[TOC]
rtk_t *rtk IO rtk控制结构体
obsd_t *obs I OBS观测数据
int n I OBS观测数据的数量
nav_t *nav I 导航数据
- 遍历所有卫星、所有频率,结果
rtk->ssat[i].fix[j]
赋值0 - 时间更新:调用
udstate_ppp()
,更新状态值rtk->x
及其误差协方差rtk->P
- 调用
satposs()
,计算卫星位置rs
、卫星钟差dts
- 调用
testeclipse()
,排除需要排除的卫星 - 调用
tidedisp()
,计算海洋潮汐以及极潮对接收机位置产生的影响 - 滤波迭代、默认次数(8次)
- 调用
matcpy()
,复制rtk->x
到xp
,rtk->P
到Pp
- 调用
ppp_res()
,计算残差V
,设计矩阵H
- 调用
filter()
,kalman滤波量测更新解算出xp
、Pp
- 解算后,进行后验残差估计,符合限制则输出为精密单点定位状态,将解算结果
xp
、Pp
赋值到rtk->x
、rtk->P
,break迭代
- 调用
- 如果迭代次数超过设置次数,输出“迭代溢出”
- 如果解的状态是
SOLQ_PPP
- 调用
ppp_ar()
进行模糊度固定,ppp_res()
进行后验残差估计 - 检验通过,将解算结果
xp
、Pp
赋值到rtk->xa
、rtk->Pa,
计算三个未知参数的方差,方差向量的模如果<MAX_STD_FIX
,解的状态设为固定解SOLQ_FIX
- 检验不通过,
rtk->nfix
值设置为0 - 调用
update_stat()
,更新solution状态
- 调用
extern void pppos(rtk_t *rtk, const obsd_t *obs, int n, const nav_t *nav)
{
const prcopt_t *opt=&rtk->opt;
double *rs,*dts,*var,*v,*H,*R,*azel,*xp,*Pp,dr[3]={0},std[3];
char str[32];
int i,j,nv,info,svh[MAXOBS],exc[MAXOBS]={0},stat=SOLQ_SINGLE;
time2str(obs[0].time,str,2);
trace(3,"pppos : time=%s nx=%d n=%d\n",str,rtk->nx,n);
rs=mat(6,n); dts=mat(2,n); var=mat(1,n); azel=zeros(2,n);
//遍历所有卫星、所有频率,rtk->ssat[i].fix[j]赋值0
for (i=0;i<MAXSAT;i++) for (j=0;j<opt->nf;j++) rtk->ssat[i].fix[j]=0;
//卡尔曼滤波的时间更新,分为位置参数更新,钟差参数更新,对流层、电离层。相位偏差的时间参数更新
//更新状态值 rtk->x 及其误差协方差 rtk->P
/* temporal update of ekf states */
udstate_ppp(rtk,obs,n,nav);
/* satellite positions and clocks */ //计算卫星位置rs、卫星钟差dts
satposs(obs[0].time,obs,n,nav,rtk->opt.sateph,rs,dts,var,svh);
/* exclude measurements of eclipsing satellite (block IIA) */
if (rtk->opt.posopt[3]) { //调用 testeclipse 进行排除需要排除的卫星
testeclipse(obs,n,nav,rs);
}
/* earth tides correction */ //计算海洋潮汐以及极潮对接收机位置产生的影响
if (opt->tidecorr) {
tidedisp(gpst2utc(obs[0].time),rtk->x,opt->tidecorr==1?1:7,&nav->erp,
opt->odisp[0],dr);
}
nv=n*rtk->opt.nf*2+MAXSAT+3;
xp=mat(rtk->nx,1);
Pp=zeros(rtk->nx,rtk->nx);
v=mat(nv,1); //残差 v
H=mat(rtk->nx,nv); //设计矩阵 H
R=mat(nv,nv); //测量误差的协方差 R
//滤波迭代、默认次数(8次)
for (i=0;i<MAX_ITER;i++) {
matcpy(xp,rtk->x,rtk->nx,1);
matcpy(Pp,rtk->P,rtk->nx,rtk->nx);
/* prefit residuals */
if (!(nv=ppp_res(0,obs,n,rs,dts,var,svh,dr,exc,nav,xp,rtk,v,H,R,azel))) {
trace(2,"%s ppp (%d) no valid obs data\n",str,i+1);
