一种接收机RTK精度的测试方法及终端与流程

本发明涉及定位精确测试领域，尤其涉及一种接收机rtk精度的测试方法及终端。

背景技术：

实时动态(real-timekinematic，rtk)技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，因其厘米级的定位精度被广泛用于工程放样、地形测图、航空摄影测量和精密导航等领域。实时定位精度测试时，因安装接收机的载体(如汽车、船舶、飞机等)处于运动状态，运动载体的真实轨迹及其轨迹上每个历元的精确位置很难获得，因此，rtk定位的精度测试一直备受人们的关注。

在gnss(globalnavigationsatellitesystem，gnss)接收机的硬件、软件研发过程中，需要反复的对其定位精度及可靠性进行测试。当前，gnss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(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。但在接收机产品研制的不同阶段(如芯片、解算算法、整机)，测试的需求也各不相同，市场上对应地形成了从高端到低端不同类型的模拟器产品。

目前，支持多频多模的卫星信号模拟器价格高达上百万元，主要被一些大型企业、科研院所和高校采用。然而，对大多从事接收机硬件、软件研发的中小企业及从业人员来说，信号模拟器不仅是一笔不小的研发投入，且因此提高了进入接收机相关技术研发领域的门槛。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种接收机rtk精度的测试方法及终端，能够降低测试成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：

一种接收机rtk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对比接收机，所述待测接收机和对比接收机均为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，在所述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待测接收机和对比接收机；

s4、接收所述待测接收机和对比接收机分别根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和第二定位结果，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rtk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：

一种接收机rtk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对比接收机，所述待测接收机和对比接收机均为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待测接收机和对比接收机；

s4、接收所述待测接收机和对比接收机分别根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和第二定位结果，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rtk精度。

本发明的有益效果在于：将待测接收机和对比接收机同时安装在同一运动载体上，将从已经精确位置的基站接收机发送的差分数据转发给所述待测接收机和对比接收机，使得它们根据所述差分数据进行rtk解算，得到对应的定位结果，然后通过对比待测接收机和对比接收机的定位结果即可测试待测接收机的rtk精度，仅需选用一台经检定过的高性能的对比接收机便可完成测试，最大限度地缩减测试成本，并且可在真实的动态环境中进行测试，同时可以根据接收机实际接收的卫星信号及保存的数据进行测试和分析，可以减少中小企业接收机的研发投入，降低进入接收机相关技术研发领域的门槛。

附图说明

图1为本发明实施例的一种接收机rtk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接收机rtk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接收机rtk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对比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对比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对比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对比接收机的定位结果差值分布示意图；

标号说明：

1、一种接收机rtk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1，一种接收机rtk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对比接收机，所述待测接收机和对比接收机均为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，在所述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待测接收机和对比接收机；

s4、接收所述待测接收机和对比接收机分别根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和第二定位结果，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rtk精度。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：将待测接收机和对比接收机同时安装在同一移动载体上，将从已经精确位置的基站接收机发送的差分数据转发给所述待测接收机和对比接收机，使得它们根据所述差分数据进行rtk解算，得到对应的定位结果，然后通过对比待测接收机和对比接收机的定位结果即可测试待测接收机的rtk精度，仅需选用一台经检定过的高性能的对比接收机便可完成测试，最大限度地缩减测试成本，并且可在真实的动态环境中进行测试，同时可以根据接收机实际接收的卫星信号及保存的数据进行测试和分析，可以减少中小企业接收机的研发投入，降低进入接收机相关技术研发领域的门槛。

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对比接收机的采样间隔；

配置所述待测接收机和对比接收机的观测量及星历输出类型；

配置所述待测接收机和对比接收机的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、待测接收机和对比接收机进行配置，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：

保存并检测基站接收机的观测数据是否正确；

保存并检测待测接收机的观测数据是否正确；

保存并检测对比接收机的观测数据是否正确；

保存并检测基站接收机发送的差分数据是否正确；

保存并检测待测接收机和对比接收机的rtk解算结果是否正确；

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、待测接收机和对比接收机的相关数据进行检测验证，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rtk精度包括：

