CN106501823A - Gps和bds组合差分嵌入式定位系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统和方法，主要由ARM平台、差分接收单元、Ublox单元、以及中心GPS与BDS组合天线组成；基于BDS/GPS组合定位能保证在GPS定位系统失效的情况下，可以采用北斗卫星定位系统提供的定位信息，以维持系统的正常工作，大大增加了系统的安全性和可靠性；用差分定位技术可以消除系统中共有的误差，从而达到提高定位精度的目的，所以使得差分定位精度要明显地高于单点定位精度；通过嵌入式平台搭建组合差分BDS/GPS信息服务平台，使其达到接收机达到小型化、便捷化、实用化的目的。
Description
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术领域，具体涉及一种GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统和方法。
背景技术
目前GPS码伪距单点定位的精度仍然偏低，大约为10～40m，可以满足一般的定位需要，但在有着对精度有着更高要求的行业上，需要有亚米级的定位精度。虽然通过差分定位技术可以消除系统中的误差，但目前常规差分接收机需要配合上位机才能工作，而上位机存在携带不便和供电困难等问题，使得差分定位接收机难以推广使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有定位系统存在精度不高和不便于携带的问题，提供一种GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统和方法。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，主要由ARM平台、差分接收单元、Ublox单元、以及中心GPS与BDS组合天线组成；其中ARM平台包括中心处理器、显示器和2个USB接口；差分接收单元的输出端经一个USB接口连接中心处理器；中心GPS与BDS组合天线连接在Ublox单元的输入端上，Ublox单元的输出端经另一个USB接口连接中心处理器；中心处理器的输出端连接显示器。
上述GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，还进一步包括基站；该基站上设有基站处理器、基站GPS与BDS组合天线和差分发射单元；基站GPS与BDS组合天线连接在基站处理器的输入端上，基站处理器的输出端连接差分发射单元的输入端；差分发射单元与差分接收单元连接。
上述方案中，ARM平台还进一步包括电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块；电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块均与中心处理器连接。
上述方案中，ARM平台还设有通信串口和/或SD卡接口；通信串口和SD卡接口均与中心处理器连接。
GPS和BDS组合差分嵌入式定位方法，包括如下步骤：
步骤1、中心处理器通过USB接口发送指令给Ublox单元和差分接收单元，命令Ublox单元接收卫星信号，差分接收单元接收差分数据；
步骤2、Ublox单元接收到指令后，开始通过中心GPS与BDS组合天线接收所有可见的BDS卫星和GPS卫星的卫星数据；
步骤3、Ublox单元对中心GPS与BDS组合天线接收的卫星数据进行解析，并将解码后的数据打包为Ublox信息格式后，通过USB接口实时发送给中心处理器；
步骤3、差分接收单元接收到指令后，开始接收差分数据，并通过USB接口实时发送给中心处理器；
步骤4、中心处理器接收Ublox单元发来的Ublox信息格式的BDS和GPS卫星导航数据，并进行数据解算，提取伪距；
步骤5、中心处理器接收差分接收单元发来的差分数据，并且提取帧信息；
步骤6、中心处理器从步骤5所提取的帧信息中提取伪距改正数，对步骤4所提取出的伪距进行修正；并采用修正后伪距去进行定位解算，并获得定位系统的位置，实现差分伪距定位；
步骤7、中心处理器将定位解算结果送入显示器进行结果显示。
上述步骤3中，差分接收单元接收来自基站发送的差分数据。
与现有技术相比，本发明具有如下特点：
1、基于BDS/GPS组合定位能保证在GPS定位系统失效的情况下，可以采用北斗卫星定位系统提供的定位信息，以维持系统的正常工作，大大增加了系统的安全性和可靠性；
2、用差分定位技术可以消除系统中共有的误差，从而达到提高定位精度的目的，所以使得差分定位精度要明显地高于单点定位精度；
3、采用嵌入式作为开发平台，硬件资源丰富，既能满足开发需要，又能降低接收机的开发成本；
4，采用嵌入式作为开发平台，功耗低，数据处理能力强，能够满足卫星数据和差分数据的处理要求。
5、通过嵌入式平台搭建组合差分BDS/GPS信息服务平台，使其达到接收机达到小型化、便捷化、实用化的目的。
附图说明
图1为GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统的原理图。
图2为差分数据生成和提取的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：
一种GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，如图1所示，主要由ARM平台、差分接收单元、Ublox单元、以及中心GPS与BDS组合天线组成。
ARM平台主要控制整个系统的运行，由中心处理器、电源模块、复位模块、时钟模块、存储模块、通信串口、SD卡接口、显示器和2个USB接口组成。中心处理器、电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块为ARM平台的最小化构成模块，电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块均与中心处理器连接。通信串口和SD卡接口为ARM平台的扩展模块，其用于实现ARM平台与外部数据的交互，通信串口和SD卡接口均与中心处理与器连接。如可以通过通信串口将ARM平台与上位机连接，用于将更新的程序数据下载至中心处理器，如可以通过SD卡接口实现ARM平台的存储空间的扩展。在本发明优选实施例中，ARM平台是采用三星公司的Exynos4412Linux嵌入式平台。
