CN1851497A - 一种gps无线定位的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GPS无线定位的方法和系统，所述方法主要包括：控制中心向GPS定位终端发送GPS动态定位开始请求，GPS定位终端调节向控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息；所述系统包括控制中心、无线移动通信网络、GPS定位终端、GPS卫星，所述的控制中心向所述的GPS定位终端发送动态无线定位请求，所述的GPS定位终端调节向所述的控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息。通过本发明的方法和系统，使GPS无线应用系统中的无线数据通信量和GPS定位信息实时性之间达到一种合理的平衡。

Description

一种GPS无线定位的方法和系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种GPS无线定位的方法和系统。

背景技术

全球定位系统GPS(Global Positioning System)是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。GPS卫星发给用户有关卫星本身坐标位置的数据，用户接收机便可根据三颗卫星发给的数据计算出自己的位置数据，地面监控系统测量和计算每颗卫星的星历，编辑成数据发给卫星，然后由卫星实时地发给地面用户。GPS信号接收机捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以测量出GPS信号从卫星到接收机天线的转播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出接收机的三维位置、速度和时间。

由于信号覆盖范围广、全天候定位、信息实时准确、无需交纳信号使用费等诸多优点，GPS早已被广泛开发，生产出各种具有定位、导航功能的定位终端设备，例如个人手持定位终端、车载导航设备、船舶定位导航仪、飞行器定位导航仪等。

当前，随着各种无线移动通信系统，例如全球移动通信网络(GSM)、通用移动通信系统(UMTS)、以及无线局域网(WLAN)等的快速发展和日益成熟，越来越多的GPS无线应用系统被开发和使用。该应用系统通常由控制中心、无线移动通信网络、GPS定位终端和GPS卫星等部分组成，如图1所示。一方面，GPS定位终端上安装有GPS信号接收模块，可以接收多个GPS卫星发送的信号，并实时计算当前所处的位置、移动的速度、行进的方向和当前时间等信息；另一方面，GPS定位终端上安装有无线移动通信信号接收发送模块，可以通过SMS(短消息业务)、GPRS(通用分组无线业务)、CDMA(码分多址)以及3G业务等无线方式，接收控制中心发送的指令，并把自己当前的GPS定位信息发送到控制中心。控制中心可以通过无线方式，使用无线移动通信网络的SMS(短消息业务)等业务，直接与GPS定位终端进行数据交互，也可以通过有线方式，使用无线移动通信网络的GPRS(通用分组无线业务)、CDMA(码分多址)等业务，间接与GPS定位终端建立连接。

GPS无线应用系统把无线移动通信网络和GPS定位终端结合起来，通过无线移动通信网络把各个定位终端的定位数据信息集中到控制中心，可以实现对定位终端的监控、跟踪、调度等各项业务。这些业务都基于一个基本的操作流程：控制中心在需要的时候向定位终端发送定位请求信息，定位终端对请求进行响应，发送当前的GPS定位信息到控制中心。

现有最简单的GPS无线定位方法是：控制中心在需要的时候向GPS定位终端发送定位信息请求，定位终端对请求进行响应，发送当前的GPS定位信息到控制中心；控制中心连续发送请求，定位终端对每一条请求进行响应，可以达到控制中心对定位终端连续定位，从而实现各种业务的目的。该技术方案中控制中心和GPS定位终端之间的通信流程如图2所示。

该技术方案有以下不足之处：由控制中心来控制定位信息上报的时间、频度，增加了控制中心的负荷；通信数据量大，不仅增加运营成本，而且容易导致SMS、GPRS、CDMA等数据通道的阻塞，进而影响定位的实时性。

针对上述技术方案的一种改进的GPS无线定位方法是：控制中心在需要的时候向GPS定位终端发送周期定位开始请求，其中携带期望的定位周期----每两次定位之间的时间间隔，定位终端对该请求进行响应，然后按照要求的周期，每隔一段固定的时间，向控制中心发送一条GPS定位信息报告；当控制中心不需要继续定位时，向定位终端发送周期定位停止请求，定位终端对该请求进行响应，并停止向控制中心发送定位信息报告。该技术方案中控制中心和GPS定位终端之间的通信流程如图3所示。

