CN106574957B - 用于北斗卫星导航系统的定位装置、方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于北斗卫星导航系统的定位装置、方法和系统。装置包括：卫星捕获/跟踪模块，用于获取可用卫星发射的调制信号；测码伪距模块，用于获取测距码和本地生成的复制码，并根据测距码和复制码获取测码伪距，以及根据测码伪距获取第一坐标位置；载波信号获取模块，用于根据调制信号和复制码获取第一载波信号；测相伪距模块，用于根据第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取测相伪距，并根据测相伪距获取第二坐标位置，以及根据第二坐标位置生成中断信号，并将中断信号发送至测码伪距模块，以使测码伪距模块关闭获取测码伪距和第一坐标位置的功能。该装置大大提高了定位的速度和准确度。
Description
技术领域
本发明属于导航定位技术领域，特别涉及一种用于北斗卫星导航系统的定位装置、 方法和系统。
背景技术
北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国正在实施的 自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，致力于向全球用户提供高质量的定位、导航、授时服务，并能向有更高要求的授权用户提供进一步服务，军用与民用兼具。
目前，在服务区有14颗卫星工作，用于免费提供定位、测速、授时服务，其定位 精度为10米。
目前存在的问题是，由于北斗卫星导航系统的定位精度在10米左右，因此定位不及时、不准确。例如，当车辆行驶在高架立交岔道口时，显示的原点往往与自己所处 实际位置有不小的偏差；当车辆在高峰时段驶入公交车道时，采用北斗卫星导航系统 的车载导航仪不可能实时提醒“开错道了”；当车辆驶入公路收费站时，也不会提示 哪些道是ETC收费口、哪些道是常规收费口等问题。
发明内容
本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于北斗卫星导航系统的定位装置，该装置大大提高了定位的速度和准确度。
为此，本发明的第二个目的在于提出一种用于北斗卫星导航系统的定位方法。
为此，本发明的第三个目的在于提出一种导航系统。
为此，本发明的第四个目的在于提出一种存储介质。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置， 包括：卫星捕获/跟踪模块，用于捕获并跟踪可用卫星，并获取所述可用卫星发射的调制信号；测码伪距模块，用于获取所述调制信号中的测距码和本地生成的复制码，并 根据所述测距码和所述复制码获取与所述可用卫星之间的测码伪距，以及根据所述测 码伪距获取第一坐标位置以提供给用户；载波信号获取模块，用于根据所述调制信号 和所述复制码获取所述调制信号中的第一载波信号；测相伪距模块，用于根据所述第 一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与所述可用卫星之间的测相伪距，并根据 所述测相伪距获取第二坐标位置以提供给所述用户，以及根据所述第二坐标位置生成 中断信号，并将所述中断信号发送至所述测码伪距模块，以使所述测码伪距模块关闭 获取所述测码伪距和所述第一坐标位置的功能。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置，一方面，在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位，可在几十 秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则采用测相 伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪距和测相 伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗；同时，本发明 的实施例将测码伪距和测相伪距有机的结合，减少面积和成本，有效提高定位装置的 可靠性、稳定性及续航时间。
在本发明的一个实施例中，所述测相伪距模块还用于在发生整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并将所述整周跳变中断信号发送至所述测码伪距模块，以使所述测 码伪距模块开启获取所述测码伪距和所述第一坐标位置的功能。
在本发明的一个实施例中，还包括：无线通信模块；第一检测模块，用于检测所 述可用卫星的信号强度是否达到预设强度；无线定位模块，用于在所述可用卫星的信 号强度没有达到预设强度时，获取所述无线通信模块的蜂窝小区ID，并将所述蜂窝小 区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给所述用户。
在本发明的一个实施例中，还包括：存储模块，用于存储所述可用卫星的观测信息；第二检测模块，用于检测所述存储模块中是否存储所述可用卫星的观测信息；其 中，所述无线通信模块还用于在检测到所述存储模块中没有存储所述可用卫星的观测 信息时，从北斗辅助卫星信息中心获取所述可用卫星的观测信息。
在本发明的一个实施例中，所述测相伪距模块还用于：获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二相位观测值；获取针对第一可用卫星的第 一参考相位观测值和针对第二可用卫星的第二参考观测值；将所述第一相位观测值和 所述第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位；将所述第二相位观测值和所 述第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位；在第一历元时刻将所述第一一 次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第一二次差分相位；在第二历元时刻 将所述第一一次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第二二次差分相位；将 所述第一二次差分相位和所述第二二次差分相位做差以获取三次差分相位；根据所述 三次差分相位获取所述第二坐标位置。
