本發(fā)明涉及但不限于定位技術(shù)，尤指一種GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的方法及裝置。
背景技術(shù)：
：通常來說，利用四顆(及以上)衛(wèi)星的偽距觀測(cè)值以及廣播星歷可以計(jì)算得到全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS，GlobalNavigationSatelliteSystem)接收機(jī)的位置信息。同時(shí)，GNSS接收機(jī)還提供了比偽距觀測(cè)量精度更高的載波相位觀測(cè)值，正確的使用載波相位觀測(cè)值能夠有效的提高對(duì)GNSS接收機(jī)的定位精度。在單站定位技術(shù)方面，為了改善GNSS接收機(jī)的定位精度，一種直觀的方法是利用載波相位來平滑偽距觀測(cè)值，但對(duì)定位精度的改善相當(dāng)有限；另一種使用載波相位的技術(shù)是精密單點(diǎn)定位技術(shù)，精密單點(diǎn)定位技術(shù)借助高精度的衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差等外部數(shù)據(jù)和載波相位觀測(cè)值，并消弱(或估計(jì))大氣層延遲誤差，也能夠得到分米甚至厘米級(jí)的絕對(duì)定位精度，但是，這種方法依賴于外部高精度的衛(wèi)星軌道和鐘差改正。在站間差分定位技術(shù)方面，基于偽距的站間差分方法能夠有效的消除(或消弱)衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、大氣延期等誤差，從而獲得亞米級(jí)的相對(duì)定位精度；而基于載波相位的站間差分方法能夠很好的消除(或消弱)衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、大氣延遲等誤差，同時(shí)，由于載波相位本身具有毫米級(jí)的量測(cè)精度，這種方法能夠獲得厘米級(jí)(甚至毫米級(jí))的定位精度。上述兩種基于站間差分的方法確實(shí)能夠有效的提高GNSS接收機(jī)的相對(duì)定位精度，但是，都需要兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)GNSS接收機(jī)，操作過程繁瑣且經(jīng)濟(jì)成本較高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的方法及裝置，能夠簡單地實(shí)現(xiàn)高精度的定位。為了達(dá)到本發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的方法，包括：根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差；根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值；根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值；根據(jù)計(jì)算得到的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及多普勒單差觀測(cè)值，估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息?？蛇x地，所述方法之前還包括：獲取GNSS接收機(jī)的所述偽距原始觀測(cè)值和所述載波相位原始觀測(cè)值。可選地，所述根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差包括：根據(jù)所述獲得的偽距原始觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到偽距的星間單差觀測(cè)作為所述偽距單差?？蛇x地，所述根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值包括：根據(jù)所述載波相位原始觀測(cè)值在衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間載波相位的單差觀測(cè)值，根據(jù)星間載波相位的單差觀測(cè)值；在歷元之間做差運(yùn)算，得到所述載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值?？蛇x地，根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值包括：根據(jù)所述GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間多普勒的單差觀測(cè)值作為所述多普勒單差觀測(cè)值。可選地，所述根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)差值之前還包括：根據(jù)多普勒的觀測(cè)方程計(jì)算所述GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的裝置，包括：第一計(jì)算模塊、第二計(jì)算模塊，以及處理模塊，其中，第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差；根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值；第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值；處理模塊，用于根據(jù)計(jì)算得到的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及多普勒單差觀測(cè)值，估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息。