一种基线向量解算方法

摘要

本发明公开了一种基线向量解算方法，包括：按照统一格式存储接收机采集的基线观测数据；按照系统类型分别对所述基线观测数据进行预处理；根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解；根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。采用本发明，引入了BeiDou系统数据，实现了多系统组合基线向量解算，提高了基线解算结果的准确性、完好性和可靠性，显著提高基线解算质量。另外，采用先分系统独立处理，再多系统组合解算的方式，遵循统一的运算规则，可任意选择不同的系统进行组合，实现方法不需要任何的改变，解算过程流程清晰、易于实现，稳定可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航定位领域，尤其涉及一种基线向量解算方法。

背景技术

基线向量解算（baseline vector solution）是指在卫星定位中，使用GNSS相对定位技术，即用两台接收机分别安置在基线的两端点处，同步观测相同的GPS（Global Positioning System）、GLONASS（Global Navigation Satellite System）、BeiDou（BeiDou Navigation Satellite System）、GALILEO（Galileo Navigation Satellite System）卫星，然后求解基线两端点的相对位置或基线向量。

基线向量解算是控制测量的重要组成部分，在控制网的所有基线均完成解算后，再通过网平差运算可得到控制网各站点的坐标，因此，基线向量解算质量直接决定了控制网各站点坐标的最终精度。

现有的基线向量解算方案一般是直接按照单系统方法进行解算，或是直接进行组合解算，在组合解算过程中对于不同的系统数据需要分别处理，由于不同系统的处理方法不同，合中有分，并没有先把不同系统的数据遵循统一的运算规则进行先期处理，使得组合解算过程变得尤为复杂。

例如，在依靠GPS/GLONASS系统组合解算时，GLONASS系统只是部分参与。由于GLONASS系统采用频分多址技术，模糊度固定与GPS系统存在很大的差异，并且在坐标系统和时间系统上与GPS系统均有较大区别。因此，GLONASS系统在模糊度处理上的特殊性，使得组合解算的效果相比单一GPS系统解算并没有明显提升，组合解算的方法也比较复杂。

另外，依靠单一GPS系统或者GPS/GLONASS双系统组合解算时，并没有引入BeiDou系统数据。而只利用GPS系统或者GPS/GLONASS双系统进行基线向量解算时，在某些观测时段可观测卫星数量少，且易受到建筑物等遮挡和干扰，使得基线向量解算质量受到影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基线向量解算方法，可将BeiDou系统的基线观测数据参与至基线向量组合解算的过程中，实现GPS、GLONASS、BeiDou、GALILEO多系统组合基线向量解算，显著提高基线解算质量。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基线向量解算方法，包括：按照统一格式存储接收机采集的基线观测数据，所述基线观测数据的数据类型包括GPS观测数据、GLONASS观测数据、BeiDou观测数据；GALILEO观测数据、按照系统类型分别对所述基线观测数据进行预处理，所述系统类型包括GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统；根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解；根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。

作为上述方案的改进，所述按照统一格式存储接收机采集的基线观测数据的步骤包括：获取接收机采集的所述基线观测数据；根据所述基线观测数据的数据格式解析所述基线观测数据，所述数据格式包括二进制电文格式及Rinex格式；将经解析后的基线观测数据统一至相同的坐标框架及时间系统；将统一至相同的坐标框架及时间系统的基线观测数据进行存储。

作为上述方案的改进，所述按照系统类型分别对基线观测数据进行预处理的步骤包括：将所述基线观测数据切分为独立的解算时段；在所述解算时段内，按照系统类型分别选择参考卫星；在所述解算时段内，按照系统类型分别组建初始双差观测方程；在所述解算时段内，按照系统类型分别进行周跳探测及修复，生成整周模糊度列表。

作为上述方案的改进，所述根据初始双差观测方程进行周跳探测及修复，生成整周模糊度列表的步骤包括：根据所述初始双差观测方程进行周跳探测；判断所述周跳能否修复，判断为是时，修复所述周跳，生成整周模糊度，判断为否时，生成外引整周模糊度；将所述整周模糊度及外引整周模糊度组合成整周模糊度列表。

作为上述方案的改进，所述生成基线浮动解时，采用最小二乘法。

作为上述方案的改进，所述根据基线浮动解固定模糊度时，采用Lambda算法进行固定。

实施本发明的有益效果在于：引入了BeiDou系统数据，将BeiDou系统的基线观测数据参与至基线向量组合解算的过程中，实现了GPS、GLONASS、BeiDou、GALILEO多系统组合基线向量解算。BeiDou数据的使用增加了基线向量解算所需要的冗余信息量，在GPS及GLONASS卫星数量偏少的情况下，提高了基线解算结果的准确性、完好性和可靠性，能够显著提高基线解算质量。

