本发明涉及一种多系统紧组合RTK定位技术，属于GNSS定位与导航技术领域，尤其一种无需考虑参考卫星变换的紧组合RTK定位方法。
背景技术：
RTK技术已经成为主流的定位方式之一，随着GNSS的发展，多系统融合定位新的发展趋势，RTK技术采用双差模型进行解算，传统的RTK技术通常各个系统独立选择参考卫星，形成双差观测方程，即松组合,当某一系统只有一颗共视卫星时，无法形成双差观测方程，观测值利用不充分，如果通过该共视卫星与其它系统之间的参考卫星形成双差观测方程，就可以解决这一问题，即紧组合。相比松组合，紧组合适用场合更广，通过统一不同系统的参考卫星，真正意义上实现了GNSS深度融合，这也是当下GNSS领域的研究热点。
传统RTK观测模型采用双差待估参数进行滤波解算，历元间存在参考卫星选取的问题，基准需要通过参考卫星的变换进行传递，在参考卫星频繁变换的情况下，可能会出现模糊度无法固定的情况，降低定位解的可靠性。如何避免这一问题，提供定位的可靠连续性有着重要的意义。
由于不同系统观测值在接收机端的信号通道存在差异，所以，不同系统之间观测值进行差分时，必须首先处理系统间偏差的问题，GPS和Galileo亦是如此。目前，一些学者已经对各系统接收机端的通道时延作了相关研究，研究结论指出，接收机端的硬件时延在时域变化稳定，并且与接收机品牌和频率相关。基于此特性，我们有望以对长基线中的系统间偏差进行矫正，从而提供冗余观测，加强模型解算的强度。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于解决传统RTK定位中参考卫星变化以及单个系统在某些情况下无法解算造成观测值浪费的问题。
技术方案：本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种无需考虑参考卫星变换的紧组合RTK定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)顾及系统间偏差的观测模型建立：
2)整周模糊度固定。
进一步地，所述步骤1)中，
对于GPS和Galileo系统，在长基线情况下，顾及大气延迟的站间单差观测模型可以表示为
式中，Δ为站间单差算子；L和P分别表示载波和伪距观测值，上标S代表GPS或Galileo卫星；下标r代表基站和流动站的接收机；ρ为站星距；dt站间单差的接收机钟差；λ表示相位观测值波长；b为接收机端的相位延迟，包括初始相位偏差；N为整周模糊度；T和I分别代表对流层和电离层延迟；μ为与频率相关的电离层放大因子；B表示GPS和Galileo在接收机端的伪距硬件延迟；
若参考卫星和非参考卫星均为GPS系统，则在(1)的基础上，进行星间差分可以组成传统的双差观测方程，其中接收机端的伪距/载波硬件偏差可有效消除；假设G1为GPS系统的参考卫星，观测方程如下
式中表示双差算子，上标G表示GPS系统卫星；
c)当非参考卫星属于Galileo系统时，星间差分无法完全消除接收机端的硬件偏差，从而引入了系统间伪距/载波偏差，可以表示为
式中，和分别表示GPS和Galileo系统间伪距和载波偏差，上标E表示Galileo系统卫星；
进一步地，所述步骤2)中，依据步骤1)得到的观测模型，通过Kalman滤波逐历元更新状态参数，由于步骤1)得到的观测模型待估参数均保持站间单差的形式，所以，在进行模糊度固定解时，需将站间单差模糊度转化为双差浮点模糊度，各历元各个频率独自选取各自的参考卫星，逐个频率构造转换矩阵如下
式中，Di为第i频率的转换矩阵，若存在n个频率，则最终的转换矩阵及双差浮点模糊度如下：
式中，NDD和NSD分别表示双差和单差浮点模糊度；
通过协方差传播定律，可以得到双差浮点模糊度的协方差阵如下：
QDD＝D·QSD·DT (6)
得到浮点解和相应的协方差矩阵后，通过降相关最小二乘进行模糊度的搜索和固定。
进一步地，为了避免上述提到的传统模型中参考卫星频繁变化带来的问题，将双差的电离层及模糊度均保留之前站间的形式，并且后续的滤波解算也保持站间单差的形式，具体表示为
式中，M为对流层映射函数；
通过对模型进行重新组合，可以得到待估参数为
式中，Maxsat和numfreq表示总的卫星数目和观测值频率个数；位置参数具体包括流动站坐标，基站与流动站天顶对流层延迟，站间单差的电离层延迟与站间单差的模糊度。
有益效果：本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明提出一种无需考虑参考卫星变换的GPS/Galileo紧组合RTK定位方法，通过将双差电离层和双差模糊度保持为站间单差的形式，并基于相同类型接收机相同频率系统间偏差为0的特性，在长基线中，通过GPS和Galileo重叠频率之间组成差分观测方程，提供了冗余观测信息，提高了模糊度固定的效率及定位的可靠连续性。
2、各历元各频率独立选择参考卫星，无需考虑前面历元的参考卫星是否与当前历元一致，解决了传统双差滤波解算模型中参考卫星频繁变换导致模糊度固定成功率降低的问题。
