CN117406257A - 一种基于三频gnss城市短基线的rtk定位方法 - Google Patents

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CN117406257A CN202311193159.5A CN202311193159A CN117406257A CN 117406257 A CN117406257 A CN 117406257A CN 202311193159 A CN202311193159 A CN 202311193159A CN 117406257 A CN117406257 A CN 117406257A
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Abstract

本发明所提供的一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,包括获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,确定超宽巷模糊度;得到宽巷模糊度,计算双差几何距离和原始模糊度;确定固定原始模糊度的各个卫星对,将卫星对划分为多个子集,子集中包括多个卫星对,任选一个子集计算移动站位置修正值;计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将卫星对的双差方程记录为子集的内点,形成子集的内点集;将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据目标内点集中各个卫星对的双差几何距离计算移动站位置改正值。本发明通过识别错误固定的模糊度并剔除,实现了在城市环境中进行高精度定位,提高了定位的可靠性。

Description

一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域,尤其涉及的是一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法。
背景技术
随着智能交通、自动驾驶的发展,城市车辆应用不断增加。车辆在城市环境行驶中,位置的准确确定至关重要,精准的位置信息不仅能提供合理的导航服务,也是自动驾驶的前提与保障。因此,如何精准可靠的确定车辆的位置是实现智能交通、自动驾驶的基础,也是当前的热点问题。
全球导航卫星系统(GNSS)作为现代导航系统的核心部件,可以实现快速地提供高精度定位服务。并且成本相对较低。其绝对的位置信息也可以为其他相对定位传感器提供误差校正。然而,在城市各种复杂环境中,由于信号中断与反射等影响,其载波相位差分技术(RTK)高精度定位的成功率与可靠性仍然存在一定问题。
RTK定位的基本原理是将一个天线首先固定在空旷地带作为基站,减少多路径等影响的干扰,并且基站的坐标已知。而另外一个天线固定在用户端,比如车顶。在RTK工作中,利用已知的基站坐标及基站观测数据,通过双差计算将移动站的观测误差抑制或消除,如大气与卫星端误差。经过双差的载波相位模糊度恢复了整数特性。用不同的方式将这整数解算出来的过程被称为整周模糊度固定。在模糊度正确固定之后,其得到的定位结果精度比伪距定位精度高两个数量级。因此研究载波相位在城市中的定位具有更大的意义与潜力。
现有技术中存在以RTK定位方式,第一、通过速度辅助提高浮点解的精度从而提高城市环境模糊度固定成功率;第二、将部分模糊度固定算法应用在城市环境,验证结果也能显著提高城市环境GNSS RTK模糊度固定率;第三、利用组合导航的模式来提高城市RTK的表现;第四、利用集中式卡尔曼滤波的BDS/GPS RTK紧组合算法,整体定位精度和可用性均有提高;第五、利用城市复杂环境下北斗/惯性/视觉紧耦合自主定位算法,可以提高城市环境的可用性。但是,以上算法模糊度解算均是基于LAMBDA算法。该算法运算量比较大,影响其实时运行效率。另外,LAMBD算法是几何相关算法,不同卫星观测值会互相影响。城市环境中频繁出现的非视距与多路径误差不仅会导致其所属卫星的模糊度难以固定,也会影响其他卫星的模糊度固定成功率。因此,在城市环境下,几何无关模型可能更适合RTK定位。
经典的几何无关模型有TCAR。在TCAR中,通过伪距观测值首先固定超宽巷模糊度,然后固定宽巷模糊度,最后固定到原始模糊度从而得到高精度的定位解。针对复杂环境下伪距精度不足问题,现有技术提出利用惯导来代替伪距观测量来固定超宽巷模糊度,以及提出一种短基线下基于分级小型搜索空间添加的TCAR改进方法,该方法可以避免模糊度直接固定带来的错误。因此,目前城市环境下GNSS RTK定位算法主要包括:基于LAMBDA算法几何相关模糊度固定算法;基于TCAR的几何无关模糊度固定方法;基于其他传感器辅助的模糊度固定方法。在解算出正确的模糊度之后,RTK可以得到厘米级定位精度。
然而,在城市环境下,由于建筑物的遮挡与反射,造成GNSS的非视距误差与多路径误差,大大增加了模糊度固定的难度。而传统的基于GNSS的RTK算法,不仅需要大量的计算量,并且在单一历元中有着模糊度固定错误的风险,从而导致巨大的定位误差。并且,根据城市复杂的环境,载波信号存在着频繁的周跳与中断,这使得被固定的模糊度很难被保持下去。即使正确固定住模糊度,在卫星信号丢失之后,又需要重新进行模糊度固定这一过程。这一过程往往对整个卫星的观测量质量有一定的要求。这个要求在城市环境下很难被保证。因此,在城市环境下,对车辆的定位精度与定位可靠性不足。
因此,现有技术存在缺陷,有待改进与发展。
发明内容
本申请提供了一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,以解决相关技术中在城市环境下,对车辆的定位精度与定位可靠性不足的技术问题。
为实现上述目的,本申请采用了以下技术方案:
本申请第一方面实施例提供一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,包括:
获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;
根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;
确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;
根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对的双差方程记录为所述子集的内点,并形成所述子集对应的内点集;
