本發(fā)明屬于全球?qū)Ш较到y(tǒng)和定位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，涉及一種在利用GLONASS+GPS相位和偽距觀測(cè)值計(jì)算GLONASS頻間偏差(Inter-frequency phase bias,IFB),從而固定GLONASS和GPS整周模糊度，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(Real-time Kinematic Positioning)確定流動(dòng)站精確位置信息的定位技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著俄羅斯GLONASS(格洛納斯)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)于2012年再次完成24顆衛(wèi)星滿星座運(yùn)行，歐洲GALILEO衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)加快組網(wǎng)速度以及我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)開始進(jìn)行全球范圍組網(wǎng)，傳統(tǒng)的RTK(實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位)定位技術(shù)正在向多系統(tǒng)RTK定位技術(shù)發(fā)展?，F(xiàn)今已用許多公司和學(xué)者實(shí)現(xiàn)GPS+BDS、GPS+GALILEO、GPS+BDS+GALILEO RTK定位技術(shù)，但是GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)卻從未出現(xiàn)在RTK定位領(lǐng)域尤其是成本較低的單頻RTK領(lǐng)域。造成這一現(xiàn)象的主要原因是GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用了頻分多址技術(shù)(Frequency division multiple access,FDMA)。由于GLONASS采用FDMA技術(shù)，造成了GLONASS每顆衛(wèi)星信號(hào)的波長(zhǎng)和頻率都是不同的，進(jìn)而導(dǎo)致GLONASS的IFB不能通過衛(wèi)星間差分進(jìn)行消除。而只有當(dāng)RTK作業(yè)時(shí)所使用的兩臺(tái)GNSS接收機(jī)的GLONASS IFB相同時(shí)，才能通過站間差分進(jìn)行消除。大量的研究表明當(dāng)兩臺(tái)GNSS接收機(jī)是同一廠家生產(chǎn)的統(tǒng)一型號(hào)接收機(jī)，其IFB誤差基本相等。但是隨著GNSS行業(yè)的發(fā)展，大量的接收機(jī)廠商不斷出現(xiàn)，要求在RTK作業(yè)所用的兩臺(tái)接收機(jī)型號(hào)一致是有一定難度且在某些情況下是不現(xiàn)實(shí)的。一般情況下，RTK作業(yè)采用的是兩臺(tái)不同廠商的接收機(jī)，這時(shí)IFB無法通過差分進(jìn)行消除，故GLONASS的模糊度不能進(jìn)行固定，進(jìn)而無法通過GLONASS信號(hào)獲得準(zhǔn)確的流動(dòng)站坐標(biāo)，所以導(dǎo)致GLONASS信號(hào)無法用于RTK定位中。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了實(shí)現(xiàn)GLONASS+GPS RTK定位，本發(fā)明提供了一種GPS增強(qiáng)GLONASS RTK定位的方法，通過利用GLONASS+GPS的相位和偽距觀測(cè)值實(shí)時(shí)估計(jì)GLONASS的IFB rate，進(jìn)而改正GLONASS單頻觀測(cè)值中包含的頻間偏差，這時(shí)再進(jìn)行GLONASS和GPS模糊度的固定，進(jìn)而利用已固定的GLONASS+GPS的整周模糊度確定流動(dòng)站的準(zhǔn)確位置信息。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種基于GPS增強(qiáng)的GLONASS RTK定位方法，建立GLONASS+GPS RTK觀測(cè)方程，所述GLONASS+GPS RTK觀測(cè)方程為GLONASS聯(lián)合GPS事實(shí)動(dòng)態(tài)定位的觀測(cè)方程，基于觀測(cè)方程執(zhí)行以下步驟，
