[发明专利]一种基于差分气压高度约束的小型无人机RTK相对定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于差分气压高度约束的小型无人机RTK相对定位方法，属于卫星导航定位技术领域。

背景技术

目前，小型无人机已经在测绘、航拍、监控、侦查、通信中继等领域得到广泛应用，实时定位导航系统是小型无人机的一个关键系统。由于全球导航卫星系统(GNSS)具有全球性、全天候和连续的精密三维定位能力，因此近十余年，以GPS和北斗为代表的卫星导航系统已经广泛应用于各种领域。GNSS接收机采用单点定位技术，精度一般为3至10米，但其缺点是无法实现亚厘米级的高精度导航应用，从而限制了无人机在一些精密测量领域的应用。

GNSS不仅能够实现单点定位，还可以实现两个观测点之间的相对定位，精度可达亚厘米级，实时动态亚厘米级的相对定位技术，即RTK技术，目前主要应用在测绘领域。目前RTK技术具备基本三个典型特征：(1)采用差分技术削减GNSS观测量中的电离层和对流层误差、轨道误差、卫星和接收机时钟误差；(2)采用具有多径抑制功能的测量型接收机，削减多路径误差；(3)采用多个历元的数据进行递归估计，利用递归估计得到的整周模糊度浮点解及其方差协方差矩阵求解整周模糊度固定解，通常采用LAMBDA算法。

但是，由于成本和体积的限制，小型无人机通常配备导航型接收机，而无法配备具有多径抑制功能的测量型接收机，因此无法削减多路径误差，进而导致采用LAMBDA算法求解整周模糊度的成功率大幅降低。整周模糊度一旦解算错误，将会导致米级的定位误差，无法有效保证RTK的定位精度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于差分气压高度约束的小型无人机RTK相对定位方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于差分气压高度约束的小型无人机RTK相对定位方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)在基准站上安装GNSS接收机、GNSS天线、气压测高传感器和接收电台，其中GNSS天线和气压测高传感器处于同一高度，利用GNSS接收机和GNSS天线获取基准站GNSS原始观测值，同时利用气压测高传感器测量基准站气压高度；

2)在流动站即小型无人机上安装与步骤1)所述的同种型号的GNSS接收机、GNSS天线、气压测高传感器和发射电台，其中GNSS天线和气压测高传感器处于同一高度，利用GNSS接收机和GNSS天线获取流动站GNSS原始观测值，同时利用气压测高传感器测量流动站气压高度；

3)通过流动站上的发射电台将流动站GNSS原始观测值和气压高度信息发送至无线信道；

4)利用基准站上的接收电台接收上述信息，并将其中的气压高度与基准站气压高度进行实时差分运算，得到差分高度；

5)将流动站GNSS原始观测值与基准站GNSS原始观测值进行差分运算，得到差分观测值；

6)基于上述差分观测值，利用递归加权最小二乘法，实时估计整周模糊度的浮点解及其方差协方差矩阵基线矢量浮点解以及整周模糊度解算的成功率P；

7)判断上述整周模糊度解算的成功率P是否高于预定门限值，若高于预定门限值，则进入步骤8)，否则重复步骤4)—7)；

8)利用步骤4)所述差分高度和步骤6)所述整周模糊度的浮点解及其方差协方差矩阵基线矢量浮点解完成整周模糊度估计和检验。

在步骤6)中，所述的基于上述差分观测值，利用递归加权最小二乘法，实时估计整周模糊度的浮点解及其方差协方差矩阵基线矢量浮点解以及整周模糊度解算的成功率P的具体步骤如下：

6.1)定义基准站和流动站之间的相对位置为基线矢量b，假定第k个历元的卫星可见数m_k大于4颗，基于步骤5)所述差分观测值，建立GNSS标准基线模型如下：

其中，y表示步骤5)所述差分观测值的矢量形式，维度为2m_k-2；a为整周模糊度矢量，其维度为m_k-1；A和B分别为整周模糊度矢量a和基线矢量b的系数矩阵，维度分别为(2m_k-2)×(m_k-1)和(2m_k-2)×3；v为差分观测值的矢量形式y的观测噪声矢量；Q_y为其方差协方差矩阵，下标k表示所有观测向量和矩阵均属于第k个历元；

6.2)基于式(b)，利用递归加权最小二乘法，实时估计整周模糊度的浮点解及其方差协方差矩阵

6.3)利用递归加权最小二乘法，实时估计基线矢量浮点解