CN1963560A - Agps辅助卫星定位系统gps接收终端的定位方法 - Google Patents

Abstract

一种辅助卫星定位系统(AGPS)中对GPS接收终端的定位方法，适用在AGPS系统中GPS接收终端只接收到1颗卫星信息的情景。GPS接收终端将获得的有关GPS卫星的观测信息和其所在的小区信息发送给AGPS定位算法模块；当观测卫星总数等于1颗时，定位控制模块向接收终端设备要求：第一次伪距测量成功后，在使得接收终端本地的伪码脉冲数据流和卫星下播的伪码脉冲数据流严格同步的情况下，对此卫星进行多次数据测量。算法模块收到终端多次测量数据后解算出终端的位置。此方法传承了AGPS定位系统定位精度高和定位速度快的优点，克服了有遮挡物时无法接收卫星信号而影响定位的技术缺陷。

Description

AGPS辅助卫星定位系统GPS接收终端的定位方法

技术领域

本发明涉及一种AGPS(Assisted Global Position System)卫星定位和移动通信网络技术，特别涉及一种在移动通信网如GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000等网络中，当GPS接收终端只能接收到1颗GPS卫星时对其进行定位的一种方法。

背景技术

AGPS技术是GPS和移动通信网络相结合，对GPS接收终端进行定位的技术。可以在GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000网络中使用。AGPS的具体工作原理如下。GPS接收终端首先将本身的基站地址通过网络传输到AGPS服务器；服务器根据该GPS接收终端的位置参数信息传输与该位置相关的GPS辅助信息(包含GPS的星历和方位俯仰角等)到该GPS接收终端；该GPS接收终端根据GPS辅助信息(以提升GPS信号的第一锁定时间能力)接收GPS多颗卫星原始位置数据信号；GPS接收终端在接收到GPS原始位置数据信号后解调信号，并交算法模块计算GPS接收终端到卫星的伪距数据信息(伪距为受各种GPS误差影响的距离)，并将该伪距数据信息通过移动通讯网络传输到AGPS服务器；AGPS服务器根据传来的GPS伪距数据信息和来自其他定位设备(如差分GPS基准站)的辅助信息完成对GPS信息的处理，并估算该GPS接收终端的位置数据信息；AGPS服务器将该GPS接收终端所在的位置数据信息通过移动通讯网络传输到定位网关或应用平台。

AGPS技术的优势主要在其定位精度上，在室外等空旷地区，其精度在正常的GPS工作环境下，可达10米左右，堪称目前定位精度最高的一种定位技术。该技术的另一优点为首次捕获GPS信号的时间一般仅需几秒，不像GPS的首次捕获时间可能要2～3分钟。

虽然AGPS技术的定位精度很高、首次捕获GPS信号时间短，但是该技术存在的问题在于，室内定位的问题仍然无法解决，其原因由于遮挡导致在室内无法接收到GPS信号或者接收到的卫星数目较少。

GPS接收终端根据多颗卫星的GPS原始位置数据信号，由GPS测量函数方程求解用户位置数据信息时有四个未知量：用户的纬度、用户的经度、用户的高度及用户钟差，最少需要有四个测量方程才能求解出四个未知数，即最少需要同时对4颗卫星进行观测时才能求出用户的位置；当上述四个未知数中用户高度H已知时则最少需要三个测量方程，即最少需要搜索到3颗卫星的信号才能求出用户纬度、用户经度及用户钟差。然而当GPS接收终端接收到的卫星数目为1颗时，由于测量方程数小于未知数个数，此时函数方程组为欠定方程，无法求解出GPS接收终端的具体位置数据信息。然而在室内和高楼林立的城市中，接收到GPS卫星数为1颗的情况概率很大。所以，在AGPS中当GPS接收终端接收到卫星数为1颗时，对AGPS接收终端定位的研究显得尤为重要。

发明内容

针对以上背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种AGPS辅助卫星定位系统中接收终端的定位方法，意在解决AGPS定位系统中，当AGPS接收终端接收到的卫星数目信号为1颗时，对接收终端定位的方法。

为此目的，本发明提供一种AGPS辅助卫星定位系统中AGPS接收终端的定位方法，包括以下步骤：

A、GPS接收终端首先将其基站地址通过移动通讯网络传输到AGPS服务器；

B、AGPS服务器根据所述基站地址对应的GPS接收终端的位置参数信息，传输与该位置相关的GPS辅助信息到该GPS接收终端；

C、GPS接收终端根据所述GPS辅助信息迅速捕获GPS卫星信号；

D、GPS接收终端对捕获的GPS卫星信号进行定位数据测量；

E、GPS接收终端将获得的定位数据测量信号传输给AGPS定位算法模块；

F、AGPS定位算法模块根据来自接收终端的定位测量数据和来自其它定位设备的辅助信息完成对GPS信息的处理，继而估算该GPS接收终端的位置数据信息，并将其传给AGPS服务器；