在基线向量解算过程中采用先分系统独立处理，再多系统组合解算的方式，在进行观测数据存储、选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳探测与修复等运算时都是分系统独立进行，各系统之间没有关联，直至求解基线浮动解时才根据统一的整周模糊度列表构成方程，按照最小二乘法进行组合解算。在分系统独立的处理时，遵循统一的运算规则。存储基线观测数据时，三系统的坐标时间系统均统一相同的坐标系统和时间系统，使得后续解算工作不需要考虑坐标时间系统的统一问题。

由于整个系统基线解算过程中将每个系统作为一个独立的子模块进行处理，最后再组合成整体，且每个子模块遵循统一的运算规则。因此，可任意选择不同的系统进行组合，实现方法不需要任何的改变。在解算过程中流程清晰、易于实现，稳定可靠，适合于按照不同的导航系统组合方式进行解算。

附图说明

图1是本发明一种基线向量解算方法的第一实施例流程示意图；

图2是本发明一种基线向量解算方法的第二实施例流程示意图；

图3是本发明一种基线向量解算方法的第三实施例流程示意图；

图4是本发明一种基线向量解算方法的第四实施例流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

图1是本发明一种基线向量解算方法的第一实施例流程示意图，包括：

S100，按照统一格式存储接收机采集的基线观测数据。

所述基线观测数据由接收机实时采集得到，所述基线观测数据的数据类型包括GPS观测数据、GLONASS观测数据、BeiDou观测数据、GALILEO观测数据。其中，GPS观测数据由GPS系统提供，GLONASS观测数据由GLONASS系统提供、BeiDou观测数据由BeiDou系统提供、GALILEO观测数据由GALILEO系统提供。

S101，按照系统类型分别对所述基线观测数据进行预处理。

所述系统类型包括GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统。

需要说明的是，预处理包括选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳的探测与修复，最终形成整周模糊度列表。预处理时，需要将基线观测数据切分为多个解算时段，并在不同的解算时段内，根据系统类型分别进行预处理操作。

例如，根据实际需求将基线观测数据切分为两个解算时段，分别为A时段及B时段，进一步，根据系统类型进一步划分为8个子模块，分别为：A时段的GPS系统，A时段的GLONASS系统、A时段的BeiDou系统、A时段的GALILEO系统、B时段的GPS系统、B时段的GLONASS系统、B时段的BeiDou系统、B时段的GALILEO系统。相应的，对所述的8个子模块分别进行预处理，包括选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳的探测与修复，最终形成整周模糊度列表。

S102，根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解。

需要说明的是，预处理完成后，根据预处理的结果，按照系统类型分别组建系统双差观测方程，其中方程的未知参数为基线坐标差和预处理阶段得到的整周模糊度列表。

GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统均按照统一的运算规则独立组建系统双差观测方程，彼此不相关联。其中，GPS系统、BeiDou系统、GALILEO系统均采用码分多址技术，组建的方程类似；而GLONASS系统由于其频分多址技术的特殊性，模糊度部分不是整数，因此需要进行特殊处理，将其模糊度部分分解为与一个整数双差模糊度和参考卫星单差模糊度的和，其中参考卫星单差模糊度可先通过伪距观测值求出，再作为单独的特殊改正项对双差观测值进行改正，而整数双差模糊度可等同于GPS系统、BeiDou系统、GALILEO系统的双差模糊度进行处理，因此，经此转换后，GLONASS系统的系统双差观测方程也与GPS系统、BeiDou系统、GALILEO系统的系统观测方程规则一致，可统一进行处理。

然后，根据规则一致的系统双差观测方程，采用最小二乘法生成基线浮动解。

S103，根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。

得到基线浮动解后，提取基线浮动解中的模糊度浮动解和对应的方差阵进行固定，如果固定失败，则剔除最优解与次优解相差最大的模糊度，继续搜索直至固定成功为止。然后将固定的模糊度回代入系统双差观测方程，求出基线固定解。

更佳地，固定模糊度时，采用Lambda算法进行固定。

图2是本发明一种基线向量解算方法的第二实施例流程示意图，包括：

S200，获取接收机采集的所述基线观测数据。

所述基线观测数据的数据类型包括GPS观测数据、GLONASS观测数据、BeiDou观测数据、GALILEO观测数据。其中，GPS观测数据由GPS系统提供，GLONASS观测数据由GLONASS系统提供、BeiDou观测数据由BeiDou系统提供、GALILEO观测数据由GALILEO系统提供。

在某些观测时段，由于GPS、GLONASS卫星数量少，且易受到建筑物等遮挡和干扰，使得基线解算质量受到影响，引入BeiDou观测数据后，增加了基线解算需要的冗余信息量，提高基线解算的准确性、完好性和可靠性。