break;
}
/* measurement update of ekf states */
if ((info=filter(xp,Pp,H,v,R,rtk->nx,nv))) { //扩展卡尔曼滤波量测更新,
// filter用于EKF状态的量测更新,先验状态和后验状态信息的更新
// filter_进行EKF,量测更新部分的解算
trace(2,"%s ppp (%d) filter error info=%d\n",str,i+1,info);
break;
}
/* postfit residuals */ //解算后,进行后验残差估计,符合限制则输出为精密单点定位状态
if (ppp_res(i+1,obs,n,rs,dts,var,svh,dr,exc,nav,xp,rtk,v,H,R,azel)) {
matcpy(rtk->x,xp,rtk->nx,1);
matcpy(rtk->P,Pp,rtk->nx,rtk->nx);
stat=SOLQ_PPP;
break; //结束迭代
}
}
if (i>=MAX_ITER) {
trace(2,"%s ppp (%d) iteration overflows\n",str,i);
}
if (stat==SOLQ_PPP) {
/* ambiguity resolution in ppp */ //模糊度固定,RTKLIB中的ppp_ar没实现直接return 0
if (ppp_ar(rtk,obs,n,exc,nav,azel,xp,Pp)&&
ppp_res(9,obs,n,rs,dts,var,svh,dr,exc,nav,xp,rtk,v,H,R,azel)) { //ppp_res计算残差
matcpy(rtk->xa,xp,rtk->nx,1);
matcpy(rtk->Pa,Pp,rtk->nx,rtk->nx);
for (i=0;i<3;i++) std[i]=sqrt(Pp[i+i*rtk->nx]);
if (norm(std,3)<MAX_STD_FIX) stat=SOLQ_FIX;
}
else {
rtk->nfix=0;
}
/* update solution status */
update_stat(rtk,obs,n,stat); //更新solution状态
/* hold fixed ambiguities */
if (stat==SOLQ_FIX&&test_hold_amb(rtk)) {
matcpy(rtk->x,xp,rtk->nx,1);
matcpy(rtk->P,Pp,rtk->nx,rtk->nx);
trace(2,"%s hold ambiguity\n",str);
rtk->nfix=0;
}
}
free(rs); free(dts); free(var); free(azel);
free(xp); free(Pp); free(v); free(H); free(R);
}
rtk_t *rtk IO rtk控制结构体
obsd_t *obs I OBS观测数据
int n I OBS观测数据的数量
nav_t *nav I 导航数据
- 调用
udpos_ppp()
,位置参数更新 - 调用
udclk_ppp()
,钟差参数更新 - 如果在配置中选择的对流层模型为ZTD estimation或者ZTD+grad estimation,调用
udtrop_ppp()
,对流层参数更新 - 如果在配置中选择电离层模型为estimation,调用
udiono_ppp()
,电离层参数更新 - 如果选择的频率数>=3,调用
uddcb_ppp()
,L5接收机硬件延迟参数更新 - 调用
udbias_ppp()
,整周模糊度参数更新
static void udstate_ppp(rtk_t *rtk, const obsd_t *obs, int n, const nav_t *nav)
{
trace(3,"udstate_ppp: n=%d\n",n);
/* temporal update of position */ //调用 udpos_ppp 根据不同模式初始化状态 rtk->x 中的位置值
udpos_ppp(rtk); //位置参数更新
/* temporal update of clock */ //调用 udclk_ppp 初始化状态 rtk->x 中的钟差值(6个,因有6个系统)
udclk_ppp(rtk); //钟差参数更新
/* temporal update of tropospheric parameters */
if (rtk->opt.tropopt==TROPOPT_EST||rtk->opt.tropopt==TROPOPT_ESTG) {
udtrop_ppp(rtk); //对流层参数更新
}
/* temporal update of ionospheric parameters */
if (rtk->opt.ionoopt==IONOOPT_EST) {