3、相比于传统系统内部差分，本发明实现了不同GNSS系统系统之间的观测值组合，观测值利用更充分，即实现了真正意义上的GNSS深度融合。通过系统间差分，增加量冗余观测，提高了模型解算的强度，在单一系统观测条件差的情况下，可以通过系统间差分，提高定位的可靠性和连续性。
附图说明
图1为本发明一种无需考虑参考卫星变换的GPS/Galileo紧组合长基线RTK定位方法的实施流程图；
图2为GPS/Galileo在L1/E1频率上的载波系统间偏差时变特性示意图；
图3为GPS/Galileo在L1/E1频率上的伪距系统间偏差时变特性示意图；
图4为GPS/Galileo在L5/E5a频率上的载波系统间偏差时变特性示意图；
图5为GPS/Galileo在L5/E5a频率上的伪距系统间偏差时变特性示意图；
图6为本发明提出的模型模糊度固定成功率效果示意图；
图7为本发明提出的模型与常规模型模糊度首次固定时间对比图；
图8为定位误差在N、E、U三个方向的变化曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些说明仅用于阐述本发明而不限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，对本发明的等价形式及扩展形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
一种无需考虑参考卫星变换的紧组合RTK定位方法，根据基础非差伪距/载波观测方程建立顾及系统间偏差的观测模型，基于系统间偏差与接收机、频率相关，且随时间变化稳定的特性，对其进行提取矫正，通过各自独立选取参考卫星实现单差与双差之间转换与模糊度的固定。
1)建立基于系统间偏差的观测模型：
a)对于GPS和Galileo系统，在长基线情况下，基于大气延迟的站间单差观测模型表示为
式中，Δ为站间单差算子；L和P分别表示载波和伪距观测值，上标S代表GPS或Galileo卫星；下标r代表基站和流动站的接收机；ρ为站星距；dt站间单差的接收机钟差；λ表示相位观测值波长；b为接收机端的相位延迟，包括初始相位偏差；N为整周模糊度；T和I分别代表对流层和电离层延迟；μ为与频率相关的电离层放大因子；B表示GPS和Galileo在接收机端的伪距硬件延迟；
b)若参考卫星和非参考卫星均为GPS系统，则在(1)的基础上，进行星间差分可以组成传统的双差观测方程，其中接收机端的伪距/载波硬件偏差可有效消除；假设G1为GPS系统的参考卫星，观测方程如下
式中表示双差算子，上标G表示GPS系统卫星；
c)当非参考卫星属于Galileo系统时，星间差分无法完全消除接收机端的硬件偏差，从而引入了系统间伪距/载波偏差，可以表示为
式中，和分别表示GPS和Galileo系统间伪距和载波偏差，上标E表示Galileo系统卫星；
d)为了避免上述提到的传统模型中参考卫星频繁变化带来的问题，将双差的电离层及模糊度均保留之前站间的形式，并且后续的滤波解算也保持站间单差的形式，具体表示为
式中，M为对流层映射函数；
通过对模型进行重新组合，可以得到待估参数为
式中，Maxsat和numfreq表示总的卫星数目和观测值频率个数；位置参数具体包括流动站坐标，基站与流动站天顶对流层延迟，站间单差的电离层延迟与站间单差的模糊度；
2)整周模糊度固定：
依据步骤1)得到的观测模型，通过Kalman滤波逐历元更新状态参数，由于步骤1)得到的观测模型待估参数均保持站间单差的形式，所以，在进行模糊度固定解时，需将站间单差模糊度转化为双差浮点模糊度，各历元各个频率独自选取各自的参考卫星，逐个频率构造转换矩阵如下
式中，Di为第i频率的转换矩阵，若存在n个频率，则最终的转换矩阵及双差浮点模糊度如下：
式中，NDD和NSD分别表示双差和单差浮点模糊度；
通过协方差传播定律，可以得到双差浮点模糊度的协方差阵如下：
QDD＝D·QSD·DT (8)
得到浮点解和相应的协方差矩阵后，通过降相关最小二乘进行模糊度的搜索和固定，并采用模糊度紧约束“Fix and Hold”提升固定效果。
本发明采用以上技术方案后，相比于传统模型，由于紧组合方法增加了多余观测，这有利于模糊度的固定，如图6至图7所示，本发明的紧组合在模糊度固定成功率方面更快地达到100％的成功率，并且较大程度缩短了首次固定时间，缩短幅度均超过50％，解决了传统双差滤波解算模型中参考卫星频繁变换导致模糊度固定成功率降低的问题。同时，观测值利用更充分，通过系统间差分，提高了模型解算的强度，对于数百公里长度的基线，依然取得厘米级的定位精度(如图8所示)。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出：在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均视为本发明的保护范围。