该技术方案降低了控制中心的负荷，并减少了一些通信数据开销，然而仍存在很多缺点：因为采用固定周期进行定位，导致在GPS定位终端慢速移动或静止时仍然频繁上报无用的数据，而在GPS定位终端快速移动时却上报频度不够，不能达到理想的实时性。

人们使用图1所示的GPS无线应用系统，目的是想实时掌握定位终端的位置、速度、方向等GPS定位信息。而定位终端在某一时刻的移动状态，包括位移、速度、方向等，是不可预知的。当定位终端低速移动、方向变化缓慢时，不需要过于频繁地去查看它的状态；当定位终端高速移动、方向急剧变化时，最好能够提高查看状态的频度。这是人们所期望的。在上述的两种方案中，如果一味提高定位信息请求或定位信息报告的频度，可以达到对定位终端GPS定位信息接近实时地进行掌握的目的，但是势必会增加通信数据量，增加运营成本，甚至会导致无线通道的阻塞；如果降低定位信息请求或定位信息报告的频度，则会直接导致实时性变差，可能丢失一些想要掌握的速度或方向变化的细节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GPS无线定位的方法和系统，旨在于使GPS无线应用系统中的无线数据通信量和GPS定位信息实时性之间达到一种合理的平衡。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种GPS无线定位的方法，包括：

A、控制中心向GPS定位终端发送GPS动态定位开始请求；

B、GPS定位终端调节向控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息。

所述的GPS动态定位开始请求携带最小定位周期、最大定位周期、动态定位策略。

步骤B具体为GPS定位终端启动定时器，并反复进行步骤B1至B4：

B1、判断是否已经达到最小定位周期，如果是，进行步骤B2；否则，进行步骤B3；

B2、判断是否满足发送条件，如果是，进行步骤B4；否则，进行步骤B3；

B3、判断是否达到最大定位周期，如果是，进行步骤B4；否则，结束；

B4、发送GPS定位信息。

步骤B2中的发送条件根据所述的动态定位策略确定，所述的动态定位策略包括作为动态判断依据的GPS数据类型及其阈值，当所述的GPS数据类型的变化超过阈值时，满足发送条件；否则，不满足发送条件。

所述的GPS数据类型包括经纬度、地面速率、地面航向的任意组合。

所述的步骤B1还包括增加最小定位计数器和最大定位计数器的值。

在进行所述的步骤B2前将最小定位计数器的值清零，在进行所述的步骤B4前将最大定位计数器的值清零。

GPS定位终端收到所述的动态定位开始请求后，发送GPS动态定位开始响应；当不再需要GPS定位信息时，控制中心向GPS定位终端发送动态定位停止请示；GPS定位终端发送动态定位停止响应。

本发明还提供一种GPS无线定位的系统，所述的系统包括控制中心、无线移动通信网络、GPS定位终端、GPS卫星，所述的控制中心通过所述的无线移动通信网络向所述的GPS定位终端发送无线定位请求，接收所述的GPS定位终端发送的GPS定位信息，所述的GPS定位终端接收所述的GPS卫星发送的信号形成GPS定位信息，所述的控制中心向所述的GPS定位终端发送动态无线定位请求；所述的GPS定位终端调节向所述的控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息。

所述的GPS定位终端包括：

GPS信号接收模块，接收GPS卫星发送的信号，并向所述的定位终端提供GPS数据；

无线移动通信信号接收发送模块，接收控制中心的请求，并向控制中心上报或停止上报定位信息；

条件判断模块，判断定位信息发送条件是否满足。

所述的GPS定位终端包括定时器、最小定位计数器和最大定位计数器，所述的定时器和所述的最小定位计数器结合判断是否到达最小定位周期；所述的定时器和所述的最大定位计数器结合判断是否到达最大定位周期。

由本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过让GPS定位终端根据自己当前的位移、速度、方向等状态变化，自动调节向控制中心报告GPS定位信息的频度，使GPS无线应用系统中的无线数据通信量和GPS定位信息实时性之间达到一种合理的平衡。由GPS定位终端来判断是否需要向控制中心上报GPS数据，在定位终端GPS状态变化不大时，少上报或不上报，在定位终端GPS状态变化大时，多上报，增强了GPS无线定位系统的灵活性，提高了每个GPS数据包的信息量，减少了系统对冗余信息的开销，加强了系统的运营竞争力；控制中心可以远程设置最小定位周期、最大定位周期、动态定位策略等参数，最小定位周期保证了动态定位条件判断的频度，最大定位周期保证终端很长时间内状态变化不大时也有信息上报，动态定位策略可以指定定位终端根据不同的数据类型或它们的组合进行复杂的条件判断，这些参数的设置保证了整个系统的灵活性、智能性；控制中心可以随时开启或关闭终端的动态定位功能，具有较高的灵活性。

