CN111399019B - 一种gnss中卫星定位方法和装置 - Google Patents
一种gnss中卫星定位方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请实施例公开了一种GNSS中卫星定位方法和装置。所述方法包括:获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作。
Description
技术领域
本申请涉及全球定位系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)定位与导航技术领域,尤指一种GNSS中卫星定位方法和装置。
背景技术
随着俄罗斯GLONASS卫星导航系统于2012年再次完成24颗卫星满星座运行,欧洲GALILEO卫星导航系统加快组网速度以及我国北斗卫星导航系统(BeiDou NavigationSatellite System,BDS)全球范围组网基本完成。多系统融合定位技术是当前各个定位终端研发的重点。
现今已有许多公司开发出了GPS/GLONASS/GALILEO/BDS等多系统融合定位的产品。从定位模式上分,有单点定位(Standard Single Point Positioning,SPP)产品、精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)产品和高精度差分定位(Real TimeKinematic,RTK)产品。无论采用哪种定位模式,都不可避免的使用GNSS的伪距和载波相位观测量。
在多系统融合定位时,不同的伪距测量值需要设定对应的随机模型测量误差。随机模型的确定是GNSS(Global Navigation Satellite System,全球定位系统)数据处理中的一项重要内容,其不仅关系到参数估值是否最优,也直接决定了参数估计的精度评定是否符合客观实际。目前,GNSS数据处理时随机模型通常采用经验模型进行确定,主要考虑卫星观测值精度与高度角之间的关系、观测值精度与载噪比的关系、观测值精度与载波锁定时间的关系等。上述随机模型相比等权模型,都在不同程度上提升了参数估计的性能,但同时也应注意到,随着多系统GNSS的发展以及多种接收机的出现,各星座以及各接收机类型的观测值精度也存在着显著的差异。针对各个系统建立相应的随机模型,是保障高精度GNSS卫星定位中参数估计的一项重要内容。
在同等观测环境下,GLONASS的定位精度低于其他卫星导航系统。为了减少GLONASS对定位精度影响,相关技术提出,对GLONASS的伪距观测量进行整体降权,即增大GLONASS的伪距测量误差,以减少其在定位算法中的权重,采用卡尔曼滤波或者加权最小二乘算法进行定位解算。这种GLONASS定权方式不够合理精细,导致GLONASS的定位精度不能达到最高。
发明内容
为了解决上述任一技术问题,本申请实施例提供了一种GNSS中卫星定位方法和装置。
为了达到本申请实施例目的,本申请实施例提供了一种GNSS中卫星定位方法,包括:
获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作。
在一个示例性实施例中,所述根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距IFB,包括:
根据预先获取的IFB的变化率,计算不同频点通道号的IFB,得到每个GLONASS卫星的伪距IFB。
在一个示例性实施例中,所述每个GLONASS卫星的伪距IFB是通过如下方式得到的,包括:
其中,i表示卫星的频点通道号,δdi表示该卫星的伪距IFB,a表示IFB的变化率。
在一个示例性实施例中,所述每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息是通过如下方式得到,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
在一个示例性实施例中,所述利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,包括:
获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
一种GNSS中卫星定位装置,包括:
获取模块,用于获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
确定模块,用于根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
计算模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
定位模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作。
在一个示例性实施例中,所述确定模块包括:
第二计算单元,用于根据预先获取的IFB的变化率,计算不同频点通道号的IFB,得到每个GLONASS卫星的伪距IFB。
所述第二计算单元通过如下方式得到的每个GLONASS卫星的伪距IFB,包括:
其中,i表示卫星的频点通道号,δdi表示该卫星的伪距IFB,a表示IFB的变化率。
在一个示例性实施例中,所述计算模块通过如下方式得到每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
在一个示例性实施例中,所述定位模块包括:
获取单元,用于获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
定位单元,用于利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
其中:
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
本申请实施例提供的方案,获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息,根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB,利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,再利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,实现在利用GLONASS的伪距定位时将不同卫星频点的伪距IFB作为伪距观测噪声信息进行定位操作,降低伪距观测方程的模型误差,提高GLONASS的伪距定位精度。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案,并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的GNSS中卫星定位方法的流程图;