在本发明的一个实施例中，所述无线通信模块还用于从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对所述第一可用卫星的第一参考相位观测值和所述第二可用卫星的 第二参考相位观测值。
在本发明的一个实施例中，存储模块还用于存储所述测码伪距模块根据所述调制信号获取的所述可用卫星的第三坐标位置，其中，所述测相伪距模块从所述存储模块 中获取所述可用卫星的第三坐标位置，以根据所述第三坐标位置和所述三次差分相位 获取所述第二坐标位置。
为了实现上述目的，本发明第二方面实施例的用于北斗卫星导航系统的定位方法， 包括：S1：捕获并跟踪可用卫星，并获取所述可用卫星发射的调制信号；S2：获取所 述调制信号中的测距码和本地生成的复制码；S3：根据所述测距码和所述复制码获取 与所述可用卫星之间的测码伪距，并根据所述测码伪距获取第一坐标位置以提供给用 户；S4：根据所述调制信号和所述复制码获取所述调制信号中的第一载波信号；S5： 根据所述第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与所述可用卫星之间的测相伪 距，以及根据所述测相伪距获取第二坐标位置以提供给所述用户；S6：根据所述第二 坐标位置生成中断信号，并根据所述中断信号停止执行S3。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位方法，一方面，在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位，可在几十 秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则采用测相 伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪距和测相 伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗；同时，本发明 的实施例将测码伪距和测相伪距有机的结合，减少面积和成本，有效提高定位装置的 可靠性、稳定性及续航时间。
在本发明的一个实施例中，在S5之后还包括：在发生整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并根据所述整周跳变中断信号执行S3。
在本发明的一个实施例中，还包括：检测所述可用卫星的信号强度是否达到预设强度；在所述可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，通过设置的无线通信模块获 取蜂窝小区ID，并将所述蜂窝小区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给所述用 户。
在本发明的一个实施例中，还包括：检测是否已存储所述可用卫星的观测信息；在检测到没有存储所述可用卫星的观测信息时，从北斗辅助卫星信息中心获取所述可 用卫星的观测信息。
在本发明的一个实施例中，S5包括：获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二相位观测值；获取针对第一可用卫星的第一参考相位观测值 和针对第二可用卫星的第二参考观测值；将所述第一相位观测值和所述第一参考相位 观测值做差以获取第一一次差分相位；将所述第二相位观测值和所述第二参考相位观 测值做差以获取第二一次差分相位；在第一历元时刻将所述第一一次差分相位和所述 第二一次差分相位做差以获取第一二次差分相位；在第二历元时刻将所述第一一次差 分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第二二次差分相位；将所述第一二次差分 相位和所述第二二次差分相位做差以获取三次差分相位；根据所述三次差分相位获取 所述第二坐标位置。
在本发明的一个实施例中，还包括：从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对所述第一可用卫星的第一参考相位观测值和所述第二可用卫星的第二参考相位观 测值。
为了实现上述目的，本发明第三方面实施例的导航系统，包括：北斗差分参考站数据处理中心；用于北斗卫星导航系统的定位装置，所述装置包括无线通信模块，所 述装置用于通过所述无线通信模块从所述北斗差分参考站数据处理中心获取参考相位 观测数据，并根据所述参考相位观测数据和所述装置获取的相位观测数据获取所述装 置的第一坐标位置。
本发明实施例的导航系统，一方面，用于北斗卫星导航系统的定位装置在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位， 可在几十秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则 采用测相伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪 距和测相伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗；同时， 本发明的实施例将测码伪距和测相伪距有机的结合，减少面积和成本，有效提高定位 装置的可靠性、稳定性及续航时间；同时，从北斗差分参考站数据处理中心获取参考 相位观测数据，进一步增加定位的精度。