udiono_ppp(rtk,obs,n,nav); //电离层参数更新
}
/* temporal update of L5-receiver-dcb parameters */
if (rtk->opt.nf>=3) {
uddcb_ppp(rtk); //更新L5接收机硬件延迟参数
}
/* temporal update of phase-bias */ //调用 udbias_ppp 更新载波相位偏移状态值以及其误差协方差。
udbias_ppp(rtk,obs,n,nav); //整周模糊度更新
}
执行流程:
- 如果是PPP固定解模式
PMODE_PPP_FIXED
,直接用已知点的固定坐标初始化 - 如果是首历元,赋值单点定位的解
rtk->sol.rr
、VAR_POS
,动力学模式,还要赋值速度、加速度 - 如果是PPP静态
PMODE_PPP_STATIC
模式,状态量不变,只给P
矩阵加过程噪声 - 如果
PMODE_PPP_KINEMA
但非dynamics模式,用单点定位解rtk->sol.rr[i]
和VAR_POS
赋值 - 动力学模式动态PPP,构建状态转移矩阵
F
,进行状态转移 - 为
Q
矩阵加速度部分加过程噪声
static void udpos_ppp(rtk_t *rtk)
{
double *F,*P,*FP,*x,*xp,pos[3],Q[9]={0},Qv[9];
int i,j,*ix,nx;
trace(3,"udpos_ppp:\n");
//如果是PPP固定解模式,直接用已知点的固定坐标初始化
/* fixed mode */
if (rtk->opt.mode==PMODE_PPP_FIXED) {
for (i=0;i<3;i++) initx(rtk,rtk->opt.ru[i],1E-8,i);
return;
}
//如果是首历元,赋值单点定位的解
/* initialize position for first epoch */
if (norm(rtk->x,3)<=0.0) {
for (i=0;i<3;i++) initx(rtk,rtk->sol.rr[i],VAR_POS,i);
if (rtk->opt.dynamics) { //动力学模式,赋值速度、加速度
for (i=3;i<6;i++) initx(rtk,rtk->sol.rr[i],VAR_VEL,i);
for (i=6;i<9;i++) initx(rtk,1E-6,VAR_ACC,i);
}
}
//如果是PMODE_PPP_STATIC 模式,状态量不变,只给P矩阵加过程噪声
/* static ppp mode */
if (rtk->opt.mode==PMODE_PPP_STATIC) {
for (i=0;i<3;i++) {
rtk->P[i*(1+rtk->nx)]+=SQR(rtk->opt.prn[5])*fabs(rtk->tt);
}
return;
}
//如果PMODE_PPP_KINEMA但非dynamics模式,用单点定位解rtk->sol.rr[i]和VAR_POS赋值
/* kinmatic mode without dynamics */
if (!rtk->opt.dynamics) {
for (i=0;i<3;i++) {
initx(rtk,rtk->sol.rr[i],VAR_POS,i);
}
return;
}
//动力学模式动态 PPP,构建状态转移矩阵 F
/* generate valid state index */
ix=imat(rtk->nx,1);
for (i=nx=0;i<rtk->nx;i++) {
if (rtk->x[i]!=0.0&&rtk->P[i+i*rtk->nx]>0.0) ix[nx++]=i;
}
if (nx<9) { //参数需要大于 9 个
free(ix);
return;
}
//状态转移矩阵构建
/* state transition of position/velocity/acceleration */
F=eye(nx); P=mat(nx,nx); FP=mat(nx,nx); x=mat(nx,1); xp=mat(nx,1);
for (i=0;i<6;i++) {
F[i+(i+3)*nx]=rtk->tt;
}
for (i=0;i<3;i++) {
F[i+(i+6)*nx]=SQR(rtk->tt)/2.0;
}
for (i=0;i<nx;i++) {
x[i]=rtk->x[ix[i]];
for (j=0;j<nx;j++) {
P[i+j*nx]=rtk->P[ix[i]+ix[j]*rtk->nx];
}
}
// 状态转移
/* x=F*x, P=F*P*F+Q */
matmul("NN",nx,1,nx,1.0,F,x,0.0,xp);
matmul("NN",nx,nx,nx,1.0,F,P,0.0,FP);
matmul("NT",nx,nx,nx,1.0,FP,F,0.0,P);
for (i=0;i<nx;i++) {
