本发明涉及无线卫星定位领域，具体涉及一种海上邮轮定位系统及其方法。
背景技术：
目前，随着大力发展海洋及海上旅游业务，需要重视推动邮轮运输与陆路运输、航空运输等其他运输方式的协调发展，不断提高港口和船舶的科技含量及创新性。到2020年底，全球邮轮游客有望突破3000万人次，随着需求的增加，各国对邮轮行业的投资也不断增加，以承运能力来衡量的邮轮行业总体供给水平也不断提升。
邮轮的配套设施是一个巨大的综合配套设施，其包括了邮轮集散与交通枢纽中心配套设施与服务、邮轮政务与商务信息平台的配套与服务、邮轮设施及其信息平台等，其庞大的结构框架需要多元化的系统来配合完成。
定位系统作为一个重要的系统，可以为周边的其他系统，以及邮轮配套设施及其工作人员、旅客等多方提供服务。然而，邮轮大都长时间在海上航行，现有技术中的大都采用GPS设备或者惯导装置实现邮轮的定位。然而GPS定位需要在满足一定的视野和天气要求，经常会出现无法搜星或者定位误差大、时间长等问题，同时对于船舱内的室内环境无法实时定位。惯导装置大都需要进行校准，长时间定位则会出现较大的误差。并且，GPS设备或者惯导装置需要实时的不断进行，能耗大，且时间长。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上邮轮定位系统及其方法，其可以实现邮轮和邮轮舱内的实时定位，并且可以实时的进行校准更新，可以提高定位精度，并且可以实现无缝定位，适用性强，能耗低；弥补了惯导装置补偿校准误差大的缺点。
本发明提供了一种海上邮轮定位系统，包括设置于邮轮顶端的GPS装置，以及距离GPS装置的垂直距离为L处设置的校准装置，以及邮轮甲板上和船仓内分别对应设置的所述多个锚点，以及设置于邮轮船尾的第一收发装置和设置于邮轮船头的第二收发装置，惯导装置以及控制处理器，GPS装置包括发射器；
GPS装置，校准装置，多个锚点，惯导装置、第一收发装置和第二收发装置分别与控制处理器连接；其中锚点、第一收发装置和第二收发装置与GPS装置的相对位置信息已知，第一收发装置、第二收发装置和GPS装置在投影平面上位于同一直线上，校准装置的位置未知；
控制处理器通过如下公式计算获得邮轮的航行速度v：
R＝(t-ts)·c；
v＝d/c；
其中，c为光速，ts为发射器同时向第一收发装置和第二收发装置发射信号的时刻，t为第一收发装置或第二收发装置接收到GPS装置发射信号的时刻，b为GPS装置距离第一收发装置或第二收发装置的垂直距离，a为第一收发装置或第二收发装置距离GPS装置的垂直距离。
进一步地，锚点、第一收发装置和第二收发装置与GPS装置的相对位置信息为锚点、第一收发装置和第二收发装置与GPS装置之间的直线距离、垂直距离和高度差。
进一步地，邮轮甲板上和船仓内分别对应设置的多个锚点的数量为4个。
进一步地，锚点分别围绕GPS装置设置且构成矩形，且GPS装置的位置偏离矩形对角线的交点。
本发明还提供了一种定位方法，顺序包括如下步骤：
(1)在邮轮静止的情况下，对定位系统进行初始校准：
(1.1)利用发射器在同一时刻发射信号至第一收发装置和第二收发装置，第一收发装置和第二收发装置分别接收发射信号，并分别记录接收到发射信号的时刻；
(1.2)分别计算相对于第一收发装置和第二收发装置的发射信号时刻和接收信号时刻的时间差，分别获取第一收发装置和第二收发装置与GPS装置的初始测量距离；
(1.3)分别比较第一收发装置、第二收发装置与GPS装置的已知距离和初始测量距离之间的差值：如果差值为零，则进入下一步骤，如果差值不为零，则基于差值调整第一收发装置和第二收发装置相对于GPS装置的位置，使得第一收发装置、第二收发装置与GPS装置的距离与已知距离相同，返回步骤(1.1)；
(2)GPS装置接收来自卫星的卫星数据，通过控制处理器解算后获取自身的坐标G(x，y，z)；
