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CN103809189B - 标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统 - Google Patents

标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统，标定系统包括GPS信号接收机和终端设备，GPS信号接收机用于接收多个卫星的卫星信号，终端设备用于从卫星信号中选取卫星信号信噪比大于标准阈值或卫星仰角大于标准角度的卫星信号，并将卫星信号信噪比大于标准阈值或卫星仰角大于标准角度的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星；定位修正系统包括GPS信号接收机、终端设备、码相位计数器和信息处理单元；定位系统包括上述的标定系统和定位修正系统。本发明具有标定能够提高定位精度的观测卫星的功能，且具有对GPS信号接收机接收到的卫星信号进行严格的控制和修正、消除漂移误差、减少漂移范围以及提高定位精度的优点。

Description

标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其是涉及一种标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统。
背景技术
GPS即全球定位系统（Global Positioning System）。简单地说，这是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。
GPS的组成包括空间部分、地面控制部分和用户设备部分，用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当GPS信号接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
但是，在GPS信号接收机观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，使得定位精度大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中GPS信号接收机接收到的卫星信号中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，导致定位精度大大降低的缺陷，提供了一种标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统，具有标定能够提高定位精度的观测卫星的功能，且具有对GPS信号接收机接收到的卫星信号进行严格的控制和修正、消除漂移误差、减少漂移范围以及提高定位精度的优点。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种标定系统，该标定系统包括一GPS信号接收机和一终端设备，其特点在于，该GPS信号接收机用于接收多个卫星的卫星信号；该终端设备用于从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于一标准阈值或卫星仰角大于一标准角度的卫星信号，并将卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星。
其中，观测卫星是指该GPS信号接收机获得的多个卫星的卫星信号中卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号所对应的卫星。
较佳地，该标准阈值为35，该标准角度为20°。当然，该标准阈值和该标准角度还可以为其它的数值。
本发明还提供了一种标定方法，其利用上述的标定系统实现，该标定方法包括以下步骤：
步骤S1、该GPS信号接收机用于接收多个卫星的卫星信号；
步骤S2、该终端设备从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星，对于卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号进入步骤S3，否则结束流程；
步骤S3、将卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星。
本发明还提供了一种定位修正系统，其特点在于，该定位修正系统包括一GPS信号接收机、一终端设备、一码相位计数器和一信息处理单元；
该GPS信号接收机的天线单元用于接收卫星信号，该GPS信号接收机的接收单元用于对接收到的卫星信号进行解码；
该终端设备用于基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机所在地理位置作为一定位信息；
该码相位计数器用于测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元；
该信息处理单元用于接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该信息处理单元还用于接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移变化率，该信息处理单元还用于基于该位移变化率对该位移进行修正。
其中，该定位信息包括该GPS信号接收机的经纬度、高度、速度以及时间等信息，设两卫星到达该GPS信号接收机的时间差为t，利用下列公式：
t=B*s/C=B*cos∠α/C即d∠α/dt=C/Bsin∠α
C表示光速，B表示两卫星之间的距离，s表示两卫星和该GPS信号接收机的方向矢量，通过上述公式可计算出∠α，根据∠α和高度可计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移。
在现有技术中，往往采用观测方程的平均值的方法进行定位操作，根据定位公式：（（T-t）*C）2=（X-x）2+（Y-y）2+（Z-z）2
可知，定位需要有四个未知数（X，Y，Z，T）建立四个方程组，才能够实现三维定位，这就需要至少四颗卫星来定位。而本发明只需要两颗卫星就能够计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，且B的数值越大，定位的精度就越高。
另外，竖直方向是相对于地球的水平面来定义的，它垂直于地球的水平面。
较佳地，该码相位计数器用于通过C/A码（Coarse/Acquisition Code，粗测距码）或P码（Procise Code，精测距码）测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差。
较佳地，该信息处理单元用于对该位移加上该位移变化率进行修正。
本发明还提供了一种定位修正方法，其利用上述的定位修正系统实现，该定位修正方法包括以下步骤：
步骤S1、该GPS信号接收机的天线单元接收卫星信号，该GPS信号接收机的接收单元对接收到的卫星信号进行解码；
步骤S2、该终端设备基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机所在地理位置作为该定位信息；
步骤S3、该码相位计数器测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元；
步骤S4、该信息处理单元接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该信息处理单元还接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移变化率；
步骤S5、该信息处理单元基于该位移变化率对该位移进行修正。
本发明还提供了一种包括上述的标定系统和上述的定位修正系统的定位系统。
较佳地，该定位系统使用上述的标定方法和上述的定位修正方法实现。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的标定系统及方法、定位修正系统及方法以及定位系统，具有标定能够提高定位精度的观测卫星的功能，且具有对GPS信号接收机接收到的卫星信号进行严格的控制和修正、消除漂移误差、减少漂移范围以及提高定位精度的优点。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例的定位系统的结构图。
