一種采用單頻gps和glonass組合精準(zhǔn)定位的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法及其裝置。方法包括：建立基準(zhǔn)站和移動站，其中定位模塊包括單頻GPS芯片和單頻GLONASS芯片；基準(zhǔn)站和移動站分別讀取各自的定位模塊輸出的廣播星歷；基準(zhǔn)站和移動站分別將對GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步；基準(zhǔn)站和移動站根據(jù)各自定位模塊的廣播星歷，分別計(jì)算出GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置；移動站和基準(zhǔn)站分別讀取原始偽距數(shù)據(jù)；基準(zhǔn)站根據(jù)其位置、獲得的GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置、以及讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距數(shù)據(jù)，計(jì)算出基準(zhǔn)站的偽距差分改正數(shù)；移動站根據(jù)獲得的衛(wèi)星位置、讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距相位數(shù)據(jù)、及從基準(zhǔn)站得到的偽距差分改正數(shù)，采用卡爾曼濾波方法計(jì)算出定位結(jié)果。解算穩(wěn)定，定位精確。
【專利說明】一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法及其系

統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種定位方法，尤其涉及一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]GPS是美國的全球定位系統(tǒng)，GLONASS是由俄羅斯研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然都是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。但在技術(shù)方面，GLONASS與GPS有以下幾點(diǎn)不同之處:
[0003]1、衛(wèi)星發(fā)射頻率不同。GPS的衛(wèi)星信號采用碼分多址體制，每顆衛(wèi)星的信號頻率和調(diào)制方式相同，不同衛(wèi)星的信號靠不同的偽碼區(qū)分。而GLONASS采用頻分多址體制，衛(wèi)星靠頻率不同來區(qū)分，每組頻率的偽隨機(jī)碼相同。基于這個(gè)原因，GLONASS可以防止整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)被敵方干擾，因而，具有更強(qiáng)的抗干擾能力。
[0004]2、坐標(biāo)系不同。GPS使用世界大地坐標(biāo)系(WGS-84)，而GLONASS使用前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系(PZ-90)。
[0005]3、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不同。GPS系統(tǒng)時(shí)與世界協(xié)調(diào)時(shí)相關(guān)聯(lián)，而GLONASS則與莫斯科標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相關(guān)聯(lián)。
[0006]4、此外，由于 GLONASS 沒有施加 S.A.干擾(Selective Availability),所以它的民用精度優(yōu)于施加S.A.干擾的GPS系統(tǒng)。
[0007]目前所開發(fā)的所有的偽距差分技術(shù)，基本采取的是GPS單系統(tǒng)定位解算模式，不能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)亞米級的定位精度，所以很大程度上限制了 GPS在大比例GIS上的應(yīng)用。
[0008]近年來，隨著俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷完善，所以結(jié)合GPS系統(tǒng)和GLONASS系統(tǒng)，有望提高定位的精度。但是現(xiàn)有的技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)GPS和GLONASS的組合精準(zhǔn)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，而提供的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法及其系統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)中采取了相位輔助擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)亞米級偽距差分定位精度，并且增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0010] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，包括:
[0011]建立基準(zhǔn)站和移動站的步驟，所述的基準(zhǔn)站和移動站的定位模塊包括單頻GPS芯片和單頻GLONASS芯片；
[0012]基準(zhǔn)站和移動站分別讀取各自的GPS芯片和GLONASS芯片輸出的廣播星歷的步驟；
[0013]基準(zhǔn)站和移動站分別將對GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步的步驟；[0014]基準(zhǔn)站和移動站根據(jù)各自的GPS和GLONASS芯片的廣播星歷，分別計(jì)算出GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置的步驟；
[0015]移動站讀取其GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距相位數(shù)據(jù)的步驟；
[0016]基準(zhǔn)站讀取其GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距數(shù)據(jù)的步驟；
[0017]基準(zhǔn)站根據(jù)該基準(zhǔn)站的位置、獲得的GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置、以及讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距數(shù)據(jù)，計(jì)算出基準(zhǔn)站的偽距差分改正數(shù)的步驟；
[0018]將基準(zhǔn)站計(jì)算的偽距差分改正數(shù)送到移動站的步驟；
