一种动态单点定位精度的测试方法及终端与流程

本发明涉及定位精度测试领域，尤其涉及一种动态单点定位精度的测试方法及终端。

背景技术：

在定位领域，随着接收机硬件和数据处理技术的发展，低成本、单频、小型化的接收机在导航、测绘、资源调查等领域得到广泛应用。单点定位技术因其简单的运算和独立的解算被广泛用于车船等导航领域。对于静态单点定位的精度评价，精度评价所需的高精度基准值并不难获取。因此，已有许多研究者对静态单点定位精度进行了评价。而对于动态定位，接收机通常安置在运动载体(如汽车、飞机、船舶等)上，运动载体的真实轨迹难以精确测定，因此，运动状态下接收机的精度评价一直备受人们的关注。

在接收机产品研制的不同阶段(如芯片、解算算法、整机)，需要进行多次的针对性的精度测试。当前，接收机的动态定位精度主要用信号模拟器进行测试，北斗/全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem，gnss)信号模拟器性能要求及测试方法的标准也于2015年11月开始实施。根据测试需求的不同，市场上对应地形成了从高端到低端的不同类型的模拟器产品，如支持多频多模的卫星信号模拟器，其价格高达上百万元。然而，对大多从事接收机硬件、软件研发的从业人员来说，信号模拟器是一笔不小的投入，甚至没有信号模拟器。基于此，本案设计了一种导航型接收机动态单点定位精度测试方法及装置，不仅降低了接收机动态测试的成本投入，还可用实际卫星信号灵活的对接收机进行测试。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种动态单点定位精度的测试方法及终端，能够减低接收机动态单点定位精度的测试成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种动态单点定位精度的测试方法，包括步骤：

s1、安装基站接收机，确定所述基站接收机的精确位置；

s2、在移动载体上安装待测接收机和高等级接收机，所述待测接收机为单点定位接收机，所述高等级接收机为rtk接收机；

s3、控制所述运动载体按照预设的规划路径进行移动，在运动载体移动过程中接收所述基站接收机发送的差分数据，并将所述差分数据转发给高等级接收机；

s4、接收所述待测接收机进行单点定位解算得到的第一定位结果和所述高等级接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第二定位结果，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：

一种动态单点定位精度的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、确定安装的基站接收机的精确位置；

s2、控制运动载体按照预设的规划路径进行移动，所述运动载体上安装待测接收机和高等级接收机，所述待测接收机为单点定位接收机，所述高等级接收机为rtk接收机；

s3、在运动载体移动过程中接收所述基站接收机发送的差分数据，并将所述差分数据转发给所述高等级接收机；

s4、接收所述待测接收机进行单点定位解算得到的第一定位结果和所述高等级接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第二定位结果，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

本发明的有益效果在于：将待测的单点定位接收机和用于比对的rtk接收机安装在同一移动载体上，将基站的差分数据转发给rtk接收机，将待测的单点定位接收机的定位结果跟rtk接收机基于基站差分数据解算出的定位结果进行比对，从而确定待测接收机的动态单点定位的精度；仅需要一台经检定过的rtk接收机便可完成测试，最大限度地缩减了测试成本，并且可以根据接收机实际接收的卫星信号在真实的动态环境中进行测试，测试准确度高；同时能够保存测试过程中的各类数据，为定位算法研发过程中问题查找、算法优化等提供数据支撑。

附图说明

图1为本发明实施例的一种动态单点定位精度的测试方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例的一种动态单点定位精度的测试终端的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种动态单点定位精度的测试系统的硬件结构示意图；

图4为本发明实施例的规划路径的示意图；

图5为本发明实施例的爬升状态下待测接收机和高等级接收机的定位结果差值分布示意图；

图6为本发明实施例的直线飞行状态下待测接收机和高等级接收机的定位结果差值分布示意图；

图7为本发明实施例的曲线飞行状态下待测接收机和高等级接收机的定位结果差值分布示意图；

图8为本发明实施例的降落状态下待测接收机和高等级接收机的定位结果差值分布示意图；

标号说明：

1、一种动态单点定位精度的测试终端；2、存储器；3、处理器。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种动态单点定位精度的测试方法，包括步骤：

