CN112213749A - 一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,利用RTK基站接收卫星导航报文,并将计算得到的定位差分校正数据发送到后台系统服务器,同时,利用定位终端接收对应的所述卫星导航报文,并通过NB‑IoT或者5G‑mMTC发送至所述后台系统服务器;由所述后台系统服务器根据接收到的数据进行差分计算,输出所述定位终端位置数据,将定位终端设备的计算负荷转移到后台系统服务器,且只需要接收和转发卫星导航报文,降低了定位终端的功耗。
Description
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域,尤其涉及一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法。
背景技术
卫星定位现有中国北斗、美国GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯等,已被广泛应用。按定位方式,卫星定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,在卫星定位观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差,在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响,在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱,因此定位精度将大大提高。
基于卫星的高精度定位都是采用相对定位,通过架设RTK基站,其目标定位终端在接收卫星发送到导航电文外,还要不断通过运营商的移动网络(如4G/5G)接收来自于RTK基站差分数据,然后完成差分计算得出精确的位置信息,再通过运营商网络将位置信息发送出去,定位终端既要接收大量差分数据,同时还需要完成计算,会导致终端的功耗大幅增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,降低终端的功耗。
为实现上述目的,本发明提供了一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,包括以下步骤:
利用RTK基站接收卫星导航报文并计算得到定位差分校正数据,通过通讯网络将差分校正数据发送到后台系统服务器;
通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器;
根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据。
其中,利用RTK基站接收卫星导航报文并计算得到定位差分校正数据,通过通讯网络将差分校正数据发送到后台系统服务器,包括:
利用RTK基站接收设定区域内的多个卫星发出的卫星导航报文,并在所述RTK基站内对所述卫星导航报文数据进行计算,同时将计算得到的定位差分校正数据通过4G网络或者有线TCP/IP网络发送至后台系统服务器。
其中,通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器,包括:
利用定位终端接收同区域多个所述卫星发出的对应的所述卫星导航报文,并按照接收到的多个所述卫星导航报文顺序,将所述卫星导航报文转发至所述后台系统服务器。
其中,通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器,还包括:
将所述卫星导航报文以NM0183标准数据格式,通过NB-IoT或者5G-mMTC发送至所述后台系统服务器。
其中,根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据,包括:
采用伪距定位计算算法和载波相位定位计算算法,根据接收的所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述导航报文进行差分计算。
其中,根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据,还包括:
根据所述定位终端向所述后台系统服务器发送多颗卫星接收到的的所有所述卫星导航报文,计算出所述定位终端的定位数据。
本发明的一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,利用RTK基站接收卫星导航报文,并将计算得到的定位差分校正数据发送到后台系统服务器,同时,利用定位终端接收对应的所述卫星导航报文,并通过NB-IoT或者5G-mMTC发送至所述后台系统服务器;由所述后台系统服务器根据接收到的数据进行差分计算,输出所述定位终端位置数据,将定位终端设备的计算负荷转移到后台系统服务器,且只需要接收和转发卫星导航报文,降低了定位终端的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明第一实施例提供的一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法的步骤示意图。
图2是本发明提供的一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法的流程示意图。
图3是本发明第二实施例提供的一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法的步骤示意图。
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,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2,本发明第一实施例提供一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,包括以下步骤:
S101、利用RTK基站接收卫星导航报文并计算得到定位差分校正数据,通过通讯网络将差分校正数据发送到后台系统服务器。
具体的,利用RTK基站接收设定区域内的多个卫星发出的卫星导航报文,并在所述RTK基站内对所述卫星导航报文数据进行计算,同时将计算得到的定位差分校正数据发送至后台系统服务器,并且将所述定位差分校正数据以NM0183标准数据格式,通过线缆或者光纤的有线网络通信,或者wifi、5G或者4G等的无线通信进行传输,其中,所述定位差分校正数据报警伪距观测值、载波相位观测值和站点坐标。