在本发明的一个实施例中，还包括：无线网络定位信息中心；其中，所述装置用 于在可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，通过所述无线通信模块从所述无线网 络定位信息中心获取蜂窝小区ID，并将所述蜂窝小区ID的坐标位置作为所述装置的 第二坐标位置以提供给所述用户。
在本发明的一个实施例中，还包括：北斗辅助卫星信息中心；其中，所述装置用 于在没有存储可用卫星的观测信息时，通过所述无线通信模块从所述北斗辅助卫星信 息中心获取所述可用卫星的观测信息。
为了实现上述目的，本发明第四方面实施例的存储介质用于存储应用程序，所述应用程序用于执行本发明第一方面实施例所述的用于北斗卫星导航系统的定位方法。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明 显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置；
图2是本发明另一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置；
图3是本发明又一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置；
图4为本发明一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位方法的流程图；
图5是根据本发明一个实施例的导航系统的结构框图；
图6是根据本发明另一个实施例的导航系统的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参 考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有 明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接， 也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普 通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发 明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段 或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或 讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能， 这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解参照下面的描述和附图，将清 楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实 施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应 当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加 权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
在北斗卫星导航系统提供的ICD文件(空间信号接口控制文件)中，公开的服务 信号是B1I。另外，在北斗卫星导航系统中，载波波长远小于码长。B1I信号测距码码 速率为2.046Mcps，码元宽度146.5m，而B1I信号中B1载波的波长为19.20cm，在分 辨率相同的情况下，B1I信号的测距码的观测误差约为1.5m，B1载波的观测误差约为 2.0mm。其中由测距码相位观测所确定的伪距简称测码伪距，由载波相位观测所确定的 伪距简称为测相伪距。
目前，在各种各样采用北斗卫星导航系统进行导航的导航装置中，主要采用测码伪距进行定位，采用测码伪距进行定位时计算量小且第一次定位时间短，但是定位精 度差，一般在10m左右。
因此，在卫星与接收机(例如导航装置)的伪距计算上，采用载波相位观测进行 计算是目前最精确的方法。目前全国各地在陆续建立北斗地基增强网，依托这套地基 增强系统，其定位误差能降低到厘米级，各项指标均达到或优于成熟的GPS系统，这 为使用载波相位计算伪距奠定坚实的网络参考站基础。但是，在载波相位观测的测相 伪距中，也存在问题，载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其 不足一个波长的部分，因而存在着整周数不确定性的问题，使解算过程变得比较复杂， 导致第一次定位时间远大于采用测距码相位观测的定位时间。
因此，在当前的导航装置中如何又快速又精准的定位成了一个非常重要的问题。为了解决上述问题，本发明的实施例提出一种用于北斗卫星导航系统的定位装置和方 法。下面参照附图具体描述。
图1是本发明一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置。
如图1所示，用于北斗卫星导航系统的定位装置包括：卫星捕获/跟踪模块100、 测码伪距模块200、载波信号获取模块300和测相伪距模块400。
具体地，卫星捕获/跟踪模块100用于捕获并跟踪可用卫星，并获取可用卫星发射的调制信号。
测码伪距模块200用于获取调制信号中的测距码和本地生成的复制码，并根据测距码和复制码获取与可用卫星之间的测码伪距，以及根据测码伪距获取第一坐标位置 以提供给用户。更具体地，测码伪距模块200首先根据测距码和复制码获取测码相位， 并根据测码相位获取测码伪距，并从调制信号中获取星历数据，以根据星历数据获取 可用卫星的坐标位置，并根据坐标位置和测码伪距获取第一坐标位置。其中，根据坐 标位置和测码伪距可采用现有技术，在此不再赘述。
需要说明的是，可以将测距码和复制码做相关运算以获取测码伪距，其计算过程可参考现有技术，在此不再赘述。利用测码伪距获取第一坐标位置的计算方法简单， 因此可在几十秒内完成，载波相位观测获取的测相伪距的计算需要在十几分钟内完成， 因此，测码伪距与测相伪距相比，计算时间缩短近60倍。在用于北斗卫星导航系统的 定位装置刚开启时，利用测码伪距算法可以快速进行定位。
