一种定位终端的高精度位置差分定位方法
【专利摘要】本发明公开一种定位终端的高精度位置差分定位方法，包括：定位终端通过导航应用的API接口获取定位终端的初始位置值以及定位所使用的导航卫星编号；参考站接收机根据获取的导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星进行导航定位，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值；将参考站接收机的位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值；根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。本发明保证了参考站接收机和定位终端进行位置差分定位时使用了同一组卫星，是一种低成本、操作简单、高精度的位置差分定位方法。
【专利说明】一种定位终端的高精度位置差分定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及差分导航定位领域，更具体地，涉及一种定位终端的高精度位置差分定位方法。
【背景技术】
[0002]全球导航卫星系统(GNSS)包括GPS、GLONASS、北斗和伽利略系统，为人类导航定位提供了巨大的便利。卫星导航接收机捕获和跟踪导航卫星发出的伪随机码以及导航数据，测量出导航卫星到接收机的无线电波传输时间，再利用导航数据计算卫星的位置和速度，然后计算出智能手机的位置、速度和时间。廉价的接收机通常是以单频多模芯片为主。自主定位的单频接收机的精度受到电离层延时、对流层延时、卫星时钟偏差、卫星时钟频率漂移、卫星星历偏差、多径误差等影响，定位精度在最优情况下只能达到7-10米。2014年，我国已经有几亿智能手机用户，占全球之首。智能手机通常带有卫星导航芯片，在中国的定位精度可以达到10多米。为了提高定位精度，K.Tysen Mueller发明了网络差分GPS系统，西北工业大学、大连海事大学等都提出了位置差分GPS的研宄，中国电波传播研宄所研宄了 GPS位置差分在车辆定位系统应用中的误差分析。如果可以利用差分技术，提高智能手机的定位精度，全世界几十亿智能手机用户将会受益。根据差分GPS参考站发送的信息方式可以将差分GPS定位分为4类，分别是位置差分、伪距差分、相位平滑差分和载波相位差分。
[0003]伪距差分方式是，参考站接收机广播伪距修正量，智能手机处理数据。在不同时间，参考站接收机的可见星数目不同，要发送的伪距及其变化率修正量的数目不同，这样传送一帧修正量的时间也不同。这种差分信号格式复杂，帧长度比较长而且不恒定。随着智能手机到参考站的距离增大，测量误差将随之增大。相位平滑差分方法提高了伪距差分精度，而且计算方法简单，但是该方法要求相位观测值不出现大的周跳，否则其精度可能不如单纯的伪距差分。载波相位差分方式，参考站广播观测载波相位及测站坐标信息，智能手机需要处理大量的数据，对智能手机端设备要求高。此外，目前包含1S系统和安卓系统在内的智能手机导航应用API接口只能给出参与定位所用的卫星编号信息，并无法从API接口获取导航定位的伪距离信息。所以，无法在智能手机上利用伪距差分方法来实现高精度定位。
[0004]位置差分系统则认为参考站接收机的定位误差与智能手机接收机的定位误差相关，它将参考站接收机的定位值与其真实位置值之差作为差分修正值并将之发送出去，以用于对智能手机接收机定位值的直接修正。此方法思路相当简单，易于实现，差分数据格式简单，帧长度短而且恒定，差分改正快。但它存在一个致命的缺点，就是智能手机必须保证观测到的卫星和参考站接收机观测到的卫星一致，如果视界内的卫星比较多时，观测的组合将很多，而且随着智能手机接收机与参考站接收机的距离增大，将很难保证智能手机接收机和参考站接收机观测到同一组卫星。如果智能手机接收机和参考站接收机选用了不完全相同的卫星组合，基于位置的差分方法将会带来较大的定位误差。
【发明内容】
[0005]为了克服位置差分中不能保证参考站接收机和智能手机接收机使用同一套卫星以及智能手机无法使用伪距差分方法的难题，本发明提供一种低成本、操作简单、高精度的定位终端的高精度位置差分定位方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下:
[0007]一种定位终端的高精度位置差分定位方法，所述方法应用于位置差分定位系统，所述系统包括导航卫星、定位终端和参考站接收机，所述定位终端安装有导航应用，所述方法包括以下步骤:
[0008]S1:定位终端通过导航应用的API接口获取定位终端的初始位置值以及定位所使用的导航卫星编号；
[0009]S2:参考站接收机根据步骤S2获取的导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星进行导航定位，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值；
[0010]S3:将参考站接收机的位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值；
[0011]S4:根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
[0012]在一种优选的方案中，所述方法具体包括以下步骤:
[0013](I)智能手机通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号；
[0014](2)智能手机通过移动通信网络将初始位置值和导航卫星编号发送到位置差分服务器；
[0015](3)位置差分服务器接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号；
[0016](4)位置差分服务器通过移动通信网络向参考站接收机发送智能手机定位所使用的导航卫星编号；
