一种相对定位装置及其载波整周模糊度解算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种卫星导航相对定位装置及其整周模糊度解算方法，属于卫星导航 载波相位高精度相对定位领域。
【背景技术】
[0002] 卫星导航的发展趋势表明，动态定位将比静态定位具有更加广阔的应用天地。高 精度卫星导航动态相对定位采用载波相位测量技术，其关键在于整周模糊度的正确解算。 整周模糊度的求解通常采用双差法，其优点是接收机间求一次差，可以消除卫星钟差及星 历误差的影响，减少对流层和电离层折射的影响，尤其当基线较短时效果更加明显。然而， 相对于同一个历元内的原始观测数据而言，在接收机和卫星之间求双差后，各个观测量之 间不再是相互独立的，这样容易造成整周模糊度求解的不稳定性。因此，模糊度的去相关成 为模糊度求解的核心部分。目前，常用的算法有快速模糊度确定法(FAST)、模糊度函数法、 最小二乘搜索法、最小二乘模糊度降相关平方差法(LAMBDA)。这些方法中，FAST是一种特殊 的连续递归算法，其搜索时间过长，很难进行实时运算;模糊度函数法求解模糊度不便于研 究解的统计性质；整数最小二乘方法是应用整数最小二乘原理来求取模糊度的整数估值 的。为了提高整数最小二乘方法的搜索速度，最小二乘模糊度降相关平差LAMBDA算法是通 过对模糊度浮点解及其协方差阵做整数变换，降低模糊度间的相关性，缩小了模糊度的搜 索空间，可以大大缩短搜索时间的一种模糊度搜索方法。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种针对相对定位中的整周模糊度快速搜 索的解算方法，基于LAMBDA方法，在解算出模糊度的浮点解后，通过联合降相关算法，有效 降低变量间的相关性，增加了搜索和解算速度，快速实现高精度相对定位，保证了系统的实 时性和可用性。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种载波相位差分相对定位装置， 包括基准站和移动站;所述的基准站包括一个卫导天线、一台卫星导航接收机、一台数据收 发设备，卫星导航接收机通过卫导天线接收卫星导航原始观测数据，并通过数据收发设备 实时传送到移动站;所述的移动站包括一个卫导天线、一台卫星导航接收机、一台数据收 发设备以及综合信息处理模块，卫星导航接收机通过卫导天线接收卫星导航原始观测数 据，数据收发设备接收基准站发出的卫星导航原始观测数据，综合信息处理模块将数据收 发设备接收的卫星导航原始观测数据与卫星导航接收机输出的卫导原始观测数据进行粗 差处理，完成载波相位的周跳检测和修复，通过载波相位双差处理建立双差观测方程，实现 整周模糊度的解算并输出相对定位信息。
[0005] 本发明还提供一种上述的整周模糊度解算方法，包括以下步骤：
[0006] (1)基准站和移动站的卫星导航接收机分别接收卫星导航原始观测数据，包括时 间、卫星号、伪距信息、载波相位信息的卫星星历；基准站将卫星导航原始观测数据送入数 据收发设备，移动站将卫星导航原始观测数据直接送入综合信息处理模块；
[0007] (2)基准站的数据收发设备将卫星导航原始观测数据按照RTCM格式发送给移动 站，移动站的数据收发设备接收卫星导航原始观测数据后送入综合信息处理模块；
[0008] (3)综合信息处理模块对卫星导航接收机和数据收发设备送入的卫星导航原始观 测数据进行周跳探测和修复；
[0009] (4)将完成周跳探测和修复的卫星导航接收机和数据收发设备送入的卫星导航原 始观测数据形成双差方程;采用最小二乘法，对双差方程进行求解，解算出模糊度的浮点 解；
[0010] (5)以整周模糊度变量a构建的目标函
