一种准静态双星定位的方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种准静态双星定位的方法，利用数据库存储刷新常规定位的时空数据，当卫星信号丢失时能查找邻近的时空数据建立精确的地球椭球方程保证定位精度，将邻近的时空数据作为迭代初始值提高了解算实时性防止出现错误定位解；利用连续--观测多普勒移量来增加定位方程能在准静态条件下只需要两颗卫星实现实时精确定位。本发明可以在卫星信号丢失，GPS接收机暂时只接收到2-3颗卫星信号的条件下，保持实时的误差在十米以内的精确定位能力。在一般在运动条件下能用三星定位方式保持20分钟以内的精确定位，在准静态条件下能用三星或双星定位方式保持20分钟以上的精确定位。
【专利说明】一种准静态双星定位的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星定位领域，更具体地说，涉及一种准静态双星定位的方法，进一步，提供了一种无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，及实现装置。
【背景技术】
[0002]目前普通的GPS卫星GPS接收机需要接收到至少四颗GPS卫星信号才能进行准确的定位，一旦某些卫星信号因为障碍物遮挡、电磁干扰、太阳黑子活动干扰等原因而无法捕获，GPS接收机收到的卫星信号数量小于四颗时就会出现无法定位的现象。这种情况下目前大多数定位设备切换到基站定位模式来保持定位性能，但是基站定位误差很大一般在千米级左右，无法实现精确定位保持。传统的三星定位方法仅在理论上论证了利用三颗卫星进行无源定位的可行性，在工程应用上无法防止出现错误定位收敛结果和保证定位精度，而无源双星卫星定位方法较复杂，往往需要对周围环境进行测量(如测量行车轨迹)，方法复杂定位精度低，也难以实时应用到卫星定位GPS接收机中。
[0003]中国实用新型专利ZL201120370577.3公开了一种无盲区车载GPS跟踪定位系统，包括控制中心、中央处理器、GPS接收机和无线通讯模块，所述GPS接收机与中央处理器、中央处理器与无线通讯模块之间通过串行总线连接，所述控制中心与无线通讯模块之间无线通讯连接，其中所述GPS接收机中设置有陀螺仪传感器、加速度传感器、A/D转换器和数据计算处理器，所述陀螺仪传感器、加速度传感器分别通过A/D转换器与数据计算处理器连接，所述数据计算处理器与上述中央处理器连接。
[0004]与现有技术相比，上述实用新型专利申请通过对汽车的运行距离、转向角度等位置信息进行时时监测，并将监测获取的信息经过计算后发送给控制中心，由控制中心时刻对汽车的位置进行追踪，从而实现了在GPS信号微弱甚至没有GPS信号的环境中，对车辆进行定位跟踪。
[0005]上述的技术方案通过额外的传感器辅助外推的方法短暂地持续输出定位结果，但由于没有使用处于跟踪状态的卫星，丢失了有用的信息，额外传感器引入使得导航定位系统成本大幅度上升，同时不宜集成在手持设备中，应用场合有限。
[0006]中国发明专利ZL200710176596.0公开了一种在信号短暂缺失条件下的非完备定位的方法，涉及全球卫星定位与导航领域，例如GPS系统。所述方法包括:利用正常定位时各可见卫星的PN码发射时间外推信号缺失时丢失的卫星伪随机噪声码发射时间，并用处于有效状态卫星的发射时间进行修正；结合信号缺失前存储的导航电文实现定位，以及判定该定位方法精度是否在接受的范围内的方法。这种不完备条件下定位方法适用于任意类型的GPS接收机的基带处理芯片。该方法能够明显地减少由于信号缺失导致无法定位的情况，特别适合城市和茂密森林等遮挡物多的应用环境。
[0007]上述的技术方案克服了采用额外传感器的技术方案的缺点，但只能适用于短暂失星的情况，如果长时间处于失星状态，将无法实现定位。而且要实现定位功能的卫星数量下限是三颗卫星，尽管说明书中提及在仅能接收两星的情况下，可以利用维持发射时间进行等待，直到接收到三星，然后利用所述的技术方案进行定位。所以不能用于长时间处于仅接收二星的情况，使用范围受限，而且效果大打折扣。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能长时间在二星情况下进行定位工作的准静态双星定位的方法，并且将该方法与常规定位、三星定位等方式整合为有效全面的定准方式。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种准静态双星定位的方法，步骤如下:
[0011]A、查询最近一次常规定位信息，获取信息中的经度Ltl、纬度Btl坐标值和高程值Htl ；
[0012]B、由GPS接收机接收到的两颗卫星信号的星历解出两颗卫星的当前位置坐标X1、71、。，(1=1、2)，由伪距观测量得到两颗卫星到当前6?5接收机的伪距值Pi (i=l、2)，由如下公式得出:
【权利要求】
1.一种准静态双星定位的方法，其特征在于，步骤如下: A、查询最近一次常规定位信息，获取信息中的经度U、纬度Btl坐标值和高程值Htl； B、由GPS接收机接收到的两颗卫星信号的星历解出两颗卫星的当前位置坐标X1、y1、zi; (i=l、2)，由伪距观测量得到两颗卫星到当前GPS接收机的伪距值Pi (i=l、2)，由如下公式得出:
2.根据权利要求1所述的准静态双星定位的方法，其特征在于，常规定位信息还包括定位几何精度⑶OP ;步骤A查询最近一次常规定位信息，若定位几何精度⑶OP值小于5.0，则取出该信息中的经度U、纬度Btl坐标值和高程值Htl ;若没有定位几何精度GDOP值小于5.0的定位信息，则取出定位几何精度GDOP值最小的定位信息中的经度U、纬度Btl坐标值和高程值H。。
