CN112799109A - 一种实时定位系统及方法 - Google Patents

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李渊博
申研
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    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Abstract

本发明提供了一种实时定位系统和方法，该系统包括基准定位组以及设置在待定位对象上的第二实时定位接收机；基准定位组包括预设基准点、设置在预设基准点周围且具有预设位置关系的第一实时定位接收机、处理器；其中，第一实时定位接收机用于实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给处理器；处理器用于基于预设基准点的基准坐标和第一观测定位坐标以及预设位置关系提取用于指示第一实时定位接收机相对于预设基准点的观测偏差的第一偏差矢量；第二实时定位接收机用于实时获取自身的第二观测定位坐标，从处理器获取第一偏差矢量以及利用第一偏差矢量对第二观测定位坐标进行偏差校正。这样能够提高定位精度，并且具有精度高、成本低、使用方便等特点。

Description

一种实时定位系统及方法
技术领域
本发明属于导航定位技术领域，具体涉及一种实时定位系统及方法。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
卫星定位导航系统主要包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo等，随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。当前，高精度实时卫星定位导航的应用范围越来越广，要求用户接收机的定位精度需要达到分米级甚至厘米级。
卫星定位接收机技术已经非常成熟。由公知原理可知，卫星定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量和用户钟差来实现的。要获得地面的三维坐标，必须对至少4颗卫星进行测量。在这一定位过程中，存在多种误差，比如由卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差、传播延迟等导致的误差。由于这些误差的存在，普通的卫星定位接收机的定位精度很难达到10米以下，因此，难以满足高精度定位要求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种实时定位系统及方法，利用这种系统及方法，能够解决上述问题。
本发明提供了以下方案。
第一方面，提供一种实时定位系统，包括：至少一组基准定位组以及设置在至少一个待定位对象上的第二实时定位接收机；所述基准定位组包括：预设基准点、设置在所述预设基准点周围且与所述预设基准点具有预设位置关系的第一实时定位接收机、电气连接至所述第一实时定位接收机的处理器，所述处理器通信连接至至少一个所述第二实时定位接收机；其中，所述第一实时定位接收机，用于实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给所述处理器；所述处理器，用于基于所述预设基准点的基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述预设基准点的观测偏差；所述第二实时定位接收机，用于实时获取自身的第二观测定位坐标，从所述处理器获取所述第一偏差矢量以及利用所述第一偏差矢量对所述第二观测定位坐标进行偏差校正，确定所述待定位对象的定位坐标。
在一种实施方式中，所述预设基准点为固定设置的定位基站，且所述处理器电气连接至所述定位基站；其中，所述定位基站，用于实时获取自身的基站坐标作为所述基准坐标，并发送至所述处理器；所述处理器，用于基于实时获取的所述基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述定位基站的观测偏差。
在一种实施方式中，所述预设基准点的基准坐标是根据RTK卫星定位技术预先确定的。
在一种实施方式中，所述定位基站为RTK卫星定位基站。
在一种实施方式中，所述系统包括分布在不同地理区域的多组所述基准定位组，其中，所述第二实时定位接收机根据所述第二定位观测坐标选定至少一组所述基准定位组，并从选定中的至少一组所述基准定位组中的所述处理器获取所述第一偏差矢量。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机固定设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机可移动地设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机沿着围绕所述预设基准点设置的环形轨道可转动地设置。
在一种实施方式中，所述处理器被配置为还用于：根据所述预设基准点和所述第一实时定位接收机的预设位置关系和所述基准坐标确定所述第一实时定位接收机的第一定位坐标，根据所述第一定位坐标和所述第一定位观测坐标确定所述第一偏差矢量；重复执行以上步骤，获取具有不同时间特征的多个所述第一偏差矢量，以构建所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机被配置为还用于：获取所述第一偏差矢量库，根据所述时间特征从所述第一偏差矢量库中选取至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述处理器被配置为还用于：实时获取具有所述移动特征的所述第一偏差矢量，并存入所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机被配置为还用于：确定所述待定位对象当前的移动特征；基于所述待定位对象当前的移动特征从所述第一偏差矢量库中确定特征匹配的至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述移动特征包括移动方向特征和/或移动速度特征。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为RAC定位接收机；所述RAC定位接收机是由多个卫星定位接收机构成的多边形卫星定位接收机阵列，每个所述卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，各个MCU并联在一起并共同连接到一个处理器模块上；其中，所述RAC定位接收机根据各个所述卫星定位接收机的坐标观测值和所述多边形卫星接收机阵列的物理几何参数来确定自身的定位观测坐标。
