CN101661096A - 基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星定位应用领域，提供了一种基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法及系统。所述方法包括以下步骤：A.所述移动站通过无线通信网络实时地发送当前的GPS定位数据给控制中心；B.所述控制中心根据所述移动站的当前位置用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，并生成逼近轨迹记录；C.所述控制中心根据参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据。本发明利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，然后利用逼近轨迹记录计算出虚拟参考站的差分改正数据，从而实现了准确实时地计算虚拟参考站。
Description
一、技术领域
本发明涉及卫星定位应用领域，更具体的说，涉及一种虚拟参考站的生成方法及系统。
二、背景技术
目前全球定位系统(Global Position System，GPS)技术在多个领域都有广泛应用。目前普通用户站只能接收到免费地GPS信号，精度只有几米，而且GPS信号是一种弱信号，受到外界干扰会导致GPS信号强度大大降低，定位精度也会随之降低。为提高定位精度，可以通过其他辅助信息来实现。在利用辅助信息来提高定位精度方面，现有技术的其中一种做法，通过广域差分站来提供差分改正数据。这种差分站均匀分布在各个地方，分别收集各地的GPS差分改正数据，并提供给移动站的GPS接收机。这种差分站所提供的数据只是其所在区域的大概数据，在此区域内任何地方接收到的数据都一样，而并没有利用移动站所在位置的信息，所以精度还是不可能达到很高。
现有技术的另一种做法是网络RTK技术，是采用虚拟参考站(Virtual Reference Station，VRS)技术。虚拟参考站是一种GPS网络的载波相位动态实时差分(Real-Time Kinematic，RTK)技术。它利用地面布设的多个参考站组成参考站网络，综合利用各个参考站的观测信息，通过建立精确的误差模型来改正卫星定位的相关误差。在进行GPS定位过程中，在用户站附近产生一个物理上不存在、其观测值由控制中心计算模拟出的参考站，因为实际并没有架设过，所以称为虚拟参考站。虚拟参考站系统包括三个组成部分：控制中心、多个参考站组成的连续运行参考站网络、移动用户接收机，其中：控制中心是整个系统的核心，用于进行数据处理和通信控制；连续运行参考站负责采集数据并通过通信线路实时传送到控制中心进行处理；移动用户接收机包括GPS接收机、无线调制解调器及相关的处理器。
该现有技术利用虚拟参考站对移动站进行定位的实现过程是：移动用户接收机通过通信线路把自己的单点定位的概略坐标(NMEA-0183格式)发给控制中心，控制中心就在该位置创建一个虚拟参考站，并结合移动用户站、参考站和GPS卫星的相对几何关系，通过内插计算每一颗GPS卫星到虚拟参考站之间不同路径上各种误差源引起的误差改正值。由于虚拟参考站距离移动用户站只有几十米甚至更短，与移动用户站构成短基线，用户可以把虚拟参考站当作普通参考站使用，并接收控制中心的差分改正数据，进行实时定位。
从上面可以看出，如何根据参考站为移动用户快速、准确地计算出虚拟参考站，是网络RTK系统最关键的问题，本发明就是在这个背景下提出的。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法及系统。
为了实现发明目的，所述基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成系统包括固定参考站、控制中心以及移动站。所述控制中心根据所述移动站的当前位置计算构造虚拟参考站，并由所述控制中心根据所述虚拟参考站计算得出差分改正数据，然后所述控制中心将虚拟参考站的数据通过无线网络发送给所述移动站。
所述移动站能够实时接收卫星发来的原始观测数据，也能够通过无线网络接收所述控制中心发送过来的虚拟参考站的差分改正数据，并在系统内组成差分观测方程进行处理，实时给出相对于参考站的高精度三维坐标；
为了更好地实现发明目的，所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法包括以下步骤：
A.所述移动站通过无线通信网络实时地发送其当前的GPS定位数据给控制中心；
B.所述控制中心根据所述移动站的当前位置计算虚拟参考站，并利用参考站的差分改正数据计算虚拟参考站的差分改正数据；
