多系统差分定位方法及其系统与流程

1.本公开涉及卫星定位技术领域，特别涉及多系统差分定位技术。


背景技术：

2.目前，gnss导航定位服务已经从专业级市场走向了消费级市场，完全渗透到了我们日常的生活中，在车载导航、手机导航、无人机以及共享单车等方面均得到了非常广泛的应用。随着gnss从专业用户到大众用户的发展，其使用场景也越来越复杂。正如我们所知，目前绝大多数的消费级gnss用户都是在复杂环境下使用，比如在高楼林立的城市环境、树木遮挡的环境。在这些复杂环境下，仅利用单一卫星系统定位很多时候不能获得可靠的高精度定位结果，甚至不能实现定位。随着各个卫星导航定位系统的快速发展，目前在轨卫星数目已经超过100颗，即使在一些遮挡环境下，也能够观测到足够的卫星且具有相对较好的卫星几何图形结构，如何利用多系统多频卫星信号来增强卫星导航定位的可用性、可靠性和精度是当前学术界和产业界的研究热点。


技术实现要素：

3.本公开的目的在于提供一种多系统差分定位方法及其系统，可以解决多系统gnss重叠频率差分系统间偏差校准难题，从而提高多系统gnss在复杂环境下的可用性、可靠性及精度。
4.本技术公开了一种多系统差分定位方法，包括：
5.流动站接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并接收所述两个导航卫星系统的差分数据；
6.组建第一双差方程组，其中包括同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，所述伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，同时使用的所述两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，所述伪距双差方程仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
7.根据所述第一双差方程组计算所述流动站的固定解坐标；
8.根据所述流动站的固定解坐标和所述伪距双差方程计算出伪距的差分系统间偏差；
9.组建第二双差方程组，其中包括所述第一双差方程组的伪距双差方程和同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，所述第二双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，所述第二双差方程组的载波相位双差方程仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
10.根据所述流动站的固定解坐标和所述第二双差方程组的载波相位双差方程计算所述载波相位的差分系统间偏差的小数部分；
11.根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数
部分更新所述第二双差方程组；
12.根据所述更新后的第二双差方程组计算所述流动站的实时位置。
13.在一个优选例中，所述根据所述第一双差方程组计算所述流动站的固定解坐标，进一步包括：
14.在所述第一双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置、伪距的差分系统间偏差以及站间单差模糊度；
15.将所述扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统内双差模糊度，并采用最小二乘模糊度降相关lambda固定系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出所述流动站的固定解坐标。
16.在一个优选例中，
17.所述根据所述更新后的第二双差方程组计算所述流动站的实时位置，进一步包括：
18.在所述第二双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置以及站间单差模糊度；
19.将所述扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，并采用lambda固定系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出所述流动站的实时位置。
20.在一个优选例中，所述根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第二双差方程组，进一步包括：
21.对所述伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分进行多历元平滑；
22.根据平滑后的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第二双差方程组。
23.在一个优选例中，所述两个导航卫星系统包括gps、qzss、galileo和bds-3中的任意二者，所述重叠频率为gps的l1、qzss的l1、galileo的e1和bds-3的b1c对应的频率、或者gps的l5、qzss的l5、galileo的e5a和bds-3的b2a对应的频率。
24.在一个优选例中，所述导航卫星系统的卫星信号包括导航星历、伪距观测值和载波观测值。
25.在一个优选例中，所述差分数据包括基准站播发的伪距和载波差分数据。
26.本技术还公开了一种多系统差分定位系统包括：
27.卫星信号接收单元，用于收来自两个导航卫星系统的卫星信号；
28.差分信号接收单元，用于接收包含所述两个导航卫星系统的差分数据；
29.固定解计算单元，用于组建第一双差方程组，根据所述第一双差方程组计算所述流动站的固定解坐标，根据所述流动站的固定解坐标和所述伪距双差方程计算出伪距的差分系统间偏差，其中，所述第一双差方程组包括同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，所述伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，同时使用的所述两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，所述伪距双差方程仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
