一种海上接收机的导航定位方法与装置与流程

1.本发明涉及海上通信定位技术领域，尤其涉及一种海上接收机的导航定位方法与装置。


背景技术：

2.现有技术中，导航定位技术主要是通过卫星定位和地面公共点共同实现。例如，在陆地上的地面导航技术中，通常通过卫星给接收机发送数据，接收机接收数据后进行位置计算，实现接收机的定位导航。但是，现有技术中接收机位置计算方法延时和信号波动均较大，需要进一步提出改进。
3.综上所述，现有技术中接收机位置计算方法存在延时大，信号波动大的技术问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供如下方案。
5.一方面，本发明提供一种海上接收机的导航定位方法，包括：从卫星中获取卫星数据，根据所述卫星数据架设基准站；从所述基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，所述l-band差分修改数据包括轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ；获取接收机到卫星的伪距，在所述伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距；通过卡尔曼滤波算法对所述修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距；根据所述卫星数据和所述平滑的伪距，计算得到接收机的坐标。
6.一方面，本发明提供一种海上接收机的导航定位的装置，包括：卫星数据获取模块，用于从卫星中获取卫星数据，根据所述卫星数据架设基准站；l-band差分修改数据接收模块，用于从所述基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，所述l-band差分修改数据包括轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ；伪距获取修正模块，用于获取接收机到卫星的伪距，在所述伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距；伪距滤波模块，用于通过卡尔曼滤波算法对所述修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距；坐标定位模块，用于根据所述卫星数据和所述平滑的伪距，计算得到接收机的坐标。
7.一方面，本发明提供一种计算机设备，包括：处理器和存储器，所述存储器存储程序模块，所述程序模块在所述处理器运行，实现上述方法。
8.一方面，本发明提供一种可读存储介质，存储程序模块，所述程序模块在处理器中运行可实现上述方法。
9.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提出的海上接收机的导航定位方法，通过从卫星中获取卫星数据，根据卫星数据架设基准站，通过从基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，l-band差分修改数据包括轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ，通过获取接收机到卫星的伪距，在伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距，再通过卡尔曼滤波算法对修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距，根据卫星数据和平滑的伪距，计算得到接收机的坐标，从而降低延迟，减小信号波动，实现提升海上接收机的导航定位精度的技术效果。
附图说明
10.图1是海上接收机的导航定位方法的一个流程示意图；图2是海上接收机的导航定位装置的一个架构示意图；图3是计算机设备的一个架构示意图。
具体实施方式
11.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
13.应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
14.应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
15.应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
16.应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
17.取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
18.下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
19.实施例一参见图1，本实施例提供一种海上接收机的导航定位方法。
20.需要说明的是，图1所示方法的执行主体可以是软件和/或硬件装置。本技术的执行主体可以包括但不限于以下中的至少一个：用户设备、网络设备等。其中，用户设备可以包括但不限于计算机、智能手机、个人数字助理（personal digital assistant，简称：pda）及上述提及的电子设备等。网络设备可以包括但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算的由大量计算机或网络服务器构成的云，其中，云计算是分布式计算的一种，由一群松散耦合的计算机组成的一个超级虚拟计算机。本实施例对此不做限制。
21.本实施例提供的海上接收机的导航定位方法，包括步骤s101至步骤s105，具体如下：步骤s101、从卫星中获取卫星数据，根据所述卫星数据架设基准站；步骤s102、从所述基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，所述l-band差分修改数据包括轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ；步骤s103、获取接收机到卫星的伪距，在所述伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距；步骤s104、通过卡尔曼滤波算法对所述修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距；步骤s105、根据所述卫星数据和所述平滑的伪距，计算得到接收机的坐标。
22.需要说明的是，步骤s101-步骤s105的执行主体可以是服务器。
23.一方面，对于步骤步骤s101，需要进行如下说明。
24.从卫星中获取卫星数据，可以通过gnss进行获取。gnss是指全球导航卫星系统。示例性地，gnss可以包括：gps、bds、glonss以及galileo等全球导航卫星系统。
25.需要说明的是，从卫星中获取卫星数据，优选包括：同时接收gps的卫星原始数据、bds的卫星原始数据、glonss的卫星原始数据以及galileo的卫星原始数据。
26.需要说明的是，同时接收gps的卫星原始数据、bds的卫星原始数据、glonss的卫星原始数据以及galileo的卫星原始数据，从而可以进行多系统融合伪距差分运算。
27.还需要说明的是，卫星数据，包括但不限于：卫星运行的平均角速度n，归化时间，t时刻卫星的平近点角，t时刻卫星的偏近点角es，真近点角，升交角距，摄动改正项（，，），摄动改正（，，），卫星在轨道面坐标系中的位置（，），卫星在地心坐标系中空间直角坐标（x，y，z）。
28.在进一步示例中，平均角速度n通过如下公式计算：
gm为地球引力常数，在wgs84系中定义为：δn为平均角速度改变量，as为卫星轨道长半轴。
29.在进一步示例中，归化时间，t时刻卫星的平近点角，t时刻卫星的偏近点角es，真近点角，升交角距通过如下公式计算：t
oe
为历元；m0为广播星历中给出的参考时刻t
oe
的平近点角度，es是开普勒椭圆的偏心率，e为轨道离心率，ω0为在本周期内轨道平面下降的纬度， ωs为近地点角度。
30.在进一步示例中，摄动改正项（，，）为：; 均为摄动参数。
31.在进一步示例中，摄动改正（，，）为：;通过摄动改正（，，），计算卫星在轨道面坐标系中的位置（，）和卫星在地心坐标系中空间直角坐标（x，y，z）；卫星在轨道面坐标系中的位置（，）为：
；卫星在地心坐标系中空间直角坐标（x，y，z）为：； 其中，；ω
0 = ωt
oe