载波信号获取模块300用于根据调制信号和复制码获取调制信号中的第一载波信号。更具体地，载波信号获取模块300将调制信号和复制码做相乘运算，再通过码跟 踪环路和滤波电路以产生第一载波信号。
测相伪距模块400用于根据第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与可用卫星之间的测相伪距，并根据测相伪距获取第二坐标位置以提供给用户，以及根据第 二坐标位置生成中断信号，并将中断信号发送至测码伪距模块200，以使测码伪距模块 200关闭获取测码伪距和第一坐标位置的功能。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置，一方面，在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位，可在几十 秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则采用测相 伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪距和测相 伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗；同时，本发明 的实施例将测码伪距和测相伪距有机的结合，减少面积和成本，有效提高定位装置的 可靠性、稳定性及续航时间。
具体地，使用测相伪距进行定位时，容易发生整周跳变，为测相伪距定位时的一种常见中断情况。因此，在本发明的一个实施例中，测相伪距模块400还用于在发生 整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并将整周跳变中断信号发送至测码伪距模块200， 以使测码伪距模块200开启获取测码伪距和第一坐标位置的功能。由此，在测相伪距 发生整周跳变时，可利用测码伪距进行定位，避免无法定位情况的发生。
此外，为了解决用于北斗卫星导航系统的定位装置在室内以及在城市中被建筑物遮挡而难以接收北斗卫星信号的缺陷，还考虑了基于无线通信模块的小区识别定位技 术作为备用方案，适用于所有蜂窝网络，通过增加具有身份识别的无线通信模块，可 向导航装置提供自动定位业务。
图2是本发明另一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置。
如图2所示，用于北斗卫星导航系统的定位装置包括：卫星捕获/跟踪模块100、 测码伪距模块200、载波信号获取模块300、测相伪距模块400、无线通信模块500、 第一检测模块600和无线定位模块700。
具体地，第一检测模块600用于检测可用卫星的信号强度是否达到预设强度。无线定位模块700用于在可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，获取无线通信模块 500的蜂窝小区ID，并将蜂窝小区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给用户。
在本发明的实施例中，无线通信模块500可以是3G、4G等移动通信模块，还可 以是其他通信模块，本发明的实施例不对此进行限定，未来出现的任何具有相同功能 的无线通信模块都适用于本发明的实施例。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置，根据所处的蜂窝小区ID号来粗略确定用户的位置，其定位响应时间较短，解决在室内以及在城市中被建筑物遮挡 而难以接收北斗卫星信号的缺陷，一般在几秒至十几秒以内，这样就大大提升了定位 能力。
如果用于北斗卫星导航系统的定位装置未存储可用卫星的观测信息，则没有卫星星历，无法计算坐标位置，因此需要首先捕捉可用卫星。
图3是本发明又一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置。
如图3所示，用于北斗卫星导航系统的定位装置包括：卫星捕获/跟踪模块100、 测码伪距模块200、载波信号获取模块300、测相伪距模块400、无线通信模块500、 第一检测模块600、无线定位模块700、存储模块800、第二检测模块900。
具体地，存储模块800用于存储可用卫星的观测信息，举例来说，观测信息可包 括可见卫星的数量、每个可用卫星的信号强度和多普勒频移、每个可用卫星在天空中 的分布以及每个可用卫星的仰角等信息。
第二检测模块900用于检测存储模块中是否存储可用卫星的观测信息。
其中，无线通信模块500还用于在检测到存储模块中没有存储可用卫星的观测信息时，从北斗辅助卫星信息中心获取可用卫星的观测信息。
例如，信号较弱的城市高楼间隙或者室内，如果需要几分钟的时间来计算位置(如紧急呼叫等)，如果采用全频段搜索以找到可用卫星，则耗时较长。此时，可获取无 线通信模块500的基站地址，将无线通信模块500的基站地址发送至北斗辅助卫星信 息中心，从北斗辅助卫星信息中心可直接下载当前区域的可见卫星的数量、每个可用 卫星的信号强度和多普勒频移、每个可用卫星在天空中的分布以及每个可用卫星的仰 角等信息，从而根据这些信息可快速捕获和跟踪卫星。同时，也减小了设备的电量消 耗。
另外，北斗辅助卫星信息中心还可传输北斗卫星辅助信息(如捕获辅助信息、定位辅助信息、灵敏度辅助信息、卫星工作状况信息等)和导航装置坐标信息计算的辅 助信息(如北斗卫星历书以及修正数据、北斗卫星星历、北斗卫星导航电文等)。