30.偏差计算单元，用于组建第二双差方程组，并且根据所述流动站的固定解坐标和所述第二双差方程组的载波相位双差方程计算所述载波相位的差分系统间偏差的小数部分，其中，所述第二方程组包括所述第一双差方程组的伪距双差方程和同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，所述第二双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，所述第二双差方程组的载波相位双差方程仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
31.定位单元，用于根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第二双差方程组，并且根据所述更新后的第二双差方程组计算所述流动站的实时位置。
32.本技术还公开了一种多系统差分定位方法包括：
33.流动站接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并接收所述两个导航卫星系统的差分数据；
34.组建第三双差方程组，其中包括仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程；
35.根据所述第三双差方程组计算所述流动站的固定解坐标；
36.组建第四双差方程组，其中包括同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，所述第四双差方程组的伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，所述第四双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，同时使用的所述两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，所述第四双差方程组的伪距双差方程和载波相位双差方程分别仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
37.根据所述流动站的固定解坐标和所述第四双差方程组计算出伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分；
38.根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第四双差方程组；
39.根据所述更新后的第四双差方程组计算所述流动站的实时位置。
40.在一个优选例中，所述根据所述更新后的第四双差方程组计算所述流动站的实时位置，进一步包括：
41.在所述第四双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置以及站间单差模糊度；
42.将所述扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，并采用lambda固定系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出所述流动站的实时位置。
43.在一个优选例中，所述根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第四双差方程组，进一步包括：
44.对所述伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分进行多历元平滑；
45.根据平滑后的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第四双差方程组。
46.本技术还公开了一种多系统差分定位系统包括：
47.卫星信号接收单元，用于收来自两个导航卫星系统的卫星信号；
48.差分信号接收单元，用于接收包含两个导航卫星系统的差分数据；
49.固定解计算单元，用于组建第三双差方程组，其中包括仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程；根据所述第三双差方程组计算所述流动站的固定解坐标；
50.偏差计算单元，用于组建第四双差方程组，并根据所述流动站的固定解坐标和所述第四双差方程组计算出伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分，其中，所述第四双差方程组包括同时使用所述两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，其中所述第四双差方程组的伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，所述第四双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，同时使用的所述两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，所述第四双差方程组的伪距双差方程和载波相位双差方程分别仅采用所述两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星；
51.定位单元，用于根据所述计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新所述第四双差方程组，并且根据所述更新后的第四双差方程组计算所述流动站的实时位置。
52.本公开的实施方式中，解决了多系统gnss重叠频率差分系统间偏差校准难题，实现了多系统gnss重叠频率紧组合双差相对定位，提高多系统gnss在复杂环境下的可用性、可靠性及精度。