s1、安装基站接收机，确定所述基站接收机的精确位置；

s2、在运动载体上安装待测接收机和高等级接收机，所述待测接收机为单点定位接收机，所述高等级接收机为rtk接收机；

s3、控制所述运动载体按照预设的规划路径进行移动，在运动载体移动过程中接收所述基站接收机发送的差分数据，并将所述差分数据转发给高等级接收机；

s4、接收所述待测接收机进行单点定位解算得到的第一定位结果和所述高等级接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第二定位结果，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：将待测的单点定位接收机和用于比对的rtk接收机安装在同一移动载体上，将基站的差分数据转发给rtk接收机，将待测的单点定位接收机的定位结果跟rtk接收机基于基站差分数据解算出的定位结果进行比对，从而确定待测接收机的动态单点定位的精度；仅需要一台经检定过的rtk接收机便可完成测试，最大限度地缩减了测试成本，并且可以根据接收机实际接收的卫星信号在真实的动态环境中进行测试，测试准确度高；同时能够保存测试过程中的各类数据，为定位算法研发过程中问题查找、算法优化等提供数据支撑。

进一步的，所述步骤s1还包括：

配置所述基站接收机的数据采集类型和差分数据类型；

所述步骤s2还包括：

配置所述待测接收机和高等级接收机的采样间隔和截止高度角；

配置所述待测接收机和高等级接收机的观测量及星历输出类型；

配置所述待测接收机的单点定位解算参数和高等级接收机的rtk解算参数。

由上述描述可知，在执行测试之前，对基站接收机、待测接收机和高等级接收机进行配置，保证了后续进行测试的可靠性和有效性。

进一步的，所述步骤s2和s3之间还包步骤：

检查所述基站接收机、待测接收机和高等级接收机的配置是否正确；

检查所述基站接收机和高等级接收机之间的通信链路是否正确；

若均正确，则执行步骤s3。

由上述描述可知，在执行测试之前，先对基站接收机、待测接收机和高等级接收机的相关数据配置以及基站接收机和高等级接收机之间的通信链路进行检测验证，待检测验证均正确后再执行后续的测试，不仅保证了测试的可靠性，也避免了无用测试的进行，节省资源消耗。

进一步的，所述步骤s4中所述根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度包括：

在所述第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解；

根据第一定位结果和第二定位结果中的固定解确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，基于rtk固定解来进行动态单点定位精度测试，进一步提高了测试精度。

进一步的，所述步骤s4中所述根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度包括：

将所述第一定位结果和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值；

根据所述差值确定所述待测接收机和高等级接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向差值的平均值；

根据所述差值和差值的平均值确定待测接收机的单点定位误差的标准差；

根据所述差值的平均值和所述标准差确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，以高等级接收机的rtk结算结果作为参考真值，将其与待测接收机的单点定位结果进行比对，通过差值、差值平均值、标准差综合确定所述待测接收机动态单点定位精度，保证了动态单点定位精度判断的可靠性。

请参照图2，一种动态单点定位精度的测试终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

s1、确定安装的基站接收机的精确位置；

s2、控制运动载体按照预设的规划路径进行移动，所述运动载体上安装待测接收机和高等级接收机，所述待测接收机为单点定位接收机，所述高等级接收机为rtk接收机；

s3、在运动载体移动过程中接收所述基站接收机发送的差分数据，并将所述差分数据转发给所述高等级接收机；

s4、接收所述待测接收机进行单点定位解算得到的第一定位结果和所述高等级接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第二定位结果，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：将待测的单点定位接收机和用于比对的rtk接收机安装在同一运动载体上，将基站的差分数据转发给rtk接收机，将待测的单点定位接收机的定位结果跟rtk接收机基于基站差分数据解算出的定位结果进行比对，从而确定待测接收机的动态单点定位的精度；仅需要一台经检定过的rtk接收机便可完成测试，最大限度地缩减了测试成本，并且可以根据接收机实际接收的卫星信号在真实的动态环境中进行测试，测试准确度高；同时能够保存测试过程中的各类数据，为定位算法研发过程中问题查找、算法优化等提供数据支撑。

进一步的，所述步骤s1还包括：

配置所述基站接收机的数据采集类型和差分数据类型；

所述步骤s2之前还包括：

配置所述待测接收机和高等级接收机的采样间隔和截止高度角；

配置所述待测接收机和高等级接收机的观测量及星历输出类型；

配置所述待测接收机的单点定位解算参数和高等级接收机的rtk解算参数。

由上述描述可知，在执行测试之前，对基站接收机、待测接收机和高等级接收机进行配置，保证了后续进行测试的可靠性和有效性。

进一步的，所述步骤s2之前还包步骤：

检查所述基站接收机、待测接收机和高等级接收机的配置是否正确；

检查所述基站接收机和高等级接收机之间的通信链路是否正确；

若均正确，则执行步骤s2。

由上述描述可知，在执行测试之前，先对基站接收机、待测接收机和高等级接收机的相关数据配置以及基站接收机和高等级接收机之间的通信链路进行检测验证，待检测验证均正确后再执行后续的测试，不仅保证了测试的可靠性，也避免了无用测试的进行，节省资源消耗。