在一种实施方式中，所述RAC定位接收机根据以下步骤(a)-(c)确定自身的定位观测坐标：步骤(a)、各个所述卫星定位接收机将各自的ID及坐标观测值发给所述处理器模块；步骤(b)、所述处理器模块根据各个所述卫星定位接收机的所述ID、所述坐标观测值和所述多边形接收机阵列的物理几何参数计算出如下两个几何图形：各个所述卫星定位接收机的天线相位中心所围成的物理几何图形，以及各个卫星定位接收机的所述坐标观测值所围成的观测值几何图形；步骤(c)、所述处理器模块将所述观测值几何图形与所述物理几何图形进行对比，计算各个所述卫星定位接收机的所述坐标观测值之间的相对位置的矢量，与各个所述卫星定位接收机的天线相位中心之间的相对位置的矢量对比，提取由于误差而引起的第二偏差矢量并构成第二偏差矢量函数库；步骤(d)、由所述各个卫星定位接收机的天线相位中心的坐标观测值减去所述第二偏差矢量，从而得到修正后的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，所述RAC定位接收机通过迭代执行所述步骤(a)至(d)以逐步减小所述第二偏差矢量，得到高精度的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，将所述物理几何图形与所述观测值几何图形进行对比，包括：所述物理几何图形与所述观测值几何图形相对应边的长度对比和边与边之间的夹角进行对比。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为相同的定位接收机。
在一种实施方式中，所述待定位对象包括以下中的任意一种或多种：车辆、飞行器、可穿戴设备、固定终端和移动终端。
第二方面，提供一种实时定位方法，应用于如第一方面的实时定位系统，方法包括：第一实时定位接收机实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给处理器；所述处理器基于预设基准点的基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述预设基准点的观测偏差；所述第二实时定位接收机实时获取自身的第二观测定位坐标，从所述处理器获取所述第一偏差矢量以及利用所述第一偏差矢量对所述第二观测定位坐标进行偏差校正，确定所述待定位对象的定位坐标。
在一种实施方式中，所述预设基准点为固定设置的定位基站，且所述处理器电气连接至所述定位基站，所述方法还包括：所述定位基站实时获取自身的基站坐标作为所述基准坐标，并发送至所述处理器；所述处理器基于实时获取的所述基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述定位基站的观测偏差。
在一种实施方式中，所述预设基准点的基准坐标是根据RTK卫星定位技术预先确定的。
在一种实施方式中，所述定位基站为RTK卫星定位基站。
在一种实施方式中，所述方法包括分布在不同地理区域的多组所述基准定位组，其中，所述第二实时定位接收机根据所述第二定位观测坐标选定至少一组所述基准定位组，并从选定中的至少一组所述基准定位组中的所述处理器获取所述第一偏差矢量。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机固定设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机可移动地设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机沿着围绕所述预设基准点设置的环形轨道可转动地设置。
在一种实施方式中，其特征在于，所述方法还包括：所述处理器根据所述预设基准点和所述第一实时定位接收机的预设位置关系和所述基准坐标确定所述第一实时定位接收机的第一定位坐标，根据所述第一定位坐标和所述第一定位观测坐标确定所述第一偏差矢量；重复执行以上步骤，获取具有不同时间特征的多个所述第一偏差矢量，以构建所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机获取所述第一偏差矢量库，根据所述时间特征从所述第一偏差矢量库中选取至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述方法还包括：所述处理器实时获取具有所述移动特征的所述第一偏差矢量，并存入所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机确定所述待定位对象当前的移动特征，基于所述待定位对象当前的移动特征从所述第一偏差矢量库中确定特征匹配的至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述移动特征包括移动方向特征和/或移动速度特征。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为RAC定位接收机；所述RAC定位接收机是由多个卫星定位接收机构成的多边形卫星定位接收机阵列，每个所述卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，各个MCU并联在一起并共同连接到一个处理器模块上；其中，所述RAC定位接收机根据各个所述卫星定位接收机的坐标观测值和所述多边形卫星接收机阵列的物理几何参数来确定自身的定位观测坐标。