图2为本申请实施例提供的GNSS中卫星定位装置的结构图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
针对相关技术中GLONASS卫星导航系统的定位精度低的问题,发明人进行了如下技术分析,包括:
由于GLONASS卫星导航系统使用了频分多址技术(Frequency Division MultipleAccess,FDMA),造成了GLONASS每颗卫星信号的波长和频率都是不同的,进而导致GLONASS的不同卫星的测量值存在频间偏差(Inter-Frequency Bias,IFB)。对应于码和相位两类观测值,IFB可分为载波IFB和伪距IFB两大类。对于载波观测量,不同频率的IFB数值与卫星频点通道号(Radio Frequency Channel Number,RF Channel Number)呈线性关系,可以通过建立线性误差模型来实时估计;而对于伪距观测量,不同频率的IFB数值与卫星频点通道号的关系比较复杂,不能精确确定其函数模型关系,无法定量的估计该数值,因而伪距IFB的存在极大的限制了GLONASS系统在导航定位中的应用。
针对相关技术中提出的对GLONASS的伪距观测量进行整体降权的处理方式,由于忽略了不同伪距IFB的差别,导致GLONASS的定位精度不能达到最高。
由于GLONASS的伪距IFB与卫星频点通道号的模型关系比较复杂,不符合线性、抛物线等模型,无法定量的建模估计。对高精度定位定向模块UM482进行数据分析,发现不同频点的IFB不同,两颗卫星的频点间隔越大,IFB差别越大,因此,在基于GLONASS的伪距定位时,可以将IFB归结到伪距测量噪声,综合考虑GLONASS卫星频点通道号确定伪距测量值的噪声。
在利用GLONASS的伪距定位时,不同卫星频点的伪距IFB不同,由于忽略该IFB的影响会导致伪距观测方程的模型误差较大,从而导致GLONASS的伪距定位精度较差。因此,本申请考虑不同GLONASS卫星的伪距IFB,根据卫星的频点通道号,建立近似的IFB量,将该误差量作为伪距测量的观测误差,使得不同频点的伪距权重与伪距IFB相关,使得定位算法的模型更为精确,以提升GLONASS伪距定位精度。
基于上述分析,对本申请实施例提供的解决方案进行如下说明,包括:
图1为本申请实施例提供的GNSS中卫星定位方法的流程图。如图1所示,图1所示方法包括:
步骤101、获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
步骤102、根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
步骤103、利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
步骤104、利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作。
本申请实施例提供的方法,获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息,根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB,利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,再利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,实现在利用GLONASS的伪距定位时将不同卫星频点的伪距IFB作为伪距观测噪声信息进行定位操作,降低伪距观测方程的模型误差,提高GLONASS的伪距定位精度。
下面对本申请实施例提供的方法进行说明:
在一个示例性实施例中,所述确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距IFB,包括:
根据预先获取的IFB的变化率,计算不同频点通道号的IFB,得到每个GLONASS卫星的伪距IFB。
计算观测到的GLONASS所有卫星的平均频点通道号;
在上式中,n表示观测到GLONASS卫星的个数,GLONASS卫星频点通道号取值为-7到6间的整数。
在一个示例性实施例中,所述每个GLONASS卫星的伪距IFB是通过如下方式得到的,包括:
其中,i表示卫星的频点通道号,δdi表示该卫星的伪距IFB,a表示IFB的变化率。
在一个示例性实施例中,所述每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息是通过如下方式得到,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
在一个示例性实施例中,所述利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,包括:
获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
其中:
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
下面对上述计算表达式进行说明:
GLONASS的伪距测量值如下式,
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位m;ρi表示该卫星和接收机的几何距离,单位m;c表示光速,单位m/s;dtr表示接收机钟差,单位s;表示该卫星的钟差,单位s;δdi表示该卫星的伪距IFB,单位m;Ti表示对流层误差,单位m;Ii表示电离层误差,单位m;vi表示测量噪声,单位m。
在接收机初值(x0,y0,z0)处将ρi进行泰勒展开,可得:
在接收机初值(x0,y0,z0)处,将卫星和接收机的几何距离ρi进行泰勒展开,可得如下计算表达式:
其中:
将表达式(2)代入表达式(1),并转换可得计算表达式(4):
将上式改写成常用的观测方程的形式:
zi=hiX+ri (5)
其中:
其中,ri表示观测噪声。
多颗卫星可以得到多个类似计算表达式(5)观测方程,通过加权最小二乘或者卡尔曼滤波进行状态估计。
基于上述表达式,可以确定不同卫星频点通道号的伪距IFB误差。
在表达式中的观测噪声项ri由两部分构成,其中vi表示白噪声,根据卫星仰角、信噪比等算法模型确定数值大小;而伪距IFB项δdi是与卫星频点通道号相关的,根据当前观测到的卫星数量近似确定各颗卫星的δdi。
下面对本申请实施例提供的方法进行说明:
步骤1、计算观测到的GLONASS所有卫星的平均频点通道号;
上式中的n表示观测到GLONASS卫星的个数,GLONASS卫星频点通道号取值为-7到6间的整数。
步骤2、计算各颗卫星的近似δdi
步骤03、计算各颗卫星的测量噪声方差;
利用如下表达式的测量噪声ri的模型,可得测量噪声的方差Ri,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
