CN112130182A - 卫星数据采集定位装置 - Google Patents

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CN112130182A CN202011042489.0A CN202011042489A CN112130182A CN 112130182 A CN112130182 A CN 112130182A CN 202011042489 A CN202011042489 A CN 202011042489A CN 112130182 A CN112130182 A CN 112130182A
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王明甲
陆永东
陈浩翔
任龙昊
郭嘉莹
胡嘉曼
吕磊
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Abstract

本发明公开了卫星定位数据采集装置，包括一航空天线，设置于航空器内侧，用于接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号；一GNSS接收设备，一端连接所述航空天线，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号；GNSS数据融合处理设备，与所述GNSS接收设备连接，接收并存储所述GNSS接收设备发送的数字信号，对数字信号进行处理以得到飞行过程的半边卫星数据；结合地面卫星数据与半边卫星数据，计算飞行过程中的位置信息。本发明易于部署、安装方法简单、装置成本较低，实现航空器厘米级的定位精度，可广泛运用于各大设备商生产的航空器。

Description

卫星数据采集定位装置
技术领域
本发明涉及卫星数据采集定位技术领域，尤其涉及卫星数据采集定位装置。
背景技术
在现有的飞行实验、飞行程序测试或飞行安全事故调查等过程中，市场需要使用到飞机高精度的位置信息。目前大部分飞机配备的机载卫星接收机仅仅能接收GPS信号，但由于GPS信号的误差较大，飞机上的GPS接收机无法往往给出符合精度需求的定位数据。
针对上述卫星数据采集问题，一种可行的解决方案是在航空器机场内部署一种支持GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、GLONASS(GLObal NAvigationSatellite System，全球卫星导航系统)、BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)等常见星座卫星信号的采集定位装置。但由于飞机为密闭系统，无法将GNSS天线放置于客舱外部，只能通过飞机客舱内部的悬窗接收到卫星信号，考虑到客机悬窗与地面的夹角一般接近90度，GNSS天线只能在悬窗采集到半边天空的卫星信号，无法对航天器精确定位。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供卫星数据采集定位装置，易于部署、安装方法简单、装置成本较低，在获取半边卫星信号情况下仍可实现航空器厘米级的定位精度，可广泛运用于各大设备商生产的航空器。
本发明的目的之二在于提供卫星数据采集定位装置，易于部署、安装方法简单、装置成本较低，实现航空器厘米级的定位精度，可广泛运用于各大设备商生产的航空器。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种卫星定位数据采集装置，包括：
一航空天线，设置于航空器内侧，用于接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号；
一GNSS接收设备，一端连接所述航空天线，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号；
GNSS数据融合处理设备，与所述GNSS接收设备连接，接收并存储所述GNSS接收设备发送的数字信号，对数字信号进行处理以得到飞行过程的半边卫星数据；结合地面卫星数据与半边卫星数据，计算飞行过程中的位置信息。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种卫星定位数据采集装置，包括：
两航空天线，分设于所述航空器内两侧，用于接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号；
两GNSS接收设备，每一个GNSS接收设备的两端分别与所述航空天线、GNSS数据处理融合设备连接，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号；
GNSS数据融合处理设备，与所述GNSS接收设备连接，接收并存储两个GNSS接收设备分别发送的数字信号，对数字信号进行融合处理以得到飞行过程的天空卫星数据；结合地面卫星数据与天空卫星数据，计算飞行过程中的位置信息。
进一步地，还包括固定装置，所述固定装置连接所述航空天线，将所述航空天线固定于航空器内侧。
进一步地，还包括伸缩组件，所述航空天线通过所述伸缩组件固定于所述固定装置；所述固定装置固定所述航空天线一端还设置有旋转云台，以调节所述航空天线的方向及位置。
进一步地，所述GNSS接收设备一端通过频射线连接航空天线，另一端通过网络连接所述GNSS数据融合处理设备。
进一步地，所述频射线用于将所述航空天线接收到的半边卫星信号传输至所述GNSS接收设备；所述GNSS接收设备通过网络将收集到的半边卫星信号传送至GNSS数据融合处理设备。
进一步地，所述航空器两侧均设置有窗口，所述航空天线通过固定装置固定于所述窗口。
进一步地，所述航空天线为HX-CAX601A航空天线，接收波段包括C波段、Ku波段、Ka波段、S波段及L波段。
进一步地，所述GNSS数据融合处理设备为云端服务器，所述云端服务器内置事后差分定位算法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)相较于传统的机载GPS接收机，本申请可采集GPS、GLONASS、BDS等多种常见星座卫星信号，满足绝大多数飞行场景中对高质量卫星信号的需求；且定位精度可达厘米级，满足飞行实验、飞行程序测试、飞行安全事故调查等对航天器精度要求极高的场合；
