TW201024777A - Method for calculating current position coordinate and method for calculating pseudo range - Google Patents

Description

201024777 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 (globalpositioning system ； GPS)，制是-種當前位置絲的計算方法及偽距的計算方法， 應用於GPS接收器。 4 【先前技術】 全球衛星導航系統也稱為全球定位系統（Gps)。全球定位系 φ統已從以前僅限於軍事用途與工業用途，隨著科技的不斷進步了 開始開發其_在各觀生贿上。—絲說，聊的產。主要 是指應用於各種用途的GPS接收器，例如：航空、般海贿的接 收器、汽車導航設備、用於登山、休閒的手持式接收器等類型的 通訊產品。而-般GPS產品的組成部分主要包括了内部的天線、 晶片組’以及外部的按鍵、顯示面板等相關零組件。 哪接收器是利用環繞在地球周圍的衛星進行位置確定。 參 所行有—個座標值來代表其位置 星的位置座標則是由衛⑽星«料提供。 接收_在的位置座標為未知值。Gp =星訊號的時脈她接收器内產生的 == 送過程情需耗__ ^此㈣差（即，訊號在傳 速），就可計算出衛星波傳送速度（―般定為光 此偽距可η向之間的距離’即稱之為偽距。 匕偽距了依—角向量_來列出—個相關的方程式。 母接收到—顆衛星的衛星訊號就可灿—她_方程式。 201024777 因此’在收到三顆衛星的衛星訊號時，即可計算出平面座標值 (即’經緯度）。所计异％•的平面座標值即為Gps接收器所在的位 .置座標。而在接收到四顆衛星的衛星訊號時，除了平面座標值 •(即，經緯度）外’還可计算出咼度值。再者，若利用五顆以上的 衛星的衛星訊號，則可提高所計算得的位置座標的準確度。 -般來說，GPS接收器會自動稍地接收衛星訊號，並且每 -秒鐘會重新計算-次虛擬座標，以即時地計算其所在位置的位 籲置座標。也就是說，GPS接收器每一秒鐘的位置座標都是最新的。 然而’由於魅訊號於傳送過程中受到環境的影響，實際上 GPS接收H所概_魅訊財是存在雜_，導致計算得 的偽距產生誤差，進而影響定位資訊（即，嫩接收器所在位置 的位置座標）的精準度。 於習知技術，主要是利用卡爾曼據波器㈤麵他π)來降 低雜訊的影響’然其所能翻的效果相當有限。 【發明内容】