在所述第一定位结果和第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解；

根据第一定位结果中的固定解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。

由上述描述可知，基于固定解来进行rtk精度的测试，进一步提高了测试的可靠性。

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rtk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对比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所述待测接收机和对比接收机定位结果差值的标准差。

由上述描述可知，根据所述待测接收机和对比接收机定位结果差值的平均值和标准差综合判断所述待测接收机的rtk精度，保证了rtk精度判断的可靠性。

请参照图2，一种接收机rtk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对比接收机，所述待测接收机和对比接收机均为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待测接收机和对比接收机；

s4、接收所述待测接收机和对比接收机分别根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和第二定位结果，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rtk精度。

由上述描述可知，本发明的有益效果在于：将待测接收机和对比接收机同时安装在同一运动载体上，将从已经精确位置的基站接收机发送的差分数据转发给所述待测接收机和对比接收机，使得它们根据所述差分数据进行rtk解算，得到对应的定位结果，然后通过对比待测接收机和对比接收机的定位结果即可测试待测接收机的rtk精度，仅需选用一台经检定过的高性能的对比接收机便可完成测试，最大限度地缩减测试成本，并且可在真实的动态环境中进行测试，同时可以根据接收机实际接收的卫星信号及保存的数据进行测试和分析，可以减少中小企业接收机的研发投入，降低进入接收机相关技术研发领域的门槛。

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对比接收机的采样间隔；

配置所述待测接收机和对比接收机的观测量及星历输出类型；

配置所述待测接收机和对比接收机的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、待测接收机和对比接收机进行配置，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：

保存并检测基站接收机的观测数据是否正确；

保存并检测待测接收机的观测数据是否正确；

保存并检测对比接收机的观测数据是否正确；

保存并检测基站接收机发送的差分数据是否正确；

保存并检测待测接收机和对比接收机的rtk解算结果是否正确；

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、待测接收机和对比接收机的相关数据进行检测验证，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rtk精度包括：

在所述第一定位结果和第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解；

根据第一定位结果中的固定解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。

由上述描述可知，基于固定解来进行rtk精度的测试，进一步提高了测试的可靠性。

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rtk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对比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和对比接收机定位结果差值的标准差。

由上述描述可知，根据所述待测接收机和对比接收机定位结果差值的平均值和标准差综合判断所述待测接收机的rtk精度，，保证了rtk精度判断的可靠性。

实施例一

请参照图1，一种接收机rtk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rtk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，针对小型无人机机载rtk定位测试，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，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；

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，配置基站多频接收机输出gps/bds/glonass观测量和星历，配置基站多频接收机向移动站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对比接收机，所述待测接收机和对比接收机均为rtk接收机；

具体的，在小型无人机上安置待测单频接收机与对比多频接收机；

还包括：

配置所述待测接收机和对比接收机的采样间隔，优选的，采样间隔为5hz；

配置所述待测接收机和对比接收机的观测量及星历输出类型；

具体的，配置待测单频接收机输出gps/bds观测量和星历，对比多频接收机接收gps/bds/glonass观测量及星历；

配置所述待测接收机和对比接收机的rtk解算参数，具体包括卫星系统选择、频率选择、rtk解算模式选择等；

具体的，配置待测单频接收机rtk解算模式为动态模式，解算数据为gpsl1+bdsb1观测量,配置对比多频接收机rtk解算模式为动态模式，解算数据为gpsl1/l2+bdsb1/b2+glonassl1/l2观测量；

此外，还配置待测单频接收机和对比多频接收机rtk解算时的截止高度角为15°；

s3、控制所述运动载体按照预设的规划路径进行移动，在所述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待测接收机和对比接收机；

具体的，安置通信器件使得基站的差分数据能够传输给待测接收机和对比接收机，可以将基站差分数据接入计算机，在计算机和小型无人机上安装数传模块，使得基站能够向待测单频接收机和对比多频接收机发送差分数据，其具体的系统结构图如图3所示；

