一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法及相應(yīng)的接收的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法及相應(yīng)的接收機(jī)，所述差分信息用于改善接收機(jī)的定位或授時(shí)精度，所述方法包括，位置獲取步驟，獲取所述接收機(jī)的當(dāng)前位置信息；距離計(jì)算步驟，計(jì)算所述當(dāng)前位置信息與差分基準(zhǔn)站的距離；傳輸頻率設(shè)置步驟，根據(jù)所述距離設(shè)置所述接收機(jī)差分信息的傳輸頻率，所述接收機(jī)按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。通過采用上面的技術(shù)手段，可以利用GNSS差分信息的時(shí)效性減小差分信息的播發(fā)頻率，降低差分信息的傳輸流量，降低通信成本，并大大降低參考站服務(wù)器的通信壓力。
【專利說明】一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法及相應(yīng)的接收機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法及相應(yīng)的接收機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]GNSS (Global Navigat1n Satellite System,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))是一個(gè)全球范圍內(nèi)所有導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的總稱，它包括GPS (Global Posit1ning System,美國(guó)全球定位系統(tǒng))、GL0NASS (俄羅斯格洛納斯導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng))、Galileo (歐洲伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng))、BDS(中國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng))等等，以上所有的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，均旨在全天候的為用戶提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)。
[0003]目前，最普遍的衛(wèi)星接收機(jī)的定位模式是:地面接收端接收導(dǎo)航衛(wèi)星播發(fā)的衛(wèi)星信號(hào)，解調(diào)收集到足夠的數(shù)據(jù)信息后解算當(dāng)前地面接收端的位置信息，一般至少需要接收4顆可用衛(wèi)星信號(hào)，地面接收端在本地解算定位信息后顯示給用戶。
[0004]這種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)自主定位模式中，存在衛(wèi)星軌道誤差(約2米)、衛(wèi)星鐘誤差(約3米)，電離層誤差(約十幾米)、對(duì)流層誤差(約2?20米)和接收機(jī)噪聲幾種主要誤差，導(dǎo)致定位精度一般在10米以上。
[0005]衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面站持續(xù)觀測(cè)衛(wèi)星，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)后其進(jìn)行擬合，得到衛(wèi)星軌道的開普勒參數(shù)及攝動(dòng)量參數(shù)，然后由地面站上行發(fā)送給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星以導(dǎo)航電文的形式播發(fā)到地面，由于參數(shù)是擬合得到，存在一定的誤差。
[0006]衛(wèi)星上作為時(shí)間和頻率信號(hào)來源的原子鐘存在著必然的時(shí)間偏差和頻率漂移，衛(wèi)星鐘差是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的主要誤差源之一，在所有的衛(wèi)星鐘中都可以觀測(cè)到多種呈冪率譜分布的隨機(jī)噪聲，其中占主導(dǎo)作用的是調(diào)頻隨機(jī)游走噪聲、調(diào)頻閃變?cè)肼暋⒄{(diào)頻白噪聲、調(diào)相閃變?cè)肼暫驼{(diào)相白噪聲五種冪率型噪聲，且這些噪聲基本不滿足平穩(wěn)遍歷條件，它們的標(biāo)準(zhǔn)方差不收斂。
[0007]電離層是由于太陽(yáng)輻射與地球上層大氣的原子、分子相互作用使得大氣發(fā)生電離而形成的大氣層，高度在6(Tl000km左右，GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)在穿過電離層時(shí)，其傳播速度會(huì)發(fā)生變化，變化程度主要取決于電離層的電子密度和信號(hào)頻率，信號(hào)的傳播路徑也會(huì)發(fā)生略微彎曲。電離層的狀態(tài)隨晝夜、季節(jié)以及太陽(yáng)活動(dòng)期等產(chǎn)生周期性變化，同時(shí)也存在著非周期性變化，如由于人為因素引起的擾動(dòng)等。
