CN105549044A - 基于数据融合的gnss系统联合定位装置及联合定位方法 - Google Patents

基于数据融合的gnss系统联合定位装置及联合定位方法 Download PDF

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CN105549044A CN201510962608.7A CN201510962608A CN105549044A CN 105549044 A CN105549044 A CN 105549044A CN 201510962608 A CN201510962608 A CN 201510962608A CN 105549044 A CN105549044 A CN 105549044A
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Abstract

本发明提供一种基于数据融合的GNSS系统联合定位装置及联合定位方法，所述联合定位装置，由天线单元、低噪声放大器单元、射频滤波器单元、频综器单元、镜像抑制混频器单元、信号处理单元、CPU和显示单元组成。所述联合定位方法，包括四个步骤。有益的技术效果：本发明能够同时接收GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS导航系统的信号，兼具了常规的单系统导航接收机的性能，本发明通过GNSS多模导航接收机，综合利用多种导航卫星信息进行数据融合，实现联合定位，相对于单系统导航定位接收机，拓展了导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境下的适应能力。

Description

基于数据融合的GNSS系统联合定位装置及联合定位方法
技术领域
本发明涉及导航技术领域，尤其涉及基于数据融合的GNSS系统联合定位装置及联合定位方法。
背景技术
目前导航接收机一般基于单系统导航定位技术，以GPS为例：如果完成三维定位，需要至少获取4颗卫星的相关信息；如果完成二维定位，需要至少获取3颗卫星的相关信息，这是由卫星导航系统被动定位的基本原理决定的。因此，单系统导航定位技术受其灵敏度的限制，当导航接收机处于遮挡比较恶劣的环境，诸如城市密集建筑群中、茂密森林遮蔽处和隧道内等环境时，即可观测的卫星数可能出现少于4的情况，导致接收机无法完成三维定位；当可观测的卫星数少于3，接收机无法完成二维定位，因此提高导航接收机在遮挡恶劣环境下的适应能力显得十分必要。
目前全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)主要包含美国的GPS、欧盟的Galileo系统、中国的COMPASS系统、俄罗斯的GLONASS，系统建成后，可用的卫星数目达到100颗以上，相对单系统导航定位技术，其可观测的卫星提到了数倍，因此研制GNSS多模导航接收机，利用多个导航系统，通过数据融合技术实现联合定位，能够改善导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境下的适应能力。
发明内容
针对现有单模导航接收机在遮挡(城市密集建筑群中、茂密森林遮蔽处和隧道内等)比较严重的环境下，可观测的卫星数少于4的情况，无法完成三维定位；当可观测的卫星数少于3，无法完成二维定位的问题，本发明通过设计GNSS多模导航接收机，利用多个导航系统，通过数据融合技术实现联合定位，能够改善导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境下的适应能力。具体如下：
基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，由天线单元1、低噪声放大器单元2、射频滤波器单元3、频综器单元4、镜像抑制混频器单元5、信号处理单元6、CPU7和显示单元8组成。镜像抑制混频器单元5包括四个单元，由第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54组成，信号处理单元6包括四个子单元，即第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64组成。每个信号处理子单元均由中频滤波单元65、中频放大单元66、ADC采样单元67、数字下变频单元68和基带处理单元69依次串联而成。
天线单元1的信号输出端与低噪声放大器单元2的信号输入端相连接，低噪声放大器单元2的信号输出端与射频滤波器单元3的信号输入端相连接，射频滤波器单元3的输出端与第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54的输入端并联相连接。
第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54的另一输入端分别与频综器单元4相连接。
第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54的输出端依次与第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64相串联。第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64的信号输出端分别与CPU7的输入端与相连接，CPU7和显示单元8相连接。
采用本发明所述任一基于数据融合的GNSS系统联合定位装置的联合定位方法，按如下的步骤进行：
步骤1：启动导航接收机，搜索包含4个导航卫星系统的全部可观测卫星：
假设导航接收机通过遍历共搜索到j颗导航卫星，若j不小于4，则进入步骤2；反之，持续搜索导航卫星。
