CN101975962B - 一种卫星导航定位方法及相应的装置 - Google Patents

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Abstract

一种卫星导航定位方法，所述方法包括：步骤A，接收导航卫星信号，获取当前导航卫星的信号强度，计算所述卫星导航定位装置的当前位置；步骤B，根据前次接收卫星信号所得到的当前位置、所述导航卫星接收机的速度以及两次接收卫星信号的时间差，估算所述卫星导航定位装置的当前位置；步骤C，根据所述计算所得的当前位置和所述估算所得的当前位置之间的距离差值以及CEP值，判断所述计算所得的当前位置是否需要校正；步骤D，如果需要校正，校正所述卫星导航定位装置的当前位置。采用本发明的技术方案后，通过利用接收机速度和不同信号强度下CEP值相结合，可以对接收机定位数据平滑拟合，提高接收机系统的精度，可以适应北斗和GPS等多种全球卫星定位系统。

Description

一种卫星导航定位方法及相应的装置
技术领域
本发明一种卫星导航定位方法及相应的装置，尤其是对定位数据进行后处理的方法及装置。
背景技术
图1是一种兼容GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和北斗的卫星导航定位装置系统图。GPS/北斗2代兼容型天线101接收到信号，GPS射频前端102和北斗2代射频前端104分别在晶振103以及晶振104的作用下解调出中频信号送到信号处理单元115，其中包括捕获通道106，跟踪通道107，然后定位解算用户坐标110根据得到的数据解算出用户坐标。基带处理部分还包括嵌入式处理器109，复位模块108，此外，还有电源接口112，输入输出接口113，实时时钟111，其中电源接口112用于获得外部的供电，并为射频前端供电，输入输出接口113用于对外输出数据，并接收外部数据用于信号处理单元的控制以及程序的更新，实时时钟111用于保持内部时钟。主控微处理器121用于接收来自信号处理单元115的数据，并发送相关数据或者控制指令给信号处理单元，同时控制地图数据的显示、用户界面的生成与交互、等等，并控制音视频输出单元120的工作。系统程序存储器125用于存储控制程序，FLASH存储器124用于存储地图数据以及用户数据。电源123为整个系统提供电力，电源检测控制单元122用于检测电源的电量并分配电力给信号处理单元115。
全球定位、北斗定位与导航系统，例如全球定位系统GPS，包括一组发送GPS信号的卫星星座，该GPS信号能被接收机用来确定接收机的位置。卫星轨道被安排在多个平面内，以便在地球上任何位置都能从至少四颗卫星接收该种信号。更典型的情况是，在地球上绝大多数地方都能从六颗以上卫星接收该种信号。
由于各种系统误差的综合作用，接收机获得的原始定位结果存在一定相对误差。这些误差包括卫星时钟误差、星历预测误差、相对论效应、电离层效应、对流层效应、接收机和多径效应。由于这些误差的存在，往往需要对原始数据进一步处理，以提高定位精度。对原始数据处理有多种方式，但往往存在一些野点(离实际定位点相差比较远的点)，会影响定位精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用CEP(Circular Error Probable，圆概率误差)计算，对接收机数据平滑，提高定位精度的一种方法。
本发明是这样实现的：
一种卫星导航定位方法，所述方法包括：步骤A，接收导航卫星信号，获取当前导航卫星的信号强度，计算所述卫星导航定位装置的当前位置；步骤B，根据前次接收卫星信号所得到的当前位置、所述导航卫星接收机的速度以及两次接收卫星信号的时间差，估算所述卫星导航定位装置的当前位置；步骤C，根据所述计算所得的当前位置和所述估算所得的当前位置之间的距离差值以及CEP值，判断所述计算所得的当前位置是否需要校正；步骤D，如果需要校正，校正所述卫星导航定位装置的当前位置。
更进一步，所述方法还包括：根据所获取的信号强度决定所述CEP值。
更进一步，所述步骤C中还包括：如果所述距离差值大于2倍CEP值，则判断需要校正。
更进一步，所述步骤D中还包括：根据所述计算所得的当前位置或者所述估算所得的当前位置，经过拟合计算得到当前位置。
更进一步，所述拟合计算得到的当前位置与所述估算所得的当前位置之间的距离差值等于N倍CEP值。
更进一步，所述拟合计算得到的当前位置与所述计算所得的当前位置之间的距离差值等于N倍CEP值。
更进一步，所述N＝2。
本发明还提供一种卫星导航定位装置，所述装置应用权利要求1所述的卫星导航定位方法。
更进一步，所述装置包括北斗导航卫星信号接收模块。
更进一步，所述装置还包括存储器，所述存储器上存储了不同信号强度下的CEP值。
采用本发明的技术方案后，通过利用接收机速度和不同信号强度下CEP值相结合，可以对接收机定位数据平滑拟合，提高接收机系统的精度，可以适应北斗和GPS等多种全球卫星定位系统。
附图说明
图1是一种兼容GPS和北斗的卫星导航定位装置系统图；
图2是24小时静态采集定位数据CEP示意图；
图3是本发明的定位数据拟合流程图；
图4是定位点计算示意图。
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，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施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于卫星、信号传播和接收设备等因素，在一点的静态绝对定位值存在着误差，其单点定位精度常用圆概率误差(Circular Error Probable，CEP)表示。CEP是通过在一点上长时间的对接收机定位信号进行观测，用包含50％数据点的最小圆半径来表示的。图2是通过24小时静态采集定位数据CEP示意图，在统计圆内的点201，在统计圆外的点202，最后计算的圆203，计算出的圆半径也就是CEP值204。
