CN102202392A - 辅助gps定位系统 - Google Patents

Abstract

一种辅助GPS定位系统，包括基站、移动通信网、监控中心和客户终端设备；客户终端设备又包含GPS和手机；监控中心的服务器装有切换软件，它们连接方式为：移动通信网通过无线通信网络分别与各基站、监控中心相连接，客户终端设备也和各基站通过无线通信连接。双重定位模式使所服务的车辆无论在什么情况下，都能实现严密的跟踪定位和监控，无论客户在什么时候查询车辆情况，监控中心都能给出满意的应答，极好的提高了服务质量和服务水平。在整个系统中，无需增加任何硬件设备，仅依靠新增加切换软件的功能，只要GPS遇到阻挡即可通过切换软件自动实现LBS定位。充分发挥原有设备的替代功能，有效地提高了定位系统的性能。

Description

辅助GPS定位系统

技术领域

本发明涉及一种GPS定位系统，尤其涉及一种辅助定位的双重定位系统。以保证管理的车辆全天得到跟踪定位和监控。

背景技术

GPS系统能够实现全天候全天时，连续不断的跟踪定位测量目标。已经成为一种应用技术。GPS接收机被看作是一个离散时间的位置、速度传感器，它可以向使用者提供速度和位置的三维参数。由于GPS卫星上安装有铯或者钕原子钟，还可以提供标准时间参数，它可以向使用提供7个使用参数。其用户大多基于陆地的，应用范围从老人和儿童的个人定位跟踪，到各种运输车辆的远程管理；从大气物理观测到引导盲人行走；从大地测量到平整路面时的实时监控。经过数十年的高速发展，已经成为一种无所不在的应用技术。特别是对物流企业的运输车队实施跟踪定位后，进而实现远程管理，以及出租车行业利用GPS系统实现自动管理，能够极大的提高现代化的管理水平，便于灵活调度，降低运营成本，提高企业的赢利而倍受欢迎。GPS在我国的应用正蒸蒸日上。利用GPS跟踪定位的对象，大多为移动目标，有的甚至于是高速移动的目标，例如空中的飞机，飞行中的导弹。为了获得准确的定位参数，要求GPS卫星要有稳定的轨道参数。GPS卫星运行轨道高度很高，在20000Km以上。其发射的定位信号的载波频率在1000MHz以上。为了提高卫星的工作寿命和减轻卫星的在轨重量。在卫星向地球广播定位信息时，采用扩频技术，以降低发射功率，因而采用白噪声技术通信。这样，卫星广播的导航信号，其到达地球表面时，信号是非常微弱的，一般只有-160dBW。而跟踪定位的目标，可能在移动中会遇到很复杂的环境。例如在城市里，周围有高楼大厦的阻挡，或有茂密树木的遮掩，或有其它遮蔽物，造成GPS接收机收不到GPS卫星的信号。或者周围有强的电磁干扰，而使GPS接收机无法正常工作，这些都会迫使GPS系统暂时失去工作能力。

在GPS天线受遮蔽期间或受干扰的过程中，为提供连续导航需求，促使GPS与各种附加的传感器组合。最普遍的是惯性传感器，包括多普勒测量仪、高度表、测速仪、里程仪等，最广泛使用的组合方法是卡尔曼滤波器。这些惯性传感器的使用，一个是价格昂贵，另一个是随时间飘移量较大。在我们所使用的GPS系统里，为了提供连续导航的需求，最好的辅助手要莫过于利用手机(GSM)辅助定位。利用手机辅助定位，既不需要增加硬件设备，使用起来又非常方便，其效果比各类传感器要理想的多。其缺点是目前定位精度还不太理想。

另一方面，对于跟踪定位的某些目标，或在应用中的某些时候，要求能实现快速定位。但是GPS接收机在首次应用或者冷启动工作时，或在两次工作中间时间间隔较大时，实现定位大约需要45秒到2分钟时间。用于去搜索所有可视卫星并从中选择出4颗几何分布最佳星座。还要用18-30秒时间，连续跟踪卫星以解调每颗卫星的导航电文，以得到轨道参数和星钟改正数，这么长的定位时间，这在某些应用中是不能容忍的。

