CN1356560A

CN1356560A - 用户位置高精度监测系统及利用伪距修正量的位置差分方法

Info

Publication number: CN1356560A
Application number: CN01122780A
Authority: CN
Inventors: 张淑芳; 袁安存
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2002-07-03
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: CN1205483C

Abstract

本发明所述的一种新的用户位置高精度监测系统及用伪距修正量的位置差分方法,属于监测与控制中心利用运载体与跟踪系统对用户的位置数据准确定位的一种高精度监测系统及其方法。本发明所述的用户位置高精度监测系统,由用户位置监测中心系统和用户系统所组成,在系统中设置差分参考台的数据传输系统,用户也不使用差分GPS接收机。但监测中心同样可以获得高精度的监测效果,可使系统的造价大大降低,并且具有结构简单、监测准确、精度高、成本低,使用方便,快捷等特点。

Description

用户位置高精度监测系统及利用伪距修正量的位置差分方法

技术领域

本发明所述的一种新的用户位置高精度监测系统及用伪距修正量的位置差分方法属于监测与控制中心利用运载体与跟踪系统对用户的位置数据准确定位的一种高精度监测系统及其方法。

背景技术

差分GPS的方法在目前主要是伪距差分方法，这种方法是参考台GPS接收机将所有可见星的伪距修正量测量出来，传送到周围的用户。用户使用伪距修正量接收机接收参考台的伪距修正量，修正用户的GPS接收机的伪距，从而得到修正后的高精度位置(经度和纬度)。在目标位置检测系统中，各用户都将各自的位置转送到监控中心。监测中心要得到用户的高精度位置数据，用户必须使用上述的差分系统，即用户除了要配置伪距修正量接收机，另外系统还必须具有能发送伪距修正量的参考台。如果用户不配置差分修正量接收机，系统不设置伪距修正量参考台，而用户仅简单地将自己的位置数据(经度、纬度)发送给监测中心，由监测中心设置参考GPS接收机对用户传送来的位置数据进行修正，又解决不了参考GPS接收机得到的位置数据与用户的位置数据使用同样的GPS卫星定位的问题，这个问题不解决，位置修正是没有意义的，因此研制一种新的用户位置高精度监测系统及利用伪距修正量的位置差分方法，以解决现存的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是研制一种高精度的用户位置监测系统，并利用伪距修正量的位置差分法，改变现有技术的系统结构，在系统中设置差分参考台的数据传输系统，用户也不使用差分GPS接收机。但监测中心同样可以获得高精度的监测效果，并且可使系统的造价大大降低。具有结构简单、监测准确、精度高、成本低，使用方便，快捷等特点。

本发明所述的用户位置高精度监测系统，是由用户位置监测中心系统和用户系统所组成；用于位置监测中心系统，由差分参考台GPS接收机，用户位置数据接收机，用户位置数据差分处理器所构成；用户位置数据差分处理器分别同差分参考台GPS接收机和用户位置数据接收机相联接；用户系统由GPS接收机同用户位置数据发射机相联接而成。本发明所述的新的用户位置高精度监测系统，是在用户位置监测中心设置一台差分GPS参考接收机，将所得到所有可见星伪距修正量输出给用户位置差分处理器，另一方面，用户位置数据接收机将接受到的用户位置信息也传送给用户位置数据差分处理器。在用户位置数据差分处理器中，处理程序根据用户定位所用的卫星号，从伪距修正量中选取与用户定位所用卫星相同的卫星的伪距修正量，用某种变换算法将伪距修正量变换为位置修正量，在对用户的定位数据(经度和纬度)进行修正。最后实时在线地给出用户的高精度位置数据。本发明所述的利用伪距修正量的位置差分方法，是利用位置差分的基本原理，根据GPS定位解算方程：

{\overset{&OverBar;}{X}}_{u} = {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} [A_{u} \overset{&OverBar;}{S} - \overset{&OverBar;}{R}] - - - (1)

可以得到用直角坐标表示的位置误差量：

Δ {\overset{&OverBar;}{X}}_{u} = - {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u} - - - (2)

于是将Δ X_u变换为用经度和纬度表示的的位置误差量ΔP_u：

Δ \overset{&OverBar;}{P_{u}} = - {[Ω_{u}^{T} Ω_{u}]}^{- 1} Ω_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u} {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u} - - - (4)

在监测中心，GPS参考接收机可以给出伪距修正量Δ R，由(4)式伪距修正量Δ R可以被转换为用经度和纬度表示的位置修正量Δ P_u，位置修正量Δ P_u可以用来校正用户的用经度和纬度表示的位置数据。经过校正的用户位置精度可以达到2-5米(2drms)，与伪距差分的精度相同。

