一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法技术

本发明专利技术涉及一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其技术特点是：通过两个GNSS卫星导航模块实时接收导航卫星的单频观测数据和基准站的单频观测数据；构建双差观测方程；进行周跳探测；将双差观测方程转换为线性化观测方程；实时解算模糊度的浮点解；解算固定基线长度的整周模糊度；解算整体模糊度；基于固定的整周模糊度辅助RTK的模糊度解算，计算更新航向信息并获得高精度的定位、测向信息。本发明专利技术设计合理，其采用两个低成本单频的GNSS卫星导航模块，能够实时提供载体的方位角与精确的位置信息，具有精度高、稳定性强其硬件成本低廉等特点，可广泛用于测绘、交通运输、减灾救灾等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法
本专利技术属于全球卫星定位导航
，尤其是一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法。
技术介绍
全球卫星导航系统(GNSS)是我国自主建设的全球卫星导航系统，能够为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务，已广泛应用于国防、海陆空交通运输、测绘、移动通信、电力、电子金融、精细农业和减灾救灾等领域，是拓展人类活动和促进社会发展的重要空间基础设施。GNSS的精密定位、测向技术是全球卫星导航系统提供精密位置服务的关键技术之一，目前已广泛应用于驾考、精准农业、无人机等机械控制。其利用GNSS测向技术，以载体上的两个接收机采集的载波相位和伪距数据作为主要观测值来进行差分解算，并估计载波相位的整周模糊度，可以实时获得高精度的航向信息，结合基准站的观测数据，实时解算RTK定位结果，为载体提供精确位置与方向信息，提高了载体的自动化作业程度和作业效率，降低了作业成本。但是，基于目前的GNSS测向产品一般基于采用双频方案，其硬件成本相对较高，从而限制了其应用范围以及产业化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高且成本低廉的双天线GNSS、RTK定位及测向方法。本专利技术解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，包括以下步骤：步骤1、将两个卫星导航天线连接在两个GNSS卫星导航模块上，通过两个GNSS卫星导航模块实时接收导航卫星的单频观测数据和基准站的单频观测数据；步骤2、根据导航卫星的单频观测数据和基准站单频观测数据构建双差观测方程；步骤3、进行周跳探测；步骤4、将双差观测方程转换为线性化观测方程；步骤5、采用Kalman滤波方程，实时解算模糊度的浮点解；步骤6、采用约束LAMBDA方法解算固定基线长度的整周模糊度；步骤7、解算整体模糊度；步骤8、基于固定的整周模糊度辅助RTK的模糊度解算，计算更新航向信息并获得高精度的定位、测向信息。进一步，所述基准站接收的单频观测数据包括载波和伪距数据，所述GNSS卫星导航模块接收的单频观测数据包括载波、伪距数据和星历。进一步，所述步骤2构建的双差观测方程为：式中,为基准站A、卫星导航模块B的双差伪距观测值,表示以米为单位的基准站A、卫星导航模块B的双差载波相位观测值，为基准站A、卫星导航模块B到卫星的双差距离，λg为载波波长,为载波的双差整周模糊度值,表示双差伪距的观测噪声,表示双差载波相位的观测噪声，为基准站A、卫星导航模块C的双差伪距观测值,表示以米为单位的基准站A、卫星导航模块C的双差载波相位观测值，为基准站A、卫星导航模块C到卫星的双差距离，λg为载波波长,为载波的双差模糊度值,表示双差伪距的观测噪声,表示双差载波相位的观测噪声。进一步，所述步骤3的具体实现方法为：采用多普勒周跳探测方法形成单差观测值探测周跳：式中为星间差周跳观测值，为t2时刻星间差载波相位观测值，为t1时刻星间差载波相位观测值，为t2时刻卫星差多普勒观测值；其中δ为域值，其取值为1.8，如果超过该域值，则认为有周跳发生。进一步，所述步骤4的具体实现方法为：采用泰勒展开线性化双差观测方程，得到线性化观测方程：式中：式中，为卫星导航模块B方向余玄，ΔxB，ΔyB，ΔzB为卫星导航模块B代估参数，为卫星k、卫星j到卫星导航模块B天线近似距离，式中为卫星导航模块C方向余玄，ΔxC，ΔyC，ΔzC为卫星导航模块C代估参数，为卫星k、卫星j到卫星导航模块C天线近似距离，为卫星k、卫星j到基准站A天线距离，基准站A天线坐标由单点定位获得。进一步，所述步骤5的具体实现方法为：Kalman滤波状态方程与过程方程如下：xk＝Hkxk-1+wk-1zk＝Akxk+vk估计参数包含六个位置参数和双差载波相位的模糊度：观测值的系数矩阵为：采用Kalman滤波估计对应的待估参数，其过程为：式中，yk为伪距与载波相位观测值，Ak为观测值的系数矩阵，为k-1历元的状态向量，为预测的状态向量，为当前k历元的状态向量，Kk为增益矩阵；进一步，所述步骤6的具体实现方法为：采用差分计算测向模糊度浮点解及其方差协方差阵采用约束LAMBDA方法解算模糊度，获得模糊度的固定解；式中，z为整数模糊度候选矢量，为最优n组模糊度解算结果；对于每组模糊度值，更新基线向量：式中，为基线向量与模糊度的协方差，为浮点解基线向量，为固定解基线向量；利用已知的基线长度约束选取对应的模糊度整数解：式中，l为已知的基线长度，δl为误差范围，为固定解的基线长度。进一步，所述步骤7的具体实现方法为：通过下式获得基准站A和卫星导航模块B间的模糊度及其方差协方差：采用LAMBDA方法解算模糊度，获得模糊度的固定解：式中，z为整数模糊度候选矢量，为最优n组模糊度解算结果；对于每组模糊度值，更新基线向量：式中，为基线向量与模糊度的协方差，为浮点解基线向量，为固定解基线向量。进一步，所述步骤8计算更新航向信息的方法为：式中，为模糊度固定的东向和北向基线分量，γ为方位角。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术设计合理，其采用两个低成本单频的GNSS卫星导航模块，实时接收GNSS单频伪距与载波相位观测值，结合基准站观测数据，形成双差观测方程，采用Kalman滤波技术，实时解算模糊度的浮点解，并采用约束LAMBDA方法解算固定基线长度的整周模糊度，基于固定的整周模糊度辅助RTK的模糊度解算，从而获得高精度的定位、测向信息，能够实时提供载体的方位角与精确的位置信息，具有精度高、稳定性强其硬件成本低廉等特点，可广泛用于测绘、交通运输、减灾救灾等领域。附图说明图1是本专利技术的定位及侧向流程图；具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述。一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1、将两个卫星导航天线连接在两个GNSS卫星导航模块上，通过两个GNSS卫星导航模块实时接收导航卫星的单频观测数据和基准站的单频观测数据。将两个卫星导航天线连接在两个GNSS卫星导航模块上，两个卫星导航模块开始实时接收导航卫星的单频观测数据，并同时接收基准站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、将两个卫星导航天线连接在两个GNSS卫星导航模块上，通过两个GNSS卫星导航模块实时接收导航卫星的单频观测数据和基准站的单频观测数据；/n步骤2、根据导航卫星的单频观测数据和基准站单频观测数据构建双差观测方程；/n步骤3、进行周跳探测；/n步骤4、将双差观测方程转换为线性化观测方程；/n步骤5、采用Kalman滤波方程，实时解算模糊度的浮点解；/n步骤6、采用约束LAMBDA方法解算固定基线长度的整周模糊度；/n步骤7、解算整体模糊度；/n步骤8、基于固定的整周模糊度辅助RTK的模糊度解算，计算更新航向信息并获得高精度的定位、测向信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将两个卫星导航天线连接在两个GNSS卫星导航模块上，通过两个GNSS卫星导航模块实时接收导航卫星的单频观测数据和基准站的单频观测数据；
步骤2、根据导航卫星的单频观测数据和基准站单频观测数据构建双差观测方程；
步骤3、进行周跳探测；
步骤4、将双差观测方程转换为线性化观测方程；
步骤5、采用Kalman滤波方程，实时解算模糊度的浮点解；
步骤6、采用约束LAMBDA方法解算固定基线长度的整周模糊度；
步骤7、解算整体模糊度；
步骤8、基于固定的整周模糊度辅助RTK的模糊度解算，计算更新航向信息并获得高精度的定位、测向信息。