在一种实施方式中，其中，所述RAC定位接收机根据以下步骤(a)-(c)确定自身的定位观测坐标：步骤(a)、各个所述卫星定位接收机将各自的ID及坐标观测值发给所述处理器模块；步骤(b)、所述处理器模块根据各个所述卫星定位接收机的所述ID、所述坐标观测值和所述多边形接收机阵列的物理几何参数计算出如下两个几何图形：各个所述卫星定位接收机的天线相位中心所围成的物理几何图形，以及各个卫星定位接收机的所述坐标观测值所围成的观测值几何图形；步骤(c)、所述处理器模块将所述观测值几何图形与所述物理几何图形进行对比，计算各个所述卫星定位接收机的所述坐标观测值之间的相对位置的矢量，与各个所述卫星定位接收机的天线相位中心之间的相对位置的矢量对比，提取由于误差而引起的第二偏差矢量并构成第二偏差矢量函数库；步骤(d)、由所述各个卫星定位接收机的天线相位中心的坐标观测值减去所述第二偏差矢量，从而得到修正后的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，所述RAC定位接收机通过迭代执行所述步骤(a)至(d)以逐步减小所述第二偏差矢量，得到高精度的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，将所述物理几何图形与所述观测值几何图形进行对比，包括：所述物理几何图形与所述观测值几何图形相对应边的长度对比和边与边之间的夹角进行对比。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为相同的定位接收机。
在一种实施方式中，所述待定位对象包括以下中的任意一种或多种：车辆、飞行器、可穿戴设备、固定终端和移动终端。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本实施例中，通过对比第一实时定位接收机与预设基准点的观测值，能够提取出两者之间的偏差矢量，利用提取出的偏差矢量对第二实时定位接收机进行偏差校正，能够进一步提高定位接收机的定位精度。并且，本发明设计合理，具有精度高、成本低廉、使用方便等特点，便于在普通民用领域大规模应用推广。
应当理解，上述说明仅是本发明技术方案的概述，以便能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施。为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例说明本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文的示例性实施例的详细描述，本领域普通技术人员将明白本文所述的优点和益处以及其他优点和益处。附图仅用于示出示例性实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的标号表示相同的部件。在附图中：
图1a为根据本发明一实施例的实时定位系统的系统示意图；
图1b为根据本发明一实施例的实时定位系统的系统示意图；
图2为根据本发明一实施例的第一偏差矢量示意图；
图3为根据本发明另一实施例的高精度实时定位的原理示意图；
图4为根据本发明又一实施例的高精度实时定位的原理示意图。
图5为根据本发明一实施例的RAC定位接收机的示意图；
图6为根据本发明另一实施例的RAC定位接收机的示意图；
图7为根据本发明一实施例的RAC定位接收机的工作原理示意图；
图8为根据本发明又一实施例的RAC定位接收机的示意图；
图9为根据本发明一实施例的实时定位方法的流程示意图。
在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本申请实施例的描述中，应理解，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不旨在排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供一种实时定位系统，下面，以图1a所示的实时定位系统为例对所述方法的发明构思进行介绍。
如图1a所示，示出一种实时定位系统，该系统包括：至少一组基准定位组1以及设置在至少一个待定位对象2上的第二实时定位接收机；其中，基准定位组1包括预设基准点10、设置在预设基准点10周围且与预设基准点10具有预设位置关系的第一实时定位接收机11、电气连接至第一实时定位接收机11的处理器12，处理器12通信连接至至少一个第二实时定位接收机21。
参见图2，该处理器12接收实时获取的第一观测定位坐标c，且获得该预设基准点10的基准坐标a以及第一实时定位接收机11和预设基准点10之间的预设位置关系(例如，可以用矢量
Figure BDA0002927777990000071
表示该预设位置关系)。第一观测定位坐标c是基于第一实时定位接收机11所获得的实时坐标，因此该处理器12可基于基准坐标a、第一观测定位坐标c以及上述预设位置关系
Figure BDA0002927777990000072
提取第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000073
该第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000074
用于指示第一实时定位接收机11相对于预设基准点10的观测值偏差。并且，该处理器12可以基于一段时间内计算得到的多个第一偏差矢量构建第一偏差矢量库。
该第二实时定位接收机21设置在待定位对象2上，该待定位对象2可以是处于实时移动中的车辆、飞行器、可穿戴设备等。参见图2，该第二实时定位接收机20可以实时获取自身的第二观测定位坐标d，并通过无线传输通道(图1a中虚线)从处理器12处获取第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000075
)，利用第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000076
)对第二观测定位坐标d进行偏差校正，具体可以是将第二观测定位坐标d减去该第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000077
可以看出，图2中的
Figure BDA0002927777990000078
和
Figure BDA0002927777990000079
相反，即可确定待定位对象的定位坐标e。