可選地，還包括：獲取模塊，用于獲取所述GNSS接收機(jī)的所述偽距原始觀測(cè)值和所述載波相位原始觀測(cè)值?？蛇x地，所述第一計(jì)算模塊具體用于：根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間偽距的單差觀測(cè)作為所述偽距單差；根據(jù)載波相位原始觀測(cè)值在衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間載波相位的單差觀測(cè)值，根據(jù)星間載波相位的單差觀測(cè)值，在歷元之間做差，得到所述載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值?？蛇x地，所述第二計(jì)算模塊具體用于：根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間多普勒的單差觀測(cè)值作為所述多普勒單差觀測(cè)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法包括：根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差；根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值；根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值；根據(jù)計(jì)算得到的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及多普勒單差觀測(cè)值，估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息。本發(fā)明實(shí)施例中，采用單站定位方式，不依賴于額外的衛(wèi)星軌道、星鐘誤差改正等外部數(shù)據(jù)，也不需要額外的基準(zhǔn)站提供差分?jǐn)?shù)據(jù)，就獲得了較高的定位精度，操作簡單，成本低廉。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例采用星間偽距的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及星間的多普勒單差觀測(cè)值作為擴(kuò)展的卡爾曼濾波器的輸入，消除了GNSS接收機(jī)鐘差，消除了GNSS接收機(jī)鐘漂，消除了整周模糊度，減少了待估參數(shù)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本發(fā)明實(shí)施例中GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。一些特殊的行業(yè)應(yīng)用對(duì)絕對(duì)定位精度的要求不是很高，但是，對(duì)相對(duì)定位的精度提出了較高的要求，典型的應(yīng)用場(chǎng)景有農(nóng)業(yè)上的播種和收割等，如果存在一些技術(shù)能夠獲得穩(wěn)定的內(nèi)符合精度且經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)低廉，這種技術(shù)將會(huì)變得很有價(jià)值。載波相位觀測(cè)量比偽距觀測(cè)量的精度高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，能夠達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度，與此同時(shí)，載波相位觀測(cè)值的初始整周模糊度又限制了它的廣泛應(yīng)用。為了解決初始整周模糊度帶來的問題，經(jīng)典的數(shù)據(jù)處理方法要么試圖去固定整周模糊度(如RTK技術(shù))，要么讓整周模糊度逐漸的收斂(如PPP技術(shù))。本申請(qǐng)中，使用載波相位觀測(cè)量在歷元之間的差分，既充分得利用了載波相位觀測(cè)值高精度、低噪聲的優(yōu)勢(shì)，又有效地消除了載波相位的整周模糊度；本申請(qǐng)采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波技術(shù)，從而獲得了穩(wěn)定的可靠的內(nèi)符合精度。特別適用于對(duì)內(nèi)符合精度有較高要求的行業(yè)應(yīng)用如農(nóng)業(yè)播種等行業(yè)。圖1為本發(fā)明GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的方法流程圖，如圖1所示，包括：步驟101：根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差；根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值。本發(fā)明實(shí)施例步驟101之前還包括：步驟100：獲取GNSS接收機(jī)的偽距原始觀測(cè)值和載波相位原始觀測(cè)值。