[0008]對(duì)流層位于大氣的最低層，集中了約75%的大氣的質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。對(duì)流層與地面接觸，具有很強(qiáng)的對(duì)流作用。風(fēng)、雨、云、霧、雪等主要天氣現(xiàn)象，均出現(xiàn)在該層中，對(duì)流層的大氣成分除含有各種氣體元素外，還含有水滴、冰晶、塵埃等雜質(zhì)，它們對(duì)電磁波的傳播產(chǎn)生很大影響。對(duì)流層的高度因緯度而不同，在低緯度地區(qū)平均高度為17?18公里，在中緯度地區(qū)平均為10?12公里，極地平均為8?9公里，并且夏季高于冬季。當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)通過對(duì)流層時(shí)，在傳播路徑上會(huì)產(chǎn)生彎曲和延遲兩種效應(yīng)，使得測(cè)量距離產(chǎn)生誤差。對(duì)流層誤差屬于公共誤差，理論上流動(dòng)站可通過基準(zhǔn)站消除對(duì)流層誤差，但當(dāng)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的高差超過6km，如果不對(duì)偽距殘差進(jìn)行修正，對(duì)流層延遲引起的高程偏差可達(dá)5米。
[0009]為了獲得更高精度的導(dǎo)航定位結(jié)果，地面接收端與遠(yuǎn)程服務(wù)器交互，通過通訊鏈路從服務(wù)器得到定位相關(guān)的差分信息，利用差分信息修正來實(shí)現(xiàn)高精度定位，GNSS差分定位系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。GNSS差分定位系統(tǒng)100包括基準(zhǔn)站101和GNSS接收機(jī)106，基準(zhǔn)站包含著一個(gè)或者多個(gè)安裝在已知坐標(biāo)位置點(diǎn)上的GNSS參考接收機(jī)102作為基準(zhǔn)站參考接收機(jī)，參考站服務(wù)器103接收到GNSS參考接收機(jī)102發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理中心104進(jìn)行運(yùn)算處理，形成差分信息105，然后將差分信息105播發(fā)給位于差分服務(wù)范圍內(nèi)的用戶接收機(jī)106，以提高用戶接收機(jī)的定位精度。
[0010]基于偽距的差分定位系統(tǒng)主要分為基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率，如RTCM(Rad1 Technical Commiss1n for Maritime services,國(guó)際海運(yùn)事業(yè)無線電技術(shù)委員會(huì))
2.3格式定義的差分定位和基于偽距的差分定位，如RTCM3.2格式。
[0011]在基于偽距的差分定位過程中，其主要原理是利用接收機(jī)與基準(zhǔn)站間的空間相關(guān)性來消除衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、電離層誤差以及對(duì)流層誤差，接收機(jī)距離基準(zhǔn)站越近，其空間相關(guān)性越大，誤差的減小和消除作用越明顯，同時(shí)由于衛(wèi)星時(shí)鐘誤差隨著時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，電離層誤差和對(duì)流層誤差隨著時(shí)間的變化也會(huì)發(fā)生變化，因此，接收機(jī)使用差分信息時(shí)對(duì)時(shí)間和空間都有一定的要求。
[0012]基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率的差分定位過程如圖2所示。接收機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈路，接收基準(zhǔn)站播發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)格式電文，在該電文中主要提供了在參考時(shí)刻各個(gè)衛(wèi)星的偽距改正數(shù)PRC(Pseudorange Correct1n,偽距改正數(shù))及偽距改正數(shù)的變化率RRC(RangeRate Correct1n，偽距率改正數(shù))201，接收機(jī)計(jì)算出偽距202后，根據(jù)偽距和偽距率對(duì)觀測(cè)到的衛(wèi)星偽距進(jìn)行改正203，再進(jìn)行PVT解算204，即可獲得偽距差分定位結(jié)果205。
[0013]基于歷元時(shí)刻基準(zhǔn)站偽距的差分定位過程如圖3所示。差分接收機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈路，接收基準(zhǔn)站播發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)格式電文，該電文主要提供了參考?xì)v元時(shí)刻各個(gè)衛(wèi)星的原始偽距觀測(cè)值和基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)301，同時(shí)差分接收機(jī)利用自身接收到的衛(wèi)星星歷計(jì)算出該歷元時(shí)刻各個(gè)衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，這樣接收機(jī)根據(jù)衛(wèi)星的空間坐標(biāo)和基準(zhǔn)站坐標(biāo)計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的幾何距離，然后與播發(fā)的該歷元的各衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的偽距相減得到偽距改正數(shù)302，最后差分接收機(jī)根據(jù)測(cè)得的自身到各衛(wèi)星的偽距303加上該衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的偽距改正數(shù)即得改正后的偽距304，再進(jìn)行PVT解算305，最后輸出NMEA定位結(jié)果306。