附图说明

图1为GPS无线应用系统的示意图；

图2为现有技术定位方法的实现流程图；

图3为另一现有技术定位方法的实现流程图；

图4为本发明系统的示意图；

图5为本发明GPS无线定位方法的实现流程图；

图6为本发明的定时器的处理流程图。

具体实施方式

本发明的核心思想是提供一种GPS无线定位的方法和系统，由GPS定位终端经过条件判断来确定是否上报GPS定位信息，而不是现有技术中由控制中心来决定GPS定位信息的上报，即，通过让GPS定位终端根据自己当前的位移、速度、方向等状态变化，自动调节向控制中心报告GPS定位信息的频度，使GPS无线应用系统中的无线数据通信量和GPS定位信息实时性之间达到一种合理的平衡。

在详细介绍本发明的具体实施例之前，先对本发明相关的几个概念进行说明：

基本周期单位，

基本周期单位是指最小定位周期和最大定位周期的时间单位，可以是标准的时间单位：秒、分钟、小时等，也可以是不定长度的某段时间，如30秒、1分20秒等。GPS定位终端将启动一个以基本周期单位为时间间隔的定时器，进行周期的判断操作。

最小定位周期，

最小定位周期是指GPS定位终端向控制中心上报数据信息最频繁时，两次上报之间的时间间隔。最小定位周期是基本周期单位的整数倍。

最小定位计数器，

最小定位计数器是指为了判断是否达到最小定位周期而设定的计数器，初始时赋值为0，每个基本周期单位进行一次加1或清零操作。

最大定位周期，

最大定位周期是指GPS定位终端向控制中心上报数据信息最空闲时，两次上报之间的时间间隔。最大定位周期是基本周期单位的整数倍。最大定位周期大于或等于最小定位周期。

最大定位计数器，

最大定位计数器是指为了判断是否达到最大定位周期而设定的计数器，初始时赋值为0，每个基本周期单位进行一次加1或清零操作。

动态定位策略，

动态定位策略是指根据控制中心的要求，GPS定位终端对哪种GPS数据类型进行判断、以及当该GPS数据的变化超过什么阈值时，向控制中心发送一次新的GPS定位信息报告。

如图4所示，本发明提供一种GPS无线应用系统：

控制中心通过无线移动通信网络的SMS、GPRS或CDMA等业务，向GPS定位终端发送GPS动态定位开始或结束请求，接收GPS定位终端动态上报的定位信息；

GPS定位终端调节向控制中心报告GPS定位信息的频度。GPS定位终端的GPS信号接收模块接收多个GPS卫星发送的信号，并定时(如每秒)向该定位终端提供多种GPS数据；GPS定位终端的无线移动通信信号接收发送模块根据控制中心的请求上报或停止上报定位信息，通过无线移动通信网络的SMS、GPRS或CDMA等业务，向控制中心动态上报或停止上报定位信息；GPS定位终端的条件判断模块判断定位信息发送条件是否满足，若满足，则向控制中心动态上报定位信息；所述的GPS定位终端包括定时器、最小定位计数器和最大定位计数器，所述的定时器和所述的最小定位计数器结合判断是否到达最小定位周期；所述的定时器和所述的最大定位计数器结合判断是否到达最大定位周期。

如图5所示，本发明的GPS无线定位的方法具体包括：

步骤S10、控制中心向GPS定位终端发送GPS动态定位开始请求，其中携带最小定位周期、最大定位周期、动态定位策略等信息数据；

步骤S11、GPS定位终端进行应答，发送GPS动态定位开始响应，其中携带请求结果(成功或失败)等信息数据；

在某些情况下，请求可能失败。此时返回请求失败响应后，结束；否则，进行步骤S12；

步骤S12、GPS定位终端向控制中心发送第一条GPS定位信息报告，其中携带位置、速度、方向等控制中心所关心的信息数据；

步骤S13、GPS定位终端启动定时器，以基本周期单位为定时器周期，根据控制中心要求的动态定位策略，判断是否发送下一条定位信息报告，如果定时器动态判断条件成熟，则发送一条新的GPS定位信息报告，其中携带当前的GPS定位信息数据；

