一种多天线超短基线定位监测方法、装置及存储介质与流程

本发明主要涉及卫星定位处理技术领域，具体涉及一种多天线超短基线定位监测方法、装置及存储介质。

背景技术：

目前，形变监测装置多采用事后差分解算或者采用单天线rtk解算，采用事后差分解算可利用igs发布的误差信息，虽然能提高一些误差修正，但通常需要较长的等待时间，事后差分解算或者采用单天线rtk解算不利于对形变的实时监测，对于滑坡等地质形变灾害来说实时性难以满足，且事后差分解算所能监测的区域较小，只能针对天线所在点或很小区域进行监测，不便于监测信息收集和处理。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多天线超短基线定位监测方法、装置及存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种多天线超短基线定位监测方法，包括如下步骤：

通过预先部署的多个接收机接收卫星信号，根据芯片输出协议将各个接收机接收的卫星信号进行解析，得到各个接收机对应的所在天线位置观测数据，将任意一个接收机作为基准站，所述基准站的所在天线位置观测数据作为原始观测数据；

在相邻两个观测时间点分别根据所述原始观测数据得到所述基准站的相邻两个载波相位差分改正数和相邻两个伪距差分改正数；

计算相邻两个观测时间点之间的间隔时间，根据所述相邻两个载波相位差分改正数以及所述间隔时间得到载波相位差分改正数变化率，并根据所述相邻两个伪距差分改正数以及所述间隔时间得到伪距差分改正数变化率；

根据所述载波相位差分改正数变化率和所述伪距差分改正数变化率得到共同观测卫星改正数；

根据所述共同观测卫星改正数和各接收机对应的所在天线位置观测数据分别得到各个接收机的天线坐标；

根据所述各个接收机的天线坐标对目标点进行定位监测。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种多天线超短基线定位监测装置，包括：

信号解析模块，用于通过预先部署的多个接收机接收卫星信号，根据芯片输出协议将各个接收机接收的卫星信号进行解析，得到各个接收机对应的所在天线位置观测数据，将任意一个接收机作为基准站，所述基准站的所在天线位置观测数据作为原始观测数据；

处理模块，用于在相邻两个观测时间点分别根据所述原始观测数据得到所述基准站的相邻两个载波相位差分改正数和相邻两个伪距差分改正数；

计算相邻两个观测时间点之间的间隔时间，根据所述相邻两个载波相位差分改正数以及所述间隔时间得到载波相位差分改正数变化率，并根据所述相邻两个伪距差分改正数以及所述间隔时间得到伪距差分改正数变化率；

根据所述载波相位差分改正数变化率和伪距差分改正数变化率得到共同观测卫星改正数；

根据所述共同观测卫星改正数和各接收机对应的所在天线位置观测数据分别得到各个接收机的天线坐标；

监测模块，用于根据所述各个接收机的天线坐标对目标点进行定位监测。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种多天线超短基线定位监测装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的嵌入式程序，当所述处理器执行所述嵌入式程序时，实现如上所述的多天线超短基线定位监测方法。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的多天线超短基线定位监测方法。

本发明的有益效果是：在不同方位部署多个接收机，将任意一个接收机作为基准站，能够快速地切换基准站，通过基准站的定位信息得到载波相位差分改正数，即得到接收机间相对位置，从而确定多个接收机的天线坐标，通过多个天线坐标对目标点进行定位监测，达到相互监测目的，监测的范围较大，降低成本，便于监测信息收集和处理。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多天线超短基线定位监测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的多天线超短基线定位监测装置的模块框图；

图3为本发明实施例提供的多个接收机的布局图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种多天线超短基线形变监测方法，包括如下步骤：

通过预先部署的多个接收机接收卫星信号，根据芯片输出协议将各个接收机接收的卫星信号进行解析，得到各个接收机对应的所在天线位置观测数据，将任意一个接收机作为基准站，所述基准站的所在天线位置观测数据作为原始观测数据；