[0014]差分定位系統(tǒng)中，不同的差分系統(tǒng)都是基于該思路，通過對(duì)GNSS系統(tǒng)的增強(qiáng)來提高GNSS定位性能，接收機(jī)需要利用這些增強(qiáng)服務(wù)而配合地做出一些軟硬件設(shè)計(jì)的補(bǔ)充和調(diào)整，差分系統(tǒng)對(duì)接收機(jī)處理能力和處理速度要求的提高使得其成本增加，功耗增大，同時(shí)，接收機(jī)需實(shí)時(shí)的接收差分站的差分信息，產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)流量，增大了用戶成本。因此，隨著定位服務(wù)日益廣泛的使用和越來越高的定位需求，必須有一種新的差分定位模式，既能實(shí)現(xiàn)高精度的定位結(jié)果，又能降低終端用戶和服務(wù)器的流量，降低通訊成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種可接收差分基準(zhǔn)站差分信息的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，通過利用差分基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信息的時(shí)效性來減小差分信息的傳輸頻率以降低差分信息的傳
輸流量。[0016]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，所述差分信息用于改善接收機(jī)的定位或授時(shí)精度，所述方法包括，位置獲取步驟，獲取所述接收機(jī)的當(dāng)前位置信息；距離計(jì)算步驟，計(jì)算所述當(dāng)前位置信息與差分基準(zhǔn)站的距離；傳輸頻率設(shè)置步驟，根據(jù)所述距離設(shè)置所述接收機(jī)差分信息的傳輸頻率，所述接收機(jī)按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。
[0017]更進(jìn)一步地，所述方法還包括，傳輸頻率調(diào)節(jié)步驟，所述距離越遠(yuǎn)，所述傳輸頻率越高；所述距離越近，所述傳輸頻率越低。
[0018]更進(jìn)一步地，所述方法還包括，距離范圍判斷步驟，所述接收機(jī)計(jì)算距離上次接收所述差分信息位置的距離，如果所述距離超出設(shè)定的距離范圍，則重新獲取所述差分信息。
[0019]更進(jìn)一步地，所述方法還包括，時(shí)間范圍判斷步驟，所述接收機(jī)計(jì)算距離上次接收所述差分信息的時(shí)間，如果所述時(shí)間超出設(shè)定的時(shí)間范圍，則重新獲取所述差分信息。
[0020]更進(jìn)一步地，所述距離在(10km，30km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率所選取的范圍為(60，180]秒 / 次。
[0021]更進(jìn)一步地，所述距離在(30km，60km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率所選取的范圍為(30，60]秒 / 次。
[0022]更進(jìn)一步地，所述距離在(30km，60km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率所選取的范圍為(30，60]秒 / 次。
[0023]更進(jìn)一步地，所述距離在(60km，100km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率為小于或等于I秒/次。
[0024]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用了上述差分信息傳輸方法的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)。
[0025]通過采用上面的技術(shù)手段，可以利用GNSS差分信息的時(shí)效性減小差分信息的播發(fā)頻率，降低差分信息的傳輸流量，降低通信成本，并大大降低參考站服務(wù)器的通信壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的差分GNSS系統(tǒng)組成框圖；
圖2為基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率的偽距差分框圖；
圖3為基于偽距的偽距差分框圖；
圖4為實(shí)施例六的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]目前常規(guī)的方法是按照協(xié)議規(guī)定的差分信息更新頻率IHz來實(shí)現(xiàn)的，基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信息每秒更新一次，這樣，差分GNSS接收機(jī)通過接收的每秒更新一次的差分信息對(duì)偽距進(jìn)行修正。
[0028]而實(shí)際上，不管是基于偽距改正數(shù)和偽距變化率改正數(shù)的差分定位還是基于偽距的差分定位，偽距差分技術(shù)所消除的衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差，其誤差修正值是個(gè)緩慢變化量，在幾分鐘內(nèi)一般不會(huì)發(fā)生很大的變化，因此，在差分信息可用范圍內(nèi)，偽距差分信息不需要每秒更新，以減少接收機(jī)與基準(zhǔn)站的信息交互及通訊流量，改進(jìn)的基于偽距差分的定位流程如下所述:
基于偽距改正數(shù)和偽距變化率改正數(shù)的偽距差分定位GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟:1)接收機(jī)每N分鐘接收一次差分信息，得到偽距改正數(shù)PRC(f0/ )和偽距變化率改正數(shù)RRC (匕./),1/是基站播發(fā)差分信息的參考?xì)v元時(shí)間；
2)接收機(jī)根據(jù)自身解調(diào)的導(dǎo)航電文和時(shí)間信息計(jì)算k時(shí)刻的偽距值；
3)接收機(jī)根據(jù)接收的差分信息，計(jì)算出時(shí)刻的偽距改正數(shù)，即
PRCffi37) - RRC(fo/).Ct0 — ；
4)接收機(jī)把3)中計(jì)算的偽距改正數(shù)加到2)中計(jì)算的％時(shí)刻的偽距值上，得到修正的