GPS用户通常可以获得优于10m的定位精度。然而很多应用所要求的精度、完好性、可用性和连续性都超过了一个GPS接收机所能提供的。GPS接收机接收GPS卫星广播的各项导航电文，而后根据这些导航电文提供的参数计算定位参数。在这过程中，有很多可变因素的影响，使计算的定位参数产生不准确性。这些可变因素包括：卫星星历误差、相对论效应误差、地球自转效应误差、电离层大气层变化引入的误差、多经反射误差等等。

为了满足某些要求定位精度很高的使用，一般采用增强的方法，增强的方法主要采用差分(DGPS)定位的方法。差分定位是改善定位精度的一种有效方法。DGPS是这样工作的：它利用一个或多个位置参数已知的基准站，每个基准站装备一台GPS接收机，基准站通过一条数据链路为终端客户提供有关定位信息，包括(1)终端用户伪距测量值的校正值，GPS卫星提供的时钟和星历数据的校正值。(2)基准站原始测量值。(3)完好数据，例如每颗卫星的可用或不可用指示。(4)辅助数据。终端用户的GPS接收机依靠基准站数据链传来的这些数据，由于不同GPS接收机的误差在空间和时间上的相关性，终端用户GPS接收机利用这些数据进行必要的误差修正，可以极好的提高定位精度。经过上述修正之后，定位精度可在1m之内，甚至于可达厘米级或更好。

现在的GPS定位系统在车辆的跟踪定位中的应用，大致分为两种情况。一种是个体的，在自己的车上安装个GPS定位导航系统，再安装个数字地图系统。车辆外出时，一是知道车辆的位置，二是知道车到某地怎样走。另一种是GPS集团服务公司，它可以为“满世界跑”的很多车辆提供服务。例如物流公司的运输车队、出租车公司、很多个体汽车运输户等。对于此种情况，仅在车上安装GPS接收机是不够的。

发明内容

本发明的目的在于：为了充分利用现有系统设备的潜在功能，更好的为客户服务，解决GPS系统定位中，因受环境影响，而不能提供连续导航的缺陷。经过深入研究，不需添加任何硬件的情况下，利用客户终端设备中，已有的手机(GSM)模块，利用手机具有的定位功能(LBS)，依靠增加的软件功能，在GPS定位系统中，引入了LBS定位功能。在GPS定位系统下形成双重定位系统来提高GPS定位速度和精度，GPS系统作为主要跟踪定位手段，LBS作为辅助跟踪定位手段。克服GPS有时缺眼使车辆失踪的现象。

本发明的又一目的在于：手机除了完成车辆和监控中心的通信联络任务，必要时辅助定位功能外，当需要时，可以把LBS的粗定位参数回传给客户设备中的GPS接收模块。GPS接收机利用这个粗定位参数的已知经纬度数，可确定视界内的GPS卫星，利用视界内卫星列表和大致位置参数，可以有效的缩短定位时间，还可以提高定位精度。这对于提高服务质量也有很大帮助。主要应对客户的查询、及时回答客户的查询、使客户对服务满意为目的。因此需要采用LBS辅助提高定位速度达到目的。

本发明是这样实现的：辅助GPS定位系统简称LBS，LBS是一种手机定位功能，由蜂窝式无线网和无线终端构成；它包括导航系统基站(图中未示出)、移动通信网、监控中心和客户终端设备；客户终端设备又包含GPS和手机(即GSM)等。监控中心的服务器装有切换软件(软件登记0232833号，软件流程见图2)，它们连接方式为：移动通信网通过无线通信网络分别与各基站、监控中心相连接，客户终端设备也和各基站通过无线通信连接。在车上装有GPS系统，并且在监控中心的服务器中装切换软件，而所有手机都可以实现LBS，拥有手机者只要向有关网络单位交钱即能开通此项业务。它是一种独立的基于位置的服务方式，是通过移动通信网的基站和GSM(手机)而实现的。是由监控中心移动通信网和客户端设备相互联系组成的系统，其中监控中心有切换软件装在服务器中。当某个手机在某个基站服务范围时(如附图中的基站1)，该手机即在这个基站备了案。因手机的定位功能在蜂窝移动通信的基站里而不是在手机上。基站定位手机的目的是为手机在移动中从这个基站转移到下一个基站的功能做准备，别人可查询某手机的定位参数，但手机自己并不知道。当然这个基站的信号最强。通过移动通信网，再测出另外两个相近的基站(如附图中的基站2、基站3)信号的强弱。根据这三个基站信号的强弱，就可以确定该手机由这三个基站所确定大致区域位置。这就是LBS定位原理。而遇到阻挡GPS因素时切换软件能自动转换到LBS上，即能通过LBS替代GPS定位。