C.所述控制中心通过无线通信网络将虚拟参考站的差分改正数据实时发送给移动站。
所述无线通信网络用于对所述控制中心与移动站之间的数据进行实时的传送，所述无线通信网络系统可以是GPRS系统、CDMA系统或者TD-SCDMA系统。
所述步骤B包括：
B1.所述控制中心根据所述移动站的当前位置，计算三个覆盖移动站距离最近的参考站；
B2.所述控制中心根据三角形逼近算法计算满足和移动站距离条件的虚拟参考站的位置坐标，并生成逼近轨迹记录；
B3.所述控制中心根据参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据。
本发明利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，然后利用逼近轨迹记录计算出虚拟参考站的差分改正数据，从而实现了准确实时地计算虚拟参考站。
四、附图说明
图1是本发明中利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的系统结构图；
图2是本发明中的三角形逼近算法原理图；
图3是本发明中计算虚拟参考站差分改正数据的示意图；
图4是本发明利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的方法流程图。
五、具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例子，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中，当移动站需要高精度定位时，则利用无线通信网络实时地发送当前接收到的GPS定位数据给控制中心，控制中心根据移动站的当前位置用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，并生成中间点的逼近轨迹记录，然后根据参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据。本发明利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，然后利用逼近轨迹记录计算出虚拟参考站的差分改正数据，从而实现了准确实时地计算虚拟参考站。
图1示出了本发明中利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的系统结构，该系统包括固定参考站100、控制中心200以及移动站300。本发明中控制中心200根据移动站300的当前位置构造一个虚拟参考站400，由于虚拟参考站400是一个物理上不存在、其观测值是由控制中心200模拟生成的参考站，实际上并没有，因此在图1中用虚线标识。
固定参考站100通过有线电缆或光纤与控制中心200相连，用于对卫星信号进行捕获、跟踪、记录和传输。
控制中心200与固定参考站100以及移动站300分别相连，其主要功能包括：(1)接收固定参考站100发来的数据从而监控每个固定参考站的运行情况；(2)接收移动站300发送的GPS定位数据；(3)移动站用户管理，主要负责移动站300所对应用户的登记、注册、撤销、查询、权限等管理，并提供用户使用记录等；(4)利用三角形逼近算法计算虚拟参考站400的坐标位置，并生成中间点的逼近轨迹记录；(5)然后根据参考站100差分改正数据和逼近轨迹记录计算虚拟参考站400的差分改正数据。
移动站300接收来自控制中心的虚拟参考站的差分改正数据，本身也要实时接收卫星发来的原始观测数据，并在系统内组成差分观测方程进行处理，实时给出相对于参考站的高精度三维坐标。在本发明中其与控制中心200之间通过无线通信网络进行数据传送，本发明中的无线通信网络典型的可为GPRS系统、CDMA系统或者是TD-SCDMA系统，也可以是其他具有双向通信能力的无线网络。当需要高精度的定位时，移动站300向控制中心200发送GPS定位数据，控制中心200根据三角形逼近算法生成虚拟参考站400，将虚拟参考站400通过无线通信网络发送给移动站300。
图2是本发明中的三角形逼近算法原理图。当移动站提出定位请求时，会有覆盖一个区域的多个参考站点，所以必须求出能覆盖流动站并且在多个参考站中距离流动站最近的三个参考站点。先计算出每个参考站与流动站之间的距离，采用快速排序法对距离进行排序。排序完成后选择与流动站距离最近的覆盖流动站的三角形参考站。图2中的A、B、C表示三个参考站，D是移动站，先求出三个点ABC的三条边的中点，将新的三个中分点连接起来构成一个新的三角形，再接着在二维坐标系下判断点D(即流动站)在被新的三个中间点所构成的四个三角形中间的哪一个中。然后计算出新三角形顶点与D点之间的距离。当满足哪个新三角形顶点和流动站D点之间的距离小于给的的阈值条件的点出现的时候，那么将三角形的这个顶点就做为虚拟参考站的坐标。如果不符合要求，便接着用三角形三个中分点继续进行划分，一直到找到所找的点为止。