如图6所示，本步骤具体包括：

步骤S131、增加最小定位计数器和最大定位计数器的值，比如把最小定位计数器和最大定位计数器的值加1；

步骤S132、判断是否已经达到最小定位周期，如果是，则把最小定位计数器的值清零，进行步骤S133；否则，进行步骤S134；

步骤S133、判断是否满足发送条件，如果是，进行步骤S135；否则，进行步骤S134；

步骤S134、判断是否达到最大定位周期，如果是，进行步骤S135；否则，结束；

步骤S135、把最大定位计数器的值清零，发送一条GPS定位信息报告，并保存此时的GPS定位信息。

如果不再需要GPS定位信息，则进行步骤S14；

步骤S14、控制中心向GPS定位终端发送动态定位停止请示；

步骤S15、GPS定位终端进行应答，发送动态定位停止响应，并停止定时器处理。

步骤S133中的发送条件根据所述的动态定位策略确定：

GPS定位终端中的GPS信号接收模块定时(如每秒)向该定位终端提供多种GPS数据，其中许多数据类型可以作为动态定位策略中的动态判断依据。此处分别对常用的经纬度、地面速率、地面航向进行说明。本行业内的技术工程师可以很容易地使用其他类型的数据进行判断，来实现该动态定位方法。

不同的GPS信号接收模块提供给定位终端的数据格式可能不同，这里以GARMIN公司的GPS15系列模块输出的NEMA 0183标准数据为例进行说明。

(1)经纬度

GPS信号接收模块提供的经纬度信息包括：

纬度：ddmm.mmmm(度分)格式

纬度半球：N(北半球)或S(南半球)

经度：dddmm.mmmm(度分)格式

经度半球：E(东半球)或W(西半球)

根据这些信息，很容易把纬度表示为+90.0～-90.0之间的数(北半球为正)，把经度表示为+180.0～-180.0之间的数(东半球为正)。

根据上一次发送时保存的经度数值Long_last、纬度数值Lat_last，以及当前的经度数值Long_now、纬度数值Lat_now，可以计算出当前相对与上一次发送时的经纬度位移Displace_dif，如公式(1)所示：

$\mathrm{Displac}{e}_{\mathrm{dif}}=\sqrt{{({\mathrm{Long}}_{\mathrm{now}}-{\mathrm{Long}}_{\mathrm{last}})}^2+{({\mathrm{Lat}}_{\mathrm{now}}-{\mathrm{Lat}}_{\mathrm{last}})}^2}---\left(1\right)$

经度中+180(东经180度)和-180(西经180度)实际上表示的是同一子午线，这里的公式不包括跨越该子午线的特殊情况。如果考虑这个因素，需要对经度的差值做特殊处理。纬度没有这个特殊情况。

如果选择经纬度位移作为动态定位策略中的动态判断依据，控制中心在发送的GPS动态定位开始请求的动态定位策略中需向定位终端提供一个判断阈值Displace_thr。定位终端在进行发送条件判断时，需要计算出当前的经纬度位移Displace_dif。如果Displace_dif＞Displace_thr或Displace_dif≥Displace_thr，则判定满足发送条件；否则不满足。

(2)地面速率

GPS信号接收模块提供的地面速率信息有两种表示方式：

以节为单位：0.0～999.9节

以公里/小时为单位：0.0～1851.8公里/小时

在GPS无线定位应用系统中，控制中心和GPS定位终端需要确定使用哪种表示方式。

如果选择地面速率作为动态定位策略中的动态判断依据，控制中心在发送的GPS动态定位开始请求的动态定位策略中需向定位终端提供一个判断阈值Speed_thr。定位终端在进行发送条件判断时，需要对当前地面速率Speed_now和上一次发送时保存的地面速率Speed_tast进行比较，计算出它们之差的绝对值Speed_dif，如公式(2)所示：

          Speed_duf＝|Speed_now-Speed_last|        (2)如果Speed_dif＞Speed_th或Speed_dif≥Speed_thr，则判定满足发送条件；否则不满足。