馨於以上關題’本發明提供―種當前位置座標的計算方法 及偽距輯算方法’藉萌決先前技術之因為魅訊射的雜訊 所造成的定位誤差的問題。 ’應用於一全球定位系統 本發明所揭露的偽距的計算方法 (GPS)接收器。 首先，追蹤至少三個衛星， 星層資料。 並且取得被追蹤的衛星的完整的 計算於-定位時_衛星與哪接收器之關平均偽距，並 201024777 且透過衛星的星曆資料得到於定位時間點衛星的位置座標。 然後，利用於定位時間點至少二 •此些衛星的平均偽距，計管於定位=衛星的位置座標與相關於 •座標。 1於碰_點肥接收器的所在位置 j、母顆衛星與GPS接收11之間的平均偽距可由下列方 法以一顆衛星與哪接收器之間的平均偽距的計算方 ❿ Φ _==歷細，制她，術來自被追 —一姻接收_衛星訊號，於包含定位時間點的時間範圍内， :_㈤）計算-次衛星與GPS接收器之 多個原始偽距。 門Μ传到 後求=r^__GPS_之間的原始偽距加總 平柯销_"_衛絲鹏魏器之間的 —其中，起始時間點與定位時間點之間的時間差可為】秒 定位時間點與終止時_之間的時間差可為1秒以内。 綜上所述’根據本發明之偽距的計算方法應用於Gp :’可提供較為精準的偽距，以大幅提升嫩接收器的定位精; 以上之關於本發明内容之說明及以下之實施方式之說明 =不範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申於 範圍更進一步之解釋。 月 201024777 【實施方式】 「第1圖」係顯錢縣發明-實施例之全球定㈣統（gl〇bal .P〇Siti〇ningsyStem;GPS)接收器。「第2圖」係顯示根據本發明 •一實施例之當前位置座標的計算方法。 參照「第1及2®」，此當前位置絲的計算方法可應用於 全球定位系統（GPS)接收器1〇〇。 GPS接收器100開機後’會一_搜尋執道衛星群2〇〇中的每 φ顆衛星，以追蹤軌道衛星群200中至少三顆衛星212、214、216、 218 (步驟310)，並且接收來自執道衛星群2〇〇中至少三顆衛星 212、214、216、218的衛星訊號’以下載一連串的星曆資料，直 到取得至少二顆衛星212、214、216、218的完整的星歷資料（步 驟320)。 在得到完整的星歷資料後，GPS接收器100即可進行定位資 訊的處理。 _ 就gps接收器1〇〇進行定位時間點（tl)的定位來說，Gps 接收器1〇〇會先計算於定位時間點（tl)至少三顆衛星212、214、 216、218與GPS接收器1〇〇之間的平均偽距。於此，Gp!S接收器 100中已具有欲計算偽距的此些衛星212、214、216、218的完整 的星歷資料（步驟330)。 並且，GPS接收器1〇〇透過接收到的星歷資料，得到於定位 時間點（tl )此些衛星212、214、216、218的位置座標（步驟34〇 )。 以利用三顆衛星定位為例，為方便說明，以下分別稱之為第 一衛星212、第二衛星214和第三衛星216。 201024777 GPS接收器ι00計算於定位時間點⑷，第一衛星加與 GPS接收器1〇〇之間的平均偽距（Rml)、第二衛星2〗4與 接收器100之間的平均偽距（Rm2)、及第三衛星216與删接 收器100之間的平均偽距（Rm3)。並且，Gps接收器利用 第-衛星212、第二衛星214和第三衛星216的星曆資料分別求得 第一衛星212、第二衛星214和第三衛星216於定位時間點（tl) 的位置座標（Sl(Xsl，Ysi)、S2(Xs2, Ys2)、S3(Xs3，Ys3))。 最後，GPS接收器loo利用於定位時間點（饤），第一衛星 212、第二衛星214和第三衛星216的位置座標，以及第一衛星 212、第二衛星214和第三衛星216分別與GPS接收器1〇〇之間的 平均偽距（Rml、Rm2、Rm3)，可計算出於定位時間點（tl) Gps 接收器100的所在位置座標（A(Xu，Yu))(步驟350)。 換言之，為了計算GPS接收器1〇〇的所在位置座標（A(Xu， Yu))可利用下列公式一。

P} =||Sj-A|| + CxATu 公式一 其中’j係為衛星編號，pj係為第j衛星的偽距，Sj係為第j 衛星的位置座標，A係為當前位置座標（即，（jpS接收器i⑻的 所在位置座標），c係為電波傳送速度（一般定為光速），且ATu 係為GPS接收器1〇〇的時鐘與系統時鐘間的時間誤差，如「第3 圖」所示。其中，j係為正整數。 將前述得到的衛星的位置座標（Sl(Xsl, Ysl)、S2(Xs2, Ys2)、 S3(Xs3，Ys3))和平均偽距（Rmi 'Rm2、！^3)代入公式一即可 201024777 得到三個相關方程式。 利用第-衛星犯於定位時間點⑷的位置座標（si(xsi， 制曰)）和第一衛星212與GPS接收器之間的平均偽距（Rml) 可得到公式二。 = V(xsT〇aj")+(ysTTy^) + c χ ΔΤυ 公式二 利用第二衛星214於定位時間點⑷的位置座標（s2(xs2,

Ys2))和第二衛星214與Gps接收器1〇〇之間的平均偽距（㈣） 可得到公式三。 公式三 = V(Xs2〇Cuj+ (Ys2-Yu) + C χ ΔΤιι 利用第三衛星216於定位時間點⑷的位置座標（s3(xs3,

