【rtklib】在rtk下使用抗差自适应卡尔曼滤波初步实践

一、背景
以前上学的时候做测量，做静态算架站点的坐标做控制或者在校园进行rtk测地形点，都是在视野开阔，运动缓慢的情况下进行。现在使用消费级接收机，在城市动态复杂环境下，例如过天桥、树荫下、高楼旁边，其测量值会出现大量的粗差和周跳的现象，很是频繁，影响到了量测模型；同时，载体的运动状态也是不清楚的，例如，在路口拐弯，遇到行人车要减速，绿灯后车要加速等，影响到了动力学模型。

鉴于以上描述的函数模型两方面，那么在使用ekf的时候，心里就慌慌了。这个时候考虑使用抗差自适应卡尔曼滤波，一是抗差估计调整量测噪声矩阵，二是自适应调整动力学模型，平衡两者的贡献。

二、vs后处理实践
在rtklib中，我们在进行vs后处理post的时候，如果使用了伽利略、glonass等，要注意在头文件中定义系统的宏，否则得到的只是gps的rtk结果。既然是动态rtk，那么接收机的dynamic选项要打开，这在配置文件可以直接更改。下面要分两步来进行，自适应因子的确定和抗差估计得到的量测噪声矩阵。

2.1 自适应因子的确定
自适应因子的确定可以从两方面，一是新息向量，也就是通过一步预测值和测量值得到的，是第一次ddres得到的v；二是通过状态不符值，即通过当前时刻的状态向量和一步预测值的模。
在实际使用中，不建议使用状态不符值，因为这个状态有时算出来相差太大，新息向量更能反映动态系统的扰动。
示例代码如下：

/* adaptive factor resolved by predicted residual */
static double adaptive_factor(const double *v, int nv)
{
	double sum = 0.0,ret;
	double c0 = 1.5, c1 = 8.0;

	for (int i = 0; i < nv; i++) {
		sum += v[i] * v[i];
	}
	sum = sqrt(sum);

	if (sum>c1)
	{
		ret = 0;
	}
	else if(sum <= c0) {
		ret = 1;
	}
	else {
		ret = (c0 / sum)*SQRT((c1 - sum) / (c1 - c0));
	}
	return ret;

}

2.2 抗差M估计
抗差估计是使用验后测量残差进行计算得到的，rtk双差测量值是相关的，那么在进行抗差估计的时候就不能使用等价权策略了，参考了刘经南的计算方法，和杨元喜的双因子模型其实是一回事。
示例代码如下：

/* 抗差估计算法，RTK双差观测值之间相关，不能采用等价权方案       */
/* v        I        验后观测残差向量                            */
/* R        I        量测噪声方差-协方差阵                       */
/* vflag    I        双差卫星新息字段                            */
/* nv       I        量测噪声方差-协方差阵维数 即R大小为(nv*nv)  */
static double * robust_estimate(const double *v, const double *R, const int *vflg, int nv)
{	// nv表示量测噪声方差-协方差阵R的维数，RTK的量测噪声矩阵R是相关的，需要确定等价方差-协方差矩阵R_，参考刘经南计算方法
	int i, j, sat1, sat2, type, freq;
	double *R_; 
	double w,c=2.0,p; // w表示标准化残差，c~[1.5,3.0]，p表示相关系数
	R_ = mat(nv, nv);

	// step1 先保存对角线元素
	for (i = 0; i < nv; i++) {
		w = 0.0;
		sat1 = (vflg[i] >> 16) & 0xFF;
		sat2 = (vflg[i] >> 8) & 0xFF;
		type = (vflg[i] >> 4) & 0xF; // type == 0 ? "L" : (type == 1 ? "P" : "C")
		freq = vflg[i] & 0xF;
		// 验后观测残差的标准化残差
		w = fabs(v[i]) / R[i + i*nv];
		R_[i + i*nv] = (w < c) ? R[i + i*nv] : w*w*R[i + i*nv];
	}
	// step2 再填充非对角线元素，使用相关系数p来填充R_
	for (i = 0; i < nv; i++) {
		for (j = 0; j < nv; j++) {
			if (i == j) continue;
			p = R[j + i*nv] / (sqrt(R[i + i*nv] * R[j + j*nv]));
			R_[j + i*nv] = p*sqrt(R_[i + i*nv] * R_[j + j*nv]);
		}
	}

	return R_;	
}

注释中描述了步骤，但是这个策略中没有对ddpr和ddcp进行分开处理，是要分开处理的，因为ddcp的时候有可能是周跳没剔除干净导致的，那么模糊度就要重置，只是把这个代码流程放出来，大家当个参考吧。

2.3 其他注意
得到了自适应因子，在卡尔曼滤波filter函数中k的计算只需要在控制系数的那儿由1.0变成1.0/factor即可。
当前历元计算的状态向量的Pp，我加了这个

    if (!(info=matinv(Q,m))) {
       matmul("NN",n,m,m,1.0,F,Q,0.0,K);   /* K=P*H*Q^-1 */
       matmul("NN",n,1,m,1.0,K,v,1.0,xp);  /* xp=x+K*v */
       matmul("NT",n,n,m,-1.0,K,H,1.0,I);  /* Pp=(I-K*H')*P */
       matmul("NN",n,n,n,1.0,I,P,0.0,Pp);
   	// 张友民
   	//matmul("NT", n, n, n, 1.0, Pp, I, 0.0, Pp);
   	//matmul("NT", m, n, m, 1.0, R, K, 0.0, F_);
   	//matmul("NN", n, n, m, 1.0, K, F_, 1.0, Pp);
   }

result
结果测试的不好啊，怎么放出来，哈哈哈。只是给大家提供一个思路～

【rtklib】在rtk下使用抗差自适应卡尔曼滤波初步实践

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