在一种可能的实施方式中，上述预设基准点10可以是已知坐标位置的基准点，该基准点的基准坐标可以是根据任意一种已知的高精度定位技术而预先获知。优选地，预设基准点的基准坐标是根据RTK卫星定位技术预先确定的。应当理解，RTK卫星定位技术能够提供该预设基准点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
在一种可能的实施方式中，上述预设基准点10还可以为固定设置的定位基站，如图1b所示，该系统可以包括：基准定位组1以及设置在待定位对象2上的第二实时定位接收机21。其中，基准定位组1包括：固定设置的定位基站13、设置在定位基站13周围且与定位基站13具有预设位置关系的第一实时定位接收机11、电气连接至定位基站13和第一实时定位接收机11的处理器12，处理器12可通信连接至第二实时定位接收机21。
其中，该定位基站13为可高精度定位的定位基站13，其定位精度可以高于该第一实时定位接收机11和第二实时定位接收机21，其可用于实时获取自身的基站坐标作为基准坐标a，并将该基准坐标a发送至处理器12。该第一实时定位接收机11用于实时获取自身的第一观测定位坐标c并发送给处理器12。其中，第一实时定位接收机11设置在定位基站13周围且与定位基站13具有预设位置关系，第一实时定位接收机11和定位基站13通过处理器实现电连接。
参见图2，该处理器12接收实时获取的基准坐标a和第一观测定位坐标c，且预存有上述第一实时定位接收机11和定位基站13之间的预设位置关系(例如，可以用矢量
Figure BDA0002927777990000081
表示该预设位置关系)。可以理解，基准坐标a是基于具有高精度定位功能的定位基站13所获得的实时坐标，第一观测定位坐标c是基于第一实时定位接收机11所获得的实时坐标，因此该处理器12可基于实时获取的基准坐标a和第一观测定位坐标c以及上述预设位置关系
Figure BDA0002927777990000082
提取第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000083
该第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000084
用于指示第一实时定位接收机11相对于定位基站13的观测值偏差。并且，该处理器12可以基于一段时间内计算得到的多个第一偏差矢量构建第一偏差矢量库。
该第二实时定位接收机21设置在待定位对象2上，该待定位对象2可以是处于实时移动中的车辆、飞行器、可穿戴设备等。参见图2，该第二实时定位接收机20可以实时获取自身的第二观测定位坐标d，并通过无线传输通道从处理器12处获取第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000085
)，利用第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000086
)对第二观测定位坐标d进行偏差校正，具体可以是将第二观测定位坐标d减去该第一偏差矢量(
Figure BDA0002927777990000087
可以看出，图2中的
Figure BDA0002927777990000088
和
Figure BDA0002927777990000089
相反，即可确定待定位对象的定位坐标e。
可选地，处理器12可以通过广播方式第二实时定位接收机21发送该第一偏差矢量或第一偏差矢量库。可选地，处理器12也可以与第二实时定位接收机21之间建立双向通信，并基于建立的双向通信实现从处理器12向第二实时定位接收机21发送该第一偏差矢量或第一偏差矢量库。
本领域技术人员可以理解，上述实施例仅是本发明的实施方式可以在其中得以实现的一个示例。本发明实施方式的适用范围不受任何限制。在介绍了本发明的基本原理之后，下面具体介绍本发明的各种非限制性实施方式。
应当理解，在本申请提供的实时定位系统中，可以设置多组基准定位组1，比如可以在不同地理区域设置多组基准定位组，并且可以存在若干个携带第二实时定位接收机21的待定位对象2，本实施例以一组基准定位组1、一个待定位对象2和一个第二实时定位接收机21为例进行描述，但并未对系统中包含的各个元件的数量进行限定。
在一些实施方式中，本申请提供的实时定位系统可以包括分布在不同地理区域的多组基准定位组1，其中，第二实时定位接收机21可以根据第二定位观测坐标d选定至少一组基准定位组1，并从选定中的至少一组基准定位组1中的处理器12获取第一偏差矢量。
比如，可以预先设置每组基准定位组1对应负责的地理区域，每组基准定位组1的处理器13向负责地理区域内的第二实时定位接收机21广播用于实现偏差校正的第一偏差矢量或第一偏差矢量库。
可选地，也可以根据来自于两组或更多基准定位组1的两个或更多第一偏差矢量对第二定位观测坐标的融合矢量对第二观测定位坐标进行偏差校正。
在一些实施方式中，参考图2，处理器12被配置为还用于：根据所述预设基准点10和第一实时定位接收机11的预设位置关系
Figure BDA0002927777990000091
和所述基准坐标a确定第一实时定位接收机的第一定位坐标b，根据所述第一定位坐标b和所述第一定位观测坐标c确定所述第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000092
重复执行以上步骤，获取具有不同时间特征的多个第一偏差矢量，以构建所述第一偏差矢量库
Figure BDA0002927777990000093
第二实时定位接收机被配置为还用于：获取所述第一偏差矢量库
Figure BDA0002927777990000094
根据时间特征从第一偏差矢量库中选取至少一个所述第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000095
并利用至少一个所述第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000096
对所述第二定位观测坐标d进行偏差校正。比如，可以从第一偏差矢量库中选取距离当前时间最近或较近的一个或多个第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000097