进一步的，所述步骤s4中所述根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度包括：

在所述第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解；

根据第一定位结果和第二定位结果中的固定解确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，基于rtk固定解来进行动态单点定位精度测试，进一步提高了测试精度。

进一步的，所述步骤s4中所述根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度包括：

将所述第一定位结果和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值；

根据所述差值确定所述待测接收机和高等级接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向差值的平均值；

根据所述差值和差值的平均值确定待测接收机的单点定位误差的标准差；

根据所述差值的平均值和所述标准差确定所述待测接收机的动态单点定位精度。

由上述描述可知，以高等级接收机的rtk解算结果作为参考真值，将其与待测接收机的单点定位结果进行比对，通过差值、差值平均值、标准差综合确定所述待测接收机的动态单点定位精度，保证了动态单点定位精度判断的可靠性。

实施例一

请参照图1，一种动态单点定位精度的测试方法，包括步骤：

s1、安装基站接收机，确定所述基站接收机的精确位置；

针对动态单点定位的测试需求，在远离大功率无线电发射源，远离高压输电线，附近无强烈发射卫星信号的物体，点位环视高度角15°以上无障碍物的观测条件下安装基站接收机及天线；

作为一个具体的场景，针对动态单点定位测试需要，在闽江学院广成楼南侧约100米处田径场上安置基站接收机和天线，其中基站接收机和天线为高性能测量型，能够支持多频多系统的卫星数据采集；

还包括：

配置所述基站接收机的数据采集类型和差分数据类型，具体的，配置基站多频接收机的数据采样间隔为5hz，配置基站接收机输出gps/bds/glonass观测量和星历，配置基站接收机向移动端高等级接收机播发的差分数据格式为rtcm3.2，报文类型为msm4，具体内容为1074(gps观测量)、1084(glonass观测量)、1124(bds观测量)、1006(基站三维位置)；

测定基站天线相位中心精确坐标，作为所述基站接收机的精确位置，具体的，通过闽江学院广成楼楼顶单基站(精确坐标已知，位置精度优于±3mm)采用静态相对定位方式测得基站天线相位中心精确坐标，基线长度约为100米，精度为±3mm；

s2、在运动载体上安装待测接收机和高等级接收机，所述待测接收机为单点定位接收机，所述高等级接收机为rtk接收机；

还包括：

配置所述待测接收机和高等级接收机的采样间隔和截止高度角，优选的，采用间隔为5hz，截止高度角位15°；

配置所述待测接收机和高等级接收机的观测量及星历输出类型，具体的，配置待测接收机输出单频观测量及广播星历，高等级接收机输出多频观测量及广播星历；

配置所述待测接收机的单点定位解算参数和高等级接收机的rtk解算参数，具体的，配置待测接收机的单点定位解算模型为动态模型、卫星系统为gps+bds、频率单频、截止高度角为15°、电离层模型为经典的克罗布歇模型(klobuchar)、对流层模型为经典的萨斯塔莫宁模型(saastamoinen)等，进一步的，单点定位解算是根据伪距观测量逐历元独立的解算，所述伪距观测量未经过载波相位平滑；配置高等级接收机的rtk解算模型为动态模型，卫星系统为gps/bds/glonass、频率为多频、截止高度角为15°、电离层模型为无电离层组合模型、对流层模型为萨斯塔莫宁模型等；

s3、控制所述运动载体按照预设的规划路径进行移动，在运动载体移动过程中接收所述基站接收机发送的差分数据，并将所述差分数据转发给高等级接收机；

在执行步骤s3之前，检查所述基站接收机、待测接收机和高等级接收机的配置是否正确；

检查所述基站接收机和高等级接收机之间的通信链路是否正确；

若均正确，则执行步骤s3；

具体的，安置通信器件使得基站接收机与高等级接收机能够通信，具体的，安置数传模块，使得基站接收机能够向高等级接收机发送差分数据，其具体的结构示意图如图3所示；

保存并检查基站接收机观测数据；

保存并检查待测接收机观测数据；

保存并检查高等级接收机观测数据；

保存并检查基站接收机向高等级接收机播发的差分数据类型；

保存并检查待测接收机单点定位结果及高等级接收机rtk定位结果；

在执行路径规划时，选择人流量少的时段，在田径场上空规划航线，如图4所示；

设计无人机飞行的状态为爬升、直线飞行、曲线飞行、降落四种状态；

s4、接收所述待测接收机进行单点定位解算得到的第一定位结果和所述高等级接收机根据所述差分数据进行rtk解算得到的第二定位结果，根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度；