步骤2：若存在4颗导航卫星属于同一导航卫星系统，则进入单系统定位模式。否则，进入步骤3。
设导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系如图5所示。
在单系统定位模式下，将图5所示的伪距测量定位示意图用解析表示：由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu(式1)
其中，j取值1至4；Δbu为钟差导致的伪距差；其中Δbu＝ctu，tu为导接收机钟差；c为光速。
将式1方程展开为以xu、yu、zu和Δbu为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u (式2)；
由导航接收机按线形迭代法对式2进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；步骤3：若搜索到双系统中存在“3+2”模式(即捕获的卫星中，存在3颗属于一个系统，2颗属于另一个系统)，则进入“3+2”联合定位模式。否则，进入步骤4。
若搜索完成后，捕获的导航卫星中，存在有3颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，有2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2(式3)；
其中，j取值1至5；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式3方程展开为以xu、yu、zu、Δbu1和Δbu2为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 (式4)
由导航接收机按线形迭代法对式4进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；步骤4：若搜索到多系统中存在“2+2+2”式(捕获的卫星中，存在6颗分别属于三个系统)，则进入“2+2+2”联合定位模式。否则，进行重新遍历捕获。
当搜索完成后，若捕获的导航卫星中，存在有2颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，还有2颗导航卫星均属于第三套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2-Δbu3(式5)
其中，j取值1至6；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu3为第三套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式5方程展开成以xu、yu、zu、Δbu1、Δbu2和Δbu3为未知数的非线形的联立方程组： ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 6 = ( x 6 - x u ) 2 + ( y 6 - y u ) 2 + ( z 6 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 (式6)
由导航接收机按线形迭代法对式6进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)。
有益的技术效果
本发明能够同时接收GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS导航系统的信号，兼具了常规的单系统导航接收机的性能，在接收机遮挡比较严重的情况下，由于单个导航系统可观测的卫星数目较少，无法实现定位功能，本发明通过GNSS多模导航接收机，综合利用多种导航卫星信息进行数据融合，实现联合定位，相对于单系统导航定位接收机，拓展了导航接收机的应用范围，提升其恶劣环境下的适应能力。
附图说明
图1为本发明所述定位装置的结构框图。
图2为本发明所述定位方法的流程图。
图3为图1中射频滤波器单元3的频率响应特性示意图。
图4为图1中中频滤波器单元65的频率搬移示意图。
图5为伪距测量定位的示意图。
图6为搜索到4颗导航卫星的示意图。
图7为搜索到5颗导航卫星的示意图。
图8为搜索到6颗导航卫星的示意图。
具体实施方法
现结合附图详细说明本发明结构原理。
参见图1.本发明所述基于数据融合的GNSS联合定位方法的定位装置：由天线单元1、低噪声放大器单元2、射频滤波器单元3、频综器单元4、镜像抑制混频器单元5、信号处理单元6、CPU7和显示单元8组成。其中，天线单元1、低噪声放大器单元2、射频滤波器单元3、镜像抑制混频器单元5、信号处理单元6、CPU7和显示单元8依次串联在一起。频综器单元4的信号输出端与镜像抑制混频器单元5的信号输入端相连接。
所述天线单元1为导航信号的空间耦合单元，采用右旋圆极化的方式。天线单元1是宽带结构，同时接收GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号。，并向下一级的低噪声放大器单元2传递。
所述低噪声放大器单元2的增益为20分贝，噪声系数为1.5，工作带宽在1.1-1.7GHz之间，且其输出1分贝的压缩点约为-10dBm。低噪声放大器单元(2)选用的是WanTcom公司的WHM14-2035LE芯片；