[0019]根據(jù)移動站獲得的GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置、讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距相位數(shù)據(jù)、以及基準(zhǔn)站得到的偽距差分改正數(shù)，移動站采用卡爾曼濾波方法計(jì)算出定位結(jié)果的步驟。
[0020]上述一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其中，所述的定位模塊選取的要求是:可以分別接收1575.42MHz GPSLl的信號和GLONASS信號，并且能輸出原始偽距數(shù)據(jù)和原始偽距相位數(shù)據(jù)，單點(diǎn)定位精度為2m，輸出頻率為1Hz。
[0021]上述一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其中，所述的將GLONASS的時(shí)間與GPS時(shí)間同步的步驟具體采用如下的運(yùn)算公式:
[0022]GPST=GL0NASST_14s，其中 s 是秒。
[0023]上述一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其中，所述的計(jì)算出GLONASS的衛(wèi)星位置的步驟中，還包括將所述的GLONASS系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成GPS坐標(biāo)系的過程；該坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，包括: 建立基準(zhǔn)站和移動站的步驟，所述的基準(zhǔn)站和移動站的定位模塊包括單頻GPS芯片和單頻GLONASS芯片； 基準(zhǔn)站和移動站分別讀取各自的GPS芯片和GLONASS芯片輸出的廣播星歷的步驟； 基準(zhǔn)站和移動站分別將對GLONASS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步的步驟； 基準(zhǔn)站和移動站根據(jù)各自的GPS和GLONASS芯片的廣播星歷，分別計(jì)算出GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置的步驟； 移動站讀取其GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距相位數(shù)據(jù)的步驟； 基準(zhǔn)站讀取其GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距數(shù)據(jù)的步驟； 基準(zhǔn)站根據(jù)該基準(zhǔn)站的位置、獲得的GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置、以及讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距數(shù)據(jù)，計(jì)算出基準(zhǔn)站的偽距差分改正數(shù)的步驟； 將基準(zhǔn)站計(jì)算的偽距差分改正數(shù)送到移動站的步驟； 移動站根據(jù)獲得的GPS和GLONASS的衛(wèi)星位置、讀取的GPS和GLONASS芯片輸出的原始偽距相位數(shù)據(jù)、以及從基準(zhǔn)站得到的偽距差分改正數(shù)，移動站采用卡爾曼濾波方法計(jì)算出定位結(jié)果的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的定位模塊選取的要求是:可以分別接收1575.42MHzGPSLl的信號和GLONASS信號，并且能輸出原始偽距數(shù)據(jù)和原始偽距相位數(shù)據(jù)，單點(diǎn)定位精度為2m，輸出頻率為1Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的將GLONASS的時(shí)間與GPS時(shí)間同步的步驟具體采用如下的運(yùn)算公式: gpst=glonasst-14S，式中 s 是秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的計(jì)算出GLONASS的衛(wèi)星位置的步驟中，還包括將所述的GLONASS系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成GPS坐標(biāo)系的過程；該坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的采用卡爾曼濾波方法計(jì)算出定位結(jié)果的步驟包括: 建立移動站的觀測方程、對偽距進(jìn)行平滑計(jì)算的步驟； 建立移動站過程動態(tài)模型和量測模型的步驟； 擴(kuò)展卡爾曼濾波增益計(jì)算的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的觀測方程包括: GPS偽距觀測方程
P i(GPS廠Pi+dion+dtrop+cdT(Gps) GPS相位觀測方程
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的量測模型是:

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的方法，其特征在于，所述的擴(kuò)展卡爾曼濾波增益計(jì)算的步驟包括: 觀測更新:
Kk=Pk ㈠ HkT (HkPk (-)?1+?)-1
9.一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 基準(zhǔn)站和移動站，所述的基準(zhǔn)站和移動站之間采用通訊模塊通訊； 所述的基準(zhǔn)站包括:由單頻GPS芯片和單頻GLONASS芯片構(gòu)成的定位模塊、GPS星歷讀取模塊、GLONASS星歷讀取模塊、GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊、GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、GPS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊、GLONASS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊、偽距差分改正數(shù)據(jù)計(jì)算模塊；所述的定位模塊的輸出端分別與GPS星歷讀取模塊、GLONASS星歷讀取模塊、GPS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊、以及GLONASS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊的輸入端電連接；所述的GPS星歷讀取模塊的輸出端與GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述的GLONASS星歷讀取模塊的輸出端與GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊的輸入端電連接，GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊的輸出端與GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述的GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GPS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端、GLONASS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端、以及該基準(zhǔn)站輸出的位置信息，分別與偽距差分改正數(shù)據(jù)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述的偽距差分改正數(shù)據(jù)計(jì)算模塊輸出偽距差分改正數(shù)據(jù)； 