将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
可选地,所述获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度,包括:
获取第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值,以及获取第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和第三频率双差载波观测量;
将所述第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值求平均值,得到初始几何距离;
获取第二频率波长和第三频率波长,根据所述初始几何距离、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长,得到超宽巷模糊度。
可选地,根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度,包括:
根据第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷波长;
根据所述第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷载波观测量;
根据所述超宽巷波长、超宽巷载波观测量和超宽巷模糊度得到修正几何距离;
获取第一频率波长,根据所述第一频率波长、第二频率波长、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和所述修正几何距离,得到宽巷模糊度;
根据所述超宽巷模糊度、宽巷模糊度、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第一频率波长、第二频率波长和第三频率波长,利用最小二乘法得到双差几何距离和原始模糊度。
可选地,所述确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值,包括:
确定固定原始模糊度的各个卫星和主卫星,每个卫星分别与所述主卫星形成卫星对;
在全部卫星对中任意选取三个卫星对形成一个子集,得到全部不同排列组合的子集;
根据任一子集中三个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值。
可选地,所述根据任一子集中三个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值,包括:
获取移动站指向各个卫星的第一单位向量,以及移动站指向主卫星的第二单位向量;
根据所述第一单位向量、第二单位向量和所述双差几何距离确定各个卫星对的双差方程;
根据所述第一单位向量和第二单位向量计算各个子集的相对位置精度因子;
若子集的相对位置精度因子小于预设精度阈值,则根据所述双差方程计算所述子集对应的移动站位置修正值;
若子集的相对位置精度因子大于或等于预设精度阈值,则不计算所述子集对应的移动站位置修正值。
可选地,所述将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值,包括:
当得到各个子集对应的内点集后,将内点数量最多的内点集作为目标内点集;
若目标内点集中的内点数量大于或等于第一预设数量阈值,则根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值;
若目标内点集中的内点数量小于第一预设数量阈值,则不进行定位输出。
可选地,所述将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值,包括:
当在多个子集中任选一个子集计算移动站位置修正值,并得到当前内点集时,若当前内点集中的内点数量大于第二预设数量阈值,则将所述当前内点集作为目标内点集,并不再选择下一子集;
根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
本申请第二方面实施例提供一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;
第一计算模块,用于根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;
确定模块,用于确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;
记录模块,用于根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对记录至子集对应的内点集;
第二计算模块,用于将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
本申请第三方面实施例提供一种终端设备,所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序,所述处理器执行所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序时,实现如上所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法的步骤。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序被处理器执行时,实现如上所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法的步骤。
本发明的有益效果:本申请实施例通过获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对的双差方程记录为所述子集的内点,并形成所述子集对应的内点集;将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。本发明通过识别错误固定的模糊度,并剔除,实现了在城市环境中进行高精度定位,提高了定位的可靠性。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是本发明中基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法较佳实施例的流程图。
图2是本发明中城市RTK定位示意图。
