一種分組式RTK定位方法及系統與流程
2023-05-31 21:00:56 3
本發明具體涉及一種分組式rtk定位方法及系統。
背景技術：
rtk(realtimekinematic)技術是一種基於載波相位差份的實時動態定位技術，它是建立在實時處理兩個測站載波相位觀測量的基礎上，提供指定坐標系中的3維定位結果，實時定位精度可以達到釐米級，並具有實時性好、速度快等優點。rtk的基本原理為，參考站與流動站同時接收衛星信號，參考站將觀測數據(主要為載波相位、偽距)和參考站標準坐標位置通過數據鏈(數據機、電臺或通信網絡)傳輸給流動站，流動站利用軟體通過差分計算，降低流動站的觀測誤差，測算出流動站與參考站之間的相對坐標，根據參考站的標準坐標，實現精密定位，定位精度可達釐米級。rtk技術廣泛應用於室外高精度定位導航相關的行業，例如，測繪，駕考，智能控制，無人駕駛，無人機，遙感等。
近年來，高精度衛星定位導航系統的應用從傳統的測繪領域，延伸到了駕考，智能控制，無人駕駛，無人機，遙感等領域，從而導致高精度衛星導航終端(流動站)的數量在不斷增加。然而，針對無人駕駛，無人機，智能控制等領域，高精度衛星導航終端都是批量式存在。尤其針對智能控制領域，一個工程機械車上需要多個高精度定位模塊協同配合。考慮到高精度衛星導航終端的功耗較高，針對這種分組化的應用，不需要每一個高精度衛星導航終端都具備實時定位解算功能。
目前，專利「一種基於雲服務的衛星導航接收機」提出了一種超低功耗的基於雲伺服器的衛星導航接收機方法和裝置，可以有效地解決衛星導航定位終端高功耗的問題。然而，此方法在智能控制，無人駕駛，無人機等大規模密集型高精度定位領域有一定的局限性。首先，此方法需要一個雲端伺服器，雲端伺服器需要與各個終端模塊連接internet網，對於沒有網絡存在的情況就不再適用；其次，數據回傳到雲端伺服器解算，再到數據回傳，其傳輸延遲較大，對於智能控制，無人機，無人駕駛這一類對時延敏感度較高的應用有很大的局限性；最後，衛星導航終端接收模塊需要將採樣的數據通過無線網絡傳輸到雲端，其無線數據發送模塊的功耗並不低，因此並不是超低功耗的衛星導航接收機。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於提供一種定位功耗低、定位精度高的分組式rtk定位方法。
本發明的目的之二在於提供一種應用所述分組式rtk定位方法進行定位的系統。
本發明提供的這種分組式rtk定位方法，包括如下步驟：
s1.選定參考站，並設置參考站自身的高精度標準坐標位置，並實時觀測獲取自身rtk定位所需要的觀測數據；
s2.參考站將步驟s1得到的觀測數據和自身的標準坐標位置傳送給主流動站；
s3.從流動站接收衛星導航信號，並將接收到的衛星導航信號發送主流動站；
s4.主流動站實時獲取自身rtk定位所需要的觀測數據，並結合步驟s2得到的參考站的標準坐標位置和觀測數據，以及步驟s3得到的從流動站的衛星導航信息，對自身和從流動站進行聯合定位解算；
s5.從流動站接收主流動站發送的定位信息，完成從流動站的定位。
步驟s1所述的設置參考站自身的高精度標準坐標位置，具體為通過ppp精密單點定位算法長時間獲取固定參考站的精確位置。
步驟s4所述的主流動站對自身和從流動站進行聯合定位解算，具體為採用如下步驟進行解算：
a.主流動站從自身開始，以參考站的觀測數據為基準做差分運算，依次進行主流動站和從流動站的rtk定位解算
b.若所有的從流動站位置均被正確的解算出來，則定位解算結束；
若從流動站未被全部正確的解算出來，則將得到了定位結果的主流動站和從流動站進行編號，並按照偽距殘差和載波相位殘差結果依次排序，並按照如下步驟選定基準站或流動站，並以選定的流動站或基準站的觀測數據進行差分，對暫未定位的從流動站進行重新定位解算：
a.採用如下公式計算該站點的第i顆衛星的第t個頻點的偽距殘差和載波相位殘差：
式中第i顆衛星的每t個頻點上的偽距觀測值和載波相位觀測值所對應的單點粗定位結果和精密定位結果分別為和參考站的精確位置為(xf,yf,zf)，第i顆衛星的位置為(xi,yi,zi)；
b.按照如下公式計算該流動站點的偽距殘差和載波相位殘差：
其中，δρc為偽距殘差，δρf為載波相位殘差；
c.採用如下公式計算第j個流動站到第i個參考站的距離：
式中第h個流動站的精密位置為第j個流動站的定位位置為
d.計算所選定的作為基準站或流動站的流動站編號：
