一种GNSS高精度快速定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种GNSS高精度快速定位方法及装置，该方法包括：根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度；根据基准站与天线间，以及天线之间的载波相位双差观测方程，结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标；提取基准站观测值的残差分量，建立测站间空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数；利用双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，进而得到待测点的精确坐标。该方法有效地降低了测量装置天线组的观测误差，充分利用天线的距离姿态信息，短时间连续观测即可达到毫米级定位精度。

A high precision and fast positioning method and device for GNSS

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS高精度快速定位方法及装置
本专利技术涉及导航定位
，尤其涉及一种GNSS高精度快速定位方法及装置。
技术介绍
常规的GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)高精度定位方法主要有RTK(Real-timeKinematic，实时动态)、PPP(PrecisePointPositioning，精密单点定位技术)、静态基线后处理三种方法。采用RTK或PPP方法，在完成模糊度固定后，可以实现单历元实时定位。一般而言，短基线情况下RTK只需要几秒即可完成模糊度固定；PPP需要几分钟至几十分钟，取决于是否有足够精确的误差改正信息。但无论是RTK还是PPP，定位精度都只能达到厘米级，应用在一些高精度定位领域，如高铁轨道平顺性测量、变形监测等时，往往无法满足精度要求。采用静态基线后处理尽管可以达到毫米级的定位精度，但一般需要数小时甚至十几小时的连续观测来建立足够精确的误差模型。由于观测时间较长，也往往无法满足对定位时间要求较短的特定环境下的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种GNSS高精度快速定位方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供一种GNSS高精度快速定位方法，包括：根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度；根据基准站与天线间，以及天线之间的载波相位双差观测方程，结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标；根据已固定的基准站间的双差模糊度，确定基准站观测值的残差分量，并结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数；利用所述双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，进而得到待测点的精确坐标；其中，所述天线至少为三个，和所述待测点的相对位置已知，并设置在待测点预设位置处，所述基准站至少为三个，分布在待测点周围。进一步地，所述根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度包括：根据基准站分布，选取满足预设条件的至少三个基准站，对选取后的基准站组建Delaunay三角网，得到基准站基线；提取每条基准站基线的共视卫星的观测数据，组建基准站间载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度。进一步地，所述结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标，包括：根据每一天线间的距离，测量装置测得的平面两个方向的倾角，以及初始天线向量之间的关系，确定天线的距离姿态观测方程；利用天线间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程辅助，进行基准站与天线间的载波相位双差观测方程中双差模糊度的固定，获得每一天线的近似坐标。进一步地，所述结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数，包括：根据基准站观测值的残差分量与基准站坐标的空间关系，建立空间相关模型，并获得模型系数；根据所述模型系数，结合所述天线的近似坐标，得到测量装置的天线与基准站的双差改正数。进一步地，所述利用所述双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，包括：将所述双差改正数代入基准站与天线间的载波相位双差观测方程，得到改正后的双差观测方程；根据每一天线的近似坐标，结合天线之间的载波相位双差观测方程，得到包括天线坐标改正值的GNSS观测方程；根据所述GNSS观测方程，结合天线的距离姿态观测方程进行平差，得到每一天线的精确坐标。进一步地，所述根据所述GNSS观测方程，结合天线的距离姿态观测方程进行平差，得到每一天线的精确坐标，包括：在预设的观测时间内，对所述GNSS观测方程进行多历元序贯平差，得到GNSS观测空间下的天线坐标，并更新GNSS观测方程中的权矩阵；根据卫星坐标系到站心坐标系的平移和旋转矩阵，以及GNSS观测空间下的天线坐标和更新后的权矩阵，建立站心坐标系下的虚拟观测方程；根据所述虚拟观测方程，结合所述天线的距离姿态观测方程，进行联合平差，得到每一天线的精确坐标。进一步地，所述天线为三个，所述根据所述天线组每一天线间的距离，测量装置测得的平面两个方向的倾角，以及初始天线向量之间的关系，确定天线的距离姿态观测方程，包括：根据每一天线间的距离，以及测量装置的初始姿态，确定三个天线的初始天线向量；同时根据预设的倾角传感器，获得测量装置在平面两个方向的倾角；再根据获取的倾角，得到从所述三个天线的初始天线向量映射到天线坐标的旋转矩阵，结合所述初始天线向量，确定天线的距离姿态观测方程。第二方面，本专利技术实施例提供一种GNSS高精度快速测量装置，包括：第一处理模块，用于根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度；第二处理模块，用于根据基准站与天线间，以及天线之间的载波相位双差观测方程，结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标；第三处理模块，用于根据已固定的基准站间的双差模糊度，确定基准站观测值的残差分量，并结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数；坐标确定模块，用于利用所述双差改正数解算所述基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，进而得到待测点的精确坐标；其中，所述天线至少为三个，和所述待测点的相对位置已知，并设置在待测点预设位置处，所述基准站至少为三个，分布在待测点周围。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本专利技术第一方面GNSS高精度快速定位方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本专利技术第一方面GNSS高精度快速定位方法的步骤。本专利技术实施例提供的GNSS高精度快速定位方法及装置，根据残差分量建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数，有效地降低了测量装置天线的观测误差，利用双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，短时间连续观测即可达到毫米级的定位精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本专利技术实施例提供的GNSS高精度快速定位方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的GNSS高精度快速定位方法应用场景图；图3为本专利技术另一实施例提供的GNSS高精度快速定位方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的GNSS高精度快速测量装置结构图；...

