[发明专利]基于速度约束的低成本接收机平滑RTD算法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于速度约束的低成本接收机平滑RTD算法及其应用，首先利用多普勒观测值求解速度分量；然后利用已获得的速度分量作为伪观测值联合伪距观测值建立抗差卡尔曼滤波器约束滤波位置解；采用相位平滑伪距的方法来提高伪距观测值的精度，并利用多普勒观测值对接收机的速度和方向进行了约束，联合伪距和速度伪观测值建立抗差卡尔曼滤波器进行实时动态解算。结果表明：该算法可以保证低成本接收机的快速、可靠定位，开阔环境下基本达到了亚米级的定位精度，可以保证2米以内的可靠定位；复杂环境下，也基本可以保证5m以内的定位精度，该算法应用于全球定位系统中。

技术领域

本发明涉及一种基于速度约束的低成本接收机平滑RTD技术,属于GNSS(全球导航卫星系统)定位与导航技术领域。

背景技术

我国当前城镇化水平已达到60％，经济发展与城市规模的扩大使得大众导航已成为GNSS应用的主要增长点。对于传统测绘行业而言，测量型接收机价格昂贵且体积偏大，限制了其在大部分民用领域的发展。因此，成本低、体积小的GNSS导航设备成为了大众导航发展的关键所在。

国内外很多学者都对低成本接收机的RTK定位做了分析，有实验表明，采用方差分量估计的方法确定低成本接收机伪距和载波相位的方差和协方差，可以保证RTK厘米级的定位精度；也有其他学者基于GPS+BDS双系统，利用低成本单频螺旋天线获得厘米级定位；这极大地满足了无人机、精密农业及机器人制导等行业的需求。值得指出的是，以上研究成果均在开阔环境下获得的。在城镇复杂环境下，由于观测卫星遮挡严重，可见卫星数不多且卫星可视并不连续，导致载波相位频繁出现周跳或缺失等问题，厘米级RTK定位困难，定位的连续性无法得到保证。而事实上，对于一些民用领域而言，用户可能不需要厘米级甚至毫米级的定位精度，如位置服务(LBS，Location Based Service)等，而是更加关注GNSS定位的连续性、可靠性以及对环境的适应性。因此，本发明在保证定位连续性和环境适应性的前提下，提供给用户亚米级、米级可靠定位。

发明内容

因此，本发明从实用价值方面出发，考虑到载波相位观测值在复杂环境下存在一定的问题，因而采用RTD(Real Time Differential实时动态码差分)定位模式，以保证定位的连续性。但是鉴于伪距的观测噪声较大,且易受多路径效应等误差的影响，因此本发明在保证载波相位质量可靠的情况下，采用相位平滑伪距的方法来提高伪距观测值精度，并采用抗差M-LS滤波消除观测值粗差对滤波解的影响，以保证定位的可靠性。该发明的技术方案如下：

基于速度约束的低成本接收机平滑RTD算法，包括如下步骤：

步骤1)，多普勒频移观测量表征卫星与GPS接收机天线相对运动所造成的多普勒效应的大小，亦即载波相位变化率的瞬时观测值；

GPS伪距观测方程如下：

其中：表示伪距观测值，下标m表示接收机，上标s表示卫星，ρ表示卫星与接收机之间的几何距离，表示接收机钟差等效距离，表示卫星钟差等效距离，I表示电离层延迟，T表示对流层延迟，ε表示其他未顾及的误差项；

将对流层延迟和电离层延迟合并为一项，对(1)式中站心距ρ进行线性化并取全微分：

其中：指的是伪距的全微分，(X_m,Y_m,Z_m)为测站坐标，(δX_m,δY_m,δZ_m)为测站坐标的全微分，(X^s,Y^s,Z^s)为卫星空间坐标，(δX^s,δY^s,δZ^s)为卫星空间坐标的全微分，为接收机钟差的全微分，为卫星钟差的全微分，δΔ为大气延迟项全微分；

对(2)式两边除以时间并取零极限：