[0017](5)参考站接收机接收到位置差分服务器发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机定位所使用的一样的导航卫星进行导航定位；
[0018](6)参考站接收机通过移动通信网络将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器；
[0019](7)位置差分服务器根据参考站接收机的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值；
[0020](8)位置差分服务器存储有智能手机的初始位置值，位置差分服务器根据差分修正值对智能手机的初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值；
[0021](9)位置差分服务器通过移动通信网络将修正后的智能手机的精确位置值发送给智能手机。
[0022]在一种优选的方案中，所述方法具体包括以下步骤:
[0023](I)智能手机通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号；
[0024](2)智能手机通过移动通信网络将导航卫星编号发送到位置差分服务器；
[0025](3)位置差分服务器接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号；
[0026](4)位置差分服务器通过移动通信网络向参考站接收机发送智能手机定位所使用的导航卫星编号；
[0027](5)参考站接收机接收到位置差分服务器发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机定位所使用的一样的导航卫星进行导航定位；
[0028](6)参考站接收机通过移动通信网络将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器；
[0029](7)位置差分服务器通过移动通信网络向智能手机发送参考站接收机的导航定位数据与事先经精密测量得到的参考站真实位置值；
[0030](8)智能手机利用参考站接收机的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值；
[0031](9)智能手机存储有自身的初始位置值，根据差分修正值对其初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值。
[0032]在一种优选的方案中，所述方法还包括:定位终端根据多个参考站接收机得到多个差分修正值，然后对这些差分修正值进行加权平均得到差分修正值的均值，然后根据差分修正值的均值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
[0033]在一种优选的方案中，步骤S3中，所述根据导航数据计算得到参考站接收机的位置值的步骤在定位终端进行。
[0034]在一种优选的方案中，所述定位终端为智能手机。
[0035]在一种优选的方案中，所述智能手机采用的操作系统为1S系统或安卓系统。
[0036]在一种优选的方案中，移动通信网络是指GSM网络、GPRS网络、CDMA网络、3G网络或4G网络。
[0037]与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是:本发明利用定位终端导航应用的API接口读取参与定位终端定位的导航卫星编号，参考站接收机根据导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星获取导航定位数据，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值，将该位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值；最后根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。本发明保证了参考站接收机和定位终端进行位置差分定位时使用了同一组卫星，是一种低成本、操作简单、高精度的位置差分定位方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为实施例1定位终端的高精度位置差分定位方法的流程图。
[0039]图2为实施例2和实施例3的所使用的系统的结构图。
[0040]图3为实施例2定位终端的高精度位置差分定位方法的流程图。
[0041]图4为实施例3定位终端的高精度位置差分定位方法的流程图。
[0042]图5为实施例4利用多参考站提高智能手机位置估计精度的方法示意图。
[0043]1、导航卫星；2、智能手机；3、位置差分服务器；4、参考站接收机；5、移动通信网络。
【具体实施方式】
[0044]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0045]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0046]实施例1
[0047]如图1所示，一种定位终端的高精度位置差分定位方法，所述方法应用于位置差分定位系统，所述系统包括导航卫星、定位终端和参考站接收机，所述定位终端安装有导航应用，所述方法包括以下步骤:
[0048]S1:定位终端通过导航应用的API接口获取定位终端的初始位置值以及定位所使用的导航卫星编号；
[0049]S2:参考站接收机根据步骤S2获取的导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星进行导航定位，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值；
[0050]S3:将参考站接收机的位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值；
