一种基于时序伪距差分推算移动目标位置的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于时序伪距差分推算移动待测载体目标位置的方法及装置，该方法及装置通过求相邻时元间两伪距间的差值，推算求得在相邻时元间行进时用户的行进步距，利用步距和行进方向角实现从已知点位置推算出行人、运动载体等用户在行进时坐标位置的变化和行进轨迹。由于两相邻时元间两伪距的相关性好，求相邻时元间两伪距间的差值时，能消去信号生成、传输和接收时产生的等长时延偏差值；同时还可以采用相间隔时元间两伪距间的差值去消除位置推算时产生的累积误差，从而使这一方法具有较高的导航定位精度。该方法及装置突破了卫星导航需要四星定位的局限性，提出了欠星定位原理及算法，弥补了航位推算存在累积误差影响精度的致命缺陷。
【专利说明】一种基于时序伪距差分推算移动目标位置的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航定位领域，是一种利用无线电测距信号测量传输距离，实现室内外无缝导航定位的一种新方法和新的测量装置，它广泛适用于导航定位领域，特别适用于行进中的人、车辆、船舶和其它载体的定位导航领域。
【背景技术】
[0002]人类很早就利用天上星星的位置指引方向，并通过计量步距来计算距离，从而走向目的地。后来，因为航海的需求，欧洲人发明了船舶行进中的航位外推算法，即利用陀螺和加速度计指引方向和计程，开展船舶的位置外推，并大量应用于舰船和飞行器导航。
[0003]GPS卫星导航系统的成功研发和广泛应用开创了导航的新纪元。现在，GLONSS、！斗和Galileo等卫星导航系统又相继开展建设和应用。至今，卫星导航已广泛应用于交通、测量、电力、通信、科研以及安全、军事等众多领域，也走进了人们的日常生活之中。
[0004]GPS、北斗等GNSS卫星导航系统利用卫星的轨道位置和星载原子钟作为导航定位的位置和时频测量基准，利用测量信号从卫星至用户终端之间传输时的时间间隔来获得伪距，通过多段伪距交会，得到用户终端所在位置值的解。由于信号从产生、传输至终端接收等环节中会产生多种时延误差而影响定位精度，因此，在卫星导航系统中，构造了一系列消除误差的模型与方法。其中，最有效的方法是差分方法，包括位置差分和伪距差分两大类。它利用设置在已知位置点的基准站或参考站的基准接收机，经过伪距和位置测量后分离出误差量，当把这些误差量传送给其他用户终端，则其他用户终端可以利用这些误差量修正自身的测量值，从而获得精确的伪距值和位置座标值。根据上述差分测量原理，演绎出许多差分的应用。近几年来，人们开始更多地利用地面移动通信、地面传感网实现定位导航。但由于地面网信号传输的条件容易发生变化，建筑物的遮挡严重，特别是当信号在室内传输时，有反射、绕射等多种散射现象发生，情况就更加复杂。所以，如何消除视距误差(LOS)及非视距误差(NLOS)的影响变得更为迫切与重要。当然，也可以采用设置传统差分点的方法，但由于信号在室内传输时，信号传输的情况特别复杂，信号容易被衰减、被阻挡、被反射，产生多径现象，这时差分的效果会变差。且由于信号在室内传输时覆盖范围受限，差分点的设置数量会骤增，所以资金的投入及实施的难度都比较大。
[0005]当有了 GPS等卫星导航系统以后，人们开始利用GPS等卫星导航接收终端、微惯性组件、里程计数器，并利用电子地图匹配算法，实现舰船、车辆和飞行器的位置外推应用。但是当要解决人在室内外行进中定位导航，特别当要解决人在室内行进中定位导航时，遇到的困难增大。首先是要解决步距的计量问题，一种解决办法是采用计步器，但计步器体积偏大、重量偏重，且步距计算精度也较差；另一种解决办法是采用加速度计测量得到加速度，由加速度积分得到速度，再计量出步距。这样不但要增加器件，而且在低速行进时，测量精度差，误差也较大。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，克服现有导航技术的缺陷，针对人在室内及室内外无缝导航应用时所面临的上述难题，提出了一种新的行进中利用微陀螺组件、卫星导航信号及其他无线电信号实现行进中位置外推的新方法。该方法不但适用于人在室内外行进时实现定位导航，而且也同样适用于在船舶、车辆及其他载体在定位导航时使用。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明解决问题的技术方案是:提供一种基于时序伪距差分推算移动目标位置的方法，所述时序伪距差分是指利用一颗卫星，或一个基站，或一个传感器在相邻时刻的伪距测量值的差值；其特征在于，所述推算方法包括如下步骤:
[0008]S1:对室外载体对被测量目标的时序伪距差分推算方法；
