一种卫星导航多基准站一致性判决装置及方法与流程

本发明涉及卫星导航领域，具体涉及一种卫星导航多基准站一致性判决装置及方法，应用于航空高精度相对定位领域。

背景技术：

1、基于卫星导航载波相位差分的航空高精度相对定位通过基准站播发观测量和差分信息给流动站进行rtk(real-time kinematic，实时动态定位)解算，获得流动站相对于基准站的厘米级相对定位信息，能够满足全天候航空高精度相对定位要求，该技术对航空高精度相对定位技术的发展有重要作用。

2、基准站播发的观测信息精度直接影响流动站求解的相对位置信息精度，由于航空高精度相对定位中基准站环境复杂多变，常采用多参考基准站冗余装置确保在某些基准站接收机故障的情况下仍然能够提供有效的观测信息。通常采用基于观测量b值的多参考一致性检验方法来检测存在误差较大和接收机故障的观测量并进行隔离，该方法通过对观测量b值是否超过设定阀值进行判断只能够对多基准站中的某些基准站或半数以下基准站观测量故障进行判断，对于影响所有通道的电离层梯度误差也无法检测，且无法对观测量的绝对精度进行判断确定观测量精度是否满足要求。

技术实现思路

1、本发明目的在于：

2、提供一种卫星导航多基准站一致性判决装置及方法，该装置和方法采用多冗余装置，通过基准站间rtk相对定位解算对多基准站的观测量精度及一致性进行评估判断，并对基准站接收机故障进行检测与隔离，确保基准站播发观测量的有效性，在恶劣环境下保障流动站获取准确的基准站观测信息进行高精度相对定位。解决了基于b值法只能够对多基准站中的某些基准站或半数以下基准站观测量故障进行判断，对于影响所有通道的电离层梯度误差也无法检测，且无法对观测量的绝对精度进行判断确定观测量精度是否满足要求的问题。

3、本发明要解决的技术问题在于：

4、提供一种卫星导航多基准站一致性判决装置及方法，在基准站冗余装置模块间相对位置已知的情况下，通过基准站间rtk相对定位解算对多基准站的观测量精度及一致性进行评估判断，并根据判决策略对基准站接收机故障进行检测与隔离，切换装置到相应工作模式。

5、本发明的主要技术方案为：

6、发明一种卫星导航多基准站一致性判决装置(100)及方法，如图1所示，包括第一高精度卫星导航天线(101)、第二高精度卫星导航天线(102)、第三高精度卫星导航天线(103)、主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)、差分处理与完好性检测模块(107)、数据链传输装置(108)、数据链天线(109)和n个串口组成。

7、第一高精度卫星导航天线(101)、第二高精度卫星导航天线(102)、第三高精度卫星导航天线(103)接收bds(北斗导航系统)的b1和b3频点信号，进行弱信号放大滤波处理后分别输出给主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)；

8、主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)通过射频线接收卫星信号，进行射频前端及基带数字信号处理，得到bds的星历以及伪距、载波相位等测量值，并进行单点pvt(position velocity and tim，位置速度时间)解算；

9、主卫导接收模块(104)工作于基准站模式，输出卫星导航观测量和差分信息给第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)和差分处理及完好性检测模块(107)；

10、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)可工作于流动站和基准站模式，作为流动站时能够接收卫星导航观测量和差分信息进行模块间rtk相对定位解算，得到第一高精度卫星导航天线(101)、第二高精度卫星导航天线(102)、第三高精度卫星导航天线(103)间相对距离信息；作为基准站时能够输出自身卫星导航观测量及差分信息给其它备用卫导接收模块和差分处理与完好性监视模块(107)，例如第一备用卫导接收模块(105)作为基准站时输出自身卫星导航观测量给第二备用卫导接收模块(106)和差分处理及完好性检测模块；

11、差分处理及完好性检测模块(107)实时接收第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)rtk算法解算出的第二高精度卫星导航天线(102)、第三高精度卫星导航天线(103)相对与第一高精度卫星导航天线(101)的定位距离信息，以及第二备用卫导接收模块(106)rtk算法解算出的第三高精度卫星导航天线(103)相对与第二高精度卫星导航天线(102)的定位距离信息，并与实际标定的距离值进行比较，作为判断主卫导接收模块工作状态是否正常的依据；