S201，根据所述基线观测数据的数据格式解析所述基线观测数据。

需要说明的是，所述数据格式包括二进制电文格式及Rinex格式。二进制电文格式需要根据对应主板厂商的电文格式进行解析，而Rinex格式则按照标准Rinex格式进行解析。

S202，将经解析后的基线观测数据统一至相同的坐标框架及时间系统。

优选地，可将经解析后的基线观测数据统一至WGS84坐标框架及GPST时间系统，使后续解算工作不需要考虑坐标时间系统的统一问题。

S203，将统一至相同的坐标框架及时间系统的基线观测数据进行存储。

S204，按照系统类型分别对所述基线观测数据进行预处理。

所述系统类型包括GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统。

需要说明的是，预处理包括选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳的探测与修复，最终形成整周模糊度列表。预处理时，需要将基线观测数据切分为多个解算时段，并在不同的解算时段内，根据系统类型分别进行预处理操作。

S205，根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解。

需要说明的是，预处理完成后，根据预处理的结果，按照系统类型分别组建规则一致的系统双差观测方程，其中方程的未知参数为基线坐标差和预处理阶段得到的整周模糊度列表。然后，根据规则一致的系统双差观测方程，采用最小二乘法生成基线浮动解。

S206，根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。

得到基线浮动解后，提取基线浮动解中的模糊度浮动解和对应的方差阵，采用Lambda算法进行固定，如果固定失败，则剔除最优解与次优解相差最大的模糊度，继续搜索直至固定成功为止。然后将固定的模糊度回代入系统双差观测方程，求出基线固定解。

图3是本发明一种基线向量解算方法的第三实施例流程示意图，包括：

S300，获取接收机采集的所述基线观测数据。

所述基线观测数据的数据类型包括GPS观测数据、GLONASS观测数据、BeiDou观测数据、GALILEO观测数据。

S301，根据所述基线观测数据的数据格式解析所述基线观测数据。

需要说明的是，所述数据格式包括二进制电文格式及Rinex格式。二进制电文格式需要根据对应主板厂商的电文格式进行解析，而Rinex格式则按照标准Rinex格式进行解析。

S302，将经解析后的基线观测数据统一至相同的坐标框架及时间系统。

优选地，可将经解析后的基线观测数据统一至WGS84坐标框架及GPST时间系统，使后续解算工作不需要考虑坐标时间系统的统一问题。

S303，将统一至相同的坐标框架及时间系统的基线观测数据进行存储。

S304，将所述基线观测数据切分为独立的解算时段。

优选地，从开始观测时间开始按照每4个小时为一个解算时段进行切分。

S305，在所述解算时段内，按照系统类型分别选择参考卫星。

所述系统类型包括GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统。

例如，若将基线观测数据切分为两个解算时段，分别为A时段及B时段。进一步，根据系统类型进一步划分为8个子模块，分别为：A时段的GPS系统，A时段的GLONASS系统、A时段的BeiDou系统、A时段的GALILEO系统、B时段的GPS系统、B时段的GLONASS系统、B时段的BeiDou系统、B时段的GALILEO系统。相应的，针对所述的8个子模块分别选择适合的参考卫星。

S306，在所述解算时段内，按照系统类型分别组建初始双差观测方程。

例如，若将基线观测数据切分为三个解算时段，分别为A时段、B时段及C时段。进一步，根据系统类型进一步划分为12个子模块，分别为：A时段的GPS系统，A时段的GLONASS系统、A时段的BeiDou系统、A时段的GALILEO系统、B时段的GPS系统、B时段的GLONASS系统、B时段的BeiDou系统、B时段的GALILEO系统、C时段的GPS系统，C时段的GLONASS系统、C时段的BeiDou系统、C时段的GALILEO系统。相应的，针对所述的12个子模块所选择的参考卫星分别组建初始双差观测方程。

S307，在所述解算时段内，按照系统类型分别进行周跳探测及修复，生成整周模糊度列表。

根据已组建的初始双差观测方程，分别进行周跳探测及修复，根据修复结果组合生成整周模糊度列表。

S308，根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解。

需要说明的是，预处理完成后，根据整周模糊度列表，按照系统类型分别组建规则一致的系统双差观测方程，其中方程的未知参数为基线坐标差和预处理阶段得到的整周模糊度列表。然后，根据规则一致的系统双差观测方程，采用最小二乘法生成基线浮动解。

S309，根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。

得到基线浮动解后，提取基线浮动解中的模糊度浮动解和对应的方差阵，采用Lambda算法进行固定，如果固定失败，则剔除最优解与次优解相差最大的模糊度，继续搜索直至固定成功为止。然后将固定的模糊度回代入系统双差观测方程，求出基线固定解。