所述射频滤波器单元3负责将低噪声放大器单元2输出的信号进行选通,且对其中的干扰信号进行抑制,滤波后的信号分别传输至与之并联的第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54。射频滤波器单元3是一个带通滤波器，其作用分别完成对GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号的选通，同时对干扰信号进行抑制，其选通的起始信号频率为1.02GHz。终止频率为1.77GHz，上述频率的选通确保接收通道覆盖了上述四大导航信号。滤波器的频率响应特性如图3所示。
所述频率综合器4负责向镜像抑制混频器单元5提供本振信号。进一步说，频率综合器4是基于锁相环PLL,Phase-LockedLoop技术的反馈控制电路，由压控振荡器VCO、鉴频鉴相器PFD、环路滤波器和乘/除法电路组成，主要给镜像抑制混频器单元5提供本振。频率规划通过SPI接口设定不同的分频、倍频和环路滤波器参数，以便保证环路带宽和性能。
所述镜像抑制混频器单元5包括四个相互独立的混频器，负责将射频滤波器单元3滤波处理后的射频信号转换为中频信号，实现导航信号的中频搬移。
所述信号处理单元6负责将镜像抑制混频器单元5输送来的信号进行中频滤波、中频放大、ADC采样、数字下变频和基带处理。
所述CPU7负责将信号处理单元6输送来的信号按本发明所述的方法进行信息融合和PVT的解算任务，获得定位、速度和授时信息。
所述显示单元8负责将CPU7解算获得的定位、速度和授时信息显示出来。
参见图1，进一步说，镜像抑制混频器单元5由相互独立的第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53、第四镜像抑制混频器单元54构成。第一镜像抑制混频器单元51的输入端、第二镜像抑制混频器单元52的输入端、第三镜像抑制混频器单元53的输入端、第四镜像抑制混频器单元54的输入端分别与射频滤波器单元3的输出端相连接。其中，第一镜像抑制混频器单元51将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GPS系统4.092MHz的中频信号。第二镜像抑制混频器单元52将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GALILEO系统4.092MHz的中频信号。第三镜像抑制混频器单元53将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为COMPASS系统4.092MHz的中频信号。第四镜像抑制混频器单元54将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GLONASS系统4.088MHz的中频信号。
参见图1，进一步说，信号处理单元6由相互独立的第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64构成。
所述第一信号处理子单元61、第二信号处理子单元62、第三信号处理子单元63和第四信号处理子单元64的结构相同，均由中频滤波器65、中频放大器66、ADC采样单元67、数字下变频处理68、基带处理单元69依次串联而成。其中，
中频滤波器65负责将镜像抑制混频器单元5传输过来的中频信号进行滤波，抑制带外的干扰和混频器交调信号。
中频放大器661负责放大增益。
ADC采样单元671负责进行模数转换，输出数字中频信号，
数字下变频处理681和基带处理单元691将数字中频信号转换成定位伪距和多普勒信息。参见图1，进一步说，第一信号处理子单元61接收4.092MHz的GPS中频信号，输出GPS定位伪距和多普勒信息。第二信号处理子单元62接收4.092MHz的GALILEO中频信号，输出GALILEO定位伪距和多普勒信息。第三信号处理子单元63接收4.092MHz的COMPASS中频信号，输出COMPASS定位伪距和多普勒以等信息。第四信号处理子单元64接收4.088MHz的GLONASS中频信号，输出GLONASS定位伪距和多普勒等信息。
参见图4，进一步说，中频滤波器单元65为多相滤波器，采用有源复数滤波器的方式对输入信号进行选频和抑制噪音处理。中频滤波器单元65采取选择实数信号的正频域通过而抑制实数信号的负频域部分的方式，或选择复数信号的负频域部分通过而抑制复数信号的正频域部分的方式实现镜像抑制功能；
中频放大器单元66为可变增益放大器VGA，负责将中频滤波器单元65处理后的信号进行放大，产生80～120分贝的增益。通过数字控制模式实现对可变增益放大器的增益调整，其控制信号是由CPU7通过SPI接口送入，而增益可调电路需要具有对输入信号的幅度做出自动调整功能。中频放大器单元66的增益在29dB～65dB，控制精度为1±0.5dB，增益变化范围为36dB。
ADC单元67采用2bit模数转换器(ADC)电路，将中频放大的模拟信号转化为数字信号；数字下变频单元68由数字混频器和FIR滤波器组成。主要完成数字中频混频去除中频载波，通过FIR低通滤波器滤波获得所需IQ基带信号。
基带处理单元69主要完成导航信号的捕获和跟踪，获得CPU7进行数据融合的卫星捕获信息和定位解算时所需伪距。
本发明所述定位装置的工作原理是：
首先GNSS导航信号通过天线单元1耦合进入接收机的低噪声放大器(LNA)单元2进行放大，其目的是将导航信号进行预处理，同时抑制通道噪声，经LNA放大的信号通过射频宽带滤波器单元3处理，选择导航信号通过，同时抑制带外的干扰信号，滤波后的导航信号通过功分器分为四路，与频综器处理单元4输出的对应的GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS导航系统载频信号通过镜像抑制混频器单元5分别进行正交下变频混频器变换到中频，进行滤波，放大采样，数字下变频和基带处理。