如果无法从北斗辅助卫星信息中心获取可用卫星的观测信息，则需要全频段搜索所有卫星以捕获可用卫星。具体地，首先，通过在码相位域和载波频率域上进行二维 搜索，将载波信号与本地复现的载波信号进行相关运算，剥离载波，再与移位的复现 北斗测距码相关运算，搜索信号相关运算值的最大值，以此判断是否捕获到卫星。天 线接收的射频信号经过多次降频后，得到中频信号输入捕获环路。捕获环路首先将中 频信号与复现的北斗伪距码相乘，并进行N个周期的连续累加(Coherent Integration)， 分别得到同相(I)和正交相(Q)信号。将I，Q信号进行平方和运算之后，再进行一定长 度的非连续累加。最终即可得到信号的相关值。此时若相关值大于某个设定的阈值， 则捕获成功，若在遍历完北斗伪距码相位之后，仍无法找到相关峰值，则改变本地载 波的频率值，继续之前的相关运算，直到遍历所有的搜索方格，如仍未捕获到，则说 明未接收到该卫星的信号。其次，在捕获的基础之上，实现对搜索到的卫星的载波多 普勒状态的实时跟踪，以在载波多普勒频率域内完成载波的剥离过程。另外，由于对 载波多普勒的跟踪始终是不能完全吻合的，所以码相位始终也是在改变的，所以在跟 踪多普勒频率的同时，也需要对码相位进行实时的调整，即码跟踪。
另外，从解调得到的每毫秒的积分值序列中找到50bit/s的电文比特开始点，提取出电文，并根据电文内容的提取北斗卫星的星历参数，计算出每颗北斗卫星的当前坐 标，根据测码伪距的方法计算卫星与定位装置之间的测码伪距。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位装置，可避免传统北斗定位中需要全频段搜索以找到可用卫星因而耗时较长的问题，同时，也减小了装置的功耗。
下面详细介绍测相伪距模块400获取第二坐标位置的过程。
其中，北斗卫星导航系统的载波相位观测方程如公式(1)所述：
Φ＝ρ+c·(dT-dt)-λ·N+dtrop+dion (1)
Φ表示载波相位的滞后相位观测值，单位为m；ρ表示星站间的真实的几何距离； c表示光速；dT表示接收机时钟差；dt表示卫星时钟差；λ表示B1的载波相位波长； N表示整周未知数；dtrop表示对流层折射影响；dion表示电离层折射影响。假设，用于 北斗卫星导航系统的定位装置的接收机为1，差分参考站的接收机为2，北斗卫星为j 和k，在已修复整周跳变、剔除粗差后，在历元t1和t2进行同步观测。下面结合实例 具体说明测相伪距模块400获取第二坐标位置的过程。
在本发明的实施例中，测相伪距模块400还用于：
首先，获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二观测值，并获取针对第一可用卫星的第一参考相位观测值和针对第二可用卫星的第二参考 观测值。例如，接收机1对北斗卫星为j的载波相位观测量即第一相位观测值如公式(2) 所述：
其中，针对第二可用卫星的第二观测值可参考公式(2)列出；接收机2对北斗卫星为j 的载波相位观测量即第二相位观测值如公式(3)所述：
其中，可参考公式(2)列出第二参考观测值。
将第一相位观测值和第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位，并将第二相位观测值和第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位。例如，将第一相 位观测值和第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位如公式(4)所述：
将第二相位观测值和第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位如公式(5)所 述：
具体地，通过本定位装置与差分参考站的相位观测值的一次求差，卫星时钟差已消除，同时可以减弱卫星的轨道误差，大气折射误差等影响。
在第一历元时刻将第一一次差分相位和第二一次差分相位做差以获取第一二次差 分相位，并在第二历元时刻将第一一次差分相位和第二一次差分相位做差以获取第二二次差分相位。例如，将第一一次差分相位和第二一次差分相位做差如公式(6)所述：
令：
则历元t1时的第一二次差分相位如公式(7)所述：
ΔΦ12 jk(t1)＝ΔΦ12 j(t1)-ΔΦ12 k(t1) (7)
则历元t2时的第二二次差分相位如公式(8)所述：
ΔΦ12 ik(t2)＝ΔΦ12 j(t2)-ΔΦ12 k(t2) (8)
将第一二次差分相位和第二二次差分相位做差以获取三次差分相位，此时，可删除整周未知数。例如，三次差分相位如公式(9)所述：
根据三次差分相位获取第二坐标位置。具体地，
其中，(XS，YS，ZS)为可用卫星的瞬时坐标位置，由星历数据可计算出，(XP，YP，ZP)为接收机坐标，是待求量，即第二坐标位置。将位置坐标公式与三次求差公式组合， 可计算出准确的第二坐标位置。
在本发明的一个实施例中，无线通信模块500还用于从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对第一可用卫星的第一参考相位观测值和第二可用卫星的第二参考 相位观测值。
在本发明的一个实施例中，存储模块800还用于存储测码伪距模块200根据调制信号获取的可用卫星的第三坐标位置，其中，测相伪距模块400从存储模块800中获 取可用卫星的第三坐标位置，以根据第三坐标位置和三次差分相位获取第二坐标位置。
为了实现本发明实施例的装置，本发明的实施例还提出一种用于北斗卫星导航系统的定位方法。
图4为本发明一个实施例的用于北斗卫星导航系统的定位方法的流程图。
如图4所示，用于北斗卫星导航系统的定位方法包括以下步骤。
S101，捕获并跟踪可用卫星，并获取可用卫星发射的调制信号。
S102，获取调制信号中的测距码和本地生成的复制码。
S103，根据测距码和复制码获取与可用卫星之间的测码伪距，并根据测码伪距获取第一坐标位置以提供给用户。
具体地，首先根据测距码和复制码获取测码相位，并根据测码相位获取测码伪距，并从调制信号中获取星历数据，以根据星历数据获取可用卫星的坐标位置，并根据坐 标位置和测码伪距获取第一坐标位置。其中，根据坐标位置和测码伪距可采用现有技 术，在此不再赘述。