所述根据所述第一定位结果和第二定位结果确定所述待测接收机的动态单点定位精度包括：

在所述第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解；

根据第一定位结果和第二定位结果中的固定解确定所述待测接收机的rtk精度，即在得到的全部定位结果中取高等级接收rtk定位的固定解作为单点定位精度评价的基准值，取待测接收机单点定位结果与高等级接收机rtk固定解进行分析评价；

具体的，将所述第一定位结果和第二定位结果分别转换为站心坐标系定位数据，得到第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果；

rtk算法和单点定位算法解算出的定位结果的坐标为地心地固坐标系，包括空间直角坐标系xyz及大地坐标系blh，其与站心坐标系(enu)的坐标系转换公式如下：

式中，xyz为定位结果在空间直角坐标系下的坐标，blh为定位结果在大地坐标系下的坐标，n为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，enu为定位结果在站心坐标系下的坐标；

确定第一站心坐标系定位结果和第二站心坐标系定位结果之间的差值，即计算各历元待测接收机单点定位结果和高等级接收机rtk固定解在站心坐标系中各方向的差值，计算公式如下：

式中，δei,δni,δui为第i次待测接收机和对比接收机的定位结果在e、n、u方向上的差值(i＝1,2,…，n)；ei,a,ni,a,ui,a为第i次待测接收机的定位结果在e、n、u方向上的分量；ei,b,ni,b,ui,b为第i次高等级接收机的定位结果在e、n、u方向上的分量；

根据所述差值确定所述待测接收机和高等级接收机的定位结果在站心坐标系中各个方向差值的平均值，计算公式如下：

式中，为待测接收机和高等级接收机定位结果在e、n、u方向分量上差值的平均值；

根据所述差值和差值平均值确定待测接收机的单点定位误差的标准差，计算公式如下：

式中，σe,σn,σu为待测接收机和对比接收机在e、n、u方向分量上差值的标准差；

根据所述差值的平均值和所述标准差确定所述待测接收机的动态单点定位精度，其计算公式如下：

式中，me,mn,mu为待测接收机单点定位结果在e、n、u方向分量上定位精度。

实施例二

将上述定位精度的测试方法应用于具体的场景中，选择在闽江学院南侧田径场上进行小型无人机机载实验，其中无人机飞行速度为8m/s,飞行高度约为80米，飞行时间约20分钟。测试时基站精确位置已知，基站与移动站之间的距离优于300米。基站接收机支持多频多模的数据采集及传输，小型无人机上将一台待测接收机和高等级接收机通过功率分配器与一个螺旋天线连接，其中待测接收机用于进行动态单点定位解算，高等级接收机用于进行rtk解算。将待测接收机每个历元的单点定位结果与对应历元的高等级接收机rtk定位结果(固定解)进行比较，得到待测接收机动态单点定位精度。

实验时，作为搭载接收机的小型无人机按照爬升、直线飞行、曲线飞行、降落四种运动状态飞行。四种状态下待测接收机与高等级接收机在e、n、u坐标分量上差值的分布分别如图4、5、6、7所示。分别统计四种状态下待测单频接收机与高等级多频接收机在e、n、u坐标分量上及水平(horizontal，h)、三维(three-dimension，3d)方向上差值的精确度(标准差)和准确度，如表1所示。从测试结果可知，待测接收机的动态单点定位精度优于5m。

表1四种运动状态下待测接收机动态单点定位精度统计(1σ)

实施例三

请参照图2，一种动态单点定位精度的测试终端1，包括存储器2、处理器3及存储在存储器2上并可在所述处理器3上运行的计算机程序，所述处理器3执行所述计算机程序时实现实施例一中的各个步骤。

综上所述，本发明提供的一种动态单点定位精度的测试方法及终端，将待测的单点定位接收机和用于比对的rtk接收机安装在同一运动载体上，将基站的差分数据转发给rtk接收机，将待测的单点定位接收机的定位结果跟rtk接收机基于基站差分数据解算出的定位结果进行比对，从而确定待测接收机的动态单点定位的精度；仅需要一台经检定过的rtk接收机便可完成测试，最大限度地缩减了测试成本，并且可以根据接收机实际接收的卫星信号在真实的动态环境中进行测试，测试准确度高；同时能够保存测试过程中的各类数据，为定位算法研发过程中问题查找、算法优化等提供数据支撑。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。