在执行步骤s3之前还包括：

保存并检测基站接收机的观测数据是否正确；

保存并检测待测接收机的观测数据是否正确；

保存并检测对比接收机的观测数据是否正确；

保存并检测基站接收机发送的差分数据是否正确；

保存并检测待测接收机和对比接收机的rtk解算结果是否正确；

具体的，保存并检查基站多频接收机的采样间隔是否为5hz，是否输出gps/bds/glonass观测量和星历；

保存并检查待测单频接收机采样间隔是否为5hz，是否输出gps/bds观测量和星历；

保存并检查对比多频接收机采样间隔是否为5hz，是否输出gps/bds/glonass观测量和星历；

保存并检查基站向移动站播发的差分数据类型是否正确，是否包括1074、1084、1124、1006报文；

检查待测单频接收机与对多频比接收机rtk解算模式是否正确，保存并检查待测单频接收机与对多频比接收机的rtk结果，根据解状态判断rtk解算是否成功启动，若否，则重复上述检测过程；

若均正确，则执行步骤s3；

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和对比接收机分别根据所述差分数据进行rtk解算得到的第一定位结果和第二定位结果，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rtk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rtk精度包括：

在所述第一定位结果和第二定位结果中剔除浮点解和单点解，保留固定解，具体的本实施例中待测单频接收机全程的rtk固定解的比例为99.3％，浮点解的比例为0.6％，单点解的比例为0.1％；对比接收机全程的rtk固定解的比例为98.2％，浮点解的比例为0.9％，单点解的比例为0.9％；

根据第一定位结果中的固定解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；

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和对比接收机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,c,ni,c,ui,c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次对比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对比接收机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，为待测接收机和对比接收机定位结果在e、n、u方向分量上差值的平均值；

根据所述差值和差值的平均值确定待测接收机和对比接收机定位结果差值的标准差，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。

实施例二

将上述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单频待测接收机和对比用多频接收机通过功率分配器与同一个螺旋天线连接。rtk处理时，待测单频接收机用gpsl1和bdsb1观测量进行动态rtk解算，并保存观测量和解算结果，对比多频接收机用gpsl1/l2+b1/b2+glonassl1/l2观测量进行动态rtk解算，并保存观测量和解算结果。其中，待测单频接收机为研发过程中的样机，对比多频接收机的rtk精度已经过检验，且标称精度为水平：±(10mm+1mm/km×d)，垂直：±(20mm+1mm/km×d)，d为基站到移动站的距离，单位为千米。

将飞行过程分为爬升、直线飞行、曲线飞行、降落四种运动状态。四种状态下待测单频接收机与对比多频接收机在e、n、u坐标分量上及水平方向(horizontal，h)上差值的分布分别如图5、6、7、8所示。

分别统计四种状态下待测单频接收机与对比多频接收机在e、n、u、h分量上差值的平均值(averagevalue，ave)和标准差(standarddeviation，std)，如表1所示。

根据待测单频接收机rtk结果与对比多频接收机rtk结果的互差，可以判断单频接收机与多频接收机rtk定位结果的接近程度，从测试结果看待测单频接收机的rtk结果与对比接收机的rtk结果在水平面上差值的标准差优于5mm,垂直方向上差值的标准差优于10mm。进一步的，已知对比多频接收机标称的rtk动态精度为水平：±(10mm+1mm/km×d)，垂直：±(20mm+1mm/km×d)，考虑到飞行测试时基站与移动站之间的距离优于300米，因此，我们可以判断待测单频接收机的动态rtk精度为水平：±5～15mm，垂直：±10～30mm。

表1四种运动状态下单频与多频接收机坐标差值的标准差统计(1σ)

实施例三

请参照图2，一种单频接收机rtk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，本发明提供的一种接收机rtk精度的测试方法及终端，将待测接收机和对比接收机同时安装在同一运动载体上，将从已经精确位置的基站接收机发送的差分数据转发给所述待测接收机和对比接收机，使得它们根据所述差分数据进行rtk解算，得到对应的定位结果，然后通过对比待测接收机和对比接收机的定位结果即可测试待测接收机的rtk精度；在获得基站天线相位中心精确坐标后，可以利用实际卫星信号和对比高性能接收机对研制过程中单频接收机的rtk定位精度进行间接的测试；该种方案可以不采用昂贵的卫星信号模拟器，同时，还能够利用实际的卫星信号进行测试，降低了gnss接收机相关技术研制的进入门槛；此外，该方法还对推动我国北斗导航卫星系统终端的研发和市场应用具有促进作用。

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。