在一些实施方式中，上述定位基站13为RTK卫星定位基站。应当理解，RTK定位技术能够实时地提供该定位基站在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
在一些实施方式中，参考图1a或图1b，第一实时定位接收机11可以固定设置在预设基准点10的周围。
在一些实施方式中，第一实时定位接收机11可移动地设置在预设基准点10的周围。例如，第一实时定位接收机11可在预设基准点10附近进行往返运动，又例如第一实时定位接收机11可在预设基准点10附近依次朝向不同方向进行移动，本申请对第一实时定位接收机11的移动方式不作具体限制。其中，第一实时定位接收机11按照预设的移动规则在预设基准点10的周围进行移动，仍然可以唯一确定第一实时定位接收机11和预设基准点10之间的预设位置关系。在本实施方式中，可以获得由动态误差导致的第一偏差矢量，定位精度更高。
优选地，第一实时定位接收机11沿着围绕所述预设基准点10设置的环形轨道可转动地设置。例如，参考图3，可以围绕定位基站设置一圆环形轨道，控制该第一实时定位接收机11按照预设移动速度围绕预设基准点10移动。可选地，也可围绕该预设基准点10设置其他形状的环形轨道，本申请对此不作具体限制。
在一些实施方式中，该处理器12被配置为还用于：实时获取具有所述移动特征的所述第一偏差矢量，并存入所述第一偏差矢量库。
例如，以预设基准点10是定位基站13为例进行描述，参见图3和图4，假设该第一实时定位接收机11以图3所示位置为起点，按照预设移动规则围绕定位基站13转动移动。基于此，在第一时间点T1，可以确定第一实时定位接收机11在第一时间点T1的当前移动方向、当前移动速度等移动特征，该定位基站13在第一时间点T1实时获取自身的基站坐标作为基准坐标a，该第一实时定位接收机11在第一时间点T1实时获取自身的第一观测定位坐标c，该处理器12接收在第一时间点T1实时获取的基准坐标a、第一观测定位坐标c，且预存有上述第一实时定位接收机11和定位基站13在该第一时间点T1的预设位置关系(例如，可以用矢量
Figure BDA0002927777990000101
表示该预设位置关系)，因此该处理器12可基于实时获取的基准坐标a和第一观测定位坐标c以及上述预设位置关系
Figure BDA0002927777990000102
提取第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000103
该第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000104
用于指示在第一时间点T1时第一实时定位接收机11相对于定位基站13的观测值偏差，并可将该时间戳(第一时间点T1)、第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000105
以及第一实时定位接收机11在第一时间点T1的移动特征一起存入第一偏差矢量库。之后，基于相同的计算流程，在第二时间点T2，可以确定第一实时定位接收机11在第二时间点T2的当前移动方向、当前移动速度等移动特征，该处理器12可基于在第二时间点T2实时获取的基准坐标a’、第一观测定位坐标c’、以及对应于第二时间点T2的预设位置关系
Figure BDA0002927777990000106
提取第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000107
该第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000108
用于指示在第二时间点T2时第一实时定位接收机11相对于定位基站13的观测值偏差，并可将该时间戳(第二时间点T2)、第一偏差矢量
Figure BDA0002927777990000109
以及第一实时定位接收机11在第二时间点T2的移动特征一起存入第一偏差矢量库。基于类似的处理，该处理器12可以基于多次计算得到的多个第一偏差矢量构建第一偏差矢量库。此外，在实际应用中，也可以每隔一段时间(比如每一分钟、每十分钟、每一个小时等)更新一次该第一偏差矢量库。
基于此，第二实时定位接收机21被配置为用于：确定待定位对象当前的移动特征，基于待定位对象当前的移动特征从第一偏差矢量库中获取特征匹配的第一偏差矢量，并利用第一偏差矢量对第二定位观测坐标进行偏差校正。例如，假设该移动特征包括移动方向特征，第二实时定位接收机21可以根据历史定位坐标(比如当前时间的前十秒内的定位坐标)预测该待定位对象当前正在向第一方向移动，那么可以从第一偏差矢量库中获取移动方向特征最接近该第一方向的一个或多个第一偏差矢量用于实现该偏差校正。可以理解，通过移动特征的匹配查找，能进一步提高该待定位对象的定位精度。
在一些实施方式中，上述移动特征包括移动方向特征和/或移动速度特征，当然也可以包括其他可能的移动特征。
在一些实施方式中，第一实时定位接收机和第二实时定位接收机为RAC(RealtimeArray Calibration，实时阵列校准)定位接收机。其中，该RAC定位接收机是由多个卫星定位接收机构成的多边形卫星定位接收机阵列，每个卫星定位接收机均包括一个MCU(微控制单元)及与MCU(微控制单元)相连接的接收机，各个MCU并联在一起并共同连接到一个处理器模块上。RAC定位接收机的特点是仅采用普通民用单频信号(GPS L1或北斗B1)，就能实现较高的定位精度。
该RAC定位接收机由多个卫星定位接收机按一定几何形状排列而构成,并采用相应的高精度定位算法来提高定位精度。接收机阵列天线振子构成的几何图形为三角形、四边形、五边形或六边形及其他任意几何图形，各个卫星定位接收机的天线相位中心位于多边形阵列的各顶点和中心点(或位于各顶点接收机围成区域范围内的其他位置)。