图2为本发明的较佳实施例的定位系统的定位方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参考图1所示，本实施例的定位系统包括标定系统1和定位修正系统2，该标定系统包括一GPS信号接收机11和一终端设备12，该定位修正系统包括该GPS信号接收机11、该终端设备12、一码相位计数器21和一信息处理单元22。
该标定系统中的各部件实现的功能为：
该GPS信号接收机11用于接收多个卫星的卫星信号，该终端设备12用于从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于一标准阈值35或卫星仰角大于一标准角度20°的卫星信号，并将卫星信号信噪比大于该标准阈值35或卫星仰角大于该标准角度20°的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星。
其中，该标准阈值和该标准角度还可以为其它的数值。
该定位修正系统2中的各部件实现的功能为：
该GPS信号接收机11的天线单元用于接收观测卫星的卫星信号，该GPS信号接收机11的接收单元用于对接收到的卫星信号进行解码；
该终端设备12用于基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机11所在地理位置作为一定位信息；
该码相位计数器21用于通过C/A码或P码测量卫星信号到达该GPS信号接收机11的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元22；
该信息处理单元22用于接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机11在竖直方向上的位移，该信息处理单元22还用于接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机11在竖直方向上的位移变化率，该信息处理单元22还用于对该位移加上该位移变化率进行修正。
其中，该定位修正系统2实现的操作在该标定系统1实现的操作之后，即在该定位系统完成该标定系统1的操作后，再进行该定位修正系统2的操作。
参考图2所示，本实施例还提供了一种定位方法，其利用上述的定位系统实现，该定位方法包括以下步骤：
步骤101、该GPS信号接收机接收多个卫星的卫星信号；
步骤102、该终端设备从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于该标准阈值35或卫星仰角大于该标准角度20°的卫星，对于卫星信号信噪比大于该标准阈值35或卫星仰角大于该标准角度20°的卫星信号进入步骤103，否则结束流程；
步骤103、将卫星信号信噪比大于该标准阈值35或卫星仰角大于该标准角度20°的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星；
步骤104、该GPS信号接收机的天线单元接收观测卫星的卫星信号，该GPS信号接收机的接收单元对接收到的卫星信号进行解码；
步骤105、该终端设备基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机所在地理位置作为该定位信息；
步骤106、该码相位计数器通过C/A码或P码测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元；
步骤107、该信息处理单元接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该信息处理单元还接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移变化率；
步骤108、该信息处理单元对该位移加上该位移变化率进行修正。
本发明中的各个功能模块均能够在现有的硬件条件下结合现有的软件编程手段加以实现，故在此对其具体实现方法均不做赘述。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种定位修正系统，其特征在于，该定位修正系统包括一GPS信号接收机、一终端设备、一码相位计数器和一信息处理单元；
该GPS信号接收机的天线单元用于接收卫星信号，该GPS信号接收机的接收单元用于对接收到的卫星信号进行解码；
该终端设备用于基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机所在地理位置作为一定位信息；
该码相位计数器用于测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元；
该信息处理单元用于接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该信息处理单元还用于接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移变化率，该信息处理单元还用于基于该位移变化率对该位移进行修正；
该定位信息包括该GPS信号接收机的经纬度、高度、速度以及时间，设两卫星到达该GPS信号接收机的时间差为t，利用公式计算出∠α，根据∠α和高度可计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该公式为：
t＝B*s/C＝B*cos∠α/C，
C表示光速，B表示两卫星之间的距离，s表示两卫星和该GPS信号接收机的方向矢量。
2.如权利要求1所述的定位修正系统，其特征在于，该码相位计数器用于通过C/A码或P码测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差。
3.如权利要求1所述的定位修正系统，其特征在于，该信息处理单元用于对该位移加上该位移变化率进行修正。
4.一种定位修正方法，其特征在于，其利用如权利要求1-3中任意一项所述的定位修正系统实现，该定位修正方法包括以下步骤：
步骤S1、该GPS信号接收机的天线单元接收卫星信号，该GPS信号接收机的接收单元对接收到的卫星信号进行解码；
步骤S2、该终端设备基于经解码的卫星信号按定位解算算法进行定位计算，并计算出该GPS信号接收机所在地理位置作为该定位信息；
步骤S3、该码相位计数器测量卫星信号到达该GPS信号接收机的天线单元的时间差，并传输至该信息处理单元；
步骤S4、该信息处理单元接收该定位信息，并基于该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移，该信息处理单元还接收该时间差，并基于该时间差和该定位信息计算出该GPS信号接收机在竖直方向上的位移变化率；
步骤S5、该信息处理单元基于该位移变化率对该位移进行修正。
5.一种定位系统，其特征在于，包括如权利要求1-3中任意一项所述的定位修正系统，该定位系统还包括一种标定系统，该标定系统包括一GPS信号接收机和一终端设备，该标定系统的GPS信号接收机用于接收多个卫星的卫星信号，该标定系统的终端设备用于从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于一标准阈值或卫星仰角大于一标准角度的卫星信号，并将卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星。
6.如权利要求5所述的定位系统，其特征在于，该标准阈值为35，该标准角度为20°。
7.如权利要求5或6所述的定位系统，其特征在于，该定位系统使用如权利要求4所述的定位修正方法，该定位系统还使用一种标定方法，该标定方法利用所述的标定系统实现，该标定方法包括以下步骤：
步骤T1、该标定系统的GPS信号接收机接收多个卫星的卫星信号；
步骤T2、该标定系统的终端设备从该些卫星信号中选取卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星，对于卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号进入步骤T3，否则结束流程；
步骤T3、将卫星信号信噪比大于该标准阈值或卫星仰角大于该标准角度的卫星信号对应的卫星标定为观测卫星。
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