本发明相较于现有技术的积极效果在于：GPS系统定位精度高，是主要定位方式。LBS定位方式定位精度低，是辅助定位方式。引入LBS定位方式后，在GPS系统遇到信号受阻挡遮掩或电磁干扰等情况，而无法实现定位时，则可用LBS定位方式替代以弥补GPS定位系统的不足。这样，双重定位模式使所服务的车辆无论在什么情况下，都处于严密的监控之下，无论客户在什么时候查询车辆情况，监控中心都能给出满意的应答，极好的提高了服务质量和服务水平。引入LBS定位方式有效的改善了服务功能，提高了服务质量和水平。本发明在整个系统中，无需增加任何硬件设备，仅依靠新增加切换软件的功能，和充分发挥原有设备的潜在功能，有效的提高了系统的性能。要把一个GPS系统里成千上万部用户终端里的GMS定位信息，从成千上万个分部全国各地的基站里查出来，随时传输到监控中心的服务器里，需要随时切换出来替代GPS的定位参数，如此大的工作量。尤其发挥手机模块的作用，既能通信，又能依靠在软件功能充当定位设备，采用双重定位模式，即当GPS对车辆定位失踪时，LBS会自动切换及时确定车辆的位置。

附图说明

图1是本发明LBS定位方式结构示意图。

图2是本发明切换软件流程示意图。

具体实施方式

在跟踪定位高速运动目标时，往住需要采用网络辅助手段。将已经得到的可见星列表、卫星的轨道参数、星钟改正数、预测卫星的多普勒和码相位，直接传送给目标所载的GPS接收机，即可实现快速定位。

手机，学术的合理的名称应叫蜂窝移动电话机。它由蜂窝移动网的基站，连接基站的移动通信网络，移动电话机(即常叫的手机)组成。当某个手机在某个基站服务区时(如图1中基站1)，该手机即在这个基站备了案。当这个手机在移动中，何时转到另一个基站服务区，在这个过程中，手机附近的几个基站，都同时在测量对该手机的场强。如果某个基站的场强最强，并超过其它基站2dB时，手机将从这个基站服务区转换到下一个基站服务区。由于手机附近的几个基站都在测场强，这个手机在这几个基站间的相对位置即可确定，由于每个基站的位置是已知的，这就实现了手机定位功能。但是手机定位的参数，是在基站里，而不在手机里。手机定位的目的，是为确定其移动的方向，而不是别的。我们是把这种功能挖掘出来，为我们的定位功能服务。所有手机都有定位功能，拥有手机者只要向有关网络单位交纳费用，就能开通此项业务，随时查询该手机所在位置。不过国内很少应用。别人可以查询，但持有手机者并不知道。

由于我们的GPS系统服务的车辆可以在国内“满世界跑”，装在监控中心服务器里的软件，要有能力把存储在任何一个基站里的手机定位参数取出来，服务于我们的应用，这是我们在软件开发方面的发明，我们软件已获国家这方面的著作权。(软件登记号0232833)

如图1本发明LBS定位方式结构示意图所示。能为成千上万辆“满世界跑”的车辆提供导航定位服务，这样的系统需要有四部分组成：

1、天上的导航卫星。这是别人的，可无偿使用。导航卫星的作用是，不断广播导航定位所需要的信息。GPS卫星是美国发射的。可供全世界使用。

2、每辆车上安装有客户终端设备。客户端设备包括GPS接收机模块和手机模块。GPS接收机负责接收GPS卫星的定位导航信息，并能计算出定位点的参数，数据管理等功能。手机(GSM)负责车辆和监控中心的通信联络。在GPS定位功能遇到障碍时，可提供辅助定位功能。