(3)地面航向

GPS信号接收模块提供的地面航向信息有两种表示方式：

以正北为参考基准：0～359度

以磁北为参考基准：0～359度

在GPS无线定位应用系统中，控制中心和GPS定位终端需要确定使用哪种表示方式。

如果选择地面航向作为动态定位策略中的动态判断依据，控制中心在发送的GPS动态定位开始请求的动态定位策略中需向定位终端提供一个判断阈值Direction_thr。定位终端在进行发送条件判断时，需要对当前地面航向Direction_now和上一次发送时保存的地面航向Direction_last进行比较，计算出它们之差的绝对值Direction_dif，如公式(3)所示：

     Direction_dif＝|Direction_now-Direction_last|         (3)如果Direction_dif＞Direction_thr或Direction_dif≥Direction_thr，则判定满足发送条件；否则不满足。

控制中心可以给GPS定位终端指定上述GPS数据类型中某一种及其阈值，此时当GPS定位终端发现该类型数据的变化超过阈值时，即可判定满足发送条件；控制中心也可以同时给GPS定位终端指定多个GPS数据类型并分别设置阈值，并可以指定这些数据类型之间的“与”或“或”关系，即，当这些数据的变化同时超出各自阈值，或者当这些数据中的某一个的变化超出阈值，或者当这些数据中的几个的变化超出阈值时，即判定满足发送条件。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1、一种GPS无线定位的方法，其特征在于，所述方法包括：

A、控制中心向GPS定位终端发送GPS动态定位开始请求；

B、GPS定位终端调节向控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息。

2、如权利要求1所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，所述的GPS动态定位开始请求携带最小定位周期、最大定位周期、动态定位策略。

3、如权利要求2所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，步骤B具体为GPS定位终端启动定时器，并反复进行步骤B1至B4：

B1、判断是否已经达到最小定位周期，如果是，进行步骤B2；否则，进行步骤B3；

B2、判断是否满足发送条件，如果是，进行步骤B4；否则，进行步骤B3；

B3、判断是否达到最大定位周期，如果是，进行步骤B4；否则，结束；

B4、发送GPS定位信息。

4、如权利要求3所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，步骤B2中的发送条件根据所述的动态定位策略确定，所述的动态定位策略包括作为动态判断依据的GPS数据类型及其阈值，当所述的GPS数据类型的变化超过阈值时，满足发送条件；否则，不满足发送条件。

5、如权利要求4所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，所述的GPS数据类型包括经纬度、地面速率、地面航向的任意组合。

6、如权利要求3所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，所述的步骤B1还包括增加最小定位计数器和最大定位计数器的值。

7、如权利要求3所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，在进行所述的步骤B2前将最小定位计数器的值清零，在进行所述的步骤B4前将最大定位计数器的值清零。

8、如权利要求1所述的一种GPS无线定位的方法，其特征在于，GPS定位终端收到所述的动态定位开始请求后，发送GPS动态定位开始响应；当不再需要GPS定位信息时，控制中心向GPS定位终端发送动态定位停止请示；GPS定位终端发送动态定位停止响应。

9、一种GPS无线定位的系统，所述的系统包括控制中心、无线移动通信网络、GPS定位终端、GPS卫星，所述的控制中心通过所述的无线移动通信网络向所述的GPS定位终端发送无线定位请求，接收所述的GPS定位终端发送的GPS定位信息，所述的GPS定位终端接收所述的GPS卫星发送的信号形成GPS定位信息，其特征在于，

所述的控制中心向所述的GPS定位终端发送动态无线定位请求；

所述的GPS定位终端调节向所述的控制中心报告GPS定位信息的频度，并向控制中心发送GPS定位信息。

10、如权利要求9所述的一种GPS无线定位的系统，其特征在于，所述的GPS定位终端包括：

GPS信号接收模块，接收GPS卫星发送的信号，并向所述的定位终端提供GPS数据；

无线移动通信信号接收发送模块，接收控制中心的请求，并向控制中心上报或停止上报定位信息；

条件判断模块，判断定位信息发送条件是否满足。

11、如权利要求9所述的一种GPS无线定位的系统，其特征在于，所述的GPS定位终端包括定时器、最小定位计数器和最大定位计数器，所述的定时器和所述的最小定位计数器结合判断是否到达最小定位周期；所述的定时器和所述的最大定位计数器结合判断是否到达最大定位周期。

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