2.根据权利要求1所述的一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：所述基准站接收的单频观测数据包括载波和伪距数据，所述GNSS卫星导航模块接收的单频观测数据包括载波、伪距数据和星历。


3.根据权利要求1所述的一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：所述步骤2构建的双差观测方程为：












式中,为基准站A、卫星导航模块B的双差伪距观测值,表示以米为单位的基准站A、卫星导航模块B的双差载波相位观测值，为基准站A、卫星导航模块B到卫星的双差距离，λg为载波波长,为载波的双差整周模糊度值,表示双差伪距的观测噪声,表示双差载波相位的观测噪声，为基准站A、卫星导航模块C的双差伪距观测值,表示以米为单位的基准站A、卫星导航模块C的双差载波相位观测值，为基准站A、卫星导航模块C到卫星的双差距离，λg为载波波长,为载波的双差模糊度值,表示双差伪距的观测噪声,表示双差载波相位的观测噪声。


4.根据权利要求1所述的一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：采用多普勒周跳探测方法形成单差观测值探测周跳：



式中为星间差周跳观测值，为t2时刻星间差载波相位观测值，为t1时刻星间差载波相位观测值，为t2时刻卫星差多普勒观测值；其中



δ为域值，其取值为1.8，如果超过该域值，则认为有周跳发生。


5.根据权利要求1所述的一种双天线GNSS、RTK定位及测向方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：采用泰勒展开线性化双差观测方程，得到线性化观测方程：












式中：




















<...

【专利技术属性】
技术研发人员：金际航，袁延艺，李海滨，刘季，赵健，叶秋果，范龙，滕惠忠，辛宪会，郭忠磊，闸旋，杨盼，陆博文，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二八五九部队，
类型：发明
国别省市：天津;12