需要说明的是，可以将测距码和复制码做相关运算以获取测码伪距，其计算过程可参考现有技术，在此不再赘述。利用测码伪距获取第一坐标位置的计算方法简单， 因此可在几十秒内完成，载波相位观测获取的测相伪距的计算需要在十几分钟内完成， 因此，测码伪距与测相伪距相比，计算时间缩短近60倍。在定位开始时，利用测码伪 距算法可以快速进行定位。
S104，根据调制信号和复制码获取调制信号中的第一载波信号。
具体地，将调制信号和复制码做相乘运算，再通过码跟踪环路和滤波电路以产生第一载波信号。
S105，根据第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与可用卫星之间的测相伪距，以及根据测相伪距获取第二坐标位置以提供给用户。
S106，根据第二坐标位置生成中断信号，并根据中断信号停止执行S103。
本发明实施例的用于北斗卫星导航系统的定位方法，一方面，在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位，可在几十 秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则采用测相 伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪距和测相 伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗。
具体地，使用测相伪距进行定位时，容易发生整周跳变，为测相伪距定位时的一种常见中断情况。因此，在本发明的一个实施例中，在S105之后还包括(图中未示出)： 在发生整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并根据整周跳变中断信号执行S103。由 此，在测相伪距发生整周跳变时，可利用测码伪距进行定位，避免无法定位情况的发 生。
此外，为了解决在室内以及在城市中被建筑物遮挡而难以接收北斗卫星信号的缺陷，还考虑了基于无线通信模块的小区识别定位技术作为备用方案，适用于所有蜂窝 网络，通过增加具有身份识别的无线通信模块，提供自动定位业务。
在本发明的一个实施例中，还包括(图中未示出)：检测可用卫星的信号强度是 否达到预设强度；在可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，通过设置的无线通信 模块获取蜂窝小区ID，并将蜂窝小区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给用户。 由此，根据所处的蜂窝小区ID号来粗略确定用户的位置，其定位响应时间较短，解决 在室内以及在城市中被建筑物遮挡而难以接收北斗卫星信号的缺陷，一般在几秒至十 几秒以内，这样就大大提升了定位能力。
如果预先未存储可用卫星的观测信息，则没有卫星星历，无法计算坐标位置，因此需要首先捕捉可用卫星。在本发明的一个实施例中，还包括：检测是否已存储可用 卫星的观测信息；在检测到没有存储可用卫星的观测信息时，从北斗辅助卫星信息中 心获取可用卫星的观测信息。其中，举例来说，观测信息可包括可见卫星的数量、每 个可用卫星的信号强度和多普勒频移、每个可用卫星在天空中的分布以及每个可用卫 星的仰角等信息。
例如，信号较弱的城市高楼间隙或者室内，如果需要几分钟的时间来计算位置(如紧急呼叫等)，如果采用全频段搜索以找到可用卫星，则耗时较长。此时，可获取无 线通信模块的基站地址，将无线通信模块的基站地址发送至北斗辅助卫星信息中心， 从北斗辅助卫星信息中心可直接下载当前区域的可见卫星的数量、每个可用卫星的信 号强度和多普勒频移、每个可用卫星在天空中的分布以及每个可用卫星的仰角等信息， 从而根据这些信息可快速捕获和跟踪卫星。
在本发明的一个实施例中，S105包括(其中，详细的过程可参考本发明上述装置实施例所述)：
S1051，获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二观测 值。
S1052，获取针对第一可用卫星的第一参考相位观测值和针对第二可用卫星的第二 参考观测值。
其中，S1051和1052的执行不分先后顺序。
S1053，将第一相位观测值和第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位。
S1054，将第二相位观测值和第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位。
其中，S1053和1054的执行不分先后顺序。
S1055，在第一历元时刻将第一一次差分相位和第二一次差分相位做差以获取第一 二次差分相位。
S1056，在第二历元时刻将第一一次差分相位和第二一次差分相位做差以获取第二 二次差分相位。
S1057，将第一二次差分相位和第二二次差分相位做差以获取三次差分相位。
S1058，根据三次差分相位获取第二坐标位置。
在本发明的一个实施例中，从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对第一可用卫星的第一参考相位观测值和第二可用卫星的第二参考相位观测值。
为了实现上述目的，本发明的实施例还提出一种导航系统。
图5是根据本发明一个实施例的导航系统的结构框图。
如图5所示，导航系统包括：用于北斗卫星导航系统的定位装置10和北斗差分参考站数据处理中心20，用于北斗卫星导航系统的定位装置10包括无线通信模块11。
具体地，用于北斗卫星导航系统的定位装置10用于通过无线通信模块11从北斗差分参考站数据处理中心20获取参考相位观测数据，并根据参考相位观测数据和用于 北斗卫星导航系统的定位装置10获取的相位观测数据获取用于北斗卫星导航系统的定 位装置10的第一坐标位置。