【技术保护点】
1.一种GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，包括：/n根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度；/n根据基准站与天线间，以及天线之间的载波相位双差观测方程，结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标；/n根据已固定的基准站间的双差模糊度，确定基准站观测值的残差分量，并结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数；/n利用所述双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，进而得到待测点的精确坐标；/n其中，所述天线至少为三个，和所述待测点的相对位置已知，并设置在待测点预设位置处，所述基准站至少为三个，分布在待测点周围。/n

【技术特征摘要】
1.一种GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，包括：
根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度；
根据基准站与天线间，以及天线之间的载波相位双差观测方程，结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标；
根据已固定的基准站间的双差模糊度，确定基准站观测值的残差分量，并结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数；
利用所述双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，进而得到待测点的精确坐标；
其中，所述天线至少为三个，和所述待测点的相对位置已知，并设置在待测点预设位置处，所述基准站至少为三个，分布在待测点周围。


2.根据权利要求1所述的GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，所述根据基准站间的载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度，包括：
根据基准站分布，选取满足预设条件的至少三个基准站，对选取后的基准站组建Delaunay三角网，得到基准站基线；
提取每条基准站基线的共视卫星的观测数据，组建基准站间载波相位双差观测方程，固定基准站间的双差模糊度。


3.根据权利要求1所述的GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，所述结合天线的距离姿态观测方程，确定每一天线的近似坐标，包括：
根据每一天线间的距离，测量装置测得的平面两个方向的倾角，以及初始天线向量之间的关系，确定天线的距离姿态观测方程；
利用天线间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程辅助，进行基准站与天线间的载波相位双差观测方程中双差模糊度的固定，获得每一天线的近似坐标。


4.根据权利要求1所述的GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，所述结合所述残差分量，建立测站间的空间相关模型，确定天线与基准站的双差改正数，包括：
根据基准站观测值的残差分量与基准站坐标的空间关系，建立空间相关模型，并获得模型系数；
根据所述模型系数，结合所述天线的近似坐标，得到测量装置的天线与基准站的双差改正数。


5.根据权利要求1所述的GNSS高精度快速定位方法，其特征在于，所述利用所述双差改正数解算基准站与天线间的载波相位双差观测方程，结合天线之间的载波相位双差观测方程和天线的距离姿态观测方程，平差后得到每一天线的精确坐标，包括：
将所述双差改正数代入基准站与天线间的载波相位双差观测方程，得到改正后的双差观测方程；
根据每一天线的近似坐标，结合天线之间的载波相位双差观测方程，得到包括天线坐标改正值的GNSS观测方程；
根据所述G...

【专利技术属性】
技术研发人员：白征东，陈波波，黎奇，辛浩浩，程宇航，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11