图3是本发明中基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法较佳实施例中的具体流程图。
图4是本发明中基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置较佳实施例的功能原理框图。
图5是本发明中终端设备的较佳实施例的功能原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确,以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
传统的基于LAMBDA算法等几何相关模型,虽然在空旷地带成功率理论上最高。但是在城市环境下,由于多路径与非视距信号会在载波与伪距观测量上导致较大的误差。在几何相关模型中,这些较大的误差不仅会影响到其对应的卫星的浮点模糊度精度,还会进一步影响其他卫星浮点模糊度精度。其次,由于频繁的周跳与卫星信号的中断,使得多历元数据解算或滤波的性能下降。这些常见的提高模糊度固定成功率的策略在城市环境下也难以进行。而由于几何无关模型在模糊度固定时采用的是每个卫星对单独固定。因此,不同模糊度固定过程相对独立,被多路径或非视距信号污染的卫星的模糊度固定错误并不影响其他正常卫星模糊度的固定。因此,TCAR等基于三频信号的无几何模型在城市环境下具有一定的优势。在空旷地带,由于卫星的信号质量较好,TCAR具有很高的成功率。其固定的模糊度稍加处理后或者直接可以被用来定位。但是在城市环境下,由于非视距接收和多路径误差在伪距上导致几米到几十米的误差,严重影响了模糊度固定的成功率。如果不将这些错误固定的模糊度加以识别与剔除,定位精度与可靠性难以被保证。而在目前存在的算法中,并没有针对这些错误模糊度检测与剔除的算法。因此,如何准确、可靠的识别并剔除这些错误固定的模糊度,是实现城市单历元、高精度定位急需解决的关键问题。
本专利基于城市环境模糊度固定困难这一难题,提出了一种基于三频组合GNSS双差模型的定位算法,其利用超宽巷模糊度固定成功率高这一特点,首先固定超宽巷模糊度。然后利用固定的超宽巷模糊度更新伪距,固定宽巷模糊度。最后根据固定的超宽巷与宽巷模糊度,固定原始载波模糊度。在所有卫星对模糊度被固定之后,一种设计的错误模糊度检测与隔离技术用来排除被错误固定的模糊度。在错误固定模糊度被排除之后,可以实现高精度的定位解算。其可以实现在单历元中求解高精度的定位结果,并且计算量小,可靠性高,具有很强的实用性,特别是在GNSS信号容易中断区域或高速运动物体,可望为城市的车载导航提供高精度与高可靠性定位服务提供支撑。
请参见图1,本发明实施例所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法包括如下步骤:
步骤S100、获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度。
如图2所示,假设天线1与天线2基线距离很短。天线1作为基站,天线2作为从天线安装在车顶。因此天线1与天线2的大气与卫星端误差可以完全被双差消除。本申请的关键点在于通过构建不同波长的虚拟载波观测量,从而按照波长从长到短的顺序逐级固定模糊度。针对城市环境下GNSS信号易受干扰,模糊度固定成功率不高的特点,设计了一套错误模糊度检测与排除的方案。在排除了错误固定模糊度之后,精准可靠的位置可以被单历元求取。这一算法在城市环境动态定位下具有重大的潜力。
在本申请的一个实施例中,所述步骤S100具体包括:
步骤S110、获取第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值,以及获取第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和第三频率双差载波观测量;
步骤S120、将所述第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值求平均值,得到初始几何距离;
步骤S130、获取第二频率波长和第三频率波长,根据所述初始几何距离、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长,得到超宽巷模糊度。
具体地,首先构建短基线三频模糊度求解模型。为方便描述,以下推导以BDS为例,其三频频率为:B1(1561.098MHz),B2(1207.14MHz),B3(1268.52Mhz),其他卫星星座同理可得。双差后的BDS卫星观测方程为:
Pi=ρ+Mii (1)
Li=ρ+miiNi+∈i (2)
其中,为方便描述,双差算子被省略;所述i表示频率;所述P表示双差伪距值,所述L表示双差载波观测量;ρ是双差后的几何距离;M表示伪距上多路径误差,m表示载波上多路径误差,λ表示波长,N为整周模糊度,ε表示伪距的随机噪声,∈表示载波的随机噪声。
由于是短基线,对流层、电离层、卫星轨道、卫星钟和接收机钟误差均认为被完全消除。由于多路径误差难以建模,且在不同频率之间相关性较弱,根据式(1),因此不同频率平均几何距离即初始几何距离可以被估计为:
其中,P1表示B1的双差伪距值,即第一频率双差伪距值;P2表示B2的双差伪距值,即第二频率双差伪距值;P3表示B1的双差伪距值,即第三频率双差伪距值。
基于初始几何距离,可以直接确定超宽巷模糊度N(0,-1,1)
其中,round()表示四舍五入求整,L2表示第二频率双差载波观测量L3表示第三频率双差载波观测量,λ2表示第二频率波长,λ3表示第三频率波长。
如图1所示,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法还包括如下步骤:
步骤S200、根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度。
在本申请的一个实施例中,所述步骤S200具体包括:
步骤S210、根据第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷波长;
步骤S220、根据所述第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷载波观测量;
步骤S230、根据所述超宽巷波长、超宽巷载波观测量和超宽巷模糊度得到修正几何距离;
步骤S240、获取第一频率波长,根据所述第一频率波长、第二频率波长、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和所述修正几何距离,得到宽巷模糊度;