53.本公开的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本公开所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均应该视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征a b c，在另一个例子中公开了特征a b d e，而特征c和d是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征e技术上可以与特征c相组合，则，a b c d的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而a b c e的方案应当视为已经被记载。
附图说明
54.图1是根据本公开第一实施方式的多系统差分定位方法流程示意图；
55.图2是根据本公开第二实施方式的多系统差分定位方法流程示意图；
56.图3本公开中双差定位的原理示意图；
57.图4是根据本公开一个实施例的差分系统间偏差校准的流程图；
58.图5是根据本公开一个实施例的多系统gnss紧组合相位定位系统的流程示意图。
具体实施方式
59.在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本公开而提出了许多技术细节。但是，本
领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本公开所要求保护的技术方案。
60.部分概念的说明：
61.gnss：global navigation satellite system,全球导航卫星系统
62.rtk：real time kinematic，实时载波相位差分
63.ekf：extened kalman filter，扩展卡尔曼滤波器
64.gps：global positioning system，全球定位系统
65.glonass:global navigation satellite system，全球导航卫星系统
66.qzss：quasi-zenith satellite system，准天顶卫星系统
67.bds:beidou navigation satellite system，北斗导航卫星系统
68.disb:differential inter system bias，差分系统间偏差
69.fdisb:fractional part of differential inter system bias,差分系统间偏差小数部分
70.lambda:least-squares ambiguity decorrelation，最小二乘模糊度降相关
71.多系统gnss松组合双差相对定位(本公开中简称为“松组合”)：是在包含两个及以上的卫星导航系统观测数据处理中，各个卫星导航系统分别独立地选取参考卫星，然后形成系统内双差观测方程进行相对定位。
72.多系统gnss紧组合双差相对定位(本公开中简称为“紧组合”)：是在包含两个及以上的卫星导航系统观测数据处理中，组合的所有卫星导航系统仅在一个卫星导航系统中选取一颗参考卫星，然后形成系统内双差观测方程和系统间双差观测方程进行相对定位。
73.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开的实施方式作进一步地详细描述。
74.本公开的第一实施方式涉及一种多系统差分定位方法，其流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
75.在步骤102中，流动站接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并接收两个导航卫星系统的差分数据。可选地，在一个实施例中，导航卫星系统的卫星信号包括导航星历、伪距观测值和载波观测值。可选地，在一个实施例中，差分数据包括基准站播发的伪距和载波差分数据。可选地，在一个实施例中，流动站仅接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并仅接收对应两个导航卫星系统的差分数据。
76.在步骤104中，组建第一双差方程组，其中包括同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，同时使用的两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，伪距双差方程仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。可选地，在一个实施例中，两个导航卫星系统包括gps、qzss、galileo和bds-3中的任意二者，重叠频率为gps的l1、qzss的l1、galileo的e1和bds-3的b1c对应的频率、或者gps的l5、qzss的l5、galileo的e5a和bds-3的b2a对应的频率。以接收gps的l1和bds-3的b1c为例：同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程，可以在伪距双差方程中同时使用来自gps的l1的一颗卫星和bds-3的b1c的一颗卫星各一组观测数据做系统间伪距双差，并且来自gps的l1任意两颗卫星和bds-3的b1c任意两颗卫星的数据可以做系
统内双差组合，增加多余观测方程，有助于提高定位的可用性、可靠性和精度；仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，则选择来自gps的l1的两颗卫星的数据或者bds-3的b1c的两颗卫星的数据进行载波相位双差。
77.在步骤106中，根据第一双差方程组计算流动站的固定解坐标。可选地，在一个实施例中，步骤106可以进一步包括：在第一双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置、伪距的差分系统间偏差以及站间单差模糊度；将扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统内双差模糊度，并采用最小二乘模糊度降相关lambda固定系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出流动站的固定解坐标。在其他实施例中，也可以不使用扩展卡尔曼滤波，而是使用卡尔曼滤波或最小二乘法等其他方法替代。