差分GPS有两种方法，一种是伪距差分，一种是位置差分。伪距差分是参考台将所有可见卫星的伪距修正量传送给用户，用户选择与自己定位所用卫星相同的卫星的伪距修正量对所测的伪距休整后进行定位计算。位置差分是参考台将定位的位置修正量传送给用户，用户修正自己的位置定位数据。这样，参考台传送的位置修正量与用户的定位数据必须使用相同的卫星，否则不能达到修正后达到修正后提高精度的目的。由于各种接收机的算法，选星准则以及地理环境的差异，用户和参考台即使在相关的距离内，也不能完全使用相同的星座定位。所以至今尚未有位置差分的实用技术。在运载体的监测与跟踪系统中，用户的位置数据需要传送到监测与控制中心。一般地，用户使用GPS接收机得到位置等信息，定位精度在没有SA时是20米(这里需要说明的是，现在SA的取消是以在必要时随时随地加入为条件的)。如果要得到较高的用户监测精度，就要用到差分GPS接收机。即用户将差分接收机输出的高精度位置数据传送到检测中心，这就需要有差分参考台及差分修正量数据传输系统。由此可见，这种监测系统的成本是较高的，更重要的是在有些运载体上，例如军事的，不容许设备的重量超过限定值。在本研究中，用户仅使用简单轻便的GPS接收机传感器将一般民用精度的定位数据用任何传输手段传送到监测控制中心。监测中心将用户的位置数据进行位置差分，得到与用户伪距差分相同精度的监测效果。但是，在这种情况下系统不设置差分参考台的数据传输系统，用户也不使用差分GPS接收机。而系统仅仅在监测中心使用一台GPS参考接收机输出伪距修正量，这可使系统的造价降低80％。因此本发明的广泛使用必将产生巨大的经济效益和积极的社会效益。

附图说明

本发明共有两张附图：

附图1为用户位置监测系统的用户系统图。

附图2为用户位置监测系统的用户位置监测中心系统图。

具体实施方式

本发明的具体实施例如附图所示，在监测中心周围的差分工作区域内，有许多用户的位置需要监测。在附图中给出一个用户，其他用户的工作原理与图中的用户工作原理相同。用户系统的GPS接收机将所测量的用户位置(经度和纬度，精度在无SA时是20米drms，有SA时是100米2drm，而美国的SA是可以随时随地加入的)输出给用户位置数据发射机，由发射机向外发射。在用户位置监测中心系统中，用户位置数据接收机接收到该用户的位置数据，输出到用户位置差分处理器。同时，差分参考台GPS接收机将所测量的伪距修正量也输出到用户位置差分处理器。在用户位置差分处理器，将得到的伪距修正量变换为位置(经度和纬度)修正量，对用户的位置数据进行修正，得到该用户的高精度位置(经度和纬度)，其精度可以达到一个新的2-5米(2drms)。

Claims

1、一种用户位置高精度监测系统；其特征在于由用户位置监测中心系统和用户系统所组成；用于位置监测中心系统，由差分参考台GPS接收机，用户位置数据接收机，用户位置数据差分处理器所构成；用户位置数据差分处理器分别同差分参考台GPS接收机和用户位置数据接收机相联接；用户系统由GPS接收机同用户位置数据发射机相联接而成。

2、根据权利要求1所述的新的用户位置高精度监测系统；其特点在于在用户位置监测中心设置一台差分GPS参考接收机，将所得到所有可见星伪距修正量输出给用户位置差分处理器，另一方面，用户位置数据接收机将接受到的用户位置信息也传送给用户位置数据差分处理器。在用户位置数据差分处理器中，处理程序根据用户定位所用的卫星号，从伪距修正量中选取与用户定位所用卫星相同的卫星的伪距修正量，用某种变换算法将伪距修正量变换为位置修正量，在对用户的定位数据(经度和纬度)进行修正；最后实时在线地给出用户的高精度位置数据。

3、一种控制权利要求1或2的利用伪距修正量的位置差分方法：其特征在于利用位置差分的基本原理，根据GPS定位解算方程：

{\overset{&OverBar;}{X}}_{u} = {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} [A_{u} \overset{&OverBar;}{S} - \overset{&OverBar;}{R}] - - - (1)

可以得到用直角坐标表示的位置误差量：

Δ {\overset{&OverBar;}{X}}_{u} = - {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u}

于是将Δ X_u变换为用经度和纬度表示的的位置误差量ΔP_u：

Δ \overset{&OverBar;}{P_{u}} = - {[Ω_{u}^{T} Ω_{u}]}^{- 1} Ω_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u} {[G_{u}^{T} G_{u}]}^{- 1} G_{u}^{T} Δ {\overset{&OverBar;}{R}}_{u} - - - (4)