功分器输出的第一路信号和频综器处理单元4输出的对应的GPS的LO信号频率1571.328MHz，通过第一镜像抑制混频器单元51和第一信号处理子单元61内的用于GPS的中频滤波器65，将接收放大的GPS信号转为4.092MHz的中频信号，经第一信号处理子单元61内的中频放大器66放大到合适的增益后，送入第一信号处理子单元61内的ADC采样单元67进行模数转换，得到数字中频信号，再经第一信号处理子单元61内的数字下变频处理68和GPS基带处理单元69处理后获得GPS捕获卫星数。
即分器输出的第二路信号和频综器处理单元4输出的对应的GALILEO的LO信号频率1571.328MHz，通过第二镜像抑制混频器单元52和第二信号处理子单元62内的用于GALILEO的中频滤波器65，将接收放大的GALILEO信号转为4.092MHz的中频信号，经第二信号处理子单元62内的中频放大器662放大到合适的增益后，送入第二信号处理子单元62内的ADC采样单元67进行模数转换，得到数字中频信号，再经第二信号处理子单元62内的数字下变频处理68和用于GALILEO的基带处理单元69处理后获得GALILEO捕获卫星数。
功分器输出的第三路信号和频综器处理单元4输出的对应的COMPASS的LO信号频率1557.006MHz，通过第三镜像抑制混频器单元53和第三信号处理子单元63内的用于COMPASS的中频滤波器65，将接收放大的COMPASS信号转为4.092MHz的中频信号，经第三信号处理子单元63内的中频放大器66放大到合适的增益后，送入第三信号处理子单元63内的ADC采样单元67进行模数转换，得到数字中频信号，再经第三信号处理子单元63内的数字下变频处理68和用于COMPASS的基带处理单元69处理后获得COMPASS捕获卫星数。
功分器输出的第四路信号和频综器处理单元4输出的对应的GLONASS的LO信号频率1593.9745MHz…1605.2245MHz，通过第四镜像抑制混频器单元54和第四信号处理子单元64内的用于GLONASS中频滤波器65，将接收放大的GLONASS信号转为4.088MHz的中频信号，经第四信号处理子单元64内的中频放大器66放大到合适的增益后，送入第四信号处理子单元64内的ADC采样单元67进行模数转换，得到数字中频信号，经第四信号处理子单元64内的数字下变频处理68和用于GLONASS的基带处理单元69后获得GLONASS捕获卫星数。
将从第一信号处理子单元61内用于GPS的基带处理单元69处获得GPS捕获卫星数信息、从第二信号处理子单元62内用于GALILEO的基带处理单元69处获得GALILEO捕获卫星数信息、从第三信号处理子单元63内用于COMPASS的基带处理单元69处获得COMPASS捕获卫星数信息和从第四信号处理子单元64内的用于GLONASS的基带处理单元694处获得GLONASS捕获卫星数信息一并送入CPU7中，由CPU7判断是否存在单系统捕获卫星数大于4，则进行常规的单系统定位解算，参见图6。如果接收机存在遮挡，单系统捕获卫星数小于4，但存在双系统捕获卫星数是“3+2”模式，则可以利用双系统数据融合技术，进行联合定位解算，参见图7。如果接收机存在遮挡，单系统捕获卫星数小于3，但存在多系统捕获卫星数是“2+2+2”模式，则可以利用多系统数据融合技术，进行联合定位解算，参见图8。
进一步说，作为导航信号的空间耦合单元的天线单元1，采用右旋圆极化的方式。天线单元1是宽带结构，可以同时接收GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号，并向下一级的低噪声放大器单元2传递。
进一步说，低噪声放大器单元2选用的是WanTcom公司的WHM14-2035LE芯片，其增益为20分贝，噪声系数约为1.5，工作带宽在1.1-1.7GHz，且其输出1分贝的压缩点约为-10dBm。
进一步说，射频滤波器单元3将低噪声放大器单元2输出的信号进行选通,且对其中的干扰信号进行抑制,滤波后的信号分别传输至与之并联的第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53和第四镜像抑制混频器单元54。射频滤波器单元3是一个带通滤波器，其作用分别完成对GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号的选通，同时对干扰信号进行抑制，其选通的起始信号频率为1.02GHz。终止频率为1.77GHz，上述频率的选通，确保接收通道覆盖了上述四大导航信号。滤波器的频率响应特性如图3所示。
进一步说，频率综合器4是基于锁相环(PLL,Phase-LockedLoop)技术的反馈控制电路，由压控振荡器(VCO)、鉴频鉴相器(PFD)、环路滤波器和乘/除法电路组成，主要给镜像抑制混频器单元5提供本振信号。频率规划时设定了四种方案，详见表1：可以通过SPI设定不同的分频、倍频和环路滤波器参数，以便保证环路带宽和性能。以GPS为例：外部参考晶振选用16.368MHz,通过乘法电路将其进行96倍频后获得所需的LO信号频率1571.328MHz，与其载波1575.42MHz混频，通过其中频滤波单元651，完成对混频器差频的滤波，获取GPS系统的L1频点中频4.092MHz；同理，分别获得GALILEO系统的E1频点中频4.092MHz；COMPASS系统的B1频点中频4.092MHz；GLONASS系统的L1频点中频4.088MHz。
表1：频率综合器频率规划参数