Ys3))和第三衛星216與Gps接收器1〇〇之間的平均偽距咖3 ) 可得到公式四。

Rm3 = V(5S3〇aI)"+ (γ^·； Yu) + c X ATu 、 公式四 其中’衛星的位置座標（S1(Xsl, Ysl)、S2(Xs2, Ys2)、幻_, # Ys3))和平均偽距（RttU、㈣、㈣）係為已知值，而㈣接 收器漏的所在位置座標（A(Xu，和哪接收器鹰的時鐘 與系統時鐘間的時間誤差（ΔΤιι)係為未知值。 因此，利用所得到的三個相關方程式（即，公式二、公式二 和公式四）即可得到GPS接收器勘的平面座標，即所在位置座 標（A(Xu,Yu))。 同理’當GPS接收器100係利用四顆衛星進行定位（即㈣4) 時’即可—馳星的位置座標（Sj(Xsj，Ysj))和相·此四顆衛 201024777 星的平均偽距（_)得_四個_方程式，細_ 關方程式得到GPS接收器KK)的所在位置座標（A(xu，％ 即經度、緯度及高度。 ’； 因此，GPS接收器雇即可於定位時間點⑻將得到的所 在位置座標（A(Xu, Yu,ZU))輪出至使用者介面以提供給使用者， 即於定位時間點⑷顯示出得到的所在位置座 Zu))。 V ? U, ❿ 其中，每-顆衛星纖14/216/218與哪接收器ι〇〇之間的 平均偽距（Rmj )可由下列方法計算。 以計算於定位時間點⑷衛星212舆嫩接收器⑽ 的平均偽距咖υ為例，參照「第4圖」，在得到完整的星歷 :料，，聊接收請仍會持續追雜星212，以接收來自被追 蹤的衛星212的衛星訊號（步驟332)。 然後’ GPS接收器100利用接收到的衛星訊號，於包含定位 參時間點⑻的-a_圍㈤内，每一毫秒㈤計算一次 ^ 212與聊接收器雇之間的偽距（以下稱之為原始傷距 到多個原始_R。（麵334)。於此，時間範圍 時間點《點㈤開始到終止時間點㈤為止，且定位 起始時間點⑻和終止時間點⑻彼此相異。 就疋A讀姐點⑷餘於㈣時間點⑻和終止 點（te)之間。 A :、、起。日守間點（tS)與定位時間點⑻之間的時間差可 …以内A位時間點⑷與終止時間點㈤之間的時間差 11 201024777 可為1秒以内。 额，GPS接收器100將所有取得的衛星212與⑽接收哭 之間的壯teRo減後求得平触，即可得翁 點（tl )衛星212與GPS接收器100之間的平均偽距（如 ^ 驟336)。 換言之’ GPS接收器議除了使用於定位時間點的資料，亦 利用於定鱗間點前和後的資料來計算衛星與卿接收器之間的 •距離，藉以透過平均值的效果降低雜訊的影響，以得到較為精準 的偽距。 將應用習知技術的GPS接收器和應用本發明的Gps接收哭進 行平均纽誤差制試，如下表-。其巾，於朗本發明的邮 接收器中，起始時間點（ts)與定位時間點（tl)之間的時間差為 100ms，且定位時間點（tl)與終止時間點（te)之間的時間差二 別為 10ms、50ms、100ms、200ms、500ms和 Is。 鲁 表一 測試項目 平均定位誤差(公尺厂 習知技術 9.77 10 ms 7^3 ~~ 50 ms 6.32 100 ms 6.14 200 ms 5.94 500 ms 5^9 ~~ Is 5.90 12 201024777