以GPS导航系统为例,GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的,卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间,再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰,这-距离并不是用户与卫星之间的真实距离,而是伪距(PR):当GPS卫星正常工作时,会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码(简称伪码)发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种,分别是民用的CIA码和军用的P(Y)码。CIA码频率1.023MHz,重复周期1毫秒,码间距1微秒,相当于300m;P码频率10.23MHz,重复周期266.4天,码间距0.1微秒,相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的,保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来,以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6S。前三帧各10个字码;每三十秒重复一次,每小时更新一次。后两帧共1500b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块,其中最重要的则为星历数据。当用户接收到导航电文时,提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离,再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置,用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
可见GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而,由于用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步,所以除了用户的三维坐标x、y、z外,还要引进一个Δt,即卫星与接收机之间的时间差作为未知数,然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置,至少要能接收到4个卫星的信号。
GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息;用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历;用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历,精度为几米至几十米(各个卫星不同,随时变化);以及GPS系统信息,如卫星状况等。
GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离,由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差,故称为伪距。对0A码测得的伪距称为UA码伪距,精度约为20米左右,对P码测得的伪距称为P码伪距,精度约为2米左右。
GPS接收机对收到的卫星信号,进行解码或采用其它技术,将调制在载波上的信息去掉后,就可以恢复载波。严格而言,载波相位应被称为载波拍频相位,它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测,保持对卫星信号的跟踪,就可记录下相位的变化值,但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的,起始历元的相位整数也是不知道的,即整周模糊度,只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米,但前提是解出整周模糊度,因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值,而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。
按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
S102、通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器。
具体的,利用定位终端接收多个所述卫星链路发出的对应的所述卫星导航报文,并按照接收到的多个所述卫星导航报文顺序,将所述卫星导航报文转发至所述后台系统服务器,将所述卫星导航报文以NM0183标准数据格式,通过NB-IoT或者5G-mMTC发送至节点基站,进而通过互联网线路传输至所述后台系统服务器。在这部分中,并没有改变卫星导航基本原理,即卫星导航还是按照现有技术进行运行,只是改变了卫星导航的工作模式,将原来终端设备需要通过运营商移动公网下载的卫星导航电文和更大量的RTK增强基站数据,改编为只需接收卫星导航数据,并通过NB-IoT或者5G-mMTC上传到后台服务系统。通讯负荷大幅降低,这样就可基于更节能的窄带通讯NB-IoT或者5G-mMTC来完成数据传送。
S103、根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据。
具体的,所述RTK基站和所述定位终端同步接收同区域卫星发出的所述卫星导航报文,因此步骤S101和步骤S102是同时进行的,采用伪距定位计算算法和载波相位定位计算算法,根据接收的所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述导航报文进行差分计算;根据所述定位终端向所述后台系统服务器发送超过4颗的卫星接收到的的所有所述卫星导航报文,计算出所述定位终端的定位数据;定位精度超过采用同算法情况下定位终端计算所得的定位数据的定位精度;根据所述后台系统服务器接收到的对应的所述卫星导航报文和所述定位差分校正数据进行差分运算的具体步骤可以为:
多普勒平滑:探测观测数据中的粗差,根据信噪比和伪距、多普勒值进行平滑处理;
定位解算:计算卫星位置、高度角,并进行伪距差分计算以及卡尔曼滤波处理;
计算输出数据:进行坐标转换处理、计算参与解算卫星个数、DOP值以及速度和方向;
输出结果平滑:利用稳态滤波器,对计算的位置进行平滑处理;
静态抑制:应对移动终端处在低速及停止情况下的定位场景,进行静态抑制处理并得到高精度定位结果。
载波相位简化的观测方程:
其中:
λ:载波波长(m)
c:真空中的光速(m/s)
δtr:第r个定位终端接收机钟差(s)
δts:第s个卫星的卫星钟差(s)
t:观测历元时刻
ε:随机误差
接收第s个卫星的导航报文,定位终端与RTK基站的相位差方程为:
其中:
Δδtr,R:第r个定位终端相较于RTK校准基站的终端钟差(s)
c:真空中的光速(m/s)
平台服务器,可以对定位终端接收到的所有卫星数据进行精确计算,卫星数量可以超过4个,参与计算的卫星数量越多计算结果越精确。
请参阅图2和图3,本发明第二实施例提供一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,包括以下步骤:
S201和S202的具体实施方式的详细内容和S101与S102的具体实施方式的详细内容相同,因此此处不在赘述。
S203、对所述卫星导航报文和所述定位差分校正数据进行时间相位匹配。
具体的,由于所述RTK基站和所述定位终端与所述后台系统服务器之间的传输距离不同,传输介质也不一定相同,因此在数据传输至所述后台系统服务器的时间长度会存在差距,同时当所述RTK基站和所述定位终端同时接收到对应的所述卫星导航报文,所述RTK基站和所述定位终端分别对所述卫星导航报文的处理时间也会存在差异,因此,就算所述RTK基站和所述定位终端同时接收到同一个卫星发出的所述卫星导航报文,所述后台系统服务器接收到的对应的两种数据的时间也会不同,因此为了保证所述后台系统服务器输出的定位终端的位置的准确,分别计算由所述RTK基站接收所述卫星导航报文至所述定位差分校正数据传输至所述后台系统服务器的时间、由所述定位终端接收所述卫星导航报文并传输到所述后台系统服务器的时间,根据两者的时间差,建立对应的接收机制,并按照所述接收机制接收对应的所述卫星导航报文和所述定位差分校正数据,然后将两个数据联合后,一起传输至所述后台系统服务器进行差分运算,可以保证所述后台系统服务器接收到的数据的准确性,并且数据的匹配也不是在所述定位终端进行,减少了定位终端的功耗。
S204的具体实施方式的详细内容和S103的具体实施方式的详细内容相同,因此此处不在赘述。
S205、将所述后台系统服务器的输出结果进行标注和存储。
具体的,将所述后台系统服务器输出的定位器的位置在现有的系统中进行位置标注和显示,同时存储在存储器中,并对新增的定位终端进行特殊标记,同时对新增的所述定位终端的位置进行验证,保证结果的准确性。
本发明的一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,利用RTK基站接收卫星导航报文,并将计算得到的定位差分校正数据发送到后台系统服务器,同时,利用定位终端接收对应的所述卫星导航报文,并通过NB-IoT或者5G-mMTC发送至所述后台系统服务器;由所述后台系统服务器根据接收到的数据进行差分计算,输出所述定位终端位置数据,将定位终端设备的计算负荷转移到后台系统服务器,且只需要接收和转发卫星导航报文,降低了定位终端的功耗。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程,并依本发明权利要求所作的等同变化,仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,包括以下步骤:
利用RTK基站接收卫星导航报文并计算得到定位差分校正数据,通过通讯网络将差分校正数据发送到后台系统服务器;
通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器;
根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据。
2.如权利要求1所述的实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,利用RTK基站接收卫星导航报文并计算得到定位差分校正数据,通过通讯网络将差分校正数据发送到后台系统服务器,包括:
利用RTK基站接收设定区域内的多个卫星发出的卫星导航报文,并在所述RTK基站内对所述卫星导航报文数据进行计算,同时将计算得到的定位差分校正数据通过4G网络或者有线TCP/IP网络发送至后台系统服务器。
3.如权利要求2所述的实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器,包括:
利用定位终端接收同区域多个所述卫星发出的对应的所述卫星导航报文,并按照接收到的多个所述卫星导航报文顺序,将所述卫星导航报文转发至所述后台系统服务器。
4.如权利要求3所述的实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,通过定位终端接收对应同区域卫星的卫星导航报文,并通过4G网络或5G网络将原始未计算的所述卫星导航报文传输至所述后台系统服务器,还包括:
将所述卫星导航报文以NM0183标准数据格式,通过NB-IoT或者5G-mMTC发送至所述后台系统服务器。
5.如权利要求4所述的实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据,包括:
采用伪距定位计算算法和载波相位定位计算算法,根据接收的所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述导航报文进行差分计算。
6.如权利要求5所述的实现基于卫星定位的终端设备低功耗工作的方法,其特征在于,根据所述定位差分校正数据,对接收到的所述定位终端传输的所述卫星导航报文利用载波相位差分算法进行差分计算,输出所述定位终端位置的高精度定位数据,还包括:
根据所述定位终端向所述后台系统服务器发送多颗卫星接收到的的所有所述卫星导航报文,计算出所述定位终端的定位数据。
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