进一步说，镜像抑制混频器单元5内的四个相互独立的混频器：第一镜像抑制混频器单元51、第二镜像抑制混频器单元52、第三镜像抑制混频器单元53、第四镜像抑制混频器单元54均为Mini公司的MBA-12MH，其本振信号由频率综合器4产生，完成将射频滤波器单元3滤波处理后的射频信号转换为中频信号，实现导航信号的中频搬移。优选的方案是：镜像抑制混频器单元5包括四个相互独立的双平衡有源结构混频器，其具体型号为Mini公司的MBA-12MH，即用双平衡有源结构混频器所产生的正交相位的本振信号，其本振信号由频率综合器4产生，完成将射频滤波器单元3滤波处理后的射频信号转换为两路相互正交的信号，实现导航信号的中频搬移。其中，第一镜像抑制混频器单元51将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GPS系统4.092MHz的中频信号。第二镜像抑制混频器单元52将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GALILEO系统4.092MHz的中频信号。第三镜像抑制混频器单元53将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为COMPASS系统4.092MHz的中频信号。第四镜像抑制混频器单元54将射频滤波器单元3输出的滤波信号转为GLONASS系统4.088MHz的中频信号。
进一步说，信号处理单元6承担将镜像抑制混频器单元5输送来的信号进行中频滤波、中频放大、ADC采样、数字下变频和基带处理。
第一信号处理子单元61将自第一镜像抑制混频器单元51传输过来的4.092MHz的GPS中频信号进行滤波，由GPS中频滤波器651完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器661放大到合适的增益后，送入ADC采样单元671进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理681和GPS基带处理单元691后获得GPS定位伪距和多普勒以等信息。
第二信号处理子单元62将自第二镜像抑制混频器单元52传输过来的4.092MHz的GALILEO中频信号进行滤波，由GALILEO中频滤波器652完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器662放大到合适的增益后，送入ADC采样单元672进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理682和GALILEO基带处理单元692后获得GALILEO定位伪距和多普勒以等信息；
第三信号处理子单元63将自第三镜像抑制混频器单元53传输过来的4.092MHz的COMPASS中频信号进行滤波，由COMPASS中频滤波器653完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器663放大到合适的增益后，送入ADC采样单元673进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理683和COMPASS基带处理单元693后获得COMPASS定位伪距和多普勒以等信息。
第四信号处理子单元64将自第四镜像抑制混频器单元54传输过来的信号转换成4.092MHz的GLONASS中频信号进行滤波，由GLONASS中频滤波器654完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器664放大到合适的增益后，送入ADC采样单元674进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理684和GLONASS基带处理单元694后获得GLONASS定位伪距和多普勒以等信息。
CPU7的型号是CK610，其主要任务完成系统所需的功能控制、数据融合和PVT的解算任务。显示单元8主要完成定位、速度和授时信息的显示，供用户观测。
进一步说，ADC单元67采用2bit模数转换器ADC电路，将中频放大的模拟信号转化为数字信号。由于采用中频AGC电路，使得ADC采样时的量化值稳定，因此基本可以实现对中频放大处理后的模拟信号量化分层，输出提供给基带进行处理。
参见图2，基于数据融合的GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS，全球导航卫星系统)联合定位方法，所述GNSS包括4套导航卫星系统：美国的GPS、欧盟的Galileo系统、中国的COMPASS系统和俄罗斯的GLONASS系统；按如下的步骤进行：
步骤1：启动导航接收机，搜索包含4个导航卫星系统的全部可观测卫星：
假设导航接收机通过遍历共搜索到j颗导航卫星，若j不小于4，则进入步骤2；反之，持续搜索导航卫星。
步骤2：若存在4颗导航卫星属于同一导航卫星系统，则进入单系统定位模式。否则，进入步骤3。
设导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系如图5所示。
在单系统定位模式下，将图5所示的伪距测量定位示意图用解析表示：由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu(式1)
其中，j取值1至4；Δbu为钟差导致的伪距差；其中Δbu＝ctu，tu为导接收机钟差；c为光速。
将式1方程展开为以xu、yu、zu和Δbu为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u (式2)；
由导航接收机按线形迭代法对式2进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；步骤3：若搜索到双系统中存在“3+2”模式(即捕获的卫星中，存在3颗属于一个系统，2颗属于另一个系统)，则进入“3+2”联合定位模式。否则，进入步骤4。