12、差分处理及完好性检测模块(107)接收解算出的天线间距离信息，根据故障判断策略，对卫星导航接收模块故障进行判断；

13、差分处理及完好性检测模块(107)根据相对定位一致性判决结果切换该装置工作模式，分别为正常模式、备用模式1和备用模式2；

14、差分处理及完好性检测模块(107)生成差分信息和主卫导模块的观测量给数据链传输装置(108)，通过数据链天线(109)发送出去。

15、本发明中有以下主要的技术要点：

16、(1)发明一种卫星导航多基准站一致性判决装置(100)。第一高精度卫星导航天线(101)、第二高精度卫星导航天线(102)、第三高精度卫星导航天线(103)通过射频线rf和主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)进行交联传输卫星信号；主卫导接收模块(104)和第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)通过rs232串口进行交联传输卫星导航观测量；主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)和差分处理与完好性检测模块(107)间通过rs232串口进行交联传输卫星导航观测数据或卫导模块rtk算法解算出的相对与基准站的定位结果，且差分处理与完好性检测模块(107)通过rs232传输控制参数给主卫导接收模块(104)、第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)，进行工作模式切换；差分处理与完好性检测模块(107)和数据链传输装置(108)间通过以太网进行交联传输最终观测数据，并通过数据链天线(109)发送出。

17、(2)基于rtk解算结果与标定距离一致性对比结果判断基准站观测精度及可用性。例如，为判断主卫导接收模块(104)作为基准站时观测数据是否可用，第一备用卫导接收模块(105)、第二备用卫导接收模块(106)接收主卫导接收模块(104)的观测数据进行rtk算法解算，得到相对主卫导接收模块(104)基准站的基线长度，将求解结果传输给差分处理及完好性检测模块(107)，通过与实际标定的真实基线长度进行比较(例如相对误差在1ppm(cm)以内时判定观测数据精度合格，观测量不存在故障，可以使用；反之不合格，并进行故障辨识与统计)，根据相对定位一致性判决结果切换该装置工作模式。解决了基于b值法只能够对多基准站中的某些基准站或半数以下基准站观测量故障进行判断，对于影响所有通道的电离层梯度误差也无法检测，且无法对观测量的绝对精度进行判断确定观测量精度是否满足要求的问题。

18、(3)工作模式通过差分处理及完好性检测模块进行自适应控制与故障隔离。工作模式分为正常模式、备用模式1和备用模式2。工作于正常模式时，主卫导接收模块(104)工作于卫导基准站模式，差分处理与完好性监视模块(107)实时接收第一备用卫导接收模块(105)和第二备用卫导接收模块(106)解算的rtk相对定位数据，并与实际标定的值进行比较，作为判断主卫导接收模块(104)故障与否的依据；当监视到主卫导接收模块(104)故障时，差分处理与完好性监视模块(107)产生告警信号并结合故障统计结果切换到备用模式1，即断开主卫导接收模块(104)与差分处理与完好性监视模块(107)、第一备用卫导接收模块(105)的数据通道，并将第一备用卫导接收模块(105)切换到卫导基准站模式；当监视到第一备用卫导接收模块(105)故障时，差分处理与完好性监视模块(107)产生告警信号并结合故障统计结果切换到备用模式2，即断开第一备用卫导接收模块(105)的数据通道并将第二备用卫导接收模块(106)切换到卫导基准站模式。

19、基于相对定位一致性判决结果统计情况的工作模式切换策略。对于偶发的观测量精度差及接收机故障不进行工作模式的切换，仅对异常情况进行统计，只有在连续多次出现相应异常情况的条件下差分处理及完好性检测模块(107)才对卫星导航多基准站一致性判决装置(100)进行工作模式的切换。

20、本发明的有益效果为：

21、(1)发明一种卫星导航多基准站一致性判决装置及方法，通过基准站间rtk相对定位解算对多基准站的观测量精度及一致性进行评估判断，并对基准站接收机故障进行检测，解决了基于b值法只能够对多基准站中的某些基准站或半数以下基准站观测量故障进行判断，对于影响所有通道的电离层梯度误差也无法检测，且无法对观测量的绝对精度进行判断确定观测量精度是否满足要求的问题；

22、(2)本装置设置多种工作模式，通过差分处理及完好性检测模块对装置进行自适应控制与故障隔离，提高了系统的可靠性；

23、(3)采用相对定位一致性判决结果统计情况的工作模式切换策略，对偶发的观测量精度差及接收机故障的情况进行剔除，避免频繁切换工作模式，提高故障检测的可靠性。