一种提高RTK定位精度的选星方法技术领域
本发明涉及全球卫星导航系统RTK定位领域，特别是一种提高RTK定位精度的选星
方法。
背景技术
卫星全球定位系统作为新兴技术被广泛应用到军事、导航调度、地质勘探、测绘、
开发等多种领域。定位包括单点定位和RTK(Real-Time Kinematic)定位两种，在大地测量
或工程测量等精度要求较高的领域，通常采用RTK定位，以确保一定的精度。
以前的静态、快速静态、动态测量都需要后处理才能获得厘米级的精度，而RTK能
够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并且达到厘米级甚至毫米级定位精
度，它采用的是载波相位动态实时差分方法，是应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、
地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
然而，对于如滑坡灾害等动态实时形变监测，传统RTK的效果还不够理想，需要进
一步提高RTK的定位精度。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种提高RTK定位精度的选星方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案针对的是基线较短的情况，对于每一个
历元，均包括以下步骤：
(1)若可视卫星颗数N小于4，则该历元的RTK定位解算结果为无解，进入下一个历
元；否则，在所有可视卫星中选择一颗高度角最大的卫星，作为参考卫星，编号记为1；
(2)若可视卫星颗数N等于4，则跳过步骤(2)，进入步骤(3)，否则，按照下式计算相
位伪距双差残差
由于i为参考卫星的编号，上式可具体化为：
其中，为移动站接收到的参考卫星的相位伪距测量值与预测距离的差；为基
站接收到的参考卫星的相位伪距测量值与参考卫星到基站的真实距离的差；为移动站接
收到的普通卫星j的相位伪距测量值与预测距离的差；为基站接收到的普通卫星j的相位
伪距测量值与普通卫星j到基站的真实距离的差；j＝2,3,…,N；预测距离指的是：RTK定位
解算的结果到卫星的距离(在计算中，所述卫星即为参考卫星；在计算中，所述卫星即
为普通卫星j)。
根据相位伪距双差残差判断哪颗卫星需要被剔除，判断方式如下：
①对于所有j＝2,3,…,N，均满足：
VL(1,j)＞VThrd
则认为参考卫星存在问题，将参考卫星剔除，VThrd为设定阈值，返回步骤(1)；
②当不满足①时，则认为普通卫星存在问题，将所有满足VL(1,j)＞VThrd的普通卫星
j，放入集合Del，按照VL(1,j)的值由大到小对卫星j进行剔除，直到N＝4或集合Del为空。
(3)对于经过步骤(2)后保留下的卫星，进入正常的RTK定位解算环节，来实现卫星
定位。
上述技术方案中的步骤(1)中，在基线较短的情况下，使用基站还是移动站计算的
高度角几乎相等，优选的，使用基站来计算卫星的高度角。
优选的，将RTK定位分成四个阶段：
①初始阶段：连续六个历元出现固定解之前；
②初始->稳定阶段：第一次连续六个历元出现固定解之后；
③稳定->异常阶段：在阶段②后，因数据质量变差等异常情况发生，导致出现浮点
解之后；
④异常->稳定阶段：在阶段③后，连续三个历元出现固定解之后；
所述阈值VThrd为一个动态的值，满足函数：
其中，t为当前历元数，t0为最近一次由初始->稳定或异常->稳定的历元数。可以
看出，当RTK定位处于初始、异常->稳定阶段时，随着历元数的增加，VThrd的值会一直减小，
但始终大于2。
有益效果：
本发明方案提供的选星方法，计算量较小，并且能够根据RTK定位过程所处的不同
阶段，动态地调整双差残差的阈值，以此加快了RTK定位的收敛速度，并且进一步提高了RTK
的定位精度，尤其对短基线以及观测环境较差时效果更为明显。
附图说明
图1：单差示意图
图2：RTK选星方法流程图
图3：算法仿真对比图
图4：算法仿真对比放大图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发
明，并不限定本发明的保护范围。
结合图2，给出本发明一种提高RTK定位精度的选星方法的最优实施例：使用2016
年1月1日的24小时的IGS站点jfng(中国-九峰)作为基站(真值坐标精度达到2mm)，wuh(中