若搜索完成后，捕获的导航卫星中，存在有3颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，有2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2(式3)；
其中，j取值1至5；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式3方程展开为以xu、yu、zu、Δbu1和Δbu2为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 (式4)
由导航接收机按线形迭代法对式4进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；步骤4：若搜索到多系统中存在“2+2+2”式(捕获的卫星中，存在6颗分别属于三个系统)，则进入“2+2+2”联合定位模式。否则，进行重新遍历捕获。
当搜索完成后，若捕获的导航卫星中，存在有2颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，还有2颗导航卫星均属于第三套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2-Δbu3(式5)
其中，j取值1至6；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu3为第三套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式5方程展开成以xu、yu、zu、Δbu1、Δbu2和Δbu3为未知数的非线形的联立方程组： ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 6 = ( x 6 - x u ) 2 + ( y 6 - y u ) 2 + ( z 6 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 (式6)
由导航接收机按线形迭代法对式6进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)。本发明方法中，单系统捕获卫星数不小于4模式的处理优先级＞双系统捕获卫星数是“3+2”模式的处理优先级＞多系统捕获卫星数是“2+2+2”模式的处理方法的优先级。
实施例1
参见图7，在导航接收机处于遮挡环境中，任一单系统无法观测到4颗卫星(包含4颗)以上，但如果存在“3+2”模式，以GPS和COMPASS为例：即GPS只能观测到3颗卫星，COMPASS只能观测到2颗卫星时，利用任一单系统无法完成三维定位，但是，如果利用双系统进行数据融合，可以实现联合定位。具体方法如下：
这时伪距定位方程实际上演变为组合定位方程组，即Δbu会变成两个分量，即GPS的Δbu1和COMPASS的Δbu2，分别表示由GPS系统和COMPASS系统钟差导致的伪距差。对应非线形方程组形式为：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2
实施例2
参见图8，在导航接收机处于遮挡环境中，任一单系统无法观测到3颗卫星(包含3颗)以上，但存在“2+2+2”模式，以GPS、COMPASS和GLONASS为例：即GPS、COMPASS和GLONASS分别只能观测到2颗卫星时，利用任一单系统无法也完成三维定位，但是，如果利用三系统进行数据融合，可以实现联合定位。具体方法如下：
这时组合定位方程组中，Δbu会变成三个分量，即GPS的Δbu1、COMPASS的Δbu2和GLONASS的Δbu3。对应非线形方程组形式为：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 6 = ( x 6 - x u ) 2 + ( y 6 - y u ) 2 + ( z 6 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3
通过实施例1和2可知，本发明提供一种融合定位的方法以及专用于该方法的导航接收机，它兼具了传统的单模导航接收机定位方法，并在此基础上，解决在接收机存在遮挡时，接收机观测卫星数小于4时，无法利用单系统进行定位。而利用本发明的多模导航接收机的数据融合技术进行联合定位，则可以完成这一任务，使的卫星导航接收机能适应恶劣环境(茂密森林遮蔽处、城市密集高层建筑群)的应用，改善了导航接收机定位性能。
此外，本发明所述的定位装置(导航接收机)通过宽带接收技术，简化了射频前端的电路结构。将目前四个(GPS/COMPASS/GLONASS/GALILEO)导航系统高度集成在一个装置中，降低了系统构建的成本和复杂性，拓展了系统的定位性能。

Claims (10)

1.基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：由天线单元(1)、低噪声放大器单元(2)、射频滤波器单元(3)、频综器单元(4)、镜像抑制混频器单元(5)、信号处理单元(6)、CPU(7)和显示单元(8)组成；镜像抑制混频器单元(5)包括四个单元，由第一镜像抑制混频器单元(51)、第二镜像抑制混频器单元(52)、第三镜像抑制混频器单元(53)和第四镜像抑制混频器单元(54)组成，信号处理单元(6)包括四个子单元，即第一信号处理子单元(61)、第二信号处理子单元(62)、第三信号处理子单元(63)和第四信号处理子单元(64)组成；每个信号处理子单元均由中频滤波单元(65)、中频放大单元(66)、ADC采样单元(67)、数字下变频单元(68)和基带处理单元(69)依次串联而成；