(2)装置成本较低、安装方法简单，易于部署与实现，能直接应用于现有的航空器中。
附图说明
图1为本发明所提供实施例二的结构示意图；
图2为本发明所提供实施例二的飞机飞行轨迹示意图；
图中：1、航空天线；2、GNSS接收设备；3、GNSS数据融合处理装置；4、三角架；5、伸缩杆；6、频射线；7、网络。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明提供了一种卫星数据采集定位装置，可直接应用于现有的航空器中，用于采集半边卫星信号以精确计算飞行过程中的位置信息。所述卫星数据定位装置包括一航空天线、GNSS接收设备、GNSS数据融合处理设备。航空天线设置于所述航空器内一侧靠近窗口的位置，用于在飞行过程中接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号。而GNSS接收设备一端连接所述航空天线，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号。GNSS数据融合处理设备与所述GNSS接收设备连接，接收并存储所述GNSS接收设备发送的数字信号，对数字信号进行融合处理以得到飞行过程的半边卫星数据；结合地面卫星数据与半边卫星数据，计算飞行过程中的航天器的位置信息。
本申请通过设置于航空器内侧的航空天线接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号，由GNSS接收设备将上述的半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号，并传输至GNSS数据融合处理设备。GNSS数据融合处理设备接收后所述GNSS接收设备发送的卫星数据，结合地面卫星数据进行差分解算，在仅接收到任一半边天空卫星数据的情况下仍能得到飞行过程中精确的位置信息，实现厘米级的定位精确度。
实施例二
如图1所示，本申请提供了一种卫星数据采集定位装置，可直接应用于现有的航天器中，通过采集飞行过程中的天空卫星数据计算得到飞行过程中的位置信息。本装置包括两航空天线、两GNSS接收设备与GNSS数据融合处理设备。本实施例中的航天器为飞机，具体为空客A319飞机。结合飞机对所述卫星数据采集定位装置进行说明。
一般地，飞机两侧均设置有窗户，两航空天线分别设置于飞机内左右两侧靠近窗户的位置，以更好地接收两侧不同的半边卫星信号。为了将其固定于窗户的位置，还设置有固定装置。在本申请中采用三角架，通过三角结构以保障所述航空天线在飞行过程中的稳定性。航空天线通过三角架固定于贴近飞机左右两侧的窗户，但不限于某一座位的窗户。为了适应不同航天器的窗户的不同高度，还在固定装置上设置有伸缩组件，航空天线通过伸缩组件固定于三角架上，以调节所述航空天线的高度。伸缩组件可选择为伸缩杆或其他可调节高度的组件。而为保持航空天线在飞机飞行过程中的稳定，在固定装置连接所述航空天线的一端，还设置有旋转云台，便于调节所述航空天线的方向及位置，使其可以更贴近飞机一侧的窗户，更好的接收半边卫星信号。
在本申请中，航空天线使用常见的GNSS天线，选用HX-CAX601A轻型航空天线，体积小，重量轻，适合用于航天航空、航空调度领域。航空天线可接收的波段包括但不限于C波段、Ku波段、Ka波段、S波段及L波段，支持GPS L1\L2\L5，GLONASS L1\L2，BDS B1\B2\B3以及Galileo E1\E2频段，以满足卫星数据采集的需求。
GNSS接收设备用于接收所述航空天线采集到的卫星信号，因此本实施例中GNSS接收设备的数量为2个，分别连接飞机内左右两侧的航空天线。GNSS接收设备接收到卫星信号后，将模拟信号转换为数字信号。其采用的是徕卡GR50RTK接收器，可采集到的GNSS信号包括：GPS的L1\L2P\L2C\L5、GLONASS的L1\L2P\L2C\L3、Galileo的E1\E5a\E5b\AltBOC\E6、BDS的B1\B2\B3、QZSS的L1\L2C\L5、NavIC的L5、SBAS的WASS\EGNOS\GAGAN\MSAS。
具体的，两个GNSS接收设备一端均连接有频射线，通过频射线连接所述航空天线。所述频射线用于将所述航空天线接收到的半边卫星信号传输至所述GNSS接收设备。两个GNSS接收设备均连接网络，通过网络连接GNSS数据融合处理设备。所述GNSS接收设备分别将半边卫星信号转换为数字信号后，通过网络将半边卫星信号传送至所述GNSS数据融合处理设备。
GNSS数据融合处理设备接收并存储两个GNSS接收设备的半边卫星信号，并对两个半边卫星信号进行融合处理，以得到飞行过程中的天空卫星数据。待飞机落地后，接收地面卫星数据，进行事后差分解算，以计算出飞行过程中的高精度位置信息。具体的，借助地面卫星，根据预设距离生成VRS观测数据或星历数据；根据天空卫星数据计算出双频伪距数据，借助于TurboEdit算法和三差算法，结合所述双频伪距数据，对所述终端观测数据进行非差载波相位数据的周跳探测；在探测到发生周跳的情形下，求解出周跳值，且将对应的卫星进行标记；使用两种整周模糊度处理方法分别在两个线程中解算该整周模糊度，并将该整周模糊度代回误差方程中，以得到两组初步定位数据；根据所述两组初步定位数据的残差值对所述两组初步定位数据进行融合，以得到精确定位数据。
GNSS数据融合处理设备为云端服务器，包括但不仅限于各类大型服务器，其内置TB级存储系统和多种事后差分定位算法，能融合多星座卫星数据快速解算出厘米级的飞行轨迹。可直接将天空卫星信号与地面卫星信号进行事后差分解算获得的飞行过程中的位置信息。如图2所示，将位置信息，即飞机飞行轨迹于Google Earth中进行展示。
本发明所提供的飞机卫星数据采集定位装置，相较于传统的机载GPS接收机，本申请可采集GPS、GLONASS、BDS等多种常见星座卫星信号，满足绝大多数飞行场景中对高质量卫星信号的需求；且定位精度可达厘米级，满足飞行实验、飞行程序测试、飞行安全事故调查等对航天器精度要求极高的场合。且装置成本较低、安装方法简单，易于部署与实现，能直接应用于现有的航空器中。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (9)