rtk->x[ix[i]]=xp[i];
for (j=0;j<nx;j++) {
rtk->P[ix[i]+ix[j]*rtk->nx]=P[i+j*nx];
}
}
//为 Q 矩阵加速度部分加过程噪声
/* process noise added to only acceleration */
Q[0]=Q[4]=SQR(rtk->opt.prn[3])*fabs(rtk->tt);
Q[8]=SQR(rtk->opt.prn[4])*fabs(rtk->tt);
ecef2pos(rtk->x,pos); //XYZ->BLH
covecef(pos,Q,Qv);
for (i=0;i<3;i++) for (j=0;j<3;j++) {
rtk->P[i+6+(j+6)*rtk->nx]+=Qv[i+j*3];
}
free(ix); free(F); free(P); free(FP); free(x); free(xp);
}
执行流程:
- 检测是否为精密星历
EPHOPT_PREC
,认为精密钟差是白噪声,每个历元初始化,精密星历的时间是基于 GPS 时间,忽略系统间的偏差 - 不是精密星历则利用前一秒的结果,并考虑系统间时差信息
static void udclk_ppp(rtk_t *rtk)
{
double dtr;
int i;
trace(3,"udclk_ppp:\n");
//认为钟差是白噪声,每个历元初始化
/* initialize every epoch for clock (white noise) */
for (i=0;i<NSYS;i++) {
//检测是否为精密星历EPHOPT_PREC,精密星历的时间是基于gps时间,忽略系统间的偏差
if (rtk->opt.sateph==EPHOPT_PREC) { //精密星历
/* time of prec ephemeris is based gpst */
/* negelect receiver inter-system bias */
dtr=rtk->sol.dtr[0];
}
//不是精密星历则利用前一秒的结果,并考虑系统间时差信息
else {
dtr=i==0?rtk->sol.dtr[0]:rtk->sol.dtr[0]+rtk->sol.dtr[i];
}
initx(rtk,CLIGHT*dtr,VAR_CLK,IC(i,&rtk->opt));
}
}
IO rtk_t *rtk rtk solution structure
I const obsd_t *obs 当前历元观测值
I int n 当前移动站观测值数目
I const nav_t *nav 星历
- 日界线检测
- 周跳检测:清除卫星周跳标志位
rtk->ssat[i].slip
,调用detslp_ll()
,通过LLI检测周跳,调用detslp_gf()
,通过几何无关组合检测周跳,调用detslp_mw()
,MW组合检测周跳 - 遍历各个频点:
- 遍历各个卫星,判断是否需要重置单差相位偏移状态量,如果检测到相位中断大于门限,或
ARMODE_INST
单历元模糊度固定模式,或检测到时钟跳变,则重新赋值模糊度参数。 - 遍历各个卫星,对每一组观测数据,调用
corrmeas()
,进行天线相位中心修正,相位缠绕修正,卫星硬件延迟修正 bias
赋赋值0;消电离层模式,不用再考虑电离层延迟,直接计算bias[i]=Lc-Pc
,否则先通过双频伪距计算电离层延迟ion=(obs[i].P[0]-obs[i].P[f])/(1.0-SQR(freq1/freq2));
,利用修正后的电离层延迟计算bias[i]=L[f]-P[f]+2.0*ion*SQR(freq1/freq2);
- 检测值是否有效,是否周跳,如果正常,统计初始模糊度和状态量之间的整体偏差
offset
- 判断如果满足补偿门限,若载波和伪距跳变太大,为了保持一致性,需要进行校正,在原有的载波相位偏差状态量上加上
offset
的平均值,以此来作为载波相位偏差的时间更新 - 遍历各个卫星,给
P
矩阵加过程噪声 - 如果状态量无效,或有周跳发生,则用偏移值
bias
重置rtk->x
,重置模糊度固定标志位rtk->ambc[sat-1].flags[k]=0
ppp_ar.c 的内容在最新版的 RTKLIB 被删除了,这里介绍的是之前 2.4.2 版本的。
双频的宽巷就是两频率求和,窄巷就是两频率做差。宽巷组合具有较长的波长和非常小的载波方差,有利于模糊度的求解,但是放大了测量噪声;窄巷组合具有较小的距离方差,有利于基线矢量的精度,但是波长短,载波方差较大,不利于模糊度的求解。所以先固定较容易的宽巷模糊度,再固定窄向模糊度以获得更高的精度。
L_LC()、P_LC()、var_LC()、Lam_LC() 是进行线性组合的基本函数,分别用于计算组合(三频或双频)后的载波、伪距、方差、波长。
直接取整法不是很靠谱,容易导致模糊度固定错误,固定解可能还没有浮点解精度高。
传入参数:
int n I number of float parameters //浮点解数量