(3)基于GPS装置的坐标G(x，y，z)，利用锚点、第一收发装置和第二收发装置、校准装置与GPS装置的相对位置信息，分别获得锚点、第一收发装置和第二收发装置、校准装置的位置坐标；
(4)获取邮轮的航行速度v：
令GPS装置距离于第一收发装置和第二收发装置的垂直距离为b，第一收发装置和第二收发装置距离GPS装置的垂直距离分别为a1和a2，GPS装置与第一收发装置和第二收发装置的测量距离分别为R1和R2，d1和d2分别为基于第一收发装置和第二收发装置计算得到的位移，计算方式如下：
R1＝(t1-ts)·c，R2＝(t2-ts)·c；
令d＝(d1+d2)/2，则邮轮的航行速度v＝d/c；
(5)利用惯导装置获取邮轮的惯导，将步骤(4)获取的航行速度v与邮轮的运动参数进行比较，如果满足阈值条件，则不对惯导装置进行补偿校正，进入下一步骤；如果不满足，则对惯导装置进行补偿校正，重复步骤(1)-(4)；
(6)基于惯导装置实时获取惯导数据；
(7)当满足GPS定位条件时，利用GPS装置获取的定位信息作为邮轮的位置信息；当不满足GPS定位条件时，利用惯导数据作为辅助定位信息，结合GPS装置获取的历史定位信息进行解算获取邮轮的位置信息。
进一步地，步骤(7)中满足GPS定位条件为可见卫星数量至少为4个。
附图说明
图1为海上邮轮定位系统结构示意图。
图2为海上邮轮定位系统俯视图。
图3为海上邮轮定位系统校准更新原理图。
图4为系统电路结构示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种海上邮轮定位系统，如附图1-4所示，包括设置于邮轮顶端的GPS装置1(记为G点)，还包括距离GPS装置1的垂直距离为L的校准装置4。当满足GPS定位条件时，即可见卫星数量至少为4个时，GPS装置1接收来自卫星的卫星数据，通过控制处理器解算后获取自身的坐标G(x，y，z)。校准装置4的位置未知，但是如图1所示，校准装置4的平面坐标和GPS装置1相同，只是纵坐标具有L的差量，则可以直接利用坐标G(x，y，z)得到校准装置4的坐标G’(x，y，z-L)。
定位系统还包括邮轮甲板上和船仓内分别对应设置的多个锚点5，图2为邮轮甲板上的锚点5设置为4个的情况，当然在合理的情况下，锚点的数量根据实际需要可以设置为多个，例如以网状形式设置的多个。如图2所示，锚点5的数量为4个，分别围绕GPS装置1设置且构成矩形。锚点5与GPS装置1的相对位置信息已知，即锚点5到GPS装置1的距离、垂直距离，高度差等位置信息均已知。其中，GPS装置1的位置偏离矩形对角线的交点。这样，利用多个锚点5，利用TOA，TDOA，RSSI等多种方式，就可以实现邮轮内部的定位系统，并且坐标系和GPS的坐标采用相同的坐标系，不用再进行转化，更加的方便直观。
定位系统还包括设置于邮轮船尾的第一收发装置2和设置于邮轮船头的第二收发装置3，其中第一收发装置2、第二收发装置3和GPS装置1在投影平面上位于同一直线上。第一收发装置2和第二收发装置3相对于GPS装置1的位置信息已知。
GPS装置1包括发射器，发射器在时刻ts同时向第一收发装置2和第二收发装置3发射信号，第一收发装置2和第二收发装置3接收到信号的时刻分别记为t1和t2。结合图3所示，邮轮在静止的情况下，GPS装置1在G点发射信号后，第一收发装置2或第二收发装置3应当在P点接收到，GPS装置1距离第一收发装置2和第二收发装置3的距离分别为r1和r2。
然而由于邮轮在航行的过程中具有一定的航行速度v，则会使得实际接收到信号的位置具有一定的偏差，例如在P’点处。P点和P’则具有一定的位移d，那么通过计算就可以得到邮轮的航行速度v，同时可以根据航行速度，对锚点5的位置坐标进行补偿校准，在GPS信号丢失时，利用此补偿校准的数据进行辅助定位，也可以对惯导设备、校准装置4、第一收发装置2和第二收发装置3等进行补偿校准，实现无缝定位。具体的：
