一种北斗/GPS双模导航定位装置及方法与流程

本发明涉及机载导航领域，尤其涉及一种北斗/gps双模导航定位装置及方法。

背景技术：

随着无人机的广泛应用给我们的生活带来了更多的便利，也扮演着越来越重要的角色，受到各国的重视，吸引了很多的研究机构和科研单位投入其中。无人机的自主起飞、航行、着陆，以及相关应用领域比如无人机植保、电力巡线、灾害监测等严重依赖于高精度导航定位技术。

在高山密林、城市高楼大厦等场合，gnss信号极易被遮挡，北斗/gps单系统有可能在信号遮挡严重的情况下会出现观测卫星数过少，导致定位不准误差大的情况，而北斗/gps双模可以有效的观测到足够的卫星进行定位，有效增加参与定位的卫星数量和改善卫星pdop值。

单点伪距定位受卫星钟差、星历误差、电离层延迟、对流层延迟影响定位精度在5到10米的范围，不能有效的满足高精度定位。

目前市面上相关定位模块、接收机精度较差，高精度接收机价格昂贵、体积大、功耗高，针对这些不足提出了新的设计思想以及改进了相关定位算法，使得该装置具有精度高、成本低、体积小、低功耗等特点。

现有技术中，提供了一种根据gnss数据解算模块、差分数据生成模块和rtcm差分数据编码模块，将差分数据通过rtcm编码、msk调制后播发出去，用户接受这个信号经过解调获得改正数提高了定位精度。这种系统的特点是对差分改进数进行编码和调制后再播发，用户对接收信号进行解调获得差分改正数。值得指出的是该方法在gnss信号被遮挡、差分信号不能接收的情况下，是不太合适的，这对于多旋翼无人机实时定位追踪显然是不可取的。

现有技术中，提供的技术方案通过手机gps解算位置信息根据通信网络获取差分改正数，进行修正提高精度。这种系统的特点是不借助外围设备或者电路提高了手机gps的定位精度，需要指出的是这种系统不具备通用性只适用于普通用户，如果需要用在例如物流网络追踪、无人机精密定位等场合显然是不合适的。

现有技术中，提供的技术方案通过无人机无线通讯模块与基准站建立差分通讯链路，基准站实时向精密定位系统发送差分信息，将解算后的位置信息和原始导航数据进行存储。根据其技术特点分析存在若干缺陷，采用北斗单系统观测卫星数少，如遇到卫星信号遮挡会导致定位中断，这对多旋翼无人机实时监测是不允许的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种北斗/gps双模导航定位装置及方法，所要解决的技术问题是：在信号遮挡严重的情况下会出现观测卫星数过少，导致定位不准误差大；受卫星钟差、星历误差、电离层延迟、对流层延迟影响定位精度在5到10米的范围，不能有效的满足高精度定位。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种北斗/gps双模导航定位装置，包括基准站和机载流动站，所述基准站与所述机载流动站无线连接；

所述基准站用于接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数进行保存，并发送给机载流动站；

所述机载流动站用于接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合测定值和双模定位信号进行持续定位。

本发明的有益效果是：基准站可以对单模或者双模用户接收机提供差分改正数，机载流动站进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；机载流动站还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述基准站包括依次连接的第一双模接收机单元、第一数据处理单元和服务器单元；

所述第一双模接收机单元用于观测北斗/gps卫星信号，通过双模接收天线接收卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，通过串口通信方式将观测数据和星历数据传输至第一数据处理单元；

所述第一数据处理单元用于对观测数据和和星历数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；通过串口通信方式将第一北斗/gps差分改正数传输至服务器单元；

所述服务器单元用于将第一北斗/gps差分改正数进行存储；还用于根据机载流动站的访问请求，将第一北斗/gps差分改正数传输至机载流动站。

采用上述进一步方案的有益效果是：服务器单元能对第一北斗/gps差分改正数进行存储，在区域范围内所有用户都可以访问该服务器，提取第一北斗/gps差分改正数提升自身定位精度，扩大应用范围。