在相邻两个观测时间点分别根据所述原始观测数据得到所述基准站的相邻两个载波相位差分改正数和相邻两个伪距差分改正数；

计算相邻两个观测时间点之间的间隔时间，根据所述相邻两个载波相位差分改正数以及所述间隔时间得到载波相位差分改正数变化率，并根据所述相邻两个伪距差分改正数以及所述间隔时间得到伪距差分改正数变化率；

根据所述载波相位差分改正数变化率和所述伪距差分改正数变化率得到共同观测卫星改正数；

根据所述共同观测卫星改正数和各接收机对应的所在天线位置观测数据分别得到各个接收机的天线坐标；

根据所述各个接收机的天线坐标对目标点进行定位监测。

具体地，所述接收机上设有天线(gnss天线)，天线和接收机是通过信号线连接。多个接收机同时挂载在cpu上，因此解算的位置是天线所在位置，形成的监测是对天线所在位置的。原始观测数据包括观测文件、星历文件、载波相位、伪距、多普勒等观测值。

应理解地，天线位置观测数据与接收机观测数据其实是同一种数据，但该数据解算出来的位置是天线所在位置即天线坐标。

上述实施例中，在不同方位部署多个接收机，将任意一个接收机作为基准站，能够快速地切换基准站，通过基准站的定位信息得到载波相位差分改正数，即得到接收机间相对位置，从而确定多个接收机的天线坐标，通过多个天线坐标对目标点进行定位监测，达到相互监测目的，监测的范围较大，降低成本，便于监测信息收集和处理。

可选地，作为本发明的一个实施例，所述得到所述基准站的相邻两个载波相位差分改正数和相邻两个伪距差分改正数的过程包括：

在相邻两个观测时间点分别得到所述基准站的第一原始观测数据和第二原始观测数据；

根据所述第一原始观测数据得到第一载波相位观测值和第一伪距观测值，根据所述第二原始观测数据得到第二载波相位观测值和第二伪距观测值；

从igs情报采集系统中获取精密星历数据和误差改正数据，根据精密单点定位法、获取的所述精密星历数据和所述误差改正数据以及各个接收机的所在天线位置观测数据，对所述各个接收机进行位置标定，得到所述各个接收机的标定数据；

根据所述各个接收机的标定数据分别对所述第一载波相位观测值、所述第一伪距观测值、所述第二载波相位观测值和所述第二伪距观测值进行解算，分别得到第一载波相位差分改正数、第二伪距差分改正数、第二载波相位差分改正数和第二伪距差分改正数，其中，所述第一载波相位差分改正数和第二载波相位差分改正数为所述相邻两个载波相位差分改正数，所述第二载波相位差分改正数和第二载波相位差分改正数为所述相邻两个伪距差分改正数。

具体地，利用原始观测数据中的基准站精确位置来得到载波相位观测值和伪距观测值。

上述实施例中，由于互差分需要不同天线的精确位置，因此在布置天线后需要对每个天线位置进行精密单点定位(precisepointpositioning,ppp)，利用其中一台接收机(gnss)的载波相位观测值和伪距观测值，采用高精度的卫星轨道和钟差产品，并通过模型改正或参数估计的方法精细考虑与卫星端、信号传播路径及接收机端有关误差对定位的影响，实现高精度定位。

可选地，作为本发明的一个实施例，所述根据所述相邻两个载波相位差分改正数以及所述间隔时间得到载波相位差分改正数变化率的过程包括：

将所述相邻两个载波相位差分改正数进行差值计算，得到载波相位数值差值；

将所述载波相位数值差值与所述间隔时间进行比值计算，得到载波相位差分改正数变化率；

所述根据所述相邻两个伪距差分改正数以及所述间隔时间得到伪距差分改正数变化率的过程包括：

将所述相邻两个伪距差分改正数进行差值计算，得到伪距相位数值差值；

将所述伪距相位数值差值与所述间隔时间进行比值计算，得到伪距相位差分改正数变化率。

上述实施例中，还包括如下步骤：

对卫星钟差进行修正。

在对载波相位观测值进行伪距平滑滤波处理前还包括载波相位观测值进行载波相位周跳探测及修复。

具体地，计算所述基准站和所述卫星的站星距离值利用精密坐标算法计算得到。

上述实施例中，伪距观测噪声约为30cm，而相位观测噪声为(1～2)mm，相差两个量级，利用接收机伪距信息，使得载波相位整周模糊度的固定提供一定的收索范围，减小在收索双差整周模糊度时所耗费的cpu资源，能够更有效的实现多接收机的定位解算，有效地提高各个接收机天线观测数据的解算。