78.在步骤108中，根据流动站的固定解坐标和伪距双差方程计算出伪距的差分系统间偏差。
79.在步骤110中，组建第二双差方程组，其中包括第一双差方程组的伪距双差方程和同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，第二双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，第二双差方程组的载波相位双差方程仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。可选地，在一个实施例中，伪距双差方程和载波相位双差方程采用的参考卫星可以不是同一颗。
80.在步骤112中，根据流动站的固定解坐标和第二双差方程组的载波相位双差方程计算载波相位的差分系统间偏差的小数部分。
81.在步骤114中，根据计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第二双差方程组。可选地，在一个实施例中，步骤114可以进一步包括：对伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分进行多历元平滑；根据平滑后的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第二双差方程组。
82.在步骤116中，根据更新后的第二双差方程组计算流动站的实时位置。可选地，在一个实施例中，步骤116可以进一步包括：在第二双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置以及站间单差模糊度；将扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，并采用lambda固定系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出流动站的实时位置。
83.以上步骤的先后顺序并不根据序号限定，如步骤108可以和步骤110、步骤112同时进行或调换先后顺序。
84.根据第一实施方式的一个实施例的定位性能对比如下：
[0085][0086]
从上表可以看到，根据现有技术的常规组合(lc)的模糊度固定率是61.04％，而根据第一实施方式的紧组合(tc)的模糊度固定率是94.79％，差分定位性能得到大幅提高。
[0087]
本公开的第二实施方式涉及一种多系统差分定位方法，其流程如图2所示，该方法
包括以下步骤：
[0088]
在步骤202中，流动站接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并接收两个导航卫星系统的差分数据。可选地，在一个实施例中，导航卫星系统的卫星信号包括导航星历、伪距观测值和载波观测值。可选地，在一个实施例中，差分数据包括基准站播发的伪距和载波差分数据。可选地，在一个实施例中，流动站仅接收来自两个导航卫星系统的卫星信号，并仅接收对应两个导航卫星系统的差分数据。
[0089]
在步骤204中，组建第三双差方程组，其中包括仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程。以接收gps的l1和bds-3的b1c为例：仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，选择来自gps的l1的两颗卫星的数据或者bds-3的b1c的两颗卫星的数据进行双差。
[0090]
在步骤206中，根据第三双差方程组计算流动站的固定解坐标。可选地，在一个实施例中，步骤206可以进一步包括：基于第三双差方程组进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置以及站间单差模糊度；将扩展卡尔曼滤波输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统内双差模糊度，并采用最小二乘模糊度降相关lambda固定系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出流动站的固定解坐标。
[0091]
在步骤208中，组建第四双差方程组，其中包括同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，第四双差方程组的伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，第四双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，同时使用的两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，第四双差方程组的伪距双差方程和载波相位双差方程分别仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。可选地，在一个实施例中，伪距双差方程和载波相位双差方程采用的参考卫星可以不是同一颗。可选地，在一个实施例中，所述两个导航卫星系统包括gps、qzss、galileo和bds-3中的任意二者，重叠频率为gps的l1、qzss的l1、galileo的e1和bds-3的b1c对应的频率、或者gps的l5、qzss的l5、galileo的e5a和bds-3的b2a对应的频率。以接收gps的l1和bds-3的b1c为例：同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，可以在伪距双差方程和载波相位双差方程中同时使用来自gps的l1的一颗卫星和bds-3的b1c的一颗卫星各一组数据做双差，来自gps的l1的任意两颗卫星和bds-3的b1c的任意两颗卫星的数据可以做各种双差的组合，增加多余观测方程，有助于提高定位的可用性、可靠性和精度。