进一步，所述机载流动站包括第二双模接收机单元和第二数据处理单元，所述第二双模接收机单元与第二数据处理单元连接，且所述第二数据处理单元与服务器单元无线连接；

所述第二双模接收机单元用于观测北斗/gps卫星信号，通过双模接收天线接收卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，通过串口通信方式将观测数据和星历数据传输至第二数据处理单元；

所述第二数据处理单元用于对观测数据和星历数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；同时访问服务器单元获取第一北斗/gps差分改正数，将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位。

采用上述进一步方案的有益效果是：机载流动站能访问服务器单元获取第一北斗/gps差分改正数，进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度。

进一步，所述第二数据处理单元通过网络接入单元与所述服务器单元连接，所述网络接入单元用于第二数据处理单元和服务器单元之间进行信号传输。

采用上述进一步方案的有益效果是：网络接入单元便于与外部进行无线信号传输。

进一步，所述机载流动站还包括惯性导航单元，所述惯性导航单元与所述第二数据处理单元连接；所述惯性导航单元用于获取获得第二数据处理单元的双模定位信号，根据定位数据进行持续定位，获得持续定位信号，并将持续定位信号传输至第二数据处理单元进行导航定位。

采用上述进一步方案的有益效果是：惯性导航单元能在无卫星信号的状态下进行持续定位，保障定位精度。

进一步，所述惯性导航单元包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计和处理器，所述三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计均与所述处理器连接，所述处理器与所述第二数据处理单元连接；

所述三轴陀螺仪用于测定角速度，根据测定值构建定位坐标系，生成定位坐标系信号传输至处理器；

所述三轴加速度计用于测定运动加速度，根据运动加速度对时间进行两次积分得到运动距离，生成距离信号传输至处理器；

所述三轴磁力计用于测定运动方向，生成方向信号传输至至处理器；

所述处理器用于获取双模定位信号，对定位坐标系信号、距离信号、方向信号和双模定位信号进行信号处理，生成对应的持续定位信号传输至第二数据处理单元进行导航定位。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计协调运作，能在无卫星信号的状态下进行持续定位，保障定位精度。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种北斗/gps双模导航定位方法，包括以下步骤：

步骤s1.基准站接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数进行保存；

步骤s2.机载流动站接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；

步骤s3.机载流动站生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合测定值和双模定位信号进行持续定位。

本发明的有益效果是：基准站可以对单模或者双模用户接收机提供差分改正数，机载流动站进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；机载流动站还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11.接收北斗/gps卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，对观测数据进行数据处理，得伪距观测数据；

步骤s12.对伪距观测数据进行载波相位探测与修复，再利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，得修正后的伪距观测数据；

步骤s13.通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，得平滑滤波后的伪距值；通过星历数据计算卫星位置，根据卫星位置及自身坐标计算站星距；

步骤s14.将平滑滤波后的伪距值和站星距进行差分算法处理，得第一北斗/gps差分改正数。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，提升定位精度；通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，消除伪距噪声。

进一步，所述步骤s1还包括以下步骤：步骤s15.根据多个第一北斗/gps差分改正数计算改正数变化率，将改正数变化率进行保存。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过计算改正数变化率，能根据改正数变化率获取改正数，从而实现在收不到卫星信号的状态下能获取改正数，便于进行定位。

进一步，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21.接收北斗/gps卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，对观测数据进行数据处理，得伪距观测数据；

步骤s22.对伪距观测数据进行载波相位探测与修复，再利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，得修正后的伪距观测数据；

步骤s23.通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，得平滑滤波后的伪距值；通过星历数据计算卫星位置，根据卫星位置及自身坐标计算站星距；