[0051]S4:根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
[0052]在具体实施过程中，定位终端根据多个参考站接收机得到多个差分修正值，然后对这些差分修正值进行加权平均得到差分修正值的均值，然后根据差分修正值的均值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
[0053]本发明利用定位终端导航应用的API接口读取参与定位终端定位的导航卫星编号，参考站接收机根据导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星获取导航定位数据，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值，将该位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值，最后根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。本发明保证了参考站接收机和定位终端进行位置差分定位时使用了同一组卫星，是一种低成本、操作简单、高精度的位置差分定位方法。
[0054]实施例2
[0055]如图2-3所示，一种定位终端的高精度位置差分定位方法，所述定位终端采用智能手机2，所述方法应用于位置差分定位系统，所述系统包括导航卫星1、智能手机2、位置差分服务器3和参考站接收机4，所述定位终端安装有导航应用，所述方法包括以下步骤:
[0056](I)智能手机2通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机2定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号；
[0057](2)智能手机通过移动通信网络5将初始位置值和导航卫星编号发送到位置差分服务器3 ;
[0058](3)位置差分服务器3接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号；
[0059](4)位置差分服务器3通过移动通信网络5向参考站接收机4发送智能手机2定位所使用的导航卫星编号；
[0060](5)参考站接收机4接收到位置差分服务器3发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机2定位所使用的一样的导航卫星I进行导航定位；
[0061](6)参考站接收机4通过移动通信网络5将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器3 ;
[0062](7)位置差分服务器3根据参考站接收机4的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值；
[0063](8)位置差分服务器3存储有智能手机的初始位置值，位置差分服务器3根据差分修正值对智能手机2的初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值。
[0064](9)位置差分服务器3通过移动通信网络5将修正后的智能手机2的精确位置值发送给智能手机2。
[0065]在具体实施过程中，所述智能手2机采用的操作系统为1S系统或安卓系统。
[0066]在具体实施过程中，所述移动通信网络5为GSM网络、GPRS网络、CDMA网络、3G网络或4G网络，本实施例的数据传输使用目前已广泛分布的移动通信网络5，保证了智能手机能在移动通信网络覆盖到的地方都能有相应的参考站接收机与之进行通信，而且不需要额外架设通信网络。
[0067]实施例3
[0068]如图4所示，为了降低位置差分服务器的计算负荷，本实施例在实施例2的基础上进行改进，利用智能手机对参考站接收机位置的差分修正值进行计算，然后根据得到的差分修正值对自身的初始位置值进行修正，具体的方法步骤如下:
[0069](I)智能手机通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号；
[0070](2)智能手机通过移动通信网络将导航卫星编号发送到位置差分服务器；
[0071](3)位置差分服务器接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号；
[0072](4)位置差分服务器通过移动通信网络向参考站接收机发送智能手机定位所使用的导航卫星编号；
[0073](5)参考站接收机接收到位置差分服务器发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机定位所使用的一样的导航卫星进行导航定位；
[0074](6)参考站接收机通过移动通信网络将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器；
[0075](7)位置差分服务器通过移动通信网络向智能手机发送参考站接收机的导航定位数据与事先经精密测量得到的参考站真实位置值；
[0076](8)智能手机利用参考站接收机的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值；
[0077](9)智能手机存储有自身的初始位置值，根据差分修正值对其初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值。
[0078]实施例4
[0079]为了扩展本发明位置差分定位方法的服务范围，同时为了摆脱因智能手机与参考站接收机之间的基线长度而造成的对定位精度的影响，降低参考站修正值的随机误差，本实施例在上述实施例的基础上对分别根据多个参考站得到的智能手机的精确位置值进行加权平均，以获得更精确的智能手机位置值，降低修正的统计偏差。
[0080]如图5所示，利用多参考站提高智能手机位置估计精度的方法主要有以下两步:
1、利用来自每个参考站的位置差分修正值单独地确定智能手机的精确位置；2、计算各个精确位置的加权平均，以提供更精确的最终位置值。以3个参考站为例，用平面直角坐标x，y表示位置值。设智能手机的最终位置值为U(xu，yu)，根据附近的3个参考站接收机得到智能手机的精确位置值分别为L1 (X1, Y1)，L2 (x2，y2)，L3 (x3，y3)，对应的权值分别为W1, w2，W3,则智能手机的最终位置值U (xu，yu)根据下列3个方程联立求解:
[0081]Xu= w 1x1+w2x2+w3x3
[0082]yu= w iyi+w2y2+w3y3
[0083]w^ws+wg= I
[0084]其中，每个权值是一个乘积的倒数，这个乘积由智能手机到参考站的距离与该参考站平均估值的标准差形成的，每个权值都需要根据所有权值的总和进行归一化处理。
[0085]附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0086]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种定位终端的高精度位置差分定位方法，所述方法应用于位置差分定位系统，所述系统包括导航卫星、定位终端和参考站接收机，所述定位终端安装有导航应用，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 51:定位终端通过导航应用的API接口获取定位终端的初始位置值以及定位所使用的导航卫星编号； 52:参考站接收机根据步骤S2获取的导航卫星编号选取与定位终端定位相同的导航卫星进行导航定位，根据导航定位数据计算得到参考站接收机的位置值； S3:将参考站接收机的位置值与经过精密测量得到的参考站接收机的真实位置值作差，得到差分修正值； S4:根据差分修正值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
2.根据权利要求1所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: (1)智能手机通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号； (2)智能手机通过移动通信网络将初始位置值和导航卫星编号发送到位置差分服务器; (3)位置差分服务器接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号； (4)位置差分服务器通过移动通信网络向参考站接收机发送智能手机定位所使用的导航卫星编号； (5)参考站接收机接收到位置差分服务器发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机定位所使用的一样的导航卫星进行导航定位； (6)参考站接收机通过移动通信网络将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器； (7)位置差分服务器根据参考站接收机的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值； (8)位置差分服务器存储有智能手机的初始位置值，位置差分服务器根据差分修正值对智能手机的初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值； (9)位置差分服务器通过移动通信网络将修正后的智能手机的精确位置值发送给智能手机。
3.根据权利要求1所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: (1)智能手机通过导航应用进行导航定位，通过导航应用的API接口获取智能手机定位后的初始位置值和定位所使用的导航卫星编号； (2)智能手机通过移动通信网络将导航卫星编号发送到位置差分服务器； (3)位置差分服务器接收并保存智能手机发送过来的导航卫星编号； (4)位置差分服务器通过移动通信网络向参考站接收机发送智能手机定位所使用的导航卫星编号； (5)参考站接收机接收到位置差分服务器发过来的导航卫星编号后，选取与智能手机定位所使用的一样的导航卫星进行导航定位； (6)参考站接收机通过移动通信网络将自身的导航定位数据及事先经过精密测量得到的参考站真实位置值发送给位置差分服务器； (7)位置差分服务器通过移动通信网络向智能手机发送参考站接收机的导航定位数据与事先经精密测量得到的参考站真实位置值； (8)智能手机利用参考站接收机的导航定位数据计算出参考站的位置值，然后将参考站的位置值与事先经精密测量得到的参考站真实位置值作差，得到差分修正值； (9)智能手机存储有自身的初始位置值，根据差分修正值对其初始位置值进行修正，得到智能手机的精确位置值。
4.根据权利要求1所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述方法还包括:定位终端根据多个参考站接收机得到多个差分修正值，然后对这些差分修正值进行加权平均得到差分修正值的均值，然后根据差分修正值的均值对定位终端的初始位置值进行修正，得到定位终端的精确位置值。
5.根据权利要求1所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述定位终端为智能手机。
6.根据权利要求5所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述智能手机采用的操作系统为1S系统或安卓系统。
7.根据权利要求2或3任一项所述的定位终端的高精度位置差分定位方法，其特征在于，所述移动通信网络为GSM网络、GPRS网络、CDMA网络、3G网络或4G网络。
【文档编号】G01S19/42GK104459740SQ201410637845
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】王峰, 陈樱婷, 朱海波, 钱瑞琦, 刘立程, 刘怡俊, 杨永达, 曹鼎 申请人:广东工业大学