[0092]
在步骤210中，根据流动站的固定解坐标和第四双差方程组计算出伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分。
[0093]
在步骤212中，根据计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第四双差方程组。可选地，在一个实施例中，步骤212可以进一步包括：对伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分进行多历元平滑。根据平滑后的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第四双差方程组。
[0094]
在步骤214中，根据更新后的第四双差方程组计算流动站的实时位置。可选地，在一个实施例中，步骤214可以进一步包括：在第四双差方程组的基础上进行扩展卡尔曼滤波，滤波时使用的待估参数包含流动站坐标位置以及站间单差模糊度；将扩展卡尔曼滤波
输出的站间单差模糊度换为具有整数特性的系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，并采用lambda固定系统间双差模糊度和系统内双差模糊度，待lambda成功搜索出模糊度后，计算出流动站的实时位置。
[0095]
本公开的第三实施方式涉及一种多系统差分定位系统，包括：
[0096]
卫星信号接收单元，用于收来自两个全球导航卫星系统gnss的卫星信号。
[0097]
差分信号接收单元，用于接收包含两个gnss系统的差分数据。
[0098]
固定解计算单元，用于组建第一双差方程组，根据第一双差方程组计算流动站的固定解坐标，根据流动站的固定解坐标和伪距双差方程计算出伪距的差分系统间偏差，其中，第一双差方程组包括同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，同时使用的两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，伪距双差方程仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。
[0099]
偏差计算单元，用于组建第二双差方程组，并且根据流动站的固定解坐标和第二双差方程组的载波相位双差方程计算载波相位的差分系统间偏差的小数部分，其中，第二方程组包括第一双差方程组的伪距双差方程和同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的载波相位双差方程，第二双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，第二双差方程组的载波相位双差方程仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。
[0100]
定位单元，用于根据计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第二双差方程组，并且根据更新后的第二双差方程组计算流动站的实时位置。
[0101]
第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。
[0102]
本公开的第四实施方式涉及一种多系统差分定位系统，包括：
[0103]
卫星信号接收单元，用于收来自两个全球导航卫星系统gnss的卫星信号。
[0104]
差分信号接收单元，用于接收包含两个gnss系统的差分数据。
[0105]
固定解计算单元，用于组建第三双差方程组，其中包括仅使用同一个导航卫星系统内卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程。根据第三双差方程组计算流动站的固定解坐标。
[0106]
偏差计算单元，用于组建第四双差方程组，并根据流动站的固定解坐标和第四双差方程组计算出伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分，其中，第四双差方程组包括同时使用两个导航卫星系统的卫星信号和差分数据的伪距双差方程和载波相位双差方程，其中第四双差方程组的伪距双差方程包括伪距的差分系统间偏差，第四双差方程组的载波相位双差方程包括载波相位的差分系统间偏差，同时使用的两个导航卫星系统的卫星信号为重叠频率，第四双差方程组的伪距双差方程和载波相位双差方程分别仅采用两个导航卫星系统中的一颗卫星作为参考卫星。
[0107]
定位单元，用于根据计算出的伪距的差分系统间偏差和载波相位的差分系统间偏差的小数部分更新第四双差方程组，并且根据更新后的第四双差方程组计算流动站的实时位置。
[0108]
第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第二实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第二实施方式。
[0109]
在以上个实施方式中，虽然以两个导航卫星系统为例，但也可以用于更多个导航卫星系统，例如3个或4个导航卫星系统。当用于更多个导航卫星系统时，这些导航卫星系统中的至少两个或者任意两个可以采用本公开的技术方案。
[0110]
为了更好地理解本公开的实施方式，下面对现有技术的缺点和本公开的部分对应解决手段进一步进行说明。
[0111]
现有的技术缺点：
[0112]
(1)传统双差组合定位模式每个系统均独立选取参考卫星，没有充分考虑到多系统gnss信号的兼容互操作，浪费了多余观测方程，会在一定程度上影响定位性能；另外，选取多个参考星增加了参考星选取错误的风险，增大了参考星正确性检测的难度。
[0113]
(2)由于准确校准载波相位的disb非常困难，目前技术多采用多系统gnss伪距紧组合方式，该方式对于厘米级甚至毫米级高精定位用户显然不能够满足需求。