图4是本发明一种基线向量解算方法的第四实施例流程示意图，包括：

S400，获取接收机采集的所述基线观测数据。

所述基线观测数据的数据类型包括GPS观测数据、GLONASS观测数据、BeiDou观测数据、GALILEO观测数据。

S401，根据所述基线观测数据的数据格式解析所述基线观测数据。

需要说明的是，所述数据格式包括二进制电文格式及Rinex格式。二进制电文格式需要根据对应主板厂商的电文格式进行解析，而Rinex格式则按照标准Rinex格式进行解析。

S402，将经解析后的基线观测数据统一至相同的坐标框架及时间系统。

优选地，可将经解析后的基线观测数据统一至WGS84坐标框架及GPST时间系统，使后续解算工作不需要考虑坐标时间系统的统一问题。

S403，将统一至相同的坐标框架及时间系统的基线观测数据进行存储。

S404，将所述基线观测数据切分为独立的解算时段。

优选地，从开始观测时间开始按照每4个小时为一个解算时段进行切分。

S405，在所述解算时段内，按照系统类型分别选择参考卫星。

所述系统类型包括GPS系统、GLONASS系统、BeiDou系统、GALILEO系统。

S406，在所述解算时段内，按照系统类型分别组建初始双差观测方程。

例如，若将基线观测数据切分为三个解算时段，分别为A时段、B时段及C时段。进一步，根据系统类型进一步划分为12个子模块，分别为：A时段的GPS系统，A时段的GLONASS系统、A时段的BeiDou系统、A时段的GALILEO系统、B时段的GPS系统、B时段的GLONASS系统、B时段的BeiDou系统、B时段的GALILEO系统、C时段的GPS系统，C时段的GLONASS系统、C时段的BeiDou系统、C时段的GALILEO系统。相应的，针对所述的12个子模块分别适合的参考卫星，根据所选参考卫星分别组建初始双差观测方程。

S407，根据所述初始双差观测方程进行周跳探测。

S408，判断所述周跳能否修复。判断为是时，修复所述周跳，生成整周模糊度。判断为否时，生成外引整周模糊度。

S409，将所述整周模糊度及外引整周模糊度组合成整周模糊度列表。

S410，根据所述预处理的结果，按照所述系统类型分别建立规则一致的系统双差观测方程，生成基线浮动解。

预处理完成后，根据整周模糊度列表，按照系统类型分别组建规则一致的系统双差观测方程，其中方程的未知参数为基线坐标差和预处理阶段得到的整周模糊度列表。然后，根据规则一致的系统双差观测方程，可统一进行处理，采用最小二乘法生成基线浮动解。

需要说明的是，在进行观测数据的存储、选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳探测与修复等运算时都是分别根据不同的系统类型或解算时段独立进行，各系统之间没有关联，直至最终求解基线浮动解时才根据统一的参数列表构成方程，按照最小二乘法进行组合解算。

S411，根据所述基线浮动解固定模糊度，生成基线固定解。

得到基线浮动解后，提取基线浮动解中的模糊度浮动解和对应的方差阵，采用Lambda算法进行固定，如果固定失败，则剔除最优解与次优解相差最大的模糊度，继续搜索直至固定成功为止。然后将固定的模糊度回代入系统双差观测方程，求出基线固定解。

由上可知，将BeiDou系统的基线观测数据参与至基线向量组合解算的过程中，实现了GPS、GLONASS、BeiDou、GALILEO多系统组合基线向量解算。BeiDou数据的使用增加了基线向量解算所需要的冗余信息量，在GPS及GLONASS卫星数量偏少的情况下，能够显著提高基线解算质量。在基线向量解算过程中采用先分系统独立处理，再多系统组合解算的方式，在进行观测数据存储、选择参考卫星、组建初始双差观测方程、周跳探测与修复等运算时都是分系统独立进行，直至求解基线浮动解时才根据统一的整周模糊度列表构成方程进行组合解算。在分系统独立的处理时，遵循统一的运算规则。存储基线观测数据时，三系统的坐标时间系统均统一相同的坐标系统和时间系统，使得后续解算工作不需要考虑坐标时间系统的统一问题。在组建系统双差观测方程时，将GLONASS系统数据进过特殊处理，使得三系统的系统双差观测方程遵循统一的运算规则。由于整个系统基线解算过程中将每个系统作为一个独立的子模块进行处理，最后再组合成整体。因此，可任意选择不同的系统进行组合，实现方法不需要任何的改变。在解算过程中流程清晰、易于实现，稳定可靠，适合于按照不同的导航系统组合方式进行解算。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。