步骤04、利用测量噪声方差进行状态估计。
可以利用卡尔曼滤波或者加权最小二乘算法进行状态估计。
上文所述的伪距测量噪声的方法,不仅适用于单点定位模型,也适用于伪距差分、精密单点定位和RTK定位模型。
图2为本申请实施例提供的GNSS中卫星定位装置的结构图。图2所示装置包括:
获取模块,用于获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
确定模块,用于根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
计算模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
定位模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作。
在一个示例性实施例中,所述确定模块包括:
第二计算单元,用于根据预先获取的IFB的变化率,计算不同频点通道号的IFB,得到每个GLONASS卫星的伪距IFB。
在一个示例性实施例中,所述第二计算单元通过如下方式得到的每个GLONASS卫星的伪距IFB,包括:
其中,i表示卫星的频点通道号,δdi表示该卫星的伪距IFB,a表示IFB的变化率。
在一个示例性实施例中,所述计算模块通过如下方式得到每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
在一个示例性实施例中,所述定位模块包括:
获取单元,用于获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
定位单元,用于利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
其中:
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
本申请实施例提供的装置,获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息,根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB,利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,再利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,实现在利用GLONASS的伪距定位时将不同卫星频点的伪距IFB作为伪距观测噪声信息进行定位操作,降低伪距观测方程的模型误差,提高GLONASS的伪距定位精度。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中,在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分;例如,一个物理组件可以具有多个功能,或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器,如数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
Claims (8)
1.一种GNSS中卫星定位方法,其特征在于,包括:
获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作;
其中,所述利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作,包括:
获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距IFB,包括:
对观测到的所有GLONASS卫星的频点通道号i进行平均,得到卫星频点通道号平均值i,其中i的取值为-7到6之间的整数;
根据预先获取的IFB的变化率,计算不同频点通道号的IFB,得到每个GLONASS卫星的伪距IFB。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息是通过如下方式得到,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
5.一种GNSS中卫星定位装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取观测到的每个GLONASS卫星的频点信息;
确定模块,用于根据所述GLONASS卫星的频点信息,确定观测到的每个GLONASS卫星的伪距频间偏差IFB;
计算模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距IFB,计算每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息;
定位模块,用于利用每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息进行定位操作;
其中,所述定位模块包括:
获取单元,用于获取每个GLONASS卫星对应的观测方程的表达式;
定位单元,用于利用所述观测方程的表达式进行定位操作,其中所述观测方程的表达式如下:
zi=hiX+ri;
X=[dx dy dz c(dtr)];
ri=δdi+vi;
其中,i表示卫星的频点通道号,取值为-7到6的整数;Pi表示该卫星的伪距测量值,单位为米;c表示光速,单位为米每秒;表示该卫星的钟差,单位为秒;Ti表示对流层误差,单位为米;Ii表示电离层误差,单位为米;
(x0,y0,z0)表示接收机的初始位置的坐标信息;(xi,yi,zi)表示卫星所在位置的坐标信息;
dx、dy和dz分别表示接收机的位置误差量,单位是米;c(dtr)是以米为单位的接收机钟差,c是光速,单位为米每秒;dtr表示接收机钟差,单位为秒;
δdi表示该卫星的伪距IFB,单位为米;vi表示测量噪声,单位为米。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述计算模块通过如下方式得到每个GLONASS卫星的伪距观测噪声信息,包括:
Ri=δdi 2+vi 2;
其中,i表示卫星的频点通道号,Ri表示测量噪声方差,δdi表示该卫星的伪距IFB,vi表示测量噪声。
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CN109477900A (zh) * | 2016-03-18 | 2019-03-15 | 迪尔公司 | 全球导航卫星系统接收器中用于模糊度解算的频率间偏差的估算 |
-
2020
- 2020-03-10 CN CN202010163611.3A patent/CN111399019B/zh active Active
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