int m I number of fixed solutions //固定解数量
double *a I float parameters (n x 1) //浮点参数向量
double *Q I covariance matrix of float parameters (n x n) //浮点参数协方差阵
double *F O fixed solutions (n x m) //固定解
double *s O sum of squared residulas of fixed solutions (1 x m) //总固定残差向量
执行流程:
- 调用
LD()
,首先对浮点协方差阵进行LD分解 - 调用
reduction()
,lambda降相关性 - z变换,将双差模糊度进行变换
- 调用
search()
,mlambda search,结果存储在E
和s
中(整数解) - 调用
solve()
,逆Z变换,将在新空间中固定的模糊度逆变换回双差模糊度空间中,存储在F
中
extern int lambda(int n, int m, const double *a, const double *Q, double *F,
double *s)
{
int info;
double *L,*D,*Z,*z,*E;
if (n<=0||m<=0) return -1;
L=zeros(n,n); D=mat(n,1); Z=eye(n); z=mat(n,1); E=mat(n,m);
//调用LD(),首先对浮点协方差阵进行LD分解
/* LD factorization */
if (!(info=LD(n,Q,L,D))) {
//调用reduction(),lambda降相关性
/* lambda reduction */
reduction(n,L,D,Z);
// z变换,将双差模糊度进行变换
matmul("TN",n,1,n,1.0,Z,a,0.0,z); /* z=Z'*a */
//调用search(),mlambda search,结果存储在E和s中(整数解)
/* mlambda search */
if (!(info=search(n,m,L,D,z,E,s))) {
//逆Z变换,将在新空间中固定的模糊度逆变换回双差模糊度空间中,存储在F中
info=solve("T",Z,E,n,m,F); /* F=Z'\E */
}
}
free(L); free(D); free(Z); free(z); free(E);
return info;
}
static void reduction(int n, double *L, double *D, double *Z)
{
int i,j,k;
double del;
j=n-2; k=n-2; //调序变换
//对第0,1,...,k-1,k列进行降相关
while (j>=0) {
if (j<=k) for (i=j+1;i<n;i++) gauss(n,L,Z,i,j); //从最后一列开始,各列非对角线元素从上往下依次降相关
del=D[j]+L[j+1+j*n]*L[j+1+j*n]*D[j+1];
//检验条件,若不满足检验条件则开始进行调序变换
if (del+1E-6<D[j+1]) { /* compared considering numerical error */
perm(n,L,D,j,del,Z);
k=j; j=n-2; //完成调序变换后重新从最后一列开始进行降相关及排序,k记录最后一次进行过调序变换的列序号
}
else j--;
}
}
static void gauss(int n, double *L, double *Z, int i, int j)
{
int k,mu;
if ((mu=(int)ROUND(L[i+j*n]))!=0) {
for (k=i;k<n;k++) L[k+n*j]-=(double)mu*L[k+i*n];
for (k=0;k<n;k++) Z[k+n*j]-=(double)mu*Z[k+i*n];
}
}
static void perm(int n, double *L, double *D, int j, double del, double *Z)
{
int k;
double eta,lam,a0,a1;
eta=D[j]/del;
lam=D[j+1]*L[j+1+j*n]/del;
D[j]=eta*D[j+1]; D[j+1]=del;
for (k=0;k<=j-1;k++) {
a0=L[j+k*n]; a1=L[j+1+k*n];
L[j+k*n]=-L[j+1+j*n]*a0+a1;
L[j+1+k*n]=eta*a0+lam*a1;
}
L[j+1+j*n]=lam;
for (k=j+2;k<n;k++) SWAP(L[k+j*n],L[k+(j+1)*n]);
for (k=0;k<n;k++) SWAP(Z[k+j*n],Z[k+(j+1)*n]);
}