步骤s24.将平滑滤波后的伪距值和站星距进行差分算法处理，得第二北斗/gps差分改正数；

步骤s25.获取第一北斗/gps差分改正数，将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；

步骤s26.生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合测定值和双模定位信号进行持续定位。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，提升定位精度；通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，消除伪距噪声；对差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

附图说明

图1为本发明一种北斗/gps双模导航定位装置的模块框图；

图2为本发明一种北斗/gps双模导航定位装置的流程图；

图3为基准站和机载流动站的流程图；

图4为本发明一种北斗/gps双模导航定位装置的组合导航系统框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、基准站，101、第一双模接收机单元，102、第一数据处理单元，103、服务器单元；

2、机载流动站，201、第二双模接收机单元，202、第二数据处理单元，203、网络接入单元，204、惯性导航单元，205、三轴陀螺仪，206、三轴加速度计，207、三轴磁力计，208、处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种北斗/gps双模导航定位装置，包括基准站1和机载流动站2，所述基准站1与所述机载流动站2无线连接；

所述基准站1用于接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数进行保存，并发送给机载流动站2；

所述机载流动站2用于接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合测定值和双模定位信号进行持续定位。

上述实施例中，基准站1可以对单模或者双模用户接收机提供差分改正数，机载流动站2进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；机载流动站还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述基准站1包括依次连接的第一双模接收机单元101、第一数据处理单元102和服务器单元103；

所述第一双模接收机单元101用于观测北斗/gps卫星信号，通过双模接收天线接收卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，通过串口通信方式将观测数据和星历数据传输至第一数据处理单元102；

所述第一数据处理单元102用于对观测数据和和星历数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；通过串口通信方式将第一北斗/gps差分改正数传输至服务器单元103；

所述服务器单元103用于将第一北斗/gps差分改正数进行存储；还用于根据机载流动站2的访问请求，将第一北斗/gps差分改正数传输至机载流动站2。

上述实施例中，服务器单元103能对第一北斗/gps差分改正数进行存储，在区域范围内所有用户都可以访问该服务器单元103，提取第一北斗/gps差分改正数提升自身定位精度，扩大应用范围。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述机载流动站2包括第二双模接收机单元201和第二数据处理单元202，所述第二双模接收机单元201与第二数据处理单元202连接，且所述第二数据处理单元202与服务器单元103无线连接；

所述第二双模接收机单元201用于观测北斗/gps卫星信号，通过双模接收天线接收卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，通过串口通信方式将观测数据和星历数据传输至第二数据处理单元202；

所述第二数据处理单元202用于对观测数据和星历数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；同时访问服务器单元103获取第一北斗/gps差分改正数，将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位。

上述实施例中，机载流动站2能访问服务器单元103获取第一北斗/gps差分改正数，进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述第二数据处理单元202通过网络接入单元203与所述服务器单元103连接，所述网络接入单元203用于第二数据处理单元202和服务器单元103之间进行信号传输。

上述实施例中，网络接入单元203便于与外部进行无线信号传输。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述机载流动站2还包括惯性导航单元204，所述惯性导航单元204与所述第二数据处理单元202连接；所述惯性导航单元204用于获取获得第二数据处理单元202的双模定位信号，根据定位数据进行持续定位，获得持续定位信号，并将持续定位信号传输至第二数据处理单元202进行导航定位。

上述实施例中，惯性导航单元204能在无卫星信号的状态下进行持续定位，保障定位精度。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述惯性导航单元204包括三轴陀螺仪205、三轴加速度计206、三轴磁力计207和处理器208，所述三轴陀螺仪205、三轴加速度计206和三轴磁力计207均与所述处理器208连接，所述处理器208与所述第二数据处理单元202连接；

