【rtklibexployer】RTKLIB Static-start feature 静态启动模式

原文：RTKLIB: Static-start feature

静态启动模式是我不久前添加到 demo4 代码中的，但一直没来得及解释，所以我现在要做。

正如我以前提到的，我总是喜欢在第一次打开接收器后让接收机静止不动，以便在允许它移动之前获得第一次固定和保持（fix-and-hold）。这大大减少了获得初始错误固定解的情况。然而，如果我们能告诉 RTKLIB 接收机在这段时间内是静止的，我们就能从这样做中获益更多。这是因为我们将从解中消除接收机运动的不确定性，卡尔曼滤波将更快地收敛。通过这样做，我们应该能够减少首次固定的时间。

RTKLIB 有一个用于移动流动站的解算模式（运动模式）和一个用于静止流动站的解算模式（静态模式），但目前没有办法在这两种模式之间切换。我添加的新的静态启动模式的作用是在静态模式下启动解算，然后在解算首次符合固定和保持条件后切换到运动学模式。它并不要求固定和保持功能被启用，它仍然会在该资格发生时切换到运动学模式，即使固定和保持功能没有被启用。

下面是唯一的功能性代码修改，在 rtkpos.c 中的 relpos() 函数中，新的一行代码是红色的。为了处理输入配置文件中的新选项，还有一些簿记上的改动，我不在这里列出，但可以在 demo4 的代码中看到。

/* hold integer ambiguity if meet minfix count */
if (++rtk->nfix>=rtk->opt.minfix) {
    if (rtk->opt.modear==ARMODE_FIXHOLD)
        holdamb(rtk,xa);
    /* switch to kinematic after qualify for hold if in static-start mode */
    if (rtk->opt.mode==PMODE_STATIC_START)
        rtk->opt.mode=PMODE_KINEMA;
}

将输入配置文件中的 pos1-posmode 从 "运动学 "改为 “静态启动”，可以启用这一功能。

让我们做一个小测试，看看它的表现如何。我使用了我最新的 demo4 数据集，运行了三个解。这三个方案的初始获取量如下图所示。

static_start1

前两个都是在运动学模式下。在第一张图中，我使用了 stats-eratio1 的默认值，即伪距和载波相位测量值协方差之间的比值为 100。在第二张图中，我使用了我的首选值 300。这与静态启动的修改无关，但与获取时间有关，所以我再次提出来。正如你所看到的，改变这个值可以将首次固定的时间从大约8分钟减少到不到5分钟。

在第三幅图中，我将 pos1-posmode 从 "运动学 "改为 “静态启动”，以启用静态启动功能，并再次使用300 作为 stats-eratio1。这将首次固定的时间从不到 5 分钟减少到大约 2.5 分钟，省了一半时间。首次定位的实际时间会有相当大的变化，这取决于信号质量、卫星数量和天空视图的质量，但即使时间有变化，这里显示的趋势也应该保持。

为了更好地理解这一变化，最好能理解 RTKLIB 中的 "静态 "模式和 "运动 "模式之间的区别，所以接下来我们来讨论一下。

在我之前描述 RTKLIB 动态定位模式的文章中，我解释了卡尔曼滤波器是如何对每个历元进行两次估计的，其中第一次估计是预测接收机自上一个历元以来移动了多远。如果启用动态定位模式，这个估计值将使用估计的流动站速度和加速度，如果没有，RTKLIB 将简单地使用当前历元的伪距测量值及其巨大的协方差。

在这两种情况下，位置状态的方差在这次更新后会增加，因为该历元间隔内发生的事情是未知的。然后，测量更新将使用来自载波相位测量的额外信息再次减少协方差。因此，对于每个历元，位置状态的不确定性（协方差）将通过预测估计增加，然后通过测量更新减少一个更大的数量，呈 "Z "字形趋向于零差异越小，假设它们是准确的，整周模糊度就更好求解。

然而，如果我们知道流动站在这段时间内没有移动，那么卡尔曼滤波就没有必要随着时间的推移而增加方差，因为流动站将正好在它之前一个历元的位置，方差可以更快地收敛为零。这正是 RTKLIB 所做的。如果启用了静态模式，那么 RTKLIB 就完全跳过了预测更新的步骤，而只是假设接收机在它上次采样的位置，并且该位置的不确定性没有变化。下面是上述最后两个解的协方差图，比较了运动学和静态启动的情况。我只显示了 Z 轴，因为它往往是找到固定解的限制因素，至少在接收机静止的时候是这样。这是因为卫星的几何多样性在上下方向上总是最有限的，因为天线下面的所有卫星都被地球遮挡了。

static_start2

当求解出整周模糊度，解从浮动切换到固定时，两个轨迹中的方差突然下降。静态启动轨迹中的上升发生在固定和保持首次发生、解从静态切换到运动学的时候。在这一点上，移动的流动站的不确定性被引入，方差也相应地跳动。在运动学的情况下，线条是平滑的，而不是像我上面描述的那样呈 "Z "字形，这是因为我所绘制的数据来自于输出的位置文件，每个历元只包括一个方差值。这是在测量更新后，历元结束时的数值。

那么，如果接收机没有静止足够长的时间，在流动站开始移动之前没有固定，会发生什么？如果不启用静态启动，很可能会在流动站移动时找到一个固定点。然而，这个固定点出错的几率可能相当高，这就导致了 RTKLIB 以很高的置信度报告了一个不正确的解（即固定点），尽管它并不是。

如果启用了静态启动，并且在流动站开始移动之前没有找到固定点，那么在流动站移动时找到任何固定点的机会，无论正确与否，几乎都是零。这是因为卡尔曼滤波器所使用的模型与实际的漫游器很不匹配。如果它确实找到了一个固定点，它也不会被维持超过很短的时间，因为卡尔曼过滤器又一次错误地假设流动站没有在移动。

固定点，它也不会被维持超过很短的时间，因为卡尔曼过滤器又一次错误地假设流动站没有在移动。

我认为这是一个双赢的局面。我们不仅减少了首次固定的时间，而且还减少了 RTKLIB 报告数据为无效数据的机会，而事实并非如此。任何时候，如果 RTKLIB 将一个错的解报告为好的，就会大大削弱对整个解算的可信度。