基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法技术

本发明专利技术提供一种基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法，推算方法包括：基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量；基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量。该推算方法保证在通讯中断情况下能够准确获取基准站的观测量，进而保证实时动态差分定位的连续性，提高定位率，满足定位频率需求。

Estimation method of reference station observation and acquisition method of carrier phase differential positioning information

【技术实现步骤摘要】
基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法
本专利技术涉及高精度载波相位差分
，尤其涉及一种基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法。
技术介绍
实时动态差分技术(也就是RTK技术)是一种高精度的定位技术。差分定位需要实时获得基准站的观测信息，而在实时动态差分定位中，通常依靠无线电波进行差分信息的传播。无线电波传输的可靠性差，经常出现通讯中断、误码等情况，严重影响了动态差分定位的连续性和可靠性。此外，在定位输出频率较高的应用场合，由于无线传输的波特率受限，差分信息传输的频率无法满足定位频率的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法，该推算方法保证在通讯中断情况下能够准确获取基准站的观测量，进而保证实时动态差分定位的连续性，提高定位率，满足定位频率需求。本专利技术的技术解决方案如下：根据一方面，提供一种载波相位差分基准站观测量推算方法，该方法包括以下步骤：基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量；基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量。进一步地，所述基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到计算基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量具体包括：获取简化的多普勒观测方程，如下式所示：其中，为星地距离变化率，λ为对应频点的波长，δfs为卫星钟漂；将所述简化的多普勒观测方程对时间Δt取积分后经计算即得所述变化量：其中，前缀Δ代表时间Δt内的变化量，为观测量在时间Δt的变化量；rs为星地距离，δts为卫星钟差，c为光速，tn代表第n个历元的时刻。进一步地，通过下述方式基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量：其中，分别为当前时刻的伪距和载波相位观测量，上标^代表推算值。根据另一方面，提供一种载波相位差分定位信息获取方法，该方法中，在流动站没有接收到基准站传输的观测量时，基于上述的方法获取基准站的观测量。进一步地，载波相位差分定位信息获取方法包括以下步骤：判断是否接收到基准站的观测量，如果是，则基于所述观测量和流动站观测量构造观测向量y；如果否，则基于上述方法获取基准站的观测量并基于所述观测量和流动站观测量构造观测向量y；建立Kalman滤波模型，包括：构造待估计的状态向量x、观测向量y、观测函数以及观测噪声协方差矩阵R以及确定卡尔曼滤波参数的初始值；基于所述Kalman滤波模型按照Kalman滤波方程进行Kalman滤波更新以获取定位信息。进一步地，通过下述方式构造待估计的状态向量x：x＝(r,v,N1,N2)T；其中，r＝(x,y,z)为接收机的位置参数，v＝(vx,vy,vz)为接收机的速度参数，为所有卫星的站间单差整周模糊度参数，下标i代表载波Li对应的载波相位；下标1,2表示不同频点。进一步地，所述构造的观测向量y如下所示：y＝(φ1,φ2,p1,p2)T；其中，为两个频率的双差载波相位观测值，为两个频率的双差伪距观测值，下表r和b分别代表流动站和基准站，上标m代表卫星号m。进一步地，通过下述方式观测函数以及观测噪声协方差矩阵R：观测函数为：其中，为对应载波相位观测量的观测函数，为对应伪距观测量的观测函数，为卫星k和卫星m对于流动站r和基准站b的双差距离，λi(i＝1,2)为两个频率的载波波长，vφ和vp分别为载波相位观测量和伪距观测量的观测噪声；观测噪声协方差矩阵R为：其中，和分别为载波相位和伪距观测量的标准偏差，为由单差观测量向双差观测量转换的单差算子。进一步地，在获取所述定位信息后，所述方法还包括步骤：在初始模糊度未固定条件下，则根据Kalman滤波获取的定位信息提取模糊度浮点解参数，并基于所述浮点解参数进行整数搜索，如果搜索成功，则即可获取模糊度固定值，并根据所述模糊度固定值计算得到基线向量固定解以获取最终的定位信息。进一步地，在获取所述定位信息后，所述方法还包括步骤：在初始模糊度固定条件下，则判断是否存在下述任一情形，若存在，则根据Kalman滤波获取的定位信息提取模糊度浮点解参数，并基于所述浮点解参数进行整数搜索，如果搜索成功，则即可获取模糊度固定值，并根据所述模糊度固定值计算得到基线向量固定解以获取最终的定位信息。其中，所述情形包括：(一)、有周跳发生；(二)、跟踪到新卫星。应用上述技术方案，基准站观测量推算方法及载波相位差分定位信息获取方法，该方法基于基准站坐标已知且固定不变的特点，当差分通讯中断或其他情况导致基准站无法传输差分信息(观测量)时，通过利用基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量估算观测量的变化，从而实时推算基准站观测量(即利用星历参数实时计算每个递推时间间隔中观测量的变化量，与上一间隔的观测量相加获得当前的观测量推算值)。该方法能够获得精确的基准站观测量，在通讯中断长达100s的时间内，能够推算得到精度高的伪距观测量和载波相位观测量，进而保证实时动态差分定位的连续性，提高定位率，满足定位频率需求。经验证，在通讯中断等长达100s的情况下，基于该推算获取的观测量获取的载波相位差分定位结果仍然能够达到厘米级精度。本专利技术方法适应性强，实现简单，且在短时间内能够满足差分定位精度要求，具有较高的应用价值。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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示出了根据本专利技术实施例提供的载波相位差分定位信息获取方法的流程示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载波相位差分基准站观测量推算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量；/n基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种载波相位差分基准站观测量推算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量；
基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量。


2.根据权利要求1所述的一种载波相位差分基准站观测量推算方法，其特征在于，所述基于基准站到卫星的直线距离和卫星钟差计算得到计算基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量具体包括：
获取简化的多普勒观测方程，如下式所示：



其中，为星地距离变化率，λ为对应频点的波长，δfs为卫星钟漂；
将所述简化的多普勒观测方程对时间Δt取积分后经计算即得所述变化量：



其中，前缀Δ代表时间Δt内的变化量，为观测量在时间Δt的变化量；rs为星地距离，δts为卫星钟差，c为光速，tn代表第n个历元的时刻。


3.根据权利要求2所述的一种载波相位差分基准站观测量推算方法，其特征在于，通过下述方式基于所述基准站到卫星距离的变化量和卫星钟差变化量推算得出基准站的伪距和载波相位观测量：






其中，分别为当前时刻的伪距和载波相位观测量，上标∧代表推算值。


4.一种载波相位差分定位信息获取方法，其中特征在于，所述方法中，在流动站没有接收到基准站传输的观测量时，根据权利要求1-3所述的方法获取基准站的观测量。


5.根据权利要求4所述一种载波相位差分定位信息获取方法，其中特征在于，载波相位差分定位信息获取方法包括以下步骤：
判断是否接收到基准站的观测量，如果是，则基于所述观测量和流动站观测量构造观测向量y；如果否，则基于上述方法获取基准站的观测量并基于所述观测量和流动站观测量构造观测向量y；
建立Kalman滤波模型，包括：
构造待估计的状态向量x、观测向量y、观测函数以及观测噪声协方差矩阵R以及确定卡尔曼滤波参数的初始值；
基于所述Kalman滤波模型按照Kalman滤波方程进行Kalman滤波更新以获取定位信息。


6.根据权利要求5所述一种载波相位差分定位信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亚豪，李峰，左启耀，袁晓宇，胡文涛，王强，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11