3、监控中心。监控中心是GPS服务的中心，接收和处理所有服务车辆的定位参数，并能随时应答客户的查询服务。在监控中心的服务里，安装有各种应用软件。依靠软件的功能，它能即时感知某个车辆的GPS系统没有定位参数按时传回。并及时切换到辅助定位功能上来。以保证对车辆监控的连续性。一旦GPS系统恢复正常，有定位参数定时回传软件又可以从LBS定位切换回GPS定位。

4、蜂窝移动通信网。这是通信公司的，可租用。蜂窝移动通信网的存在，是GPS集团服务公司生存的基本条件。手机靠蜂窝移动通信网完成和监控中心的通信联络，负责把GPS模块的定位参数按时传输到监控中心，负责监控中心和车辆间的通信联络。

是通过移动通信网的基站和GSM(手机)而实现的。当某个手机在某个基站1服务范围时，该手机即在这个基站1备了案。当然这个基站1的信号最强。通过移动通信网，再测出另外两个相近的基站2和基站3信号的强弱。根据这三个基站信号的强弱，就可以确定该手机由这三个基站所确定大致区域位置。

如图2所示的本发明切换软件流程示意图所示。用户终端设备中的GPS模块，随着时间变化和目标的移动，不断更新定位参数，这些定位参数，一方面存贮在GPS模块的存贮部件中，另一方面按要求通过通信模块回传给监控中心的服务器，并能显示在监控中心的大面积地图上。在车辆上安装的GPS模块正常工作时，其上安装的手机(GSM)模块通过蜂窝移动通信网，定时的将GPS的定位参数传回监控中心的计算机服务器里。如果一旦GPS受到阻挡、遮蔽、干扰不能正常工作，无法将定位参数传回时，在服务里已经存贮的软件就会判断GPS工作失常，并且能自动切换到辅助定位系统，利用LBS的粗定位参数替代GPS的定位参数继续工作。一旦GPS恢复正常工作，有定位参数传回，服务器里的软件即可作出正确判断，切断LBS的定位参数，重新恢复到接收应用GPS的定位参数。本案所使用的计算机软件，已获中华人民共和国国家版权局计算机软件著作权登记证书，证书号：软著登子第0232833号。

实际上，LBS这种粗定位方式，它随时随地都可参与定位工作，只有当需要它的辅助功能时，才用软件功能块换过来，并将LBS粗定位的参数取出来通过移动通信网，传给监控中心。

LBS是一种手机定位功能。它是由手机和蜂窝移动通信网完成的，如图1所示。手机定位的目的是为了确定该手机该由哪个基站为其提供服务，手机在移动中，何时由这个基站服务区转移到另一个基站服务区。手机定位的方式是利用该手机所在位置附近的几个基站，都要测试该手机的服务场信号强，从而确定该手机在这几个基站间的相对位置。由于每个基站的位置是已知的，该手机的位置也就为已知。它是一种独立的基于位置的服务，但定位精度相对较低。拥有手机者只要向有关移动通信网交费就可开通此项业务。国外已经是个很时兴的业务，国内由于种种原因很少有应用。

在车辆的GPS定位系统遇到阻挡、遮蔽、干扰等情况，暂时无法实现定位功能时，就利用LBS定位功能短时间内替代GPS定位系统的功能，以达到服务的车辆随时都在监控中，满足客户随时都可查询车辆的位置和动向。

LBS定位方式还可以提供另一方面的辅助作用。当需要提高GPS的定位速度和定位精度时，可把LBS的粗定位参数，回传给客户设备的GPS模块，GPS模块利用自己的相关器即可确定最佳星座的几何位置分布，这能有效的节约定位时间，提高定位精度。

Claims (2)

1.一种辅助GPS定位系统，它包括基站、移动通信网、监控中心和客户终端设备；客户终端设备又包含GPS和手机；其特征在于：监控中心的服务器装有切换软件，它们连接方式为：移动通信网通过无线通信网络分别与各基站、监控中心相连接，客户终端设备也和各基站通过无线通信连接。

2.根据权利要求1的定位系统的使用方法，其特征在于：操作步骤如下：

a、在车上装GPS系统；

b、在监控中心的服务器中装切换软件；

c、在上述车上的使用者的手机向移动通信网交费开通LBS业务；

d、LBS随时转到信号强的基站；

f、如遇到阻挡GPS因素时切换软件能自动转换到LBS上，即能替代GPS定位。

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