偽距為P = Pc 一 PRC(fo/) - RRC(ic/) - (fc — to/)；
5)接收機(jī)進(jìn)行PVT解算；
6)接收機(jī)輸出NMEA信息。
[0029]基于偽距的差分定位GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)步驟:
1)接收機(jī)每N分鐘接收一次差分信息，得到時(shí)刻的偽距值P1；
2)接收機(jī)根據(jù)自身解調(diào)的導(dǎo)航電文和時(shí)間信息計(jì)算k時(shí)刻的偽距值/?；
3)接收機(jī)根據(jù)星歷信息計(jì)算t?!時(shí)刻的衛(wèi)星位置、根據(jù)接收的差分信息得到基站的坐標(biāo)值，計(jì)算得到L時(shí)刻衛(wèi)星到基準(zhǔn)站的幾何距離A.,再和差分信息中匕/ (fc~ W〈200)時(shí)刻的偽距值相減，即Λ - Λ,得到偽距改正數(shù)ΔΡ ;
4)接收機(jī)把3)中計(jì)算的偽距改正數(shù)加到2)中計(jì)算的時(shí)刻的偽距值上，得到修正后的偽距值P = Pc - Δρ ；
5)接收機(jī)進(jìn)行PVT解算；
6)接收機(jī)輸出NMEA信息。
[0030]根據(jù)上面的描述，為了減小流量，減小接收機(jī)接收差分信息的頻率最有效，下面是本發(fā)明實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例一:
接收機(jī)固定每N (f600)秒接收一次差分站的差分信息，對(duì)偽距進(jìn)行修正，在此時(shí)間段內(nèi)不再接收差分信息。通常地，N的值是可以動(dòng)態(tài)配置的。
[0032]實(shí)施例二:
接收機(jī)計(jì)算自身的運(yùn)動(dòng)速度，或者從傳感器獲得接收機(jī)的速度信息，然后通過速度的快慢來決定接收機(jī)接收差分信息的頻率，若接收機(jī)運(yùn)動(dòng)較快，則加快接收差分信息頻率，若接收機(jī)運(yùn)動(dòng)速度較慢，則減少接收機(jī)接收差分信息的頻率。表1說明了接收機(jī)速度與接收機(jī)接收差分信息頻率的關(guān)系，可以看出速度越快，接收的頻率越高。
【權(quán)利要求】
1.一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，所述差分信息用于改善接收機(jī)的定位或授時(shí)精度，其特征在于，所述方法包括， 位置獲取步驟，獲取所述接收機(jī)的當(dāng)前位置信息； 距離計(jì)算步驟，計(jì)算所述當(dāng)前位置信息與差分基準(zhǔn)站的距離； 傳輸頻率設(shè)置步驟，根據(jù)所述距離設(shè)置所述接收機(jī)差分信息的傳輸頻率，所述接收機(jī)按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。
2.如權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括，傳輸頻率調(diào)節(jié)步驟，所述距離越遠(yuǎn)，所述傳輸頻率越高；所述距離越近，所述傳輸頻率越低。
3.如權(quán)利要求1至2中任意一項(xiàng)所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括，距離范圍判斷步驟，所述接收機(jī)計(jì)算距離上次接收所述差分信息位置的距離，如果所述距離超出設(shè)定的距離范圍，則重新獲取所述差分信息。
4.如權(quán)利要求1至2中任意一項(xiàng)所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括，時(shí)間范圍判斷步驟，所述接收機(jī)計(jì)算距離上次接收所述差分信息的時(shí)間，如果所述時(shí)間超出設(shè)定的時(shí)間范圍，則重新獲取所述差分信息。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述距離在(10km，30km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率所選取的范圍為(60，180]秒/次。
6.如權(quán)利要求1至 4中任意一項(xiàng)所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述距離在(30km，60km]范圍時(shí)，所述傳輸頻率所選取的范圍為(30，60]秒/次。
7.如權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括，所述距離范圍為l~3km。
8.如權(quán)利要求4所述的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括，所述時(shí)間范圍為100-300秒。
9.一種衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)差分信息傳輸方法，所述差分信息用于改善接收機(jī)的定位或授時(shí)精度，其特征在于，所述方法包括，所述接收機(jī)讀取最近一次接收差分信息的時(shí)刻和該時(shí)刻的接收機(jī)位置；判斷該時(shí)刻距離當(dāng)前時(shí)刻是否超過預(yù)設(shè)的時(shí)間范圍或者判斷該時(shí)刻的接收機(jī)位置距離當(dāng)前接收機(jī)位置是否超過預(yù)設(shè)的距離范圍；若超過預(yù)設(shè)的時(shí)間范圍或者距離范圍，重新接收所述差分信息。
10.一種應(yīng)用了權(quán)利要求1、任意一項(xiàng)所述差分信息傳輸方法的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01S19/24GK104035107SQ201410256253
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】劉麗寧, 孫功憲 申請(qǐng)人:東莞市泰斗微電子科技有限公司