设置搜索空间为一 个多维的椭球区域，中心在f，椭球形状由协方差矩阵α控制，大小由所选择的常量X2控 制；
[0011] (6)采用联合降相关法变换搜索空间；
[0012] (7)确定搜索空间的大小；
[0013] (8)求得模糊度集合兩，<…,?的值，并将每一个代入求出最大值 和最小值，如果最大值与最小值的比值大于3，则0-δ)τ0^ -S):最大值对应i即为最佳解； 否则返回步骤(1)。
[0014] 本发明的有益效果是:能够实时高精度地测量分别装有基准站和移动站的两个载 体间的相对位置和速度信息，位置精度达到厘米级。由于发送数据采用RTCM格式，对数据链 路的资源需求小，可以有效提高数据发送的频率。本发明提供的相对定位装置及其整周模 糊度解算方法能够有效地由于飞机着陆、着舰和编队飞行，提供可靠有效地保障。
【附图说明】
[0015] 图1是相对定位装置组成框图；
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0017] 本发明主要包括以下几方面的内容：
[0018] (一)载波相位差分相对定位装置
[0019] 高精度卫星导航相对定位采用载波相位测量技术，相对定位装置由基准站和移动 站组成。基准站将卫星导航原始观测数据实时传送到移动站，由一个卫导天线、一台卫星导 航接收机以及一台数据收发设备组成;移动站接收基准站的发送数据并进行数据的粗差处 理、周跳检测和修复、载波相位双差和整周模糊度的求解，由一个卫导天线、一台卫星导航 接收机、一台数据收发设备以及综合信息处理模块组成。基准站和移动站的卫星导航原始 观测数据采用相同时间的历元的原始观测量做双差，构建载波相位双差观测方程，实现整 周模糊度的求解。通过载波相位双差可削弱甚至消除轨道误差、钟差和大气误差的影响，进 行实时数据处理，从而实时确定基准站和移动站的相对位置和速度。
[0020] 卫导天线:接收导航信号。采用抗干扰天线，提高抗干扰能力，增大信噪比。
[0021] 卫星导航接收机:对接收到的信号进行捕获跟踪，采用码相关进行时间对齐，并对 导航信号中的电文进行解析，输出各卫星的星历和观测量。
[0022] 综合信息处理模块:将基准站和移动站解析出的原始观测数据进行粗差处理、完 成载波相位的周跳检测和修复，保证观测数据的有效性和可靠性;通过载波相位双差处理 建立双差观测方程，实现整周模糊度的解算并输出相对定位信息，。
[0023] 数据收发设备:基准站的数据收发设备将基准站接收机的输出观测量按照载波相 位双差的数据格式(RTCM)，通过数据收发设备发送给移动站，移动站的数据收发设备接收 基准站的原始观测信息并与本站的卫导原始观测量做双差，削弱甚至消除电离层误差、对 流层误差、接收机钟差和卫星钟差的影响。
[0024]相对位置显示单元:移动站中的综合信息处理模块将解算出基准站和移动站的相 对位置信息，并送到显示单元进行显示。
[0025](二)整周模糊度解算方法
[0026]在利用卫星信号载波相位进行相对定位解算时，为了获得高精度，必须对原始观 测数据的载波整周模糊度进行解算，因此，整周模糊度解算是载波相对定位技术中的一个 关键问题。
[0027]由于卫星导航信号结构的限制，在相位观测量中总包含着一个未知的初始相位整 周数。动态精密定位中，整周模糊度一般在模糊度域进行搜索确定。首先要确定初始解，即 利用伪距和载波相位观测信息经联合平差得到模糊度初值，又称浮点解。一般采用在某一 空间进行搜索的方法得到模糊度整周解。
[0028]本发明中选择卫星导航数据中的时间作为相对定位处理的参考基准时间。本发明 提供的相对定位装置按照步骤(1)至步骤(8)的顺序循环运行，具体步骤如下：
[0029] (1)卫导接收机对对卫星导航数据的接收，观测数据包括时间、卫星号