步驟1，根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)值點(diǎn)個(gè)數(shù)N，針對(duì)當(dāng)前歷元設(shè)定數(shù)值點(diǎn)初值和初始權(quán)，包括在頻間偏差斜率值的范圍內(nèi)，從當(dāng)前歷元均勻選取N個(gè)數(shù)值點(diǎn)并將每個(gè)數(shù)值點(diǎn)的權(quán)的初值均設(shè)為1/N，i表示數(shù)值點(diǎn)標(biāo)號(hào)，取值為1,2,…,N；
步驟2，更新數(shù)值點(diǎn)的權(quán)，包括根據(jù)步驟1所選的數(shù)值點(diǎn)依次作為IFB rate代入GLONASS+GPS RTK觀測(cè)方程，進(jìn)而解算模糊度并通過LAMBDA算法固定模糊度，獲得相應(yīng)的RATIO值，更新每個(gè)數(shù)值點(diǎn)的權(quán)如下式，
其中，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)更新前的權(quán)，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)更新后的權(quán)，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)的RATIO值；
步驟3，對(duì)每個(gè)數(shù)值點(diǎn)分別判斷該點(diǎn)的權(quán)是否大于1/N，如果大于則復(fù)制該數(shù)值點(diǎn)，否則刪除該數(shù)值點(diǎn)；
步驟4，判斷所有數(shù)值點(diǎn)的加權(quán)中誤差是否小于預(yù)設(shè)的收斂閾值，若是則將所有數(shù)值點(diǎn)的加權(quán)平均數(shù)作為所估計(jì)的IFB rate，進(jìn)入步驟5，若否則返回步驟2；
步驟5，當(dāng)已估計(jì)的IFB rate個(gè)數(shù)大于等于預(yù)設(shè)的數(shù)值m時(shí)，對(duì)最新的連續(xù)m個(gè)IFB rate進(jìn)行檢驗(yàn)，包括求解這m個(gè)IFB rate的平均值A(chǔ)ve，當(dāng)這m個(gè)IFB rate與Ave之差均小于3倍收斂閾值，則全部通過檢驗(yàn)；
全部通過檢驗(yàn)時(shí)，取平均值A(chǔ)ve作為最終的IFB rate，進(jìn)入步驟6；否則，返回步驟1基于下一歷元繼續(xù)處理；
步驟6，將步驟5所得最終的IFB rate代入GLONASS+GPS RTK觀測(cè)方程，通過LAMBDA算法進(jìn)行GLONASS和GPS模糊度固定，進(jìn)行當(dāng)前歷元的RTK定位；
步驟7，判斷是否有新歷元數(shù)據(jù)輸入，如果有則返回步驟6繼續(xù)進(jìn)行改正誤差及定位，如果無，則結(jié)束RTK計(jì)算。
而且，所述GLONASS+GPS RTK觀測(cè)方程如下，
式中，和分別代表在導(dǎo)航系統(tǒng)SYS中衛(wèi)星i,j和接收機(jī)r,m間的偽距和相位雙差觀測(cè)值，SYS＝GPS,GLO，GLO表示GLONASS；代表為衛(wèi)星i，j和接收機(jī)r,m之間的雙差距離，λi為衛(wèi)星i的信號(hào)波長(zhǎng)，λj為衛(wèi)星j的信號(hào)波長(zhǎng)，為雙差整周模糊度，為衛(wèi)星j在接收機(jī)r,m間的單差模糊度，γrm表示IFB rate，ki代表衛(wèi)星i的信號(hào)頻率，kj代表衛(wèi)星j的信號(hào)頻率數(shù)，和分別為偽距和載波觀測(cè)值的噪聲。
而且，所述IFB rate只包括相位IFB rate。
而且，m＝3。
與RTK技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有RTK技術(shù)不能使用GLONASS系統(tǒng)進(jìn)行高精度定位的現(xiàn)狀，提出了一種利用GPS增強(qiáng)GLONASS RTK的定位方法。該方法通過利用GLONASS+GPS觀測(cè)值估計(jì)GLONASS IFB rate，并依此改正GLONASS觀測(cè)值中包含的頻間偏差，使得GLONASS模糊度可以通過LAMBDA方法進(jìn)行固定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于GLONASS模糊度固定的GLONASS+GPS單頻RTK定位。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供的一種GPS輔助GLONASS單頻RTK定位方法，利用GLONASS+GPS觀測(cè)值實(shí)時(shí)估計(jì)GLONASS IFB rate，并利用IFB rate改正GLONASS觀測(cè)值中包含的頻間偏差，進(jìn)而利用LAMBDA算法固定GLONASS+GPS整周模糊度，最后實(shí)現(xiàn)基于GLONASS模糊度固定的RTK定位作業(yè)。