步骤S250、根据所述超宽巷模糊度、宽巷模糊度、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第一频率波长、第二频率波长和第三频率波长,利用最小二乘法得到双差几何距离和原始模糊度。
具体地,在获得超宽巷模糊度之后,更准确的双差几何距离即可以被计算出:
其中,λ(0,-1,1)是超宽巷波长,满足l(0,-1,1)是超宽巷载波观测量,其值为/>注意这里的l(0,-1,1)单位为周,而L2与L3的单位为米。获得之后,宽巷模糊度N(1,-1,0)可以被求出:
其中,L1表示第一频率双差载波观测量,λ1表示第一频率波长。
在获得超宽巷和宽巷模糊度之后,我们可以得到以下方程组:
忽略多路径误差,运用整数最小二乘法可以得到最终的双差几何距离与原始模糊度的解
如图1所示,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法还包括如下步骤:
步骤S300、确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值。
具体地,本申请实施例构建模糊度检测与选择模型。在开阔地带,原始模糊度具有非常高的准确率,经过简单的筛选,可以被用来直接定位。但是在城市环境下,由于多路径与非视距信号的干扰,原始模糊度成功率大大降低,如果不把这些错误固定的模糊度剔除,将导致巨大的定位误差结果。基于此,本申请实施例设计了进一步的错误模糊度检测与排除方法。
在本申请的一个实施例中,所述步骤S300具体包括:
步骤S310、确定固定原始模糊度的各个卫星和主卫星,每个卫星分别与所述主卫星形成卫星对;
步骤S320、在全部卫星对中任意选取三个卫星对形成一个子集,得到全部不同排列组合的子集;
步骤S330、根据任一子集中三个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值。
具体地,当有n个卫星对在上一步中被固定了模糊度,则有:
其中,I1到In表示从移动站指向各个卫星的单位向量,Ipivot表示移动站指向主卫星的单位向量。ΔX=(Δx,Δy,Δz)是移动站的位置改正量。
为方便后续描述,令
由于三个卫星对就满足定位需求,首先将上述卫星对分成不同的子集,每个子集包含三个卫星对。子集的数量为:
具体的子集如下:
{(1,2,3) (1,2,4) … (n-2,n-1,n)} (10)
其中,(n-2,n-1,n)表示式(8)中第n-2,n-1,n个方程。
在一种实施例中,所述步骤S330具体包括:
步骤S331、获取移动站指向各个卫星的第一单位向量,以及移动站指向主卫星的第二单位向量;
步骤S332、根据所述第一单位向量、第二单位向量和所述双差几何距离确定各个卫星对的双差方程;
步骤S333、根据所述第一单位向量和第二单位向量计算各个子集的相对位置精度因子;
步骤S334、若子集的相对位置精度因子小于预设精度阈值,则根据所述双差方程计算所述子集对应的移动站位置修正值;
步骤S335、若子集的相对位置精度因子大于或等于预设精度阈值,则不计算所述子集对应的移动站位置修正值。
具体地,对于任意一个选择的子集(j,k,l),对应的双差方程为:
相对位置精度因子可以被表示为:
其中,tr()表示求取矩阵的迹。当相对位置精度因子较大时,求取的位置误差较大。为了提高效率,当精度因子过大时(比如大于10),就跳过当前子集的后续运算。当精度因子较小符合需求的时候,可以解得移动站位置修正值ΔXjkl
本申请实施例通过求相对位置精度因子,从而提高了计算效率。
如图1所示,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法还包括如下步骤:
步骤S400、根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对的双差方程记录为所述子集的内点,并形成所述子集对应的内点集。
具体地,将ΔXjkl带入式(8),对应的残差为:
Vn×1=Rn×1-Gn×1·ΔXjkl (13)
其中,Vn×1=[v1 v2 … vn]T是对应的残差向量。如果某个方程对应的残差很小,则说明这个方程与该子集符合的很好。所有残差小于预设残差阈值(如5cm)的方程统称为内点。由于子集中的三个方程残差为0,所以内点数量最少为3。
例如,子集A求得一个移动站位置修正值a,根据移动站位置修正值a分别计算各个卫星对的残差,若卫星对j-pivot的残差小于预设残差阈值,则将卫星对j-pivot记录为子集A的一个内点,若残差大于或等于预设残差阈值,则不记录为内点。按照此方式遍历全部卫星对后,形成子集A的内点集。同理,其他子集也能够得到对应的内点集。
如图1所示,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法还包括如下步骤:
步骤S500、将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
在本申请的第一个实施例中,所述步骤S500具体包括:
步骤S510a、当得到各个子集对应的内点集后,将内点数量最多的内点集作为目标内点集;
步骤S520a、若目标内点集中的内点数量大于或等于第一预设数量阈值,则根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值;
步骤S530a、若目标内点集中的内点数量小于第一预设数量阈值,则不进行定位输出。
具体地,当把所有子集变量结束之后,选择内点数量最多的集合作为最后的结果。这些内点均被认为是正确固定模糊度双差方程。为了提高可靠性,第一预设数量阈值设置为5,当内点数量大于等于5时,根据最小二乘法,最后的移动站位置改正值为:
其中,Ginliners表示移动站指向目标内点集中各个卫星的单位向量与移动站指向主卫星的单位向量之差组成的矩阵,Rinliers表示目标内点集中内点对应的卫星的双差几何距离组成的矩阵,表示Ginliers矩阵的转置。即,公式(8)中的I1到In表示从移动站指向各个卫星的单位向量,本申请实施例则将部分卫星过滤,只采用目标内点集中对应的双差方程进行最终的移动站位置改正值的计算,进而根据移动站位置改正值把移动站接收机的近似坐标改正到更高的精度。比如移动站接收机近似位置有3米误差,根据本申请实施例的方法计算得到了这个误差,给这个近似位置一个3米的改正量,这样的最后结果就更接近移动站接收机的真实位置。
当目标内点集中的内点数量小于预设数量阈值时,不进行定位输出。具体地,当内点数量小于5时,则认为结果不可靠,不进行定位输出,以提高定位的可靠性。