天线单元(1)的信号输出端与低噪声放大器单元(2)的信号输入端相连接，低噪声放大器单元(2)的信号输出端与射频滤波器单元(3)的信号输入端相连接，射频滤波器单元(3)的输出端与第一镜像抑制混频器单元(51)、第二镜像抑制混频器单元(52)、第三镜像抑制混频器单元(53)和第四镜像抑制混频器单元(54)的输入端并联相连接；
第一镜像抑制混频器单元(51)、第二镜像抑制混频器单元(52)、第三镜像抑制混频器单元(53)和第四镜像抑制混频器单元(54)的另一输入端分别与频综器单元(4)相连接；
第一镜像抑制混频器单元(51)、第二镜像抑制混频器单元(52)、第三镜像抑制混频器单元(53)和第四镜像抑制混频器单元(54)的输出端依次与第一信号处理子单元(61)、第二信号处理子单元(62)、第三信号处理子单元(63)和第四信号处理子单元(64)相串联；第一信号处理子单元(61)、第二信号处理子单元(62)、第三信号处理子单元(63)和第四信号处理子单元(64)的信号输出端分别与CPU(7)的输入端与相连接，CPU(7)和显示单元(8)相连接。
2.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：天线单元(1)作为导航信号的空间耦合单元，采用右旋圆极化的方式；天线单元(1)是宽带结构，可以同时接收GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号，并向下一级的低噪声放大器单元(2)传递。
3.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：低噪声放大器单元(2)增益为20分贝，噪声系数约为1.5，工作带宽在1.1-1.7GHz，且其输出1分贝的压缩点为-10dBm。
4.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：射频滤波器单元(3)将低噪声放大器单元(2)输出的信号进行选通,且对其中的干扰信号进行抑制,滤波后的信号分别传输至与之并联的第一镜像抑制混频器单元(51)、第二镜像抑制混频器单元(52)、第三镜像抑制混频器单元(53)和第四镜像抑制混频器单元(54)；射频滤波器单元(3)是一个带通滤波器，其作用分别完成对GPS、GALILEO、COMPASS和GLONASS的导航信号的选通，同时对干扰信号进行抑制，其选通的起始信号频率为1.02GHz；终止频率为1.77GHz，上述频率的选通确保接收通道覆盖了上述四大导航信号。
5.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：频率综合器(4)给镜像抑制混频器单元(5)提供本振。
6.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：镜像抑制混频器单元(5)包括四个相互独立的双平衡有源结构混频器，负责将射频滤波器单元(3)滤波处理后的射频信号转换为两路相互正交的信号，实现导航信号的中频搬移；其中，第一镜像抑制混频器单元(51)将射频滤波器单元(3)输出的滤波信号转为GPS系统4.092MHz的中频信号；第二镜像抑制混频器单元(52)将射频滤波器单元(3)输出的滤波信号转为GALILEO系统4.092MHz的中频信号；第三镜像抑制混频器单元(53)将射频滤波器单元(3)输出的滤波信号转为COMPASS系统4.092MHz的中频信号；第四镜像抑制混频器单元(54)将射频滤波器单元(3)输出的滤波信号转为GLONASS系统4.088MHz的中频信号。
7.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：信号处理单元(6)承担将镜像抑制混频器单元(5)输送来的信号进行中频滤波、中频放大、ADC采样、数字下变频和基带处理。
8.如权利要求7所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：信号处理单元(6)的具体处理方式为：
第一信号处理子单元(61)将自第一镜像抑制混频器单元(51)传输过来的4.092MHz的GPS中频信号进行滤波，由GPS中频滤波器(651)完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器(661)放大到合适的增益后，送入ADC采样单元(671)进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理(681)和GPS基带处理单元(691)后获得GPS定位伪距和多普勒以等信息；
第二信号处理子单元(62)将自第二镜像抑制混频器单元(52)传输过来的4.092MHz的GALILEO中频信号进行滤波，由GALILEO中频滤波器(652)完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器(662)放大到合适的增益后，送入ADC采样单元(672)进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理(682)和GALILEO基带处理单元(692)后获得GALILEO定位伪距和多普勒以等信息；
第三信号处理子单元(63)将自第三镜像抑制混频器单元(53)传输过来的4.092MHz的COMPASS中频信号进行滤波，由COMPASS中频滤波器(653)完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器(663)放大到合适的增益后，送入ADC采样单元(673)进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理(683)和COMPASS基带处理单元(693)后获得COMPASS定位伪距和多普勒以等信息；