本發(fā)明實(shí)施例的總流程圖如圖1所示。利用HERT站HERS站2015年1月1日的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例提供的一種GPS增強(qiáng)GLONASS RTK定位的方法，利用GLONASS+GPS的相位和偽距觀測(cè)值實(shí)時(shí)估計(jì)GLONASS的IFB rate，進(jìn)而改正GLONASS觀測(cè)值中包含的頻間偏差，這時(shí)再通過LAMBDA法進(jìn)行GLONASS和GPS模糊度的搜索和固定，進(jìn)而利用已固定的GLONASS+GPS的整周模糊度確定流動(dòng)站的準(zhǔn)確位置信息。
GLONASS+GPS單頻RTK的非差觀測(cè)方程為：
式中，SYS代表導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，和分別代表衛(wèi)星i和接收機(jī)r間的偽距和相位非差觀測(cè)值。和分別代表為衛(wèi)星i和接收機(jī)r之間的距離，電離層延遲和對(duì)流層映射函數(shù)。c代表光速，dti和dTr分別為衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差。Tr為天頂對(duì)流層延遲，λi為衛(wèi)星i的信號(hào)波長(zhǎng)，為整周模糊度，和代表偽距IFB和相位IFB，和分別為偽距和載波觀測(cè)值的噪聲。
其中，偽距IFB對(duì)定位結(jié)果影響較小，故在本文忽略不做考慮。相關(guān)研究表明相位IFB是與頻率相關(guān)的線性函數(shù)，故雙差相位IFB可表示為：
式中，ki代表衛(wèi)星i的信號(hào)頻率，kj代表衛(wèi)星j的信號(hào)頻率數(shù)，Δγrm為接收機(jī)r和m間的頻間偏差斜率值IFB rate。
又因?yàn)镚LONASS每顆衛(wèi)星的信號(hào)波長(zhǎng)不同，導(dǎo)致在以長(zhǎng)度為單位的觀測(cè)方程中，雙差模糊度失去了整數(shù)性質(zhì)，需要轉(zhuǎn)換成為一個(gè)具有整數(shù)性質(zhì)的雙差模糊度和一個(gè)單差模糊度故GLONASS+GPS RTK的觀測(cè)方程(GLONASS聯(lián)合GPS事實(shí)動(dòng)態(tài)定位的觀測(cè)方程)如下式：
式中，和分別代表在導(dǎo)航系統(tǒng)SYS(SYS＝GPS/GLO，GLO表示GLONASS)衛(wèi)星i,j和接收機(jī)r,m間的偽距和相位雙差觀測(cè)值。代表為衛(wèi)星i，j和接收機(jī)r,m之間的雙差距離。λi為衛(wèi)星i的信號(hào)波長(zhǎng)，λj為衛(wèi)星j的信號(hào)波長(zhǎng)，為雙差整周模糊度，為衛(wèi)星j在接收機(jī)r,m間的單差模糊度。γrm表示IFB rate，本發(fā)明只考慮(相位IFB rate)，ki代表衛(wèi)星i的信號(hào)頻率，kj代表衛(wèi)星j的信號(hào)頻率數(shù)，和分別為偽距和載波觀測(cè)值的噪聲。
實(shí)施例中，在在啟動(dòng)GLONASS/GPS RTK之后，執(zhí)行具體包括以下步驟：
1)根據(jù)預(yù)設(shè)的IFB rate數(shù)值點(diǎn)個(gè)數(shù)N，針對(duì)當(dāng)前歷元設(shè)定數(shù)值點(diǎn)初值和初始權(quán)(即初始權(quán))：由相關(guān)研究得知頻間偏差斜率值(IFB rate)的范圍為0.1m/FN至-0.1m/FN，故在該范圍內(nèi)均勻選取N個(gè)數(shù)值點(diǎn)并將每個(gè)點(diǎn)的權(quán)初值均設(shè)為1/N，具體實(shí)施時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)設(shè)N的取值，實(shí)施例在該范圍內(nèi)均勻選取N＝200個(gè)數(shù)值點(diǎn)并將每個(gè)點(diǎn)的權(quán)初值均設(shè)為1/200，i表示數(shù)值點(diǎn)標(biāo)號(hào)，取值為1,2,…,N。