在本申请的第二个实施例中,所述步骤S500具体包括:
步骤S510b、当在多个子集中任选一个子集计算移动站位置修正值,并得到当前内点集时,若当前内点集中的内点数量大于第二预设数量阈值,则将所述当前内点集作为目标内点集,并不再选择下一子集;
步骤S520b、根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
具体地,为了节约效率,本申请实施例在多个子集中任选一个子集计算移动站位置修正值,进而得到该子集的内点集。例如,将第二预设数量阈值设置为10,若内点集中的内点数量大于10,则说明该内点集符合要求,可以作为目标内点集,因此,无需再进行其他子集的计算,即,无需计算其他子集的移动站位置修正值、残差及内点集,进而极大地节约了计算效率。
下面列举一具体实施例进行说明。
如图3所示,步骤S1、获取基站和移动站之间输出的伪距和载波相位;
步骤S2、计算双差观测值;
步骤S3、确定超宽巷模糊度;
步骤S4、确定宽巷模糊度;
步骤S5、计算原始模糊度;
步骤S6、模糊度选择;
步骤S7、判断内点集是否满足预设规则;若否,则执行步骤S8;若是;则执行步骤S9和S10;
步骤S8、无法用载波定位;
步骤S9、使用最小二乘法;
步骤S10、输出位置解。
在一种实施例中,如图4所示,基于上述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,本发明还相应提供了一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置,包括:
获取模块100,用于获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;
第一计算模块200,用于根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;
确定模块300,用于确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;
记录模块400,用于根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对记录至子集对应的内点集;
第二计算模块500,用于将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
需要说明的是,前述对基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置,此处不再赘述。
本发明公开一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置,通过获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对的双差方程记录为所述子集的内点,并形成所述子集对应的内点集;将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。本发明通过识别错误固定的模糊度,并剔除,实现了在城市环境中进行高精度定位,提高了定位的可靠性。
图5为本申请实施例提供的终端设备的结构示意图。该终端设备可以包括:
存储器501、处理器502及存储在存储器501上并可在处理器502上运行的计算机程序。
处理器502执行程序时实现上述实施例中提供的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法。
进一步地,终端设备还包括:
通信接口503,用于存储器501和处理器502之间的通信。
存储器501,用于存放可在处理器502上运行的计算机程序。
存储器501可能包含高速RAM存储器,也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory),例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器501、处理器502和通信接口503独立实现,则通信接口503、存储器501和处理器502可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture,简称为ISA)总线、外部设备互连(Periphera lComponent,简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture,简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图中仅用一条线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地,在具体实现上,如果存储器501、处理器502及通信接口503,集成在一块芯片上实现,则存储器501、处理器502及通信接口503可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器502可能是一个中央处理器(Central Processing Unit,简称为CPU),或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit,简称为ASIC),或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“N个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备读取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或N个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质,因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,包括:
获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;
根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;
确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;
根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对的双差方程记录为所述子集的内点,并形成所述子集对应的内点集;