矛了知，相較於習知技術，應用本發明的GPS接收器的 定位精準度大幅提升。 TO 於此，根據本發日_當前位置座標的計算方法及偽距的計算 方法可透過軟體或款體程式内建於GPS接收器的儲存單元中，再 由GPS接收器的處理器執行内建的軟體或物體程式而實現根據本 ，明的纽位置座標的計算方法及偽距的計算方法。其中，儲存 單元可由一個或數個記億體而實現。 1 > GPS ^ > 4tm (radio frequency ^ RF)模、及控制器及輸入/輸出（i啊，po)模組。 u天線與^頻模組電性連接。射頻模組具有振魅。、射頻模組 可利用振蘆器提供一特定頻率甘 、 ^⑽、心m 特定頻率經由天線而無 線連、、、.軌錢鱗巾的魅。魅，騎麵 連结後，射麵組經由天線無線接收來自衛星的衛星訊號線 ❹ 的°咖可咖麵組所接收到 蝻星訊號’猎以從衛星訊號中得到各種定位資訊。 資訊包含有假亂數碼及星曆資料等資料。 疋位 輸入/輸出模組電性連接控 介面和/或各種輸入和/或輪出連接埠。 冰供使用者 器射，此刪可為前述的處理器，亦可梅設置的處理 再者，哪接收器可為-單機裝置， 行動通訊設備、電腦等）整合。 /、具他汉備（例如： 綜上所述，根據本發明之當前 置座標的計算方法及偽距 13 201024777 龍方法應胁OPS触料，定位_ 鼻得較為醉物E，以场·鹏錢器喻靖 =來计 雖然本發明以前述之實施例揭露如上，財並翻^ ，明。在不脫離本發明之精神和範圍内，所為之更動與 屬本發明之專娜護麵。本發酬界定之保魏心來^ 所附之申請專利範圍。 σ 乂" [圖式簡單說明】

第1圖雜示剌本發明—實關之全較位_ (Gi〇bai

Positioning System ; GPS)接收器； 第2圖係為根據本發明一實施例之當前位置座標的計算方法 的流程圖； 第3圖係顯示於應用本發明一實施例之Gps接收器與衛星之 間的相對位置；以及 第4圖係顯示根據本發明一實施例之偽距的計算方法。 【主要元件符號說明】 ΐυυ.............................全球定位系統（GPS)接收器 200.............................軌道衛星群 212.............................衛星 214.............................衛星 216.............................衛星 218.............................衛星 14

Claims (1)

1. 201024777 、申請專利範圍： 一種當前錄棘的計算方法，應全奴㈣、統（GPS) 接收器，包括： 追蹤至少三個衛星； 取得每一該衛星的一星曆資料； 計算於-定鱗_每—該衛星與該Gp -平均偽距，包括： 文器之間的 相異；以及 計算 計算包含該定位時間點的一時間範圍内每一毫秒 (ms)該衛星與該Gps魏器之間的偽距以得到複數個原 始偽距，其中該時間範圍係由一起始時間點至一終止時間 點，且該定辦_、該起始時_和祕止時間點彼此 平均偽距 所得到的該魅悔鱗㈣平均值以得到一 =該衛星分別所具的該星層資料得到各該衛星對應 該疋位時間點的位置座標；以及 =於奴位時間點該至少三個衛星的該位置座標與該 位平均偽距，料於該定位時間點該GPS接收器的所在 位置座標。 求項1所述之當前位置絲的計算方法，其中該起始時間 與該定位時間點之間的時間差係為1秒以内。 1 之㈣權細嫩法，其巾該定位時間 點/、該終止時間點之間的時間差係為1秒以内。 15 201024777 4.- 包括 種偽距的計算方法，瘅用 私. 應用灰一全球定料統（Gps)接收 器 追縱一衛星; 計算包含-定位時間點的—時一 :=r 器一，二= r= 間點至，間點，且該定位時間 ”桃始時間點和該終止時間點彼此相異；以及 計算所_的職_縣脑的平均伽制一平均 .，，.距以供计异該GPS接收器於該定位時間點的定位資訊使用。 .如料項4所述之偽距的計算方法，其中該起始時間點與該定 位時間點之間的時間差係為1秒以内。 如”月求項4所述之偽距的計异方法’其中該定位時間點與該終 止時間點之間的時間差係為1秒以内。 16