[0114]
(3)多系统双频gnss紧组合高精度相对定位的关键即是准确校准差分系统性偏差，目前校准载波相位disb的算法多采用粒子滤波、粒子群滤波或者通过模糊度搜索的ratio值最大的方式来估计载波disb，这些算法计算复杂且计算量大，较难应用于实际产品中；
[0115]
针对现有技术的上述缺点，本公开实施方式至少从如下几方面之一进行解决：
[0116]
(1)采用gps/qzss/galileo/bds-3信号实现重叠频率的多系统gnss紧组合双差相对定位，从而提高模糊度解算性能以及定位精度。其中，单频采用gps/qzss的l1、galileo的e1以及bds-3的b1c实现单频多系统gnss紧组合，双频采用gps/qzss的l1 l5、galileo的e1/e5a、bds-3的b1c/b2a实现多系统gnss紧组合；
[0117]
(2)在复杂环境下常常面临双差参考卫星选择错误，导致定位精度出现较大误差的情况，多系统双频gnss紧组合对于某一频点的观测值仅在某一系统中选取一颗卫星作为参考卫星，降低了参考卫星选择错误的概率，且方便判断参考星是否存在误差。
[0118]
(3)多系统gnss伪距紧组合在传统双差模式上，每个系统实时估计一个伪距的disb，经多历元平滑收敛后用来改正伪距紧组合双差方程中的disb，从而增加冗余的伪距双差观测方程，提高复杂环境下的gnss伪距紧组合双差相对定位的可用性和精度；
[0119]
(4)多系统gnss载波相位紧组合，先采取传统双差模式计算出固定解，通过精确的固定解反算出载波的disb，其中载波差分系统间偏差的整数部分由双差整数模糊度吸收，小数部分经多历元平滑收敛后用来改正载波紧组合双差方程中的fdisb，从而实现多系统gnss载波紧组合，通过紧组合双差来提高模糊度的解算性能和定位精度。
[0120]
下面对本公开实施方式涉及的定位原理进行说明。
[0121]
1.紧组合双差相对定位算法原理
[0122]
对于任意接收机r观测到的某一频点的伪距和载波的原始观测方程可表示为：
[0123]
协方差矩阵。由扩展卡尔曼滤波算法解算得k历元的状态向量为：
[0136][0137]
式中，jk表示卡尔曼滤波的增益矩阵，i表示单位矩阵，rk表示观测值的方差-协方差矩阵。
[0138]
由卡尔曼滤波计算出状态向量的浮点解后，为了进一步提高定位精度需对模糊度进行固定。状态向量中的模糊度参数为站间单差模糊度，其不具有整数特性，需将其变换为双差模糊度，其变换策略如下：
[0139][0140]
式中，n和pn分别表示站间单差模糊度及其方差-协方差矩阵，和分别表示双差模糊度及其方差-协方差矩阵，d表示由单差模糊度到双差模糊度的转换矩阵，可表示为：
[0141][0142]
在获得了双差模糊度及方差-协方差矩阵后，采用lambda搜索算法对双差模糊度进行固定，待搜索的模糊度通过ratio值检验及相关模糊度确认策略后则认为模糊度是可靠的，此时将双差模糊度作为约束可以获得厘米级甚至毫米级的定位结果。
[0143]
图3给出了双差定位的原理示意图，假设l1和l5频点均选取gps01卫星作为参考卫星，则传统双差方式来说，则在l1和l5频点分别有gps01-gps02和gal01-gal02共4个双差方程；而对于紧组合双差模式来说，在l1和l5频点分别有gps01-gps02、gps01-gal01以及gps01-gal02共6个双差方程。因此，紧组合双差定位模式可以增加双差方程个数，提升gnss在复杂环境下的可用性，特别是对于双频多系统的紧组合，其能增加的多余的观测值更多。例如，采用gps/qzss的l1 l5、galileo的e1/e5a、bds-3的b1c/b2a多系统双频gnss紧组合相比这几个系统的传统双差，可多增加6双差观测方程，这对恶劣场景下gnss的可用性、可靠性和精度将会有明显的提升。另外，紧组合双差模式相比传统双差模式仅选取一颗参考卫星，降低了参考卫星选错的风险，有助于提高算法的可靠性和稳定性。
[0144]
2.差分系统间偏差校准算法
[0145]
结合公式(1)和(3)可知，伪距的disb仅包含接收机端对不同系统的伪距硬件延迟差异，故该值是一个稳定的值。对于伪距disb的校准，伪距双差采用紧组合双差模式，将伪距disb作为一个滤波参数放入卡尔曼滤波器中；而对于载波，考虑到载波的差分系统间偏差还未知，载波双差方程暂时先采用传统双差模式，载波相位的模糊度采用估计站间单差模糊度的方式。此时，某一频点的伪距紧组合和载波传统双差观测方程可表示为：
[0146]
[0147]
观测方程线性化后表示为式(11)的形式，此时卡尔曼滤波的状态参数包含了位置、速度、伪距disb以及单差模糊度，可表示为如下：
[0148][0149]
考虑到伪距的disb是一个稳定值，因此在卡尔曼滤波预测中可将伪距disb与模糊度等同处理，即：
[0150]
disb
k 1
＝disbk wkꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0151]
根据卡尔曼滤波算法原理计算出状态参数浮点解，为保证计算伪距disb的准确性，需采用lambda搜索算法对双差模糊度进行固定，待模糊度固定获得准确位置后，通过伪距紧组合双差方程可计算伪距disb的精确值：
[0152][0153]
此时计算的伪距disb则主要受伪距噪声的影响，由于某一频点系统间卫星的伪距disb是一个固定值，故将该历元频点f系统m所有卫星的伪距计算的伪距disb平均值当作该历元频点f和系统m的伪距disb，然后再经过多历元平滑收敛后当作伪距disb的真值。
[0154]
另一方面，对于载波相位的disb，不仅包含接收机端对不同系统的伪距硬件延迟差异，还包含载波初始相位的不一致，因此对于载波相位的disb在接收机断电重启后可能会发生变化。对于载波相位的disb估计，由于载波相位的disb参数与模糊度参数强相关不易分离，因此载波双差方程先采用传统的双差方程，待固定了系统内双差模糊度后，通过精确的固定解坐标反算出紧组合双差方程中的系统间模糊度，则有：
[0155][0156]