2)更新數(shù)值點(diǎn)的權(quán)：
實(shí)施例將步驟1)所選的這些點(diǎn)依次作為IFB rate(γrm)代入GLONASS+GPS RTK的觀測(cè)方程如式(3)，進(jìn)而解算模糊度并通過LAMBDA算法固定模糊度并獲得相應(yīng)的RATIO值(例如1.013，1.037，1.062……1.147，1.054，1.000)，RATIO值為整周模糊度固定后次最小RMS與最小RMS的比值，RMS為均方根誤差。更新每個(gè)數(shù)值點(diǎn)的權(quán)如下式：
其中，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)更新前的權(quán)，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)更新后的權(quán)，為第i個(gè)數(shù)值點(diǎn)的RATIO值。
LAMBDA方法為模糊度最小二乘去相關(guān)平差法，通過LAMBDA方法固定模糊度為已有技術(shù)，可參見文獻(xiàn)Teunissen PJG(1995)The least squares ambiguity decorrelation adjustment:a method for fast GPS integer estimation.J Geod 70:65-82
3)對(duì)每個(gè)數(shù)值點(diǎn)做以下操作：判斷該點(diǎn)的權(quán)是否大于1/N(實(shí)施例為1/200)，如果大于則復(fù)制該點(diǎn)，若小于或等于則刪除該數(shù)值點(diǎn)。復(fù)制該點(diǎn)時(shí)，只需增加一個(gè)新的數(shù)值點(diǎn)，新增點(diǎn)的數(shù)值和權(quán)都和原來的數(shù)值點(diǎn)是一樣的，這樣可以增加正確點(diǎn)所占比例。
4)判斷所有數(shù)值點(diǎn)的加權(quán)中誤差是否小于預(yù)設(shè)的收斂閾值，若是則進(jìn)入5)，若否則返回2)，循環(huán)以上兩步驟。具體實(shí)施時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)設(shè)收斂閾值的取值。實(shí)施例中，當(dāng)所有數(shù)值點(diǎn)的加權(quán)中誤差小于預(yù)設(shè)的收斂閾值0.001m時(shí)，跳出循環(huán)。此時(shí)所有數(shù)值點(diǎn)的加權(quán)平均數(shù)即為所估計(jì)的IFB rate＝0.0280m。
5)為了對(duì)所估計(jì)的IFB rate進(jìn)行檢驗(yàn)，本方法提出需要連續(xù)估計(jì)IFB rate，當(dāng)已估計(jì)的IFB rate個(gè)數(shù)大于等于預(yù)設(shè)的數(shù)值m時(shí)，對(duì)最新的連續(xù)m個(gè)IFB rate進(jìn)行檢驗(yàn)，包括求解這m個(gè)IFB rate的平均值A(chǔ)ve，當(dāng)這m個(gè)IFB rate與Ave之差均小于3倍收斂閾值，則全部通過檢驗(yàn)。具體實(shí)施時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)設(shè)m的取值，建議取值為3到5。實(shí)施例中m＝3，當(dāng)估計(jì)的IFB rate個(gè)數(shù)大于等于3時(shí)，對(duì)最新的連續(xù)3個(gè)IFB rate進(jìn)行檢驗(yàn)。首先求解這3個(gè)IFB rate的平均值A(chǔ)ve，當(dāng)這3個(gè)IFB rate與Ave之差均小于3倍收斂閾值(實(shí)施例中為3×0.001m)，則全部通過檢驗(yàn)。取平均值A(chǔ)ve作為最終的IFB rate＝0.0296m，進(jìn)入步驟6)。否則，返回步驟1)基于下一歷元繼續(xù)處理。
6)將5)所得最終的IFB rate代入式(3)，即可通過LAMBDA算法進(jìn)行GLONASS和GPS模糊度固定，進(jìn)而進(jìn)行當(dāng)前歷元的RTK定位。
7)判斷是否有新歷元數(shù)據(jù)輸入，如果有則返回步驟6)繼續(xù)進(jìn)行改正誤差及定位，如果無，則結(jié)束RTK計(jì)算。
具體實(shí)施時(shí)，以上流程可采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行流程。
應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。