static int search(int n, int m, const double *L, const double *D,
const double *zs, double *zn, double *s)
{
int i,j,k,c,nn=0,imax=0;
double newdist,maxdist=1E99,y;
double *S=zeros(n,n),*dist=mat(n,1),*zb=mat(n,1),*z=mat(n,1),*step=mat(n,1);
k=n-1; dist[k]=0.0; //k表示当前层,从最后一层(n-1)开始计算
zb[k]=zs[k];//即zn
z[k]=ROUND(zb[k]); y=zb[k]-z[k]; step[k]=SGN(y); //四舍五入取整;取整后的数与未取整的数作差;step记录z[k]是四舍还是五入
for (c=0;c<LOOPMAX;c++) {
newdist=dist[k]+y*y/D[k];
if (newdist<maxdist) { //如果当前累积目标函数计算值小于当前超椭圆半径
//情况1:若还未计算至第一层,继续计算累积目标函数值
if (k!=0) {
dist[--k]=newdist; //记录下当前层的累积目标函数值,dist[k]表示了第k,k+1,...,n-1层的目标函数计算和
for (i=0;i<=k;i++)
S[k+i*n]=S[k+1+i*n]+(z[k+1]-zb[k+1])*L[k+1+i*n];
zb[k]=zs[k]+S[k+k*n]; //计算Zk,即第k个整数模糊度参数的备选组的中心
z[k]=ROUND(zb[k]); y=zb[k]-z[k]; step[k]=SGN(y); //四舍五入取整;取整后的数与未取整的数作差;记录是四舍还是五入
}
//情况2:若已经计算至第一层,意味着所有层的累积目标函数值计算完毕
else {
//nn为当前候选解数,m为我们需要的固定解数,这里为2,表示需要一个最优解及一个次优解
//s记录候选解的目标函数值,imax记录之前候选解中的最大目标函数值的坐标
if (nn<m) { //若候选解数还没满
if (nn==0||newdist>s[imax]) imax=nn; //若当前解的目标函数值比之前最大的目标函数值都大,那么更新imax使s[imax]指向当前解中具有的最大目标函数值
for (i=0;i<n;i++) zn[i+nn*n]=z[i]; //zn存放所有候选解
s[nn++]=newdist; //s记录当前目标函数值newdist,并加加当前候选解数nn
}
else { //若候选解数已满(即当前zn中已经存了2个候选解)
if (newdist<s[imax]) { //若当前解的目标函数值比s中的最大目标函数值
for (i=0;i<n;i++) zn[i+imax*n]=z[i]; //用当前解替换zn中具有较大目标函数值的解
s[imax]=newdist; //用当前解的目标函数值替换s中的最大目标函数值
for (i=imax=0;i<m;i++) if (s[imax]<s[i]) imax=i; //更新imax保证imax始终指向s中的最大目标函数值
}
maxdist=s[imax]; //用当前最大的目标函数值更新超椭圆半径
}
//在第一层,取下一个有效的整数模糊度参数进行计算(若zb为5.3,则z取值顺序为5,6,4,7,...)
z[0]+=step[0]; y=zb[0]-z[0]; step[0]=-step[0]-SGN(step[0]);
}
}
//情况3:如果当前累积目标函数计算值大于当前超椭圆半径
else {
if (k==n-1) break; //如果当前层为第n-1层,意味着后续目标函数各项的计算都会超出超椭圆半径,因此终止搜索
else { //若当前层不是第n-1层
k++; //退后一层,即从第k层退到第k+1层
z[k]+=step[k]; y=zb[k]-z[k]; step[k]=-step[k]-SGN(step[k]); //计算退后一层后,当前层的下一个有效备选解
}
}
}
// 对s中的目标函数值及zn中的候选解进行排序(以s中目标函数值为排序标准,进行升序排序)
// RTKLIB中最终可以得到一个最优解一个次优解,存在zn中,两解对应的目标函数值,存在s中
for (i=0;i<m-1;i++) { /* sort by s */
for (j=i+1;j<m;j++) {
if (s[i]<s[j]) continue;
SWAP(s[i],s[j]);
for (k=0;k<n;k++) SWAP(zn[k+i*n],zn[k+j*n]);
}
}
free(S); free(dist); free(zb); free(z); free(step);
if (c>=LOOPMAX) {
fprintf(stderr,"%s : search loop count overflow\n",__FILE__);
return -1;
}
return 0;
}