[发明专利]一种基于机载嵌入式平台的短基线RTK定位方法

说明书

本发明公开了一种基于机载嵌入式平台的短基线RTK定位方法。本发明主要硬件组成为基准站接收机，基准站发射电台，机载接收机，机载接收电台。本发明通过构造补偿对流层延时的载波相位双差方程，消弱了对流层延时高度敏感特性对RTK定位的影响，提高了机载平台高空环境下载波相位双差模糊度固定率。通过对Lambda算法深入研究，采用一种免平方根运算的L^TDL分解方法，使得模糊度协方差矩阵的分解运算复杂度更小，更加有利于嵌入式这种运算能力不是很强的平台。该发明提升了短基线RTK在机载平台的可用性，并且减少了Lambda的运算复杂度。

技术领域

本发明属于卫星导航领域，涉及短基线实时载波相位差分定位算法及其在机载嵌入式平台的实现，具体阐述了补偿对流程延时的双差观测方程建立方法，优化运算复杂度的Lambda算法。

背景技术

随着技术的发展，卫星导航成为举足轻重的一种定位方法。各大国均在该领域投入大量的人力物力，包括中国建设的北斗三号系统已经在2018年底向全球提供位置服务。根据不同的精度需求，卫星导航定位方法包括单点定位，精密单点定位，伪距差分定位，实时载波相位差分(RTK)定位，网络RTK，广域差分定位等等。RTK定位基于基准站与流动站之间误差项的高度相关性，通过Lambda算法求解载波相位双差模糊度，进而可以获取厘米级的基线向量精度。

依据基本导航原理，伪距观测方程和载波相位观测方程如下：

ρ＝r+c(δt_u-δt^s)+I+T+ε_ρ

φ＝λ^-1[r+c(δt_u-δt^s)-I+T]+N+ε_φ

其中ρ表示伪距，φ表示载波相位，λ表示载波波长，r表示卫星和用户之间真实位置，c表示光速，δt_u表示用户本地钟差，δt^s表示卫星钟差，I表示电离层延时，T表示对流层延时，N表示载波相位整周模糊度，ε_ρ表示伪距观测噪声，ε_φ表示载波相位观测噪声。常规RTK定位方法依据基准站和流动站之间用户本地钟差、卫星钟差，电离层误差，对流程误差在双差方程中的高度相关性得到如下双差观测方程：

其中λ表示载波波长，下标r和u分别表示基准站和流动站，上标i和j表示不同的卫星号，表示伪距双差测量值，表示站星距双差，表示伪距双差噪声，表示载波相位双差观测值，表示载波相位双差模糊度，表示载波相位双差噪声。然后利用Lambda算法求解载波相位双差模糊度就可以获得厘米级精度的基线向量。然而对流层延时是对高程敏感的，机载平台流动站与地面基准站高程一般相差较大，对流层延时将不再具有高度相关性，这将导致后面采用Lambda算法无法固定载波相位双差模糊度，进而无法求得固定解。

Lambda为求解载波相位双差模糊度的经典算法，最早由荷兰Delft大学Teuniessen教授提出。Lambda算法主要包括如下3个步骤：

1)采用最小二乘法求解如上双差观测方程的基线向量和载波相位双差模糊度的浮点解。

2)通过整数高斯变换(Z变换)，降低模糊度的相关性，改善模糊度搜索空间。

3)在变换后的搜索空间搜索最优模糊度整数解，然后通过逆变换(Z^T)^-1将变换空间模糊度转换为原始模糊度，进而可以求得高精度的基线向量。

步骤2中采用的去相关的Z变换，是Lambda算法的关键，使得模糊度的搜索速度更快，固定率更高。本发明采用一种无平方根运算的L^TDL分解方法，进一步降低Z变换的运算复杂度，更有利于嵌入式平台实现。

发明内容