对于模糊度固定来说，载波相位disb的整数部分可由双差模糊度直接吸收不影响模糊度固定，而其小数部分则必须精确改正，因此只需要计算出载波相位disb的小数部分fdisb即可，某一频点的载波disb小数部分计算如下：
[0157][0158]
式中，round()表示四舍五入取整运算。由上式，频点f系统m的每颗卫星均可以计算出载波相位的disb的小数部分fdisb，将该历元频点f系统m的所有卫星计算的fdisb的平均值当作该历元频点f系统m与gps系统间的载波相位disb，然后再经过多历元平滑即可获得稳定的载波相位差分系统间偏差的小数部分fdisb。
[0159]
图4示出了本公开一个实施例的差分系统间偏差校准的流程。从该图中可以看到，先获取基准站观测值、流动站值和卫星星历，然后组建伪距紧组合双差方程和载波传统双差方程，构成所述第一双差方程组，此后基于该方程组使用ekf解算位置、伪距disb和站间单差模糊度，将站间单差模糊度变换为站间双差模糊度，使用lambda固定双差模糊度，如果模糊度不能确认则计算模糊度浮点解，如果模糊度能够确认则计算模糊度固定解。根据模糊度固定解一方面计算伪距disb，另一方面计算系统间双差模糊度，进而计算载波disb的小数部分。如果在多次历元平滑后伪距disb和载波disb都是收敛的，则disb校准成功，否则校准失败。
[0160]
图5示出了多系统gnss紧组合相位定位系统的流程。如该图所示，流动站接收gnss
卫星信号和差分数据，此后判断disb是否已经固定，如果已经固定则组建多系统双频gnss紧组合双差方程，并通过ekf解算位置和流动站的单差模糊度，如果没有固定则组建伪距紧组合双差方程和载波传统双差方程，并通过ekf解算位置、伪距disb和流动站的单差模糊度。将单差模糊度变换为双差模糊度，并采用lambda固定双差模糊度。进行ratio/adop/固定解rms的模糊度确认，如果模糊度不能确认就计算模糊度浮点解，如果模糊度能够确认则进一步判断disb是否已经固定。如果disb已经固定则计算紧组合双差模糊度固定解，如果disb没有固定则计算伪距disb和载波fdisb，进一步通过多历元平滑判断disb是否收敛，如果收敛则判定伪距disb和载波fdisb固定成功，计算紧组合双差模糊度固定解，如果不收敛这判定伪距disb和载波fdisb固定失败，计算传统双差模糊度固定解。
[0161]
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述多系统差分定位系统的实施方式中所示的各模块的实现功能可参照前述多系统差分定位方法的相关描述而理解。上述多系统差分定位系统的实施方式中所示的各模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本公开的实施例上述多系统差分定位系统如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本公开的实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本公开的各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read only memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本公开的实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0162]
相应地，本公开的实施方式还提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现本公开的各方法实施方式。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于，相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0163]
此外，本公开的实施方式还提供一种多系统差分定位系统，其中包括用于存储计算机可执行指令的存储器，以及，处理器；该处理器用于在执行该存储器中的计算机可执行指令时实现上述各方法实施方式中的步骤。其中，该处理器可以是中央处理单元(central processing unit，简称“cpu”)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，简称“dsp”)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称“asic”)等。前述的存储器可以是只读存储器(read-only memory，简称“rom”)、随机存取存储器(random access memory，简称“ram”)、快闪存储器(flash)、硬盘或者固态硬盘等。本发明各实施方式所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0164]
需要说明的是，在本公开中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本公开中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
[0165]
本说明书包括本文所描述的各种实施例的组合。对实施例的单独提及(例如“一个实施例”或“一些实施例”或“优选实施例”)；然而，除非指示为是互斥的或者本领域技术人员很清楚是互斥的，否则这些实施例并不互斥。应当注意的是，除非上下文另外明确指示或者要求，否则在本说明书中以非排他性的意义使用“或者”一词。
[0166]
在本说明书提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本公开的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。
[0167]
在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。