不同的信号强度下，定位精度也不相同，CEP值也就不同。这样可以测得不同信号强度场景下的CEP值如表1，可以看出，随着信号强度的减弱，CEP值也越大。可以把静态测量的CEP值用来拟合定位数据，提高定位精度。表1所示数据以表的形式存储于接收机程序中或者以数据形式存储于存储器上，供计算时调用。
  信号强度   CEP值(米)
  大于50db   2.8
  45db   3.2
  40db   4.1
  35db   5.6
  30db   16.4
  25db   48.5
  20db   153.8
表1不同信号强度下的CEP值
图3本发明的定位数据拟合流程图。步骤301通过导航电文计算的接收机定位计算，经过初步的处理定位结果；步骤302把定位计算结果写入缓存；步骤303计算接收机的速度，计算接收机速度的方法有多种，常用有卡尔曼滤波、载波相位法和定位结果差分法。定位结果差分法由于误差较大且和定位结果的误差相关，因此不推荐使用。而载波相位法和卡尔曼滤波法都能很好的满足本方法的要求。本发明使用载波相位法计算接收机的速度V，步骤304根据接收机的速度V，和本次定位点的时间与上一次定位点的时间差值Δt，可以计算出接收机移动的距离V*Δt；步骤305按照当前接收机的信号强度，对应查表1，选取不同的CEP值。
步骤306就是按照当前接收机移动的距离和CEP值对定位数据进行拟合，如图4。
图4为定位点计算示意图。假设上一次定位点A，其获得导航比特的时刻为t0，坐标为Xa，Ya，此时，可以通过步骤301计算接收机定位计算结果定位点B坐标为Xb，Yb，其获得导航比特的时刻为t1，这样可以计算A、B两点间距离LAB和Δt，其中：
L AB = ( Xa - Xb ) 2 + ( Ya - Yb ) 2 ;
Δt＝t1-t0；
根据步骤304计算接收机移动的距离为Lm＝V*Δt；
然后，可以计算出差值ΔL＝|LAB-Lm|，其含义是定位解算出的当前位置与从速度推算出的当前位置的偏离值。
计算出距离差值ΔL和当前信号强度下的CEP值进行比较，如果ΔL小于CEP值，说明定位结果比较精准；如果大于CEP值并小于2倍CEP值，则判断定位结果比较准；如果大于2倍CEP值，则判断定位结果精度比较差，就需要对定位结果进行校正。校正的方式有以下几种：
方式1：在AB上计算出一点C，使得(LAC-V*Δt)等于2倍CEP值。C点坐标就是拟合后的定位结果(按照实际的需要可以调节CEP的倍数)。
方式2：在AB上计算出一点D，使得LDB等于2倍CEP值。D点坐标就是拟合后的定位结果(按照实际的需要可以调节CEP的倍数)。
方式3：结合方式1和方式2在在AB上计算出C、D两点的中间的一点E，E点坐标就是拟合后的定位结果(按照实际的需要可以调节CEP的倍数)。简单的方式就是直接取C、D两点的中点作为E点。
假设信号强度为43db时候，根据表1可以看出CEP值就为4.1米，通过计算接收机定位计算结果和根据速度计算接收机数据进行对比，计算出方差小于4.1米，说明定位结果比较精准；如果大于4.1米并小于2×4.1米，定位结果比较准；如果大于2×4.1米，定位结果精度比较差，就可以通过一定的算法对定位数据进行拟合平滑，经过拟合平滑后的定位结果和根据速度计算接收机数据进行对比，距离差值应该小于或等于2×4.1米，对定位数据平滑，从而提高定位精度。
步骤307计算拟合后的接收机定位结果。
这种方法简单相对于其他方法简单易用，方便灵活，复杂度大大降低，能有有效的提高定位精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种卫星导航定位方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A，接收导航卫星信号，获取当前导航卫星的信号强度，计算所述卫星导航定位装置的当前位置；
步骤B，根据前次接收卫星信号所得到的当前位置、所述导航卫星接收机的速度以及两次接收卫星信号的时间差，估算所述卫星导航定位装置的当前位置；
步骤C，根据所述计算所得的当前位置和所述估算所得的当前位置之间的距离差值以及圆概率误差值，判断所述计算所得的当前位置是否需要校正；
步骤D，如果需要校正,校正所述卫星导航定位装置的当前位置。
2.如权利要求1所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所获取的信号强度决定所述圆概率误差值。
3.如权利要求2所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述步骤C中还包括：如果所述距离差值大于2倍圆概率误差值，则判断需要校正。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述步骤D中还包括：根据所述计算所得的当前位置或者所述估算所得的当前位置，经过拟合计算得到当前位置。
5.如权利要求4所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述拟合计算得到的当前位置与所述估算所得的当前位置之间的距离差值等于N倍圆概率误差值。
6.如权利要求4所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述拟合计算得到的当前位置与所述计算所得的当前位置之间的距离差值等于N倍圆概率误差值。
7.如权利要求5所述的卫星导航定位方法，其特征在于，所述N=2。
8.一种卫星导航定位装置，其特征在于，所述装置应用权利要求1所述的卫星导航定位方法。
9.如权利要求8所述的卫星导航定位装置，其特征在于，所述装置包括北斗导航卫星信号接收模块。
10.如权利要求9所述的卫星导航定位装置，其特征在于，所述装置还包括存储器，所述存储器上存储了不同信号强度下的圆概率误差值。
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