G、AGPS服务器将该GPS接收终端所在的位置数据信息通过移动通讯网络传输到定位网关或应用平台；

所述定位方法还包括以下步骤：

H、所述AGPS定位算法模块在执行步骤E的过程中，其AGPS定位算法模块的检测器对原始位置数据信号中的卫星数量信号进行检测，交卫星数量信号判别器判别，如果卫星数量信号数为1，则执行步骤D；

并且AGPS服务器的控制模块向GPS接收终端发出命令：让其跟踪上GPS卫星信号，即使得接收终端本地的伪码脉冲数据流和卫星下播的伪码脉冲数据流严格同步，而后重新N次测量定位数据信号的请求信号；重复步骤D到E，每进行一次后，交AGPS控制器中的判别器判别重复次数，判别重复次数为N后，执行完毕进入步骤F；

与现有AGPS系统中GPS接收终端的定位方法相比，本发明提供的方法：即当GPS接收终端收到的卫星数目为1颗时，通过多次对GPS接收终端进行测量能准确的求出接收终端的位置，成功的解决了目前AGPS系统中接收终端接收1颗卫星时无法对其定位的问题。

下面将结合附图对本发明作进行一步的详细说明。

附图简要说明

图1为本发明AGPS辅助卫星定位系统中GPS接收终端的定位方法流程图。

图2为GPS接收终端4次测量所得GPS接收终端位置示意图。

具体实施方式

从模块划分来看，整个AGPS系统分为三个主要模块：AGPS服务器总控制模块、AGPS定位算法模块、GPS接收终端模块。其中AGPS定位算法模块可以和GPS接收终端模块在一个同一硬件实体中，也可是分开的在不同的硬件实体中；而AGPS服务器总控制模块包含在AGPS服务器的位置服务器中。其中AGPS服务器总控制模块负责该系统的各个业务功能的控制功能，包括整个定位流程的控制和管理功能；AGPS定位算法模块主要用于根据不同的卫星数目情况计算出GPS接收终端的位置；而GPS接收终端模块负责接收GPS卫星信号，接收AGPS服务器总控制模块和AGPS定位算法模块的信号，发送卫星的测量信息到AGPS定位算法模块。

本发明的定位方法，首先GPS接收终端首先将其基站地址通过移动通讯网络传输到AGPS服务器；AGPS服务器根据所述基站地址对应的GPS接收终端的位置参数信息，传输与该位置相关的GPS辅助信息到该GPS接收终端；GPS接收终端根据所述GPS辅助信息迅速捕获GPS卫星信号；GPS接收终端对捕获的GPS卫星信号进行定位数据测量；GPS接收终端将接收的定位数据测量信号传输给AGPS定位算法模块；AGPS定位算法模块的检测器对原始位置数据信号中的卫星数量信号进行检测，交卫星数量信号判别器判别，如果卫星数量信号为1，则AGPS服务器的控制模块向GPS接收终端发出重新测量终端定位数据的请求信号，再重复测量终端定位数据N次，GPS接收终端将所测得的终端定位数据信号和GPS接收终端的小区信息，传给AGPS定位算法模块；直至记载的重复次数N与AGPS控制器中的判别器设置值重复次数N相同后，定位算法模块根据接收到的总共N+1次数据获得N+1个方程，由N+1个方程联合计算出GPS接收终端的位置信息。

下面结合图1详细描述本发明。

步骤1，GPS接收终端对GPS卫星进行观测，观测后将获得的有关GPS卫星的观测信息(包括：观测卫星总数、每颗卫星的PRN号、每颗卫星的测量伪距及伪距测量时间)和终端所在的小区信息(包括：小区标识号、小区覆盖范围及扇区形状)发送给AGPS系统；

步骤2，当AGPS定位算法模块(AGPS系统中的一个模块)收到接收终端的观测数据后，检查GPS卫星观测信息之中的观测卫星总数的值。

步骤3，当AGPS定位算法模块检查结果显示观测卫星总数为1时，则向GPS接收终端要求：：让其跟踪上GPS卫星信号，即使得接收终端本地的伪码脉冲数据流和卫星下播的伪码脉冲数据流严格同步，而后对卫星重新搜索观测N次(N＞＝3)；

步骤4，GPS接收终端每次观测结束后，将获得最新的有关GPS卫星的观测信息(包括：观测卫星总数、每颗卫星的PRN号、每颗卫星的测量伪距及伪距测量时间)和终端所在的小区信息(包括：小区标识号、小区覆盖范围及扇区形状)发送给AGPS系统；