本发明实施例的导航系统，一方面，用于北斗卫星导航系统的定位装置在初始阶段，采用测码伪距方法获取坐标位置，利用测码伪距方法的简单性可快速进行定位， 可在几十秒内为用户提供坐标位置，当采用测相伪距获取更加精确的坐标位置时，则 采用测相伪距方法进行定位，可为用户提供更加精准的坐标位置；另一方面，测码伪 距和测相伪距可复用卫星捕获/跟踪通道及调制信号的解调通道，节约系统功耗；同时， 本发明的实施例将测码伪距和测相伪距有机的结合，减少面积和成本，有效提高定位 装置的可靠性、稳定性及续航时间；同时，从北斗差分参考站数据处理中心获取参考 相位观测数据，进一步增加定位的精度。
图6是根据本发明另一个实施例的导航系统的结构框图。
如图6所示，导航系统包括：用于北斗卫星导航系统的定位装置10、北斗差分参 考站数据处理中心20、无线网络定位信息中心30和北斗辅助卫星信息中心40，用于 北斗卫星导航系统的定位装置10包括无线通信模块11。
具体地，在本发明的一个实施例中，用于北斗卫星导航系统的定位装置10用于在可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，通过无线通信模块11从无线网络定位信息 中心30获取蜂窝小区ID，并将蜂窝小区ID的坐标位置作为用于北斗卫星导航系统的 定位装置10的第二坐标位置以提供给用户。
具体地，在本发明的一个实施例中，用于北斗卫星导航系统的定位装置10用于在没有存储可用卫星的观测信息时，通过无线通信模块11从北斗辅助卫星信息中心40 获取可用卫星的观测信息。
为了实现上述实施例，本发明还提出一种存储介质，用于存储应用程序，应用程序用于本发明任一项实施例所述的用于北斗卫星导航系统的定位方法。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段 或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或 讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能， 这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中， 以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可 以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执 行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、 存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系 统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包 括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)， 随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM 或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机 可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通 过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行 处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上 述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行 的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本 领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑 功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可 编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成 的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成 的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储 在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上 述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结 构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (14)
1.一种用于北斗卫星导航系统的定位装置，其特征在于，包括：
卫星捕获/跟踪模块，用于捕获并跟踪可用卫星，并获取所述可用卫星发射的调制信号；
测码伪距模块，用于获取所述调制信号中的测距码和本地生成的复制码，并根据所述测距码和所述复制码获取与所述可用卫星之间的测码伪距，以及根据所述测码伪距获取第一坐标位置以提供给用户；
载波信号获取模块，用于根据所述调制信号和所述复制码获取所述调制信号中的第一载波信号；
测相伪距模块，用于根据所述第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与所述可用卫星之间的测相伪距，并根据所述测相伪距获取第二坐标位置以提供给所述用户，以及根据所述第二坐标位置生成中断信号，并将所述中断信号发送至所述测码伪距模块，以使所述测码伪距模块关闭获取所述测码伪距和所述第一坐标位置的功能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测相伪距模块还用于在发生整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并将所述整周跳变中断信号发送至所述测码伪距模块，以使所述测码伪距模块开启获取所述测码伪距和所述第一坐标位置的功能。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，还包括：