綜合考慮與衛(wèi)星相關(guān)的誤差、信號(hào)傳播誤差、和接收機(jī)端的誤差等，本發(fā)明中將GNSS接收機(jī)的偽距和載波相位的原始觀測(cè)方程表示如下：Pt＝ρt+c(dtr-dts)+Tropt+Ionot+vt(1)Lt＝ρt+c(dtr-dts)+Tropt-Ionot+λiNi+εi,t(2)公式(1)和公式(2)中，Pt和Lt分別表示t時(shí)刻GNSS接收機(jī)的偽距原始觀測(cè)值和載波相位原始觀測(cè)量，單位為米；ρt表示t時(shí)刻衛(wèi)星到GNSS接收機(jī)的幾何距離；c為光速；dtr和dts分別表示GNSS接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差；Tropt和Ionot分別表示對(duì)流層誤差和電離層誤差；λi表示i頻點(diǎn)的載波波長；Ni表示i頻點(diǎn)載波相位觀測(cè)值的整周模糊度；vt和εi,t分別表示偽距觀測(cè)噪聲和載波相位觀測(cè)噪聲。需要說明的是，載波相位觀測(cè)值的精度比偽距觀測(cè)值的精度要高出兩個(gè)量級(jí)，達(dá)到毫米級(jí)的測(cè)量精度。在本發(fā)明后續(xù)處理中，正是因?yàn)榫C合考慮了載波相位觀測(cè)值，更有效的提高了GNSS接收機(jī)的位置估計(jì)精度。步驟101中，根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差包括：為了消除GNSS接收機(jī)鐘差，減少待估參數(shù)，簡化卡爾曼濾波器，本發(fā)明實(shí)施例中利用公式(1)在衛(wèi)星之間做差，得到星間偽距的單差觀測(cè)方程，如公式(3)所示：▿Ptmn=▿ρtmn-c*▿dtmn+▿Troptmn+▿Ionotmn+▿vtmn---(3)]]>在公式(3)中，m和n為兩顆衛(wèi)星的編號(hào)，表示t時(shí)刻兩顆衛(wèi)星即衛(wèi)星m和衛(wèi)星n之間的偽距差；表示t時(shí)刻兩顆衛(wèi)星到GNSS接收機(jī)的距離之差；表示兩顆衛(wèi)星的衛(wèi)星鐘差之差；表示t時(shí)刻兩顆衛(wèi)星的對(duì)流程延遲之差，可以采用UNB3對(duì)流程模型計(jì)算得到；表示t時(shí)刻兩顆衛(wèi)星的電離層誤差之差，可以采用klobuchar模型計(jì)算得到。通常情況下，每一個(gè)GNSS系統(tǒng)的鐘差都是一個(gè)待估計(jì)參數(shù)，本發(fā)明實(shí)施例中，使用星間做差的方法消除了鐘差，從而減少了該估計(jì)參數(shù)。對(duì)公式(3)線性化，得到法方程，如公式(4)所示：Z=HXX=xyzx·y·z·TH=[Δxm/rm-Δxn/rnΔym/rm-Δyn/rnΔzm/rm-Δzn/rn000]Z=▿Ptmn-▿ρtmn+c*▿dtmn-▿Troptmn-▿Ionotmn---(4)]]>在公式(4)中，X為GNSS接收機(jī)在ECEF中的三維位置坐標(biāo)x,y,z和三維速度分量的向量形式Δxm,Δxn分別為衛(wèi)星m、衛(wèi)星n位置坐標(biāo)與接收機(jī)坐標(biāo)之差的x分量；Δym,Δyn分別為衛(wèi)星m、n位置坐標(biāo)與接收機(jī)坐標(biāo)之差的y分量；Δzm,Δzn分別為衛(wèi)星m、n位置坐標(biāo)與接收機(jī)坐標(biāo)之差的z分量；rm,rn分別為衛(wèi)星m、n到接收機(jī)之間的距離。本步驟中，根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值包括：為了消除GNSS接收機(jī)鐘差，減少待估參數(shù)，首先，本發(fā)明實(shí)施例中利用公式(2)在衛(wèi)星之間做差，得到星間載波相位的單差觀測(cè)方程，如公式(5)所示：▿Lt=▿ρt-c*▿dts+▿Tropt-▿Ionot+λi▿Ni+▿ϵi,t---(5)]]>由于連續(xù)跟蹤的載波相位觀測(cè)值，整周模糊度保持不變，因此，本發(fā)明中接著將公式(5)在歷元之間做差，達(dá)到消除整周模糊度的目的，從而得到如公式(6)所示的載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)方程：▿ΔLt=▿Δρt-c*▿Δdts+▿ΔTropt-▿ΔIonot+▿ϵi,t---(6)]]>對(duì)公式(6)進(jìn)行線性化，得到法方程，如公式(7)所示：Z=HXX=xyzx·y·z·TH=[Δxm/rm-Δxn/rnΔym/rm-Δyn/rnΔzm/rm-Δzn/rn000]Z=▿ΔLt-▿Δρt+c*▿Δdts-▿ΔTropt-▿ΔIonot---(7)]]>需要說明的是，GNSS典型的差分方式有三種：即衛(wèi)星之間、接收機(jī)之間、歷元之間，而且通常在提到的雙差觀測(cè)值更多的是指衛(wèi)星之間、接收機(jī)之間的雙差觀測(cè)值，但是，需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明實(shí)施例中的雙差觀測(cè)值指的是衛(wèi)星之間、歷元之間的雙差，如上面提到的載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值。步驟102：根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值。需要說明的是，步驟102與步驟101之間并沒有嚴(yán)格的先后執(zhí)行順序要求。