3.根据权利要求2所述的准静态双星定位的方法，其特征在于，准静态双星定位方式进一步还包括:利用坐标变换公式将经度U、纬度Btl、高程Htl由大地坐标系变换为空间直角坐标系中的\、\、Z0值；步骤D将方程组利用泰勒公式展开方法线性化后利用牛顿迭代法求解，在选择迭代初始值时利用\、?值为初始值代入线性化方程组迭代求解x、y、z、t、Afu。
4.根据权利要求3所述的准静态双星定位的方法，其特征在于，大地坐标变换为空间直角坐标的坐标变换公式具体为:
5.一种无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，步骤如下: 1)循环查询GPS接收机所有信号通道的状态，获取当前GPS接收机所能跟踪到的卫星信号数量； 2)根据卫星信号数量，选择定位方式:如果卫星信号数量大于等于四，采用常规卫星定位方式进行定位；如果卫星信号数量等于三，采用三星定位方式进行定位；如果卫星信号数量等于二，采用准静态双星定位方式进行定位； 所述的三星定位方式具体为: 210)查询最近一次常规定位信息，获取信息中的经度U、纬度Btl坐标值和高程值Htl； 211)由GPS接收机接收到的三颗卫星信号的星历解出三颗卫星的当前位置坐标X1、y1、Zi, (i=l、2、3)，由伪距观测量得到三颗卫星和GPS接收机之间的伪距值Pi (i=l、2、3)，由如下公式得出:
6.根据权利要求5所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，步骤2)中，常规定位方式完成定位后，记录定位信息，然后计算数据库中各条数据的定位时间与当前时间的时间差，将时间差大于预设时间差阈值的时空信息删除，返回步骤I)。
7.根据权利要求6所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，常规定位信息还包括定位几何精度⑶OP ;步骤210)查询最近一次常规定位信息，若定位几何精度GDOP值小于5.0,则取出该信息中的经度Ltl、纬度Btl坐标值和高程值Htl ;若没有定位几何精度GDOP值小于5.0的定位信息，则取出定位几何精度GDOP值最小的定位信息中的经度U、纬度Btl坐标值和高程值H。。
8.根据权利要求7所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，三星定位方式进一步还包括:利用坐标变换公式将经度U、纬度Btl、高程Htl由大地坐标系变换为空间直角坐标系中的W0值；步骤213)将方程组利用泰勒公式展开方法线性化后利用牛顿迭代法求解，在选择迭代初始值时利用Z0值为初始值代入线性化方程组迭代求解X、y、z、t。
9.根据权利要求7所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，准静态双星定位方式进一步还包括:利用坐标变换公式将经度U、纬度Btl、高程Htl由大地坐标系变换为空间直角坐标系中的W0值；步骤224)将方程组利用泰勒公式展开方法线性化后利用牛顿迭代法求解，在选择迭代初始值时利用、Z0值为初始值代入线性化方程组迭代求解X、y、z、t、Δ fu。
10.根据权利要求6所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持方法，其特征在于，所述的时间差阈值，当GPS接收机的运动速度为20km/h〈速度<200km/h时，时间差阈值为120秒；当GPS接收机的运动速度为0〈速度≤20km/h，时间差阈值为1200秒。
11.一种无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持装置，其特征在于，包括判断单元、常规定位模块、时空数据记录模块、三星定位模块、准静态双星定位模块； 所述的判断单元与GPS接收机相连，并且分别与常规定位模块、三星定位模块、准静态双星定位模块相连，用于循环查询GPS接收机所有信号通道的状态，得到当前GPS接收机所能跟踪到的卫星信号数量，根据当前卫星信号数量选择定位模块；所述的常规定位模块与时空数据记录模块相连，时空数据记录模块具备数据库，用于记录常规定位模块获取的定位信息； 所述的时空数据记录模块还分别与三星定位模块、准静态双星定位模块相连，为三星定位模块、准静态双星定位模块提供常规定位模块获取的定位信息； 所述的常规定位模块、三星定位模块、准静态双星定位模块还与定位导航应用相连，用于呈现定位导航。
12.根据权利要求11所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持装置，其特征在于，数据库的数据库表包括记录ID、定位时间、定位经度、定位纬度、定位高程、定位几何精度(⑶OP)。
13.根据权利要求12所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持装置，其特征在于，所述的记录ID逐个递增，自动生成。
14.根据权利要求11所述的无源定位中卫星信号丢失时的定位性能保持装置，其特征在于，所述的准静态双星定位模块包含多普勒频移累加器，在当前时刻读取接收机的载波数控震荡器的配置频率值， 将该值与卫星信号载波频率相减，其差值就是多普勒频移观测量，将其累加进多普勒频移累加器中，用于实现连续测量多普勒频移量和累加多普勒频移量。
【文档编号】G01S19/42GK103713300SQ201210377958
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年10月8日 优先权日:2012年10月8日
【发明者】涂岩恺, 杨磊, 汤益明, 陈义华 申请人:厦门雅迅网络股份有限公司