无线通信模块；
第一检测模块，用于检测所述可用卫星的信号强度是否达到预设强度；
无线定位模块，用于在所述可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，获取所述无线通信模块的蜂窝小区ID，并将所述蜂窝小区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给所述用户。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：
存储模块，用于存储所述可用卫星的观测信息；
第二检测模块，用于检测所述存储模块中是否存储所述可用卫星的观测信息；
其中，所述无线通信模块还用于在检测到所述存储模块中没有存储所述可用卫星的观测信息时，从北斗辅助卫星信息中心获取所述可用卫星的观测信息。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测相伪距模块还用于：
获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二相位观测值；
获取针对第一可用卫星的第一参考相位观测值和针对第二可用卫星的第二参考观测值；
将所述第一相位观测值和所述第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位；
将所述第二相位观测值和所述第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位；
在第一历元时刻将所述第一一次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第一二次差分相位；
在第二历元时刻将所述第一一次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第二二次差分相位；
将所述第一二次差分相位和所述第二二次差分相位做差以获取三次差分相位；
根据所述三次差分相位获取所述第二坐标位置。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述无线通信模块还用于从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对所述第一可用卫星的第一参考相位观测值和所述第二可用卫星的第二参考相位观测值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，存储模块还用于存储所述测码伪距模块根据所述调制信号获取的所述可用卫星的第三坐标位置，其中，所述测相伪距模块从所述存储模块中获取所述可用卫星的第三坐标位置，以根据所述第三坐标位置和所述三次差分相位获取所述第二坐标位置。
8.一种用于北斗卫星导航系统的定位方法，其特征在于，包括：
S1：捕获并跟踪可用卫星，并获取所述可用卫星发射的调制信号；
S2：获取所述调制信号中的测距码和本地生成的复制码；
S3：根据所述测距码和所述复制码获取与所述可用卫星之间的测码伪距，并根据所述测码伪距获取第一坐标位置以提供给用户；
S4：根据所述调制信号和所述复制码获取所述调制信号中的第一载波信号；
S5：根据所述第一载波信号和本地生成的第二载波信号获取与所述可用卫星之间的测相伪距，以及根据所述测相伪距获取第二坐标位置以提供给所述用户；
S6：根据所述第二坐标位置生成中断信号，并根据所述中断信号停止执行S3。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在S5之后还包括：
在发生整周跳变时，生成整周跳变中断信号，并根据所述整周跳变中断信号执行S3。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括：
检测所述可用卫星的信号强度是否达到预设强度；
在所述可用卫星的信号强度没有达到预设强度时，通过设置的无线通信模块获取蜂窝小区ID，并将所述蜂窝小区ID的坐标位置作为第四坐标位置以提供给所述用户。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：
检测是否已存储所述可用卫星的观测信息；
在检测到没有存储所述可用卫星的观测信息时，从北斗辅助卫星信息中心获取所述可用卫星的观测信息。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，S5包括：
获取针对第一可用卫星的第一相位观测值和针对第二可用卫星的第二相位观测值；
获取针对第一可用卫星的第一参考相位观测值和针对第二可用卫星的第二参考观测值；
将所述第一相位观测值和所述第一参考相位观测值做差以获取第一一次差分相位；
将所述第二相位观测值和所述第二参考相位观测值做差以获取第二一次差分相位；
在第一历元时刻将所述第一一次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第一二次差分相位；
在第二历元时刻将所述第一一次差分相位和所述第二一次差分相位做差以获取第二二次差分相位；
将所述第一二次差分相位和所述第二二次差分相位做差以获取三次差分相位；
根据所述三次差分相位获取所述第二坐标位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
从北斗差分参考站数据处理中心获取参考基站对所述第一可用卫星的第一参考相位观测值和所述第二可用卫星的第二参考相位观测值。
14.一种存储介质，其特征在于，用于存储应用程序，所述应用程序用于执行权利要求8至13中任一项所述的用于北斗卫星导航系统的定位方法。
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