所述三轴陀螺仪205用于测定角速度，根据测定值构建定位坐标系，生成定位坐标系信号传输至处理器208；

所述三轴加速度计206用于测定运动加速度，根据运动加速度对时间进行两次积分得到运动距离，生成距离信号传输至处理器208；

所述三轴磁力计207用于测定运动方向，生成方向信号传输至至处理器208；

所述处理器208用于获取双模定位信号，对定位坐标系信号、距离信号、方向信号和双模定位信号进行信号处理，生成对应的持续定位信号传输至第二数据处理单元202进行导航定位。

上述实施例中，通过三轴陀螺仪205、三轴加速度计206和三轴磁力计207协调运作，能在无卫星信号的状态下进行持续定位，保障定位精度。

惯性导航单元204与北斗/gps相互独立进行定位定位、定速解算，然后两者定位结果通过一个前馈式互补型卡尔曼滤波融合到一起，惯性导航单元204对三轴陀螺仪205、三轴加速度计206、三轴磁力计207的测量值做积分定位运算后输出一个平滑、低噪声的位置，以第二数据处理单元202的定位结果为初始位置，进行卡尔曼滤波组合导航，输出定位信息到多旋翼无人机飞控，有效解决了北斗/gps遮挡定位中断情况。

如图2和图4所示，一种北斗/gps双模导航定位方法，包括以下步骤：

步骤s1.基准站1接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第一北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数进行保存；

步骤s2.机载流动站2接收北斗/gps卫星信号，并读取得卫星数据；对卫星数据进行解析和计算，得第二北斗/gps差分改正数；将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；

步骤s3.机载流动站2生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合测定值和双模定位信号进行持续定位。

上述实施例中，基准站1可以对单模或者双模用户接收机提供差分改正数，机载流动站2进行差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；机载流动站2还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

可选的，作为本发明的一个实施例：如图3所示，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11.接收北斗/gps卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，对观测数据进行数据处理，得伪距观测数据；

步骤s12.对伪距观测数据进行载波相位探测与修复，再利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，得修正后的伪距观测数据；

步骤s13.通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，得平滑滤波后的伪距值；通过星历数据计算卫星位置，根据卫星位置及自身坐标计算站星距；

步骤s14.将平滑滤波后的伪距值和站星距进行差分算法处理，得第一北斗/gps差分改正数。

上述实施例中，利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，提升定位精度；通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，消除伪距噪声。

可选的，作为本发明的一个实施例：所述步骤s1还包括以下步骤：步骤s15.根据多个第一北斗/gps差分改正数计算改正数变化率，将改正数变化率进行保存。

上述实施例中，通过计算改正数变化率，能根据改正数变化率获取改正数，从而实现在收不到卫星信号的状态下能获取改正数，便于进行定位。

可选的，作为本发明的一个实施例：如图3所示，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21.接收北斗/gps卫星信号，读取卫星信号得观测数据和星历数据，对观测数据进行数据处理，得伪距观测数据；

步骤s22.对伪距观测数据进行载波相位探测与修复，再利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，得修正后的伪距观测数据；

步骤s23.通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，得平滑滤波后的伪距值；通过星历数据计算卫星位置，根据卫星位置及自身坐标计算站星距；

步骤s24.将平滑滤波后的伪距值和站星距进行差分算法处理，得第二北斗/gps差分改正数；

步骤s25.获取第一北斗/gps差分改正数，将第一北斗/gps差分改正数与第二北斗/gps差分改正数进行匹配和修正，得到修正北斗/gps差分改正数；根据修正北斗/gps差分改正数进行位置解析，进行双模定位；

步骤s26.生成双模定位信号，同时进行角速度测定、加速度测定和运动方向测定，结合角速度测定、加速度测定和运动方向的测定值和双模定位信号进行持续定位。

上述实施例中，利用观测模型对伪距观测数据进行卫星钟差、电离层延迟和对流层延迟修正，提升定位精度；通过载波相位平滑伪距算法对修正后的伪距观测数据进行平滑滤波，消除伪距噪声；对差分改正数匹配和修正，提高定位速度和定位精度；还能在无卫星信号的状态下进行持续定位，提升定位精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。