步骤5，AGPS定位算法模块每次收到数据后对重新测量的次数进行统计，判断GPS接收终端是否测量结束；

步骤6，当测量已经完毕时，AGPS定位算法模块开始处理分析N+1次GPS接收终端的测量数据；

在每次得到终端的观测数据后可以获得一个观测方程，观测方程为：

$\stackrel{-}{R_i}=R_i+C*\mathrm{\Δ}{t}_i+C*({\mathrm{\Δt}}_u-\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{si}})---\left(1\right)$

i＝1，2，3，4....；

R_i为观测点U到卫星的真实距离；

C为光速；

Δt_i为第I颗卫星的传播延迟误差和其他误差；

Δt_u为用户钟相对于GPS系统的时间偏差；

Δt_si为第I颗卫星时钟相对于GPS系统的时间偏差；

在计算时，用到固连于地球的右手直角坐标，它是以球心O为原点，x轴指向格林尼治子午线.z轴指向北极.Y轴与x、z轴组成右手直角坐标。设卫星S_i在该坐标系中的位置为(X_si，Y_si，Z_si)，用尸U位于(X，Y，Z)处。则：

$R_i=\sqrt{{(Z_{\mathrm{si}}-X)}^2+{(Y_{\mathrm{si}}-Y)}^2+{(Z_{\mathrm{si}}-Z)}^2}---\left(2\right)$

(1)式可以改写为：

$\stackrel{-}{R_i}=\sqrt{{(Z_{\mathrm{si}}-X)}^2+{(Y_{\mathrm{si}}-Y)}^2+{(Z_{\mathrm{si}}-Z)}^2}+C*\mathrm{\Δ}{t}_i+C*(\mathrm{\Δ}{t}_u-\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{si}})---\left(3\right)$

在接收终端本地的伪码脉冲数据流和卫星下播的伪码脉冲数据流严格同步后进行的测量过程中，(3)式中的C*(Δt_u-Δt_si)不会发生变化；当GPS接收终端测量观测N+1次后，则可以获得N+1组终端的测量数据，由N+1组测量数据可以获得N+1个与(3)类似的方程；接收终端的位置就由这N+1个方程所确定。为了说明位置由N+1方程确定的情况，特绘出了N＝3情况下的图形(见下图2)，图中卫星为同一颗卫星，只是在不同时刻对其信号进行测量；当N＞3时，N值每增加1，图形上只是增加一颗卫星，此时的图形不再另行绘出。

经过步骤6处理后，得到了GPS接收终端所在的确切位置，然后将计算的结果返回给AGPS系统。

采用本发明内容，只需在位置计算部分软件进行较小的改动，即增加一颗卫星定位算法软件，此方案的发明使AGPS的性能更加完善。

综上所述，尽管结合上述实施例对本发明作了简要的说明，然而这仅仅是为了用于说明的目的，上述实施例不被解释为对本发明的范围的限制，在不脱离本发明的精神和附加权利要求所定义的范围的前提下，本领域普通技术人员可以做各种修改和替换。

Claims (4)

1、一种辅助卫星定位系统(AGPS)中对GPS接收终端的定位方法，包括以下步骤：

A、GPS接收终端首先将其基站地址通过移动通讯网络传输到AGPS服务器；

B、AGPS服务器根据所述基站地址对应的GPS接收终端的位置参数信息，传输与该位置相关的GPS辅助信息到该GPS接收终端；

C、GPS接收终端根据所述GPS辅助信息迅速捕获GPS卫星信号；

D、GPS接收终端对捕获的GPS卫星信号进行定位数据测量；

E、GPS接收终端将获得的定位数据测量信号传输给AGPS定位算法模块；

F、AGPS定位算法模块根据来自接收终端的定位测量数据和来自其它定位设备的辅助信息完成对GPS信息的处理，继而估算该GPS接收终端的位置数据信息，并将其传给AGPS服务器；

G、AGPS服务器将该GPS接收终端所在的位置数据信息通过移动通讯网络传输到定位网关或应用平台，从而实现接收终端的定位。

2、如利要求1所述的定位方法，其特征在于，该发明还包括以下步骤：

H、所述AGPS定位算法模块在执行步骤E的过程中，其AGPS定位算法模块的检测器对原始位置数据信号中的卫星数量信号进行检测，交卫星数量信号判别器判别，如果卫星数量信号数为1，则执行步骤D；

并且AGPS服务器的控制模块向GPS接收终端发出命令：让其跟踪上GPS卫星信号，即使得接收终端本地的伪码脉冲数据流和卫星下播的伪码脉冲数据流严格同步，而后重新N次测量定位数据信号的请求信号；重复步骤D到E，每进行一次后，交AGPS控制器中的判别器判别重复次数，判别重复次数为N后，执行完毕进入步骤F；

3、如利要求2所述的定位方法，其特征在于：所述步骤H中重复测量次数N不小于3。

4、如权利要求1或2所述的定位方法，其特征在于：只要采用与GPS工作原理相似的定位系统都可以使用，例如：GLONASS系统、欧洲的伽利略系统和中国北斗系统等。

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