图3是本发明中计算虚拟参考站差分数据的示意图。在求出虚拟参考站坐标后，则需要根据它的坐标迭代过程求出相应的差分改正数据。这里设置一个数据类型来记录下在二维平面下迭代求出满足条件的虚拟参考站坐标的过程轨迹。如果流动站不在参考站覆盖范围内则直接退出。以参考站坐标数组的编号0、1、2来设定参考站的站点号。那么中分的时候，相邻两个站点的中分点为原对面参考站点号，然后求出新的参考站坐标。例如，站0和1中分点即为新的站点2，然后根据中分点与流动站的关系判断出结果，求出新的覆盖流动站的三个点作为新的参考站坐标。最后根据记录下来的轨迹，我们就可以根据需要对参考站的差分改正数据进行处理来求出虚拟参考站的数据了。当数据传输间隔时间变化时，每次调用一次函数就可以根据参考站迭代轨迹对差分改正数据进行处理了。
图4是本发明利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的方法流程图。
在步骤S201中，移动站300需要进行高精度定位时，通过无线通信网络实时地发送当前的GPS定位数据给控制中心200。
在步骤S202中，控制中心200根据移动站300的当前位置利用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，并生成逼近轨迹记录。
在步骤S203中，控制中心200根据参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据。
还应当说明的是，本发明中的定位是采用美国的GPS信号进行定位，还可以采用俄罗斯的GLONASS信号或者是欧洲的GALILEO信号或者是我国的北斗卫星信号，在对网络RTK中的虚拟参考站的计算都可以采用本发明所述的方法和系统。
以上所述仅为本发明的较佳实施例子而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成系统，包括多个参考站、控制中心、无线通信网络及移动站，其特征在于，所述控制中心根据所述移动站的当前位置用三角形逼近算法计算虚拟参考站的坐标位置，并利用参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据，所述控制中心通过无线通信网络将虚拟参考站实时发送给移动站。
2、根据权利要求1所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成系统，其特征在于，所述控制中心根据所述移动站的当前位置计算虚拟参考站。
3、根据权利要求1所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成系统，其特征在于，所述移动站能够通过无线通信网络接收虚拟参考站数据。
4、根据权利要求1所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成系统，其特征在于，所述控制中心与所述移动站之间通过无线通信网络进行数据传送，所述无线通信网络是GPRS系统、CDMA系统或者TD-SCDMA系统。
5、一种基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A.所述移动站通过无线通信网络实时地发送其当前的GPS定位数据给控制中心；
B.所述控制中心根据所述移动站的当前位置计算虚拟参考站，并利用参考站的差分改正数据计算虚拟参考站的差分改正数据；
C.所述控制中心通过无线通信网络将虚拟参考站的差分改正数据实时发送给移动站。
6、根据权利要求5所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法，其特征在于，所述无线通信网络用于对所述控制中心与移动站之间的数据进行实时传送，所述无线通信网络是GPRS系统、CDMA系统或者TD-SCDMA系统。
7、根据权利要求6所述的基于三角形逼近算法的虚拟参考站的生成方法，其特征在于，所述步骤B包括：
B1.所述控制中心根据所述移动站的当前位置，计算三个覆盖移动站距离最近的参考站；
B2.所述控制中心根据三角形逼近算法计算满足和移动站距离条件的虚拟参考站的位置坐标，并生成逼近轨迹记录；
B3.所述控制中心根据参考站差分改正数据和虚拟参考站逼近轨迹记录计算虚拟参考站的差分改正数据。
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