本步驟中的GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值可以通過公式(8)計(jì)算得到，多普勒的觀測(cè)方程如公式(8)所示：ρ·=(xm-x)(x·m-x·)+(ym-y)(y·m-y·)+(zm-z)(z·m-z·)(xm-x)2+(ym-y)2+(zm-z)2+c*df+ϵ---(8)]]>在公式(8)中，為多普勒觀測(cè)值；xm、ym、zm為衛(wèi)星m在ECEF中的位置坐標(biāo)；x、y、z為GNSS接收機(jī)在ECEF中的坐標(biāo)；為m衛(wèi)星在ECEF中速度分量，可以通過廣播星歷計(jì)算得到；df為GNSS接收機(jī)鐘漂；ε為多普勒的量測(cè)噪聲。本步驟中的根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值包括：利用公式(8)在衛(wèi)星m、衛(wèi)星n之間做差，消除GNSS接收機(jī)鐘漂，得到如公式(9)所示的星間多普勒的單差觀測(cè)方程：▿ρ·mn=(xm-x)(x·m-x·)+(ym-y)(y·m-y·)+(zm-z)(z·m-z·)(xm-x)2+(ym-y)2+(zm-z)2-(xn-x)(x·n-x·)+(yn-y)(y·n-y·)+(zn-z)(z·n-z·)(xn-x)2+(yn-y)2+(zn-z)2+▿ϵ---(9)]]>在公式(9)中，表示為衛(wèi)星m、衛(wèi)星n的多普勒觀測(cè)值之差；xn、yn、zn為衛(wèi)星n在ECEF中的位置坐標(biāo)；為衛(wèi)星n在ECEF中速度分量。對(duì)公式(9)進(jìn)行線性化，得到法方程，如公式(10)所示：Z=HXX=xyzx·y·z·TH=[Δxm/rm-Δxn/rnΔym/rm-Δyn/rnΔzm/rm-Δzn/rn000]Z=▿ρ·mn---(10)]]>步驟103：根據(jù)計(jì)算得到的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及多普勒單差觀測(cè)值，估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息。本步驟中，可以利用擴(kuò)展的卡爾曼濾波器來估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息。對(duì)擴(kuò)展的卡爾曼濾波器的應(yīng)用屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，這里不再贅述。本發(fā)明實(shí)施例強(qiáng)調(diào)的是，采用星間偽距的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及星間的多普勒單差觀測(cè)值作為擴(kuò)展的卡爾曼濾波器的輸入，消除了GNSS接收機(jī)鐘差，消除了GNSS接收機(jī)鐘漂，消除了整周模糊度，減少了待估參數(shù)?？柭鼮V波是一種最優(yōu)估計(jì)技術(shù)，對(duì)于非線性系統(tǒng)，通常采用擴(kuò)展的卡爾曼濾波技術(shù)。當(dāng)然，也可以采用其它的估計(jì)技術(shù)，這里并不對(duì)此做限定，也不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。需要說明的是，對(duì)于擴(kuò)展的卡爾曼濾波器的初值，可以是來自外部設(shè)置的初始位置如工程測(cè)量值，也可以通多偽距的星間單差法方程如公式(4)和多普勒的星間單差法方程如公式(10)采用最小二乘計(jì)算得到的值。圖2為本發(fā)明GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，包括第一計(jì)算模塊、第二計(jì)算模塊，以及處理模塊，其中，第一計(jì)算模塊，用于根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的偽距單差；根據(jù)獲得的載波相位原始觀測(cè)值計(jì)算載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值；第二計(jì)算模塊，用于根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值計(jì)算兩顆衛(wèi)星之間的多普勒單差觀測(cè)值；處理模塊，用于根據(jù)計(jì)算得到的偽距單差、載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值以及多普勒單差觀測(cè)值，估計(jì)GNSS接收機(jī)的位置信息。其中，第一計(jì)算模塊具體用于：根據(jù)獲得的偽距原始觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間偽距的單差觀測(cè)作為偽距單差；根據(jù)載波相位原始觀測(cè)值在衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間載波相位的單差觀測(cè)值，根據(jù)星間載波相位的單差觀測(cè)值，在歷元之間做差，得到所述載波相位的星間歷元間雙差觀測(cè)值。第二計(jì)算模塊具體用于：根據(jù)GNSS接收機(jī)的多普勒觀測(cè)值，在兩顆衛(wèi)星之間做差運(yùn)算，得到星間多普勒的單差觀測(cè)值作為多普勒單差觀測(cè)值。本發(fā)明裝置還包括：獲取模塊，用于獲取GNSS接收機(jī)的偽距原始觀測(cè)值和載波相位原始觀測(cè)值。本發(fā)明GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的裝置可以設(shè)置在GNSS接收機(jī)中，也可以作為獨(dú)立設(shè)備。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3