第四信号处理子单元(64)将自第四镜像抑制混频器单元(54)传输过来的信号转换成4.092MHz的GLONASS中频信号进行滤波，由GLONASS中频滤波器(654)完成，抑制带外的干扰和混频器交调信号，经中频放大器(664)放大到合适的增益后，送入ADC采样单元(674)进行模数转换，得到数字中频信号，经数字下变频处理(684)和GLONASS基带处理单元(694)后获得GLONASS定位伪距和多普勒以等信息。
9.如权利要求1所述的基于数据融合的GNSS系统联合定位装置，其特征在于：CPU(7)选用的是CK610，其主要任务完成系统所需的功能控制、数据融合和PVT的解算任务；显示单元(8)主要完成定位、速度和授时信息的显示，供用户观测。
10.采用权利要求1至9所述任一基于数据融合的GNSS系统联合定位装置的联合定位方法，其特征在于：按如下的步骤进行：
步骤1：启动导航接收机，搜索包含4个导航卫星系统的全部可观测卫星：
假设导航接收机通过遍历共搜索到j颗导航卫星，若j不小于4，则进入步骤2；反之，持续搜索导航卫星；
步骤2：若存在4颗导航卫星属于同一导航卫星系统，则进入单系统定位模式。否则，进入步骤3；
设导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系如图5所示；
在单系统定位模式下，将图5所示的伪距测量定位示意图用解析表示：由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu(式1)
其中，j取值1至4；Δbu为钟差导致的伪距差；其中Δbu＝ctu，tu为导接收机钟差；c为光速；
将式1方程展开为以xu、yu、zu和Δbu为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u (式2)；
由导航接收机按线形迭代法对式2进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；
步骤3：若搜索到双系统中存在“3+2”模式(即捕获的卫星中，存在3颗属于一个系统，2颗属于另一个系统)，则进入“3+2”联合定位模式。否则，进入步骤4；
若搜索完成后，捕获的导航卫星中，存在有3颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，有2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2(式3)；
其中，j取值1至5；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式3方程展开为以xu、yu、zu、Δbu1和Δbu2为未知数的非线形的联立方程组：
ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 (式4)
由导航接收机按线形迭代法对式4进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)；
步骤4：若搜索到多系统中存在“2+2+2”式(捕获的卫星中，存在6颗分别属于三个系统)，则进入“2+2+2”联合定位模式。否则，进行重新遍历捕获；
当搜索完成后，若捕获的导航卫星中，存在有2颗导航卫星均属于一套导航卫星系统，2颗导航卫星属于另一套导航卫星系统，还有2颗导航卫星均属于第三套导航卫星系统，则导航卫星的三维位置sj(xj,yj,zj)、伪距ρj与导航接收机的三维位置坐标u(xu,yu,zu)之间的关系由下式表示：
ρj＝||sj-u||+Δbu＝||sj-u||+Δbu1-Δbu2-Δbu3(式5)
其中，j取值1至6；Δbu1为第一套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu2为第二套导航卫星系统钟差导致的伪距差；Δbu3为第三套导航卫星系统钟差导致的伪距差；
将式5方程展开成以xu、yu、zu、Δbu1、Δbu2和Δbu3为未知数的非线形的联立方程组： ρ 1 = ( x 1 - x u ) 2 + ( y 1 - y u ) 2 + ( z 1 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 2 = ( x 2 - x u ) 2 + ( y 2 - y u ) 2 + ( z 2 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 3 = ( x 3 - x u ) 2 + ( y 3 - y u ) 2 + ( z 3 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 4 = ( x 4 - x u ) 2 + ( y 4 - y u ) 2 + ( z 4 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 5 = ( x 5 - x u ) 2 + ( y 5 - y u ) 2 + ( z 5 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 ρ 6 = ( x 6 - x u ) 2 + ( y 6 - y u ) 2 + ( z 6 - z u ) 2 + Δb u 1 - Δb u 2 - Δb u 3 (式6)
由导航接收机按线形迭代法对式6进行求解，获得导航接收机的三维位置坐标(xu,yu,zu)。
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