下面以图5所示的四边形接收机阵列构成的RAC定位接收机为例进行说明。该四边形接收机阵列构成的RAC定位接收机包括五个卫星定位接收机组成一个四边形阵列的总体接收机电路，其中四个卫星定位接收机各自的天线几何相位中心位于四边形四个顶点A、B、C、D，另一个中心卫星定位接收机的天线几何相位中心位于中心点E。该RAC定位接收机的电路如图6所示，每个卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，五个卫星定位接收机的MCU相互之间并联在一起，并共同连接到一个处理器模块(ARM)中。每个卫星定位接收机(A、B、C、D、E)通过卫星信号强度、卫星仰角和夹角高低以及可用卫星颗数分析，使五个接收机锁定相同的可用定位卫星。以每秒N帧的数据来接收卫星定位的原始数据进行单独处理解算出每个接收机的天线相位几何中心坐标。每个接收机都对应一个MCU来处理接收到的数据，五个MCU生成五个接收机的ID。五个MCU相互之间是并联的，这样使五个接收机保持数据同步，并将每个接收机的ID数据发送给处理器模块(例如ARM模块)。处理器模块的第一个作用是控制五个接收机和MCU保持数据同步，第二个作用是将从MCU收到的数据进行解析，进行综合处理完成计算，解算并输出最终的定位坐标。
在一些实施方式中，以图5所示的RAC定位接收机为例，对RAC定位接收机确定自身的定位观测坐标的步骤进行描述，其中根据以下步骤(a)-(c)确定自身的定位观测坐标：
步骤(a)、各个卫星定位接收机将各自的ID及坐标观测值发给处理器模块。本实施例中，各个卫星定位接收机包括顶点卫星定位接收机(ABCD)和中心点卫星定位接收机(E)。
步骤(b)、处理器模块根据各个卫星定位接收机的ID、坐标观测值和多边形接收机阵列的物理几何参数计算出如下两个几何图形：一个是各个卫星定位接收机的天线相位中心所围成的物理几何图形ABCDE，另一个是各个卫星定位接收机的坐标观测值所围成的观测值几何图形A’B’C’D’E',如图7所示。
步骤(c)、处理器模块将观测值几何图形ABCDE与物理几何图形A’B’C’D’E'进行对比，即：各个接收机天线相位中心的坐标观测值之间的相对位置的矢量与已知的各个接收机天线相位中心之间的相对位置的矢量对比，就可以提取出由于前述各种误差而引起的第二偏差矢量，形成一个第二偏差矢量函数库。例如距离A'B'与AB对比，距离A'C'与AC对比,夹角A与夹角A'对比；距离D'B'与DB对比，距离D'C'与DC对比,夹角D与夹角D'对比；距离A'E'与AE对比，距离B'E'与BE对比,夹角AEB与夹角A'E'B'对比,等等。
步骤(d)、由各个卫星定位接收机的天线相位中心的坐标观测值减去第二偏差矢量，从而得到修正后的定位观测坐标。
上述步骤(a)～(d)得到修正后的坐标观测值能够消除偏差，从而更接近于真实的坐标。因此，这时各个接收机天线相位中心的坐标观测值之间的相对位置的矢量，与已知的各个接收机天线相位中心之间的相对位置的矢量会比修正前接近。上面是以四边形接收机阵列为例进行的说明，其他多边形接收机阵列的处理方式类似。
在一些实施方式中，RAC定位接收机可以迭代执行步骤(a)至(d)以逐步减小所述第二偏差矢量，直到第二偏差矢量接近于零。这时ABCDE与A’B’C’D’E'形状与大小相同，从而得到天线阵列几何中心点的高精度的观测值经纬度坐标信息。
上述RAC定位接收机可以消除大量误差。为了实现最好的应用效果，应满足如下要求：(1)尽量提高各个接收机的各自的定位精度。(2)接收机天线阵列应为多边形，如三角形、矩形(方形)、五边形或六边形。各个接收机天线相位中心位于各个顶点和其他节点。(3)各个接收机的时钟保持同步，利用接收机独立MCU进行时钟同步。
五边形、六边形或其他更多边的几何图形阵列构成的RAC定位接收机与四边形阵列构成的RAC定位接收机类似，在此不再重复说明。
图8给出了由三角形阵列构成的RAC定位接收机的原理图(在给出的三角形阵列中，RAC定位接收机只包括顶点卫星定位接收机，不包括中心点卫星定位接收机)，由三个顶点的卫星定位接收机的相位中心的所围成的物理几何图形为三角形ABC；另一个是以位于顶点的卫星定位接收机的坐标观测值所画出的几何图形A’B’C’。三角形几何图形A’B’C’与ABC对比即：各个卫星定位接收机的坐标观测值之间的相对位置的矢量，与已知形状的各个卫星定位接收机的天线相位中心之间的相对位置的矢量对比，就可以提取出由于前述各种误差而引起的偏差矢量，形成第二偏差矢量函数库。例如距离A'B'与AB对比，距离A'C'与AC对比,夹角A与夹角A'对比；距离B'C'与BC对比,夹角B与夹角B'对比；夹角C与夹角C'对比。通过设计接收机阵列点阵的几何图形、以及高精度实时卫星定位软件，可以提高上述提取偏差矢量的精度。这时，可以由接收机天线的相位中心的观测值减去偏差矢量，从而得到修正后的观测出的坐标。由于已经能够消除了偏差，这个坐标就更接近于真实的坐标。那么这时各个卫星定位接收机的天线相位中心的坐标观测值之间的相对位置的矢量，与已知的各个卫星定位接收机的天线相位中心之间的相对位置的矢量会比修正前接近。这个过程可以重复进行，直到偏差矢量接近于零。这时三角形ABC与A’B’C’形状与大小相同。这时可以得到天线阵列几何中心点的高精度的观测值经纬度坐标信息。可以将上述三角形阵列构成的高精度实时卫星定位装置视为图6中一个接收机，进一步得到具有更高的卫星定位精度的RAC接收机。
在一些可能的实施方式中，第一实时定位接收机和第二实时定位接收机为相同的定位接收机。可以理解，当第一实时定位接收机和第二实时定位接收机完全相同时，其所面临的误差影响也高度相似，因此利用第一实时定位接收机相对于预设基准点观测偏差对第二实时定位接收机进行偏差校正，可实现更好的校正效果。
可选地，第一实时定位接收机和第二实时定位接收机也可以是不同类型的RAC定位接收机，比如，第一实时定位接收机为三角形阵列，第二实时定位接收机为四边形阵列，诸如此类。
在一些可能的实施方式中，待定位对象包括以下中的任意一种或多种：车辆、飞行器、可穿戴设备、固定终端和移动终端，本申请对此不作具体限定。
图9为根据本申请一实施例的实时定位方法的流程示意图，该方法应用于上述实施例所描述的实时定位系统，实时定位系统包括：至少一组基准定位组以及设置在至少一个待定位对象上的第二实时定位接收机；基准定位组包括：预设基准点、设置在预设基准点周围且与预设基准点具有预设位置关系的第一实时定位接收机、电气连接至第一实时定位接收机的处理器，处理器通信连接至至少一个第二实时定位接收机。
参考图9，该方法包括：