上述实施例中，通过平滑滤波处理能够消除伪距噪声，得到相对准确的伪距值，将基准站的观测值与ppp标定位置进行解算，得到差分改正数，差分改正数变化率。通过选择不同接收机作为基准站，实现各监测接收机之间的相对高精度监测定位，达到整个面的形变监测。而且可将此部分接收机作为其他模组的基准站，实现监测站之间的相对监测，防止出现整个面的相变而不能有效监测的困境，实现设备的监测完整性。

可选地，作为本发明的一个实施例，根据所述载波相位差分改正数变化率和伪距差分改正数变化率得到共同观测卫星改正数的过程包括：

将当前观测时间点得到的载波相位差分改正数和伪距差分改正数以及所述载波相位差分改正数变化率和所述伪距差分改正数变化率下发至各个所述接收机中；

依次将各个所述接收机中的载波相位差分改正数变化率和所述伪距差分改正数变化率分别进行观测周及周内秒比对解算，得到解算结果，如果所述解算结果在设定范围内，则采用所述载波相位差分改正数变化率及所述伪距差分改正数变化率，否则舍弃该数据，进行下一轮差分解算；

将得到的所述差值与所述载波相位差分改正数变化率及所述伪距差分改正数变化率相乘，将得到的乘积加上当前观测时间点得到的载波相位差分改正数和伪距差分改正数，得到所有接收机的共同观测卫星改正数。

具体地，在上述执行过程中，根据动静态载波相位差分算法来判断执行过程是否顺利，其过程为：

静态固定：载波相位双差静态算法固定载波整周模糊度。

动态判断：静态情况下根据设置的动态阈值r判断是否进入动态算法。

动态监测：载波相位双差动态算法固定载波整周模糊度。

形变监测：判断是否产生形变。

动态跟踪：利用动态算法跟踪形变。

静态判断：形变终止后根据设置的静态阈值r判断是否进入静态算法，

其中，r为整周模糊度第一最佳解和第二最佳解公式比值，具体公式为

此算法用于实时得形变跟踪，具有跟踪性好，实时性强，精度高等优点。

上述实施例中，通过匹配算法对载波相位差分改正数的误差的公共量进行消除。即对接收的载波相位差分改正数的数据帧进行解析，匹配相同卫星的卫星号，匹配观测周数判断这一帧数据是否在同一个观测周内，匹配观测周内秒是否在同一个观测历元内，综合以上条件得到共同观测卫星改正数。

上述实施例中，对载波相位差分改正数的误差进行消除得到共同观测卫星改正数，能够使各天线实现相对高精度定位。

可选地，作为本发明的一个实施例，在下发所述载波相位差分改正数变化率和所述伪距差分改正数变化率前还包括步骤：

将所述基准站对应的卫星作为各个接收机共同的公共观测卫星；

将各个接收机与所述公共观测卫星的卫星号及卫星系统进行匹配，以确定不同接收机所需的载波相位差分改正数和伪距差分改正数。

可选地，作为本发明的一个实施例，所述根据所述共同观测卫星改正数得到各个接收机的天线坐标的过程包括：

根据第一式进行计算任一接收机的天线坐标，所述第一式为

[x'ky'kz'k]^-1＝[x'sy'sz's]^-1+[δx'δy'δz']^-1，

其中，[x'ky'kz'k]^-1为天线坐标，[x'sy'sz's]^-1为接收机天线所在位置解算坐标，所述接收机天线所在位置解算坐标从接收机对应的所在天线位置观测数据中获得，[δx’δy’δz’]^-1为共同观测卫星改正数，根据解算坐标消除误差。

