至少5个第二卫星信号，不同第二卫星信号为通过不同卫星获取的；
基线解算模块，用于根据所述至少3个第一卫星信号，解算得到所述差分定位设备的目标运动信息。
10.一种差分定位设备，其特征在于，包括：
存储有可执行程序代码的存储器；
以及所述存储器耦合的处理器；
所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，用于执行如权利要求1至8任一项所述的差分定位方法。
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