基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法技术

本发明专利技术涉及自动化信息处理技术领域，公开了一种基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法，通过BDS或GPS中长基线多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过变换得到BDS宽巷模糊度,然后用其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差和对流层延迟误差参数化的策略以加快窄巷模糊度浮点解的收敛速度,缩短模糊度首次固定的时间，利用宽巷模糊度解算模型与附加了宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解。本发明专利技术实现固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位。设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位。设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位。

【技术实现步骤摘要】
基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法


[0001]本专利技术涉及卫星导航信号处理
，尤其涉及一种基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法。

技术介绍

[0002]随着全球卫星导航系统进入多系统时代,天空中导航卫星的可见数不断增加,而我国北斗卫星导航系统(BDS)也已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善RTK（实时动态）定位的精度和可靠性。
[0003]而常规RTK作业距离一般不超过20km，随着基线长度的增加，基准站与流动站之间的大气相关性降低，双差吼残余的电离层延迟，对流层延迟误差超过半个波长，导致初始化时间长，模糊度解算成功率较低，可靠性也无法保证，另外，低角度卫星的观测值质量较差也是影响模糊段解算的重要原因，低角度卫星不仅电离层延迟误差与对流层延迟误差较大，观测噪声和多路径效应也相对明显。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法，以提高中长基线情况下的模糊度固定率，实现固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位。
[0005]本专利技术采取的技术方案是：一种基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法，其特征是，通过BDS或GPS中长基线多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过变换得到BDS宽巷模糊度,然后用其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差和对流层延迟误差参数化的策略以加快窄巷模糊度浮点解的收敛速度,缩短模糊度首次固定的时间，利用宽巷模糊度解算模型与附加了宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，在GNSS相对定位中的双差观测方程如下：式中，
△▽
为站星间双差操作符，下标
ⅰ
表示频率，λ为BDS或GPS观测值波长，单位m，P为伪距观测值，单位为m，ψ为以周为单位的载波相位观测值，ρ为卫星至接收机几何距离，单位为m，N为整周期模糊度，I为电离层延迟误差，T为对流层延迟误差，εP为伪距观测值噪声，εψ为载波相位观测噪声，单位为m，由以上公式可以得出宽巷观测值双差观测方程为
其中，X为宽巷观测值，第一行9个参数分别为卫星三维坐标参数，三维速度参数，三维加速度参数，第二行为GPS第n个卫星单差宽巷模糊度，第三行为BDS第n个卫星单差宽巷模糊度。
[0006]进一步，在得到单差模糊度浮点解后，通过转换矩阵换位双差浮点解进一步计算。
[0007]本专利技术的有益效果是：（1）实现提高中长基线情况下的模糊度固定率；（2）采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，对固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位；（3）解算电离层活动较为剧烈的25
‑
76km的中长基线，通过GPS/BDS双系统的联合定位宽巷模糊度固定率，在25
‑
76km中长基线中固定率接近100%。
附图说明
[0008]附图1为3组卫星对的双差电离层延迟误差序列图；附图2为宽巷模糊度估值误差及平滑序列对比图；附图3为窄巷模糊度估值误差及平滑序列对比图。
具体实施方式
[0009]下面对本专利技术基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法的具体实施方式作详细说明。
[0010]通过BDS或GPS中长基线多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过变换得到BDS宽巷模糊度,然后用其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差和对流层延迟误差参数化的策略以加快窄巷模糊度浮点解的收敛速度,缩短模糊度首次固定的时间，利用宽巷模糊度解算模型与附加了宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，在GNSS相对定位中的双差观测方程如下：式中，
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为站星间双差操作符，下标
ⅰ
表示频率，λ为BDS或GPS观测值波长，单位m，P为伪距观测值，单位为m，ψ为以周为单位的载波相位观测值，ρ为卫星至接收机几何距离，单位为m，N为整周期模糊度，I为电离层延迟误差，T为对流层延迟误差，εP为伪距观测值噪声，εψ为载波相位观测噪声，单位为m。
[0011]采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，对固定高于设置模糊度
解算截止高度角的卫星进行定位截止高度角在GPS测量中，为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的蔽遮高度角，低于此角视空域的卫星不予跟踪。GPS测量中默认为15度。
[0012]由以上公式可以得出宽巷观测值双差观测方程为其中，X为宽巷观测值，第一行9个参数分别为卫星三维坐标参数，三维速度参数，三维加速度参数，第二行为GPS第n个卫星单差宽巷模糊度，第三行为BDS第n个卫星单差宽巷模糊度。
[0013]在得到单差模糊度浮点解后，通过转换矩阵换位双差浮点解进一步计算。
[0014]下面举一个实例：以BDS为例来验证算法。
[0015]利用测量型接收机采集了一组北斗三频静态长基线数据 (730 km/10 s/2.5 h)，为了验证本文提出的新算法，采集数据时设置高度角为20
°
，以消除多路径的影响。另外，使用LAMBDA方法多历元连续搜索确定的模糊度作为参考值，进而统计了几个卫星对的宽巷、窄巷浮点解模糊度残差值，最后对浮点解多历元平滑进而求解模糊度。利用已经固定的超宽巷、窄巷组合可以反求出各个卫星对的双差电离层延迟误差δI1, 如图1所示，列出了C01
‑
C02、C01
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C09、C01
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C14 3组卫星对的双差电离层延迟，可以看出基本所有历元满足δI1 < 1 m。由上文分析可知，经典TCAR模式下，宽巷模糊度的求解成功率不小于90%，但δI1 < 0.07 m的要求很难满足，因此采用传统无几何三频模糊度方法，窄巷模糊度基本不能固定。
[0016]由图2可以看出，所有历元的宽巷模糊度残差均小于0.05周，经过数据平滑后均可以可靠固定 (列取了卫星C01
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C02、C01
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C09、C01
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C14的宽窄巷模糊度估值残差及平滑序列图)。
[0017]图3为窄巷模糊度估值误差及平滑序列图。可以看出，窄巷浮点解的估值残差基本都在10周以内，经过多历元数据平滑消噪后逐步收敛 (不同卫星对的收敛时间有所区别)，最终控制在1~2周的范围内。对于取整得到的2个模糊度还需要进一步验证，且无几何无电离层组合基本与距离无关。由此可以看出，该方法经过数据平滑消噪可以实现中长基线模糊度的快速解算。
[0018]以上仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BDS或GPS的中长基线多频RTK定位的快速收敛方法，其特征在于：通过BDS或GPS中长基线多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过变换得到BDS宽巷模糊度,然后用其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差和对流层延迟误差参数化的策略以加快窄巷模糊度浮点解的收敛速度,缩短模糊度首次固定的时间，利用宽巷模糊度解算模型与附加了宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，在GNSS相对定位中的双差观测方程如下：式中，
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为站星间双差操作符，下标
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表示频率，λ为BDS或GPS观测值波...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁纯，
申请(专利权)人：上海寰果信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：