步骤901、第一实时定位接收机实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给处理器；
步骤902、处理器基于预设基准点的基准坐标和第一观测定位坐标以及预设位置关系提取第一偏差矢量，第一偏差矢量用于指示第一实时定位接收机相对于预设基准点的观测偏差；
步骤903、第二实时定位接收机实时获取自身的第二观测定位坐标，从处理器获取第一偏差矢量以及利用第一偏差矢量对第二观测定位坐标进行偏差校正，确定待定位对象的定位坐标。
在一种实施方式中，所述预设基准点为固定设置的定位基站，且所述处理器电气连接至所述定位基站，所述方法还包括：所述定位基站实时获取自身的基站坐标作为所述基准坐标，并发送至所述处理器；所述处理器基于实时获取的所述基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述定位基站的观测偏差。
在一种实施方式中，所述预设基准点的基准坐标是根据RTK卫星定位技术预先确定的。
在一种实施方式中，所述定位基站为RTK卫星定位基站。
在一种实施方式中，所述方法包括分布在不同地理区域的多组所述基准定位组，其中，所述第二实时定位接收机根据所述第二定位观测坐标选定至少一组所述基准定位组，并从选定中的至少一组所述基准定位组中的所述处理器获取所述第一偏差矢量。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机固定设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机可移动地设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机沿着围绕所述预设基准点设置的环形轨道可转动地设置。
在一种实施方式中，其特征在于，所述方法还包括：所述处理器根据所述预设基准点和所述第一实时定位接收机的预设位置关系和所述基准坐标确定所述第一实时定位接收机的第一定位坐标，根据所述第一定位坐标和所述第一定位观测坐标确定所述第一偏差矢量；重复执行以上步骤，获取具有不同时间特征的多个所述第一偏差矢量，以构建所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机获取所述第一偏差矢量库，根据所述时间特征从所述第一偏差矢量库中选取至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述方法还包括：所述处理器实时获取具有所述移动特征的所述第一偏差矢量，并存入所述第一偏差矢量库；所述第二实时定位接收机确定所述待定位对象当前的移动特征，基于所述待定位对象当前的移动特征从所述第一偏差矢量库中确定特征匹配的至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
在一种实施方式中，所述移动特征包括移动方向特征和/或移动速度特征。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为RAC定位接收机；所述RAC定位接收机是由多个卫星定位接收机构成的多边形卫星定位接收机阵列，每个所述卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，各个MCU并联在一起并共同连接到一个处理器模块上；其中，所述RAC定位接收机根据各个所述卫星定位接收机的坐标观测值和所述多边形卫星接收机阵列的物理几何参数来确定自身的定位观测坐标。
在一种实施方式中，其中，所述RAC定位接收机根据以下步骤(a)-(c)确定自身的定位观测坐标：步骤(a)、各个所述卫星定位接收机将各自的ID及坐标观测值发给所述处理器模块；步骤(b)、所述处理器模块根据各个所述卫星定位接收机的所述ID、所述坐标观测值和所述多边形接收机阵列的物理几何参数计算出如下两个几何图形：各个所述卫星定位接收机的天线相位中心所围成的物理几何图形，以及各个卫星定位接收机的所述坐标观测值所围成的观测值几何图形；步骤(c)、所述处理器模块将所述观测值几何图形与所述物理几何图形进行对比，计算各个所述卫星定位接收机的所述坐标观测值之间的相对位置的矢量，与各个所述卫星定位接收机的天线相位中心之间的相对位置的矢量对比，提取由于误差而引起的第二偏差矢量并构成第二偏差矢量函数库；步骤(d)、由所述各个卫星定位接收机的天线相位中心的坐标观测值减去所述第二偏差矢量，从而得到修正后的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，所述RAC定位接收机通过迭代执行所述步骤(a)至(d)以逐步减小所述第二偏差矢量，得到高精度的所述定位观测坐标。
在一种实施方式中，将所述物理几何图形与所述观测值几何图形进行对比，包括：所述物理几何图形与所述观测值几何图形相对应边的长度对比和边与边之间的夹角进行对比。
在一种实施方式中，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为相同的定位接收机。
在一种实施方式中，所述待定位对象包括以下中的任意一种或多种：车辆、飞行器、可穿戴设备、固定终端和移动终端。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：本实施例中，通过第一实时定位接收机与定位基站的连接，对比第一实时定位接收机与定位基站的观测值，能够提取出两者之间的第二偏差矢量，利用提取出的第二偏差矢量对第二实时定位接收机进行偏差校正，能够进一步提高定位接收机的定位精度。并且，本发明设计合理，具有精度高、成本低廉、使用方便等特点，便于在普通民用领域大规模应用推广。
虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合以进行受益，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种实时定位系统，其特征在于，包括：至少一组基准定位组以及设置在至少一个待定位对象上的第二实时定位接收机；
所述基准定位组包括：预设基准点、设置在所述预设基准点周围且与所述预设基准点具有预设位置关系的第一实时定位接收机、电气连接至所述第一实时定位接收机的处理器，所述处理器通信连接至至少一个所述第二实时定位接收机；其中，