所述的移動站包括:由單頻GPS芯片和單頻GLONASS芯片構(gòu)成的定位模塊、GPS星歷讀取模塊、GLONASS星歷讀取模塊、GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊、GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊、GPS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊、GLONASS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊、GLONASS/GPS組合坐標(biāo)計(jì)算模塊；所述的定位模塊的輸出端分別與GPS星歷讀取模塊、GLONASS星歷讀取模塊、GPS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊、以及GLONASS偽距數(shù)據(jù)讀取模塊的輸入端電連接；所述的GPS星歷讀取模塊的輸出端與GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述的GLONASS星歷讀取模塊的輸出端與GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊的輸入端電連接，GLONASS/GPS時(shí)間同步模塊的輸出端與GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述的GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GPS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端、GLONASS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端、以及基準(zhǔn)站的偽距差分改正數(shù)據(jù)計(jì)算模塊輸出偽距差分改正數(shù)據(jù)，分別與GLONASS/GPS組合坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸入端電連接；所述GLONASS/GPS組合坐標(biāo)計(jì)算模塊輸出組合坐標(biāo)定位結(jié)果。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，所述的基準(zhǔn)站和移動站的GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊中還包括將所述的GLONASS系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成GPS坐標(biāo)系的過程；該坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換公式為:
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，移動站所述的GL0NASS/GPS組合坐標(biāo)計(jì)算模塊包括:順序電連接的觀測方程建立模塊、偽距平滑計(jì)算模塊、過程動態(tài)模型和量測模型建立模塊、擴(kuò)展卡爾曼濾波增益計(jì)算模塊；所述的觀測方程建立模塊的輸入端分別與該移動站所述的GPS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GLONASS衛(wèi)星位置坐標(biāo)計(jì)算模塊的輸出端、GPS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端、GLONASS偽距相位數(shù)據(jù)讀取模塊的輸出端電連接；所述的基準(zhǔn)站的偽距差分改正數(shù)據(jù)計(jì)算模塊輸出偽距差分改正數(shù)據(jù)與所述的該移動站的過程動態(tài)模型和量測模型建立模塊的輸入端電連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，所述的觀測方程建立模塊包括: 建立GPS偽距觀測方程
P i(GPS)_Pi+dion+dtrop+cdT(Gps) 建立GPS相位觀測方程
小 i(GPS廠Pi+dion+dtrop+cdTi+ λ L1(GS)Ni 建立GLONASS偽距觀測方程
P i (Glonass) ^i^^ion^^trop^^^T(Glonass) 建立GLONASS相位觀測方程
辦 i (Glonass) Pi+di0n+dtrop+C(lTi+ 入 Li(Glonass)Ni ; 式中:P i(CPS)是第i顆GPS衛(wèi)星的原始觀測偽距數(shù)據(jù)； Pi是第i顆GPS衛(wèi)星到接收機(jī)的實(shí)際距離； di()n是電尚層誤差； dtrop是對流層誤差； cdT(GPS)是相對于GPS系統(tǒng)的鐘差廣生的距尚誤差(c是光速)； Φ? (Gps)是第i顆GPS衛(wèi)星的原始觀測相位數(shù)據(jù)；
\ LI (GPS)
是GPS的LI頻率信號的波長； Ni是第i顆GPS衛(wèi)星的相位整周模糊度； P i(Gionass)是第i顆Glonass衛(wèi)星的原始觀測偽距數(shù)據(jù)； cdT(GPS)是相對于Glonass系統(tǒng)的鐘差廣生的距尚誤差(c是光速)； Φ? (Glonass)是第i顆GloMS S衛(wèi)星的原始觀測相位數(shù)據(jù)；
入 Li (Glonass)
是第i顆Glonass衛(wèi)星的信號的波長； Ni是第i顆Glonass衛(wèi)星的相位整周模糊度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，所述的偽距平滑計(jì)算模塊包括采用如下公式:
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種采用單頻GPS和GLONASS組合精準(zhǔn)定位的系統(tǒng)，其特征在于，所述的擴(kuò)展卡爾曼濾波增益計(jì)算模塊包括: 觀測更新:
【文檔編號】G01S19/33GK103529459SQ201210232213
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】張?jiān)? 符錫金 申請人:上海映慧電子科技有限公司, 張?jiān)?br>