差分接收单元用于接收差分数据，差分接收单元的输出端经一个USB接口连接中心处理器。差分数据可以与现有的CORS系统连接，直接使用CORS系统所获得的差分数据。CORS系统是连续运行卫星定位服务系统，其利用全球导航卫星系统、计算机、数据通信和互联网络技术，在一个城市、一个地区或一个国家根据需求按一定距离建立长年连续运行的若干个固定GNSS基准站的网络系统，向不同类型、不同需求、不同层次的用户提供不同类型的GPS观测值、各种差分改正信息、以及其他相关的GPS服务。考虑到CORS系统的使用需要付费，本发明采用自行设计的基站来实现差分数据的获取。在本发明中，基站由基站处理器、基站GPS与BDS组合天线和差分发射单元组成。基站GPS与BDS组合天线连接在基站处理器的输入端上，基站处理器的输出端连接差分发射单元的输入端。差分发射单元与差分接收单元连接，参见图2。在本发明优选实施例中，差分接收单元为E32-TTL-500无线串口接收模块，差分发射单元为E32-DTU-500无线数传电台。
Ublox单元从卫星中获取精密参考时钟，以提高后续定位精度。中心GPS与BDS组合天线连接在Ublox单元的输入端上，Ublox单元的输出端经另一个USB接口连接中心处理器。中心处理器的输出端连接显示器。在本发明优选实施例中，Ublox单元采用NEO-M8T模块，其可以接收BDS和GPS双系统卫星信号。
上述定位系统所实现的GPS和BDS组合差分嵌入式定位方法，包括如下步骤：
步骤1、中心处理器通过USB接口发送指令给Ublox单元和差分接收单元，命令Ublox单元接收卫星信号，差分接收单元接收差分数据。
步骤2、Ublox单元接收到指令后，开始通过中心GPS与BDS组合天线接收所有可见的BDS卫星和GPS卫星的卫星数据。
步骤3、Ublox单元对中心GPS与BDS组合天线接收的卫星数据进行解析，并将解码后的数据打包为Ublox信息格式后，通过USB接口实时发送给中心处理器。
步骤3、差分接收单元接收到指令后，开始接收差分数据，并通过USB接口实时发送给中心处理器。差分接收单元既可以接收现有CORS系统发来的差分数据，也可以接收来自基站发送的差分数据。参见图2的差分数据生成和提取的原理图。
步骤4、中心处理器接收Ublox单元发来的Ublox信息格式的BDS和GPS卫星导航数据，并进行数据解算，提取伪距。在中央处理器对BDS和GPS卫星导航数据进行解算时，所提取的数据不仅包括伪距，还需要提取出所有观测卫星的观测时间，星历，载波相位以及钟差等，以便用于后续定位解算。
步骤5、中心处理器接收差分接收单元发来的差分数据，并且提取帧信息。
步骤6、中心处理器从步骤5所提取的帧信息中提取伪距改正数，对步骤4所提取出的伪距进行修正。并采用修正后伪距去进行定位解算，并获得定位系统的位置，实现差分伪距定位。
设定位系统即接收机的初始坐标是(x0,y0,z0)，利用第i颗卫星的观测时间和星历参数计算出第i颗卫星的位置为(xi,yi,zi)，根据站星间的距离公式：
接收机对第i颗卫星的伪距测量值为Pi,，伪距包括各种误差，与真实距离不同。接收机观察伪距公式如下：
其中，是接收机至第i颗卫星的真实距离；dti是卫星钟差；dtu是接收机钟差；是轨道误差；是电离层效应所产生的距离误差；是对流层效应所产生的距离误差；是其他相关误差。
基站发送的伪距改正数的公式如下：
所以修正后的伪距为：
步骤7、中心处理器将定位解算结果送入显示器进行结果显示。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，其特征在于：主要由ARM平台、差分接收单元、Ublox单元、以及中心GPS与BDS组合天线组成；其中ARM平台包括中心处理器、显示器和2个USB接口；差分接收单元的输出端经一个USB接口连接中心处理器；中心GPS与BDS组合天线连接在Ublox单元的输入端上，Ublox单元的输出端经另一个USB接口连接中心处理器；中心处理器的输出端连接显示器。
2.根据权利要求1所述的GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，其特征在于：还进一步包括基站；该基站上设有基站处理器、基站GPS与BDS组合天线和差分发射单元；基站GPS与BDS组合天线连接在基站处理器的输入端上，基站处理器的输出端连接差分发射单元的输入端；差分发射单元与差分接收单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，其特征在于：ARM平台还进一步包括电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块；电源模块、复位模块、时钟模块和存储模块均与中心处理器连接。
4.根据权利要求3所述的GPS和BDS组合差分嵌入式定位系统，其特征在于：ARM平台还设有通信串口和/或SD卡接口；通信串口和SD卡接口均与中心处理器连接。
5.基于权利要求1所述定位系统的GPS和BDS组合差分嵌入式定位方法，其特征是，包括如下步骤：
步骤1、中心处理器通过USB接口发送指令给Ublox单元和差分接收单元，命令Ublox单元接收卫星信号，差分接收单元接收差分数据；
步骤2、Ublox单元接收到指令后，开始通过中心GPS与BDS组合天线接收所有可见的BDS卫星和GPS卫星的卫星数据；
步骤3、Ublox单元对中心GPS与BDS组合天线接收的卫星数据进行解析，并将解码后的数据打包为Ublox信息格式后，通过USB接口实时发送给中心处理器；
步骤3、差分接收单元接收到指令后，开始接收差分数据，并通过USB接口实时发送给中心处理器；
步骤4、中心处理器接收Ublox单元发来的Ublox信息格式的BDS和GPS卫星导航数据，并进行数据解算，提取伪距；
步骤5、中心处理器接收差分接收单元发来的差分数据，并且提取帧信息；
步骤6、中心处理器从步骤5所提取的帧信息中提取伪距改正数，对步骤4所提取出的伪距进行修正；并采用修正后伪距去进行定位解算，并获得定位系统的位置，实现差分伪距定位；
步骤7、中心处理器将定位解算结果送入显示器进行结果显示。
6.根据权利要求5所述的GPS和BDS组合差分嵌入式定位方法，其特征是，步骤3中，差分接收单元接收来自基站发送的差分数据。
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