应理解地，第一式仅表示解算示意，不代表实际解算程序。

上述实施例中是采用相对定位方式进行计算，上式中[δx'δy'δz']^-1分量是准确的，即基准站与观测点站之间的坐标距离(除基准站外其他各接收站为观测点站)，因此，所得观测点站的监测点坐标相对于基准站坐标是严格准确的。接着，切换接收机作为基准站，实现对上一基准站的相对高精度定位。

上述实施例中，能够快速得到各个天线坐标，所得监测点坐标相对于基准站坐标是严格准确的，切换接收机作为基准站，实现对上一基准站的相对高精度定位。

由于在安装设备时需要获取天线所在的绝对、高精度的位置，需要对每个天线进行ppp定位。由于精密星历的延时发布，在后续计算基站站中使用精密单点定位(precisepointpositioning,ppp)技术，提高基准站坐标的精度，使得监测精度进一步提升，可以将观测数据传输到云端服务器，方便安装过后再对任意一接收机(gnss)对应的天线进行定位解算。

防止某一区域整体的偏移形变，可以使用两组多天线短基线监测组件，进行相互监测，即实现组建整体模块化。在实际应用中可视具体情况选择数据链路，如将载波相位差分改正数上传至服务器端，各组监测点访问获取改正数；在短基线情况下使用有线链路，实时获取共同观测卫星改正数，提高监测精度；多检测点情况下采用无线广播方式等等。模块化组建方式使得监测点布置更加便捷，节约成本，有效提高监测精度，使得满足毫米级的微变监测功能。

图2为本发明实施例提供的监测装置的模块框图。

可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，一种多天线超短基线形变监测装置，包括：

信号解析模块，用于通过预先部署的多个接收机接收卫星信号，根据芯片输出协议将各个接收机接收的卫星信号进行解析，得到各个接收机对应的所在天线位置观测数据，将任意一个接收机作为基准站，所述基准站的所在天线位置观测数据作为原始观测数据；

处理模块，用于在相邻两个观测时间点分别根据所述原始观测数据得到所述基准站的相邻两个载波相位差分改正数和相邻两个伪距差分改正数；

计算相邻两个观测时间点之间的间隔时间，根据所述相邻两个载波相位差分改正数以及所述间隔时间得到载波相位差分改正数变化率，并根据所述相邻两个伪距差分改正数以及所述间隔时间得到伪距差分改正数变化率；

根据所述载波相位差分改正数变化率和伪距差分改正数变化率得到共同观测卫星改正数；

根据所述共同观测卫星改正数和各接收机对应的所在天线位置观测数据分别得到各个接收机的天线坐标；

监测模块，用于根据所述各个接收机的天线坐标对目标点进行定位监测。

如图3所示，各个接收机通过处理模块与服务器端连接，将处理的定位监测数据上传至服务器或保存在存储介质中。所述信号解析模块根据芯片输出协议将所述基准站的卫星信号进行解析，处理模块与接收机的通讯方式可为串口通信、i2c通信、spi通信，可减小对处理器硬件接口的要求。将得到所述基准站的原始观测数据传输至处理模块中，进行下一步解算处理，包括卫星匹配，差分解算定位，然后得到定位监测数据，该数据上传至服务器或保存在本地。由于差分改正数的大小会随着时间的推移而变化，而且监测站和基准站并不一定会在同一时刻对卫星信号进行观测，因此基准站需要将所有观测卫星数据计算上传服务器，将计算得到差分改正数及其变化率，进行相应的数据帧编码转化为二进制进行本地存储方便后续其他接收机数据差分解算。

根据所述各个接收机的天线坐标对目标点进行定位监测，具体为：确定各个接收机的天线坐标后，目标点向各个接收机发送目标信号，各个接收机通过天线坐标对该目标信号进行定位，从而得到目标点的定位信息。

可选地，作为本发明的另一个实施例，一种多天线超短基线形变监测装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的嵌入式程序，当所述处理器执行所述嵌入式程序时，实现如上所述的多天线超短基线形变监测方法。

可选地，作为本发明的另一个实施例，一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的多天线超短基线定位监测方法。

将嵌入式程序解算结果储存，原始观测数据储存，用于其他定位分析及保存。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个嵌入式可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该嵌入式软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台嵌入式设备(可以是个人嵌入式，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。