将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
2.根据权利要求1所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,所述获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度,包括:
获取第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值,以及获取第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和第三频率双差载波观测量;
将所述第一频率双差伪距值、第二频率双差伪距值和第三频率双差伪距值求平均值,得到初始几何距离;
获取第二频率波长和第三频率波长,根据所述初始几何距离、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长,得到超宽巷模糊度。
3.根据权利要求2所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度,包括:
根据第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷波长;
根据所述第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第二频率波长和第三频率波长得到超宽巷载波观测量;
根据所述超宽巷波长、超宽巷载波观测量和超宽巷模糊度得到修正几何距离;
获取第一频率波长,根据所述第一频率波长、第二频率波长、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量和所述修正几何距离,得到宽巷模糊度;
根据所述超宽巷模糊度、宽巷模糊度、第一频率双差载波观测量、第二频率双差载波观测量、第三频率双差载波观测量、第一频率波长、第二频率波长和第三频率波长,利用最小二乘法得到双差几何距离和原始模糊度。
4.根据权利要求1所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,所述确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值,包括:
确定固定原始模糊度的各个卫星和主卫星,每个卫星分别与所述主卫星形成卫星对;
在全部卫星对中任意选取三个卫星对形成一个子集,得到全部不同排列组合的子集;
根据任一子集中三个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值。
5.根据权利要求4所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,所述根据任一子集中三个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值,包括:
获取移动站指向各个卫星的第一单位向量,以及移动站指向主卫星的第二单位向量;
根据所述第一单位向量、第二单位向量和所述双差几何距离确定各个卫星对的双差方程;
根据所述第一单位向量和第二单位向量计算各个子集的相对位置精度因子;
若子集的相对位置精度因子小于预设精度阈值,则根据所述双差方程计算所述子集对应的移动站位置修正值;
若子集的相对位置精度因子大于或等于预设精度阈值,则不计算所述子集对应的移动站位置修正值。
6.根据权利要求1所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,所述将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值,包括:
当得到各个子集对应的内点集后,将内点数量最多的内点集作为目标内点集;
若目标内点集中的内点数量大于或等于第一预设数量阈值,则根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值;
若目标内点集中的内点数量小于第一预设数量阈值,则不进行定位输出。
7.根据权利要求1所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法,其特征在于,所述将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值,包括:
当在多个子集中任选一个子集计算移动站位置修正值,并得到当前内点集时,若当前内点集中的内点数量大于第二预设数量阈值,则将所述当前内点集作为目标内点集,并不再选择下一子集;
根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
8.一种基于三频GNSS城市短基线的RTK定位装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取不同频率下的双差伪距值和双差载波观测量,根据所述双差伪距值和双差载波观测量确定超宽巷模糊度;
第一计算模块,用于根据所述超宽巷模糊度得到宽巷模糊度,并根据所述超宽巷模糊度和宽巷模糊度计算双差几何距离和原始模糊度;
确定模块,用于确定固定原始模糊度的各个卫星对,将所述卫星对划分为多个子集,各个所述子集中包括多个卫星对,并根据所述子集中多个卫星对的双差几何距离计算所述子集对应的移动站位置修正值;
记录模块,用于根据所述子集对应的移动站位置修正值计算各个卫星对的双差方程对应的残差,若残差小于预设残差阈值,则将所述卫星对记录至子集对应的内点集;
第二计算模块,用于将满足预设规则的内点集作为目标内点集,根据所述目标内点集中各个卫星对对应的双差几何距离计算得到最终的移动站位置改正值。
9.一种终端设备,其特征在于,所述终端设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序,所述处理器执行所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序时,实现如权利要求1-7任一项所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序,所述基于三频GNSS城市短基线的RTK定位程序被处理器执行时,实现如权利要求1-7任一项所述的基于三频GNSS城市短基线的RTK定位方法的步骤。
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