所述第一实时定位接收机，用于实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给所述处理器；
所述处理器，用于基于所述预设基准点的基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述预设基准点的观测偏差；
所述第二实时定位接收机，用于实时获取自身的第二观测定位坐标，从所述处理器获取所述第一偏差矢量以及利用所述第一偏差矢量对所述第二观测定位坐标进行偏差校正，确定所述待定位对象的定位坐标。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设基准点为固定设置的定位基站，且所述处理器电气连接至所述定位基站；其中，
所述定位基站，用于实时获取自身的基站坐标作为所述基准坐标，并发送至所述处理器；
所述处理器，用于基于实时获取的所述基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述定位基站的观测偏差。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设基准点的基准坐标是根据RTK卫星定位技术预先确定的。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述定位基站为RTK卫星定位基站。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统包括分布在不同地理区域的多组所述基准定位组，其中，所述第二实时定位接收机根据所述第二定位观测坐标选定至少一组所述基准定位组，并从选定中的至少一组所述基准定位组中的所述处理器获取所述第一偏差矢量。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一实时定位接收机固定设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机可移动地设置在所述预设基准点的周围，或者所述第一实时定位接收机沿着围绕所述预设基准点设置的环形轨道可转动地设置。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的系统，其特征在于，
所述处理器被配置为还用于：根据所述预设基准点和所述第一实时定位接收机的预设位置关系和所述基准坐标确定所述第一实时定位接收机的第一定位坐标，根据所述第一定位坐标和所述第一定位观测坐标确定所述第一偏差矢量；重复执行以上步骤，获取具有不同时间特征的多个所述第一偏差矢量，以构建所述第一偏差矢量库；
所述第二实时定位接收机被配置为还用于：获取所述第一偏差矢量库，根据所述时间特征从所述第一偏差矢量库中选取至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述处理器被配置为还用于：实时获取具有所述移动特征的所述第一偏差矢量，并存入所述第一偏差矢量库；
所述第二实时定位接收机被配置为还用于：确定所述待定位对象当前的移动特征；基于所述待定位对象当前的移动特征从所述第一偏差矢量库中确定特征匹配的至少一个所述第一偏差矢量，并利用至少一个所述第一偏差矢量对所述第二定位观测坐标进行偏差校正。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一实时定位接收机和所述第二实时定位接收机为RAC定位接收机；
所述RAC定位接收机是由多个卫星定位接收机构成的多边形卫星定位接收机阵列，每个所述卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，各个MCU并联在一起并共同连接到一个处理器模块上；
其中，所述RAC定位接收机根据各个所述卫星定位接收机的坐标观测值和所述多边形卫星接收机阵列的物理几何参数来确定自身的定位观测坐标。
10.一种实时定位方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任一项所述的实时定位系统，所述方法包括：
第一实时定位接收机实时获取自身的第一观测定位坐标并发送给处理器；
所述处理器基于预设基准点的基准坐标和所述第一观测定位坐标以及所述预设位置关系提取第一偏差矢量，所述第一偏差矢量用于指示所述第一实时定位接收机相对于所述预设基准点的观测偏差；
所述第二实时定位接收机实时获取自身的第二观测定位坐标，从所述处理器获取所述第一偏差矢量以及利用所述第一偏差矢量对所述第二观测定位坐标进行偏差校正，确定所述待定位对象的定位坐标。
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CB02 Change of applicant information

Address after: Room 309, Chengxian Institute (7 #), National University Science Park (Suzhou), Southeast University, No. 399, Linquan Street, Suzhou Industrial Park, 215125, Jiangsu Province

Applicant after: Boshengshang (Suzhou) Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: 518102 room 319, tianqin Ansheng building, Baotian Industrial Zone, 28 Qianjin 2nd Road, Xixiang street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province

Applicant before: Shenzhen city Boshengshang Technology Co.,Ltd.

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