式中hj即為第j個流動站所配對的參考站的編號；argmin表示取最大值所在的索引值，γ＝{h＝1,...,h}。
步驟s5所述的從流動站接收主流動站發送的定位信息並完成從流動站的定位，具體為採用如下規則進行定位：
若從流動站在設定時間內沒有收到主流動站的信息，則從流動站開啟自定位功能，接收參考站發來的觀測數據，進行rtk定位解算，並向主流動站上報自己的位置信息，以確保實時跟蹤；
若從流動站恢復收到主流動站對自己的定位信息時，關閉自定位功能。
本發明還公開了一種應用所述分組式rtk定位方法進行定位的系統，包括一個參考站、一個主流動站、若干個從流動站和參考站、主流動站和從流動站之間進行數據通信的通信鏈路；所述參考站用於發送自身的觀測數據和位置給主流動站；主流動站用於接收從流動站發送的數據，完成自身和從流動站的定位解算，並將從流動站的定位信息發送給從流動站。
本發明考慮分組式衛星導航定位終端相互之間距離較近的情況下，存在一個主流動站和其他若干從流動站模塊，從流動站只接收衛星導航信號集，並將採集到的衛星導航信號傳送給主流動站，主流動站完成所有從流動站和自身的定位解算，並通過近距離反向通信將定位解算結果傳送給從流動站。一旦從流動站脫離與主流動站通信連接的範圍，認為從流動站失去連接，從流動站在一定時間內接收不到主流動站傳送的定位信息，進行自動報警，並開啟從流動站的定位解算功能，上報位置信息以便主流動站和系統進行追蹤。本發明使用分組式主從協同定位的方式，能夠極大程度地降低定位終端的功耗，增大定位終端的使用壽命，並且能夠及時追蹤組內定位終端的相對位置，非常適用於高精度定位導航的大規模密集型應用。
附圖說明
圖1為本發明的定位系統工作示意圖。
圖2為本發明的方法流程圖。
具體實施方式
如圖1所示為本發明的定位系統工作示意圖：本發明提供的這種應用所述分組式rtk定位方法進行定位的系統，包括一個參考站、一個主流動站、若干個從流動站和參考站、主流動站和從流動站之間進行數據通信的通信鏈路；所述參考站用於發送自身的觀測數據和位置給主流動站；主流動站用於接收從流動站發送的數據，完成自身和從流動站的定位解算，並將從流動站的定位信息發送給從流動站。
如圖2所示為本發明的定位系統工作示意圖：本發明提供的這種分組式rtk定位方法，包括如下步驟：
s1.選定參考站，通過ppp精密單點定位算法長時間獲取參考站自身的高精度標準坐標位置，並實時觀測獲取自身rtk定位所需要的觀測數據；
s2.參考站將步驟s1得到的觀測數據和自身的標準坐標位置傳送給主流動站；
s3.從流動站接收衛星導航信號，並將接收到的衛星導航信號發送主流動站；
s4.主流動站實時獲取自身rtk定位所需要的觀測數據，並結合步驟s2得到的參考站的標準坐標位置和觀測數據，以及步驟s3得到的從流動站的衛星導航信息，對自身和從流動站進行聯合定位解算，具體為採用如下步驟進行解算：
a.主流動站從自身開始，以參考站的觀測數據為基準做差分運算，依次進行主流動站和從流動站的rtk定位解算
b.若所有的從流動站位置均被正確的解算出來，則定位解算結束；
若從流動站未被全部正確的解算出來，則將得到了定位結果的主流動站和從流動站進行編號，並按照偽距殘差和載波相位殘差結果依次排序，並按照如下步驟選定基準站或流動站，並以選定的流動站或基準站的觀測數據進行差分，對暫未定位的從流動站進行重新定位解算：
a.採用如下公式計算該站點的第i顆衛星的第t個頻點的偽距殘差和載波相位殘差：
式中第i顆衛星的每t個頻點上的偽距觀測值和載波相位觀測值所對應的單點粗定位結果和精密定位結果分別為和參考站的精確位置為(xf,yf,zf)，第i顆衛星的位置為(xi,yi,zi)；
b.按照如下公式計算該流動站點的偽距殘差和載波相位殘差：
其中，δρc為偽距殘差，δρf為載波相位殘差；
c.採用如下公式計算第j個流動站到第i個參考站的距離：
式中第h個流動站的精密位置為第j個流動站的定位位置為
d.計算所選定的作為基準站或流動站的流動站編號：
式中hj即為第j個流動站所配對的參考站的編號；argmin表示取最大值所在的索引值，γ＝{h＝1,...,h}；
s5.從流動站接收主流動站發送的定位信息，完成從流動站的定位，具體為採用如下規則進行定位：
若從流動站在設定時間內沒有收到主流動站的信息，則從流動站開啟自定位功能，接收參考站發來的觀測數據，進行rtk定位解算，並向主流動站上報自己的位置信息，以確保實時跟蹤；
若從流動站恢復收到主流動站對自己的定位信息時，關閉自定位功能。