[0009](I)若测量源S为固定的一颗静止同步卫星，或一个固定基站，或一个固定位置的传感器时，被测载体目标上的接收机在i时刻测得测量源发射的测量信号到达被测载体目标位于Ui点的时间，在i+Ι时刻测得测量源目标发射的测量信号到达被测载体目标位于ui+1点的时间，由测得测量源发射的测量信号到达被测载体目标的两个位置点i，i+ι的时间差，乘以电磁波传播速度便可以换算得到测量源S到达被测载体的两个距离01和Pi+1，将测量源S信号到达被测载体目标的两个距离P i和P i+1求差，并把这两个被测目标距离的差值设定为伪距差Λ P Μ+1,同时将被测载体目标由Ui点移动至Ui+1点移动的距离设定为ASi，i+1，由于被测载体目标移动的伪距差Λ P卩+1距离相对测量源S到达被测载体的距离来说要小得多，很小，可将被测载体目标的位置变化量计作Λ\?+1 = Λ pi i+1/C0SYi,式中Y i为被测载体目标Ui点位置上观察测量源S到达被测目标Ui点的方位角，该方位角由被测载体目标或测量源S中的惯性组件提供；
[0010](2)若测量源S为移动卫星，或一个移动基站，或一个移动传感器时，仍可将被测载体目标的位置变化量计作ASi;i+1 = Δ P ’u+i/cos Y i,式中Δ P ’i;i+1可等效于Δ P i；i+1 ；
[0011]S2:室外被测载体目标的方位推算方法；
[0012]方位推算采用的计算公式为
【权利要求】
1.一种基于时序伪距差分推算移动目标位置的方法，所述时序伪距差分是指利用载体对一颗卫星，或一个基站，或一个传感器在相邻时刻的伪距测量值的差值；其特征在于，所述推算方法包括如下步骤: S1:对室外被测载体的时序伪距差分推算方法； (1)若测量源S为固定的一颗静止同步卫星，或一个固定基站，或一个固定位置的传感器时，被测载体目标上的接收机在i时刻测得测量源发射的测量信号到达被测载体目标位置点Ui的时间，在i+Ι时刻测得测量源发射的测量信号到达被测载体目标位于ui+1点的时间，由测得测量源发射的测量信号到达被测载体目标的两个位置点i，i+ι的时间差，乘以电磁波传播速度便可以换算得到测量源S到达被测目标两个位置点的距离01和Pi+1，将测量源S到达两个被测载体目标两个位置点的距离P i和P i+1求差，并把这个被测目标距离的差值设定为伪距差Λ P Μ+1,同时将被测载体目标由Ui点移动至Ui+1点的距离设定为ASm+1,由于被测载体目标移动产生的伪距差Λ P M+1距离相对测量源S到达被测载体目标的距离来说很小，可将被测载体目标的位置变化量计作ASi，i+1 = Δ P u+i/cos Y i,式中Yi为被测载体目标在Ui点位置上观察测量源S的方位角，该方位角由被测载体目标或测量源S中的惯性组件提供； (2)若测量源S为移动卫星，或一个移动基站，或一个移动传感器时，仍可将被测载体被测目标的位置变化量计作ASi;i+1 = Δ P ’u+i/cos Y i,式中Δ P %，i+1可等效于Δ P i；i+1 ； 52:室外被测载体目标的方位角推算方法；
方位角推算采用的计算公式为
2.如权利要求1所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置方法，其特征在于:所述测量源S为GPS、北斗、GNSS卫星导航系统的导航信号，或为地面移动通信基站，或为地面传感网的热点发出的定位信号，或为地面伪卫星发出的定位信号。
3.如权利要求1所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置方法，其特征在于:所述GPS、北斗、GNSS卫星导航系统的卫星至少为一颗卫星。
4.如权利要求1所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置方法，其特征在于:所述测量源S的测距信号包括直射信号，或反射信号，或是经绕射、散射后的非视距信号。
5.如权利要求4所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置方法，其特征在于:所述测量源S的测距信号为折射信号、反射信号、或是经绕射、散射后的非视距信号时，要对最后的二次辐射源的位置做出判断，为此在室内定位时，要对室内电子地图上标出的窗户、门、孔信号进入的位置信息作出判断和选择。
6.一种基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置的装置，其特征在于，所述装置包括通过主板连接在一起的天线、卫星导航变频模块和基带模块、地面移动通信模块、微惯性组件、存储计算模块、电子地图模块、智能导航软件、显示屏和键盘。
7.如权利要求6所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置的装置，其特征在于，所述卫星导航模块中的变频模块由限幅器、LNA、滤波器及变频模块组成；所述基带模块由A/D芯片、微处理器及存储器模块组成。
8.如权利要求6所述的基于时序伪距差分推算移动被测载体目标位置的装置，其特征在于，所述微惯性组件包括指北针、微陀螺、加速度计、及垂线计中的任意一种或其任意组合。
9.如权利要求6所述的基于时序伪距差分推算移动被待测载体目标位置的装置，其特征在于，所述显示器维液晶显示器，所述键盘为触屏式键盘。
【文档编号】G01C21/14GK103968836SQ201410208504
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】施浒立, 刘成 申请人:施浒立