国-武汉)作为移动站
(真值坐标精度达到3mm)进行测试，历元间隔为30s，数据包含的GNSS(Global
Navigation SatelliteSystem)系统仅为GPS(Global Position System)。对于第720个历
元：
(1)该历元中可视卫星颗数为N为10，其中，25号GPS卫星的高度角最大，为75°，作
为参考卫星，编号记为1；
(2)按照下式计算相位伪距双差残差
由于i为参考卫星的编号，上式可具体化为：
其中，为移动站接收到的参考卫星的相位伪距测量值与预测距离(定位解算的
结果)的差；为基站接收到的参考卫星的相位伪距测量值与参考卫星到基站的真实距离
的差；为移动站接收到的普通卫星j的相位伪距测量值与预测距离的差；为基站接收
到的普通卫星j的相位伪距测量值与普通卫星j到基站的真实距离的差；j＝2,3…,N；预测
距离指的是：RTK定位解算的结果到卫星的距离(在计算中，所述卫星即为参考卫星；在
计算中，所述卫星即为普通卫星j)。
代入数值后，得到的
值分别为：1.5、1.6、2.2、1.3、2.9、1.4、0.8、1.7、0.6。
此时，RTK定位已处于初始->稳定阶段，且上一次收敛的历元数为220，求得此时
VThrd＝2.368。
根据相位伪距双差残差判断哪颗卫星需要被剔除：
①存在如故保留参考卫星，并进行下一步筛选；
②将满足VL(1,j)＞VThrd的普通卫星j放入集合Del，本实施例中，集合元素仅为
对卫星j＝6进行剔除即可。
(3)对于经过步骤(2)后保留下的卫星，进入正常的RTK定位解算环节，来实现卫星
定位。
上述技术方案中的步骤(1)中，在基线较短的情况下，使用基站还是移动站计算的
高度角几乎相等，优选的，使用基站来计算卫星的高度角。
原理说明：
上述技术方案的步骤(2)中：
<1>利用双差残差进行选星的依据：
单差观测方程(基线较短的情况下有下式成立)：
其中，ri为卫星i的真实位置到移动站预测位置的距离；表示卫星到移动站的方
向，(Δx,Δy,Δz)表示移动站真实位置与移动站预测位置的偏差，ΔDt为移动站和基站的
钟差的差。
图1描述了单差的观测量之间的关系。
其中，为卫星i与基站的真实距离，ri为移动站的预测位置，为卫星i与移动站
的真实距离，分别为移动站和基站的相位伪距测量值(图中的波浪线表示观测噪
声)。
下面结合图1给出对上式的证明。
证明：由于基站和移动站的电离层、对流层等误差近似相等，因此有
其中，为移动站的钟差；为基站的钟差。
于是：
即上式成立。
根据单差观测方程，得到双差观测方程：
由于而单独定位的三维精度(即||(Δx,Δy,Δz)||的大小)通常在5
～10m内，观测环境恶劣时有可能达到10m以上，因此，相比的
值与(Δx,Δy,Δz)关系更加密切，即说明移动站真实位置与预测位置的偏差大小在一定
程度上可以通过双差残差来判断。因此，依据相位伪距的双差残差来进行选星，可以提高
RTK的定位精度。
<2>由于在定位初始阶段，移动站预测位置有较大偏差，若将VThrd设置过小，会误
剔除部分卫星，影响定位性能。
因此，将VThrd设为一个动态的值。
优选的，将RTK定位分成四个阶段：
①初始阶段：连续六个历元出现固定解之前；
②初始->稳定阶段：第一次连续六个历元出现固定解之后；
③稳定->异常阶段：在阶段②后，因数据质量变差等异常情况发生，导致出现浮点
解之后；
④异常->稳定阶段：在阶段③后，连续三个历元出现固定解之后；
所述阈值VThrd满足函数：
其中，t为当前历元数，t0为最近一次由初始->稳定或异常->稳定的历元数。可以
看出，当RTK定位处于初始、异常->稳定阶段时，随着历元数的增加，VThrd的值会一直减小，
但始终大于2。
对本实施例所用数据进行算法仿真，结果如图3和图4所示。
可以看出，本发明所提的这种选星方法是十分有效的：结合图3，收敛时间比起一
般的RTK定位算法提前了12分钟；结合图4，24小时数据最终的三维定位精度可以达到2mm，
而一般的RTK定位算法在3mm以上。
以上所述实施例仅表达了本发明最优的一种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术
人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明
的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。