1.卫星定位数据采集装置，其特征在于，包括：
一航空天线，设置于航空器内侧，用于接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号；
一GNSS接收设备，一端连接所述航空天线，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号；
GNSS数据融合处理设备，与所述GNSS接收设备连接，接收并存储所述GNSS接收设备发送的数字信号，对数字信号进行处理以得到飞行过程的半边卫星数据；结合地面卫星数据与半边卫星数据，计算飞行过程中的位置信息。
2.卫星定位数据采集装置，其特征在于，包括：
两航空天线，分设于所述航空器内两侧，用于接收GPS、GLONASS、BDS的半边卫星信号；
两GNSS接收设备，每一个GNSS接收设备的两端分别与所述航空天线、GNSS数据处理融合设备连接，用于处理所述航空天线接收到的半边卫星信号，将半边卫星信号由模拟信号转换为数字信号；
GNSS数据融合处理设备，与所述GNSS接收设备连接，接收并存储两个GNSS接收设备分别发送的数字信号，对数字信号进行融合处理以得到飞行过程的天空卫星数据；结合地面卫星数据与天空卫星数据，计算飞行过程中的位置信息。
3.如权利要求1或2所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，还包括固定装置，所述固定装置连接所述航空天线，将所述航空天线固定于航空器内侧。
4.如权利要求3所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，还包括伸缩组件，所述航空天线通过所述伸缩组件固定于所述固定装置；所述固定装置固定所述航空天线一端还设置有旋转云台，以调节所述航空天线的方向及位置。
5.如权利要求4所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，所述GNSS接收设备一端通过频射线连接航空天线，另一端通过网络连接所述GNSS数据融合处理设备。
6.如权利要求5所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，所述频射线用于将所述航空天线接收到的半边卫星信号传输至所述GNSS接收设备；所述GNSS接收设备通过网络将收集到的半边卫星信号传送至GNSS数据融合处理设备。
7.如权利要求6所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，所述航空器两侧均设置有窗口，所述航空天线通过固定装置固定于所述窗口。
8.如权利要求5所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，所述航空天线为HX-CAX601A航空天线，接收波段包括C波段、Ku波段、Ka波段、S波段及L波段。
9.如权利要求5所述的卫星数据采集定位装置，其特征在于，所述GNSS数据融合处理设备为云端服务器，所述云端服务器内置事后差分定位算法。
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