R＝(t-ts)·c；
v＝d/c；
其中，c为光速，b为GPS装置1距离第一收发装置2和第二收发装置3的垂直距离，a为第一收发装置2或第二收发装置3距离GPS装置1的垂直距离。这样，通过计算就可以得到邮轮的航行速度v。
基于第一收发装置2和第二收发装置3的计算过程类似，原理都图3所示的那样。在实际的定位过程中，邮轮在静止的情况下，GPS装置1距离第一收发装置2和第二收发装置3的距离分别为r1和r2，GPS装置1距离于第一收发装置2和第二收发装置3的垂直距离为b，第一收发装置2和第二收发装置3距离GPS装置1的垂直距离分别为a1和a2，GPS装置1与第一收发装置2和第二收发装置3的测量距离分别为R1和R2，d1和d2分别为基于第一收发装置2和第二收发装置3计算得到的位移，那么对于第一收发装置2：
R1＝(t1-ts)·c，R2＝(t2-ts)·c；
正常来说，d1和d2的计算值应该是相同的，但是由于误差的存在，两个数值会有偏差，那么为了更加的客观，消除部分误差，令d＝(d1+d2)/2，则邮轮的航行速度v＝d/c。
这样，通过最终就可以得到邮轮的航行速度，以及邮轮的位置信息，以及利用邮轮的航行速度信息对邮轮进行位置信息的补偿校正，以及在GPS信号不可用时，利用邮轮的航行速度实现的辅助定位，以及对惯导设备的校准，以及和惯导设备配合进行的辅助定位等。
在实际的定位过程中，定位方法顺序包括如下步骤：
(1)在邮轮静止的情况下，对定位系统进行初始校准：
(1.1)利用发射器在同一时刻发射信号至第一收发装置和第二收发装置，第一收发装置和第二收发装置分别接收发射信号，并分别记录接收到发射信号的时刻；
(1.2)分别计算相对于第一收发装置和第二收发装置的发射信号时刻和接收信号时刻的时间差，分别获取第一收发装置和第二收发装置与GPS装置的初始测量距离；
(1.3)分别比较第一收发装置、第二收发装置与GPS装置的已知距离和初始测量距离之间的差值：如果差值为零，则进入下一步骤，如果差值不为零，则基于差值调整第一收发装置和第二收发装置相对于GPS装置的位置，使得第一收发装置、第二收发装置与GPS装置的距离与已知距离相同，返回步骤(1.1)；
(2)GPS装置接收来自卫星的卫星数据，通过控制处理器解算后获取自身的坐标G(x，y，z)；
(3)基于GPS装置的坐标G(x，y，z)，利用锚点、第一收发装置和第二收发装置、校准装置与GPS装置的相对位置信息，分别获得锚点、第一收发装置和第二收发装置、校准装置的位置坐标；
(4)获取邮轮的航行速度v：
令GPS装置距离于第一收发装置和第二收发装置的垂直距离为b，第一收发装置和第二收发装置距离GPS装置的垂直距离分别为a1和a2，GPS装置与第一收发装置和第二收发装置的测量距离分别为R1和R2，d1和d2分别为基于第一收发装置和第二收发装置计算得到的位移，计算方式如下：
R1＝(t1-ts)·c，R2＝(t2-ts)·c；
令d＝(d1+d2)/2，则邮轮的航行速度v＝d/c；
(5)利用惯导装置获取邮轮的惯导，将步骤(4)获取的航行速度v与邮轮的运动参数进行比较，如果满足阈值条件，则不对惯导装置进行补偿校正，进入下一步骤；如果不满足，则对惯导装置进行补偿校正，重复步骤(1)-(4)；
(6)基于惯导装置实时获取惯导数据；
(7)当满足GPS定位条件时，即GPS定位条件为可见卫星数量至少为4个时，利用GPS装置获取的定位信息作为邮轮的位置信息；当不满足GPS定位条件时，利用惯导数据作为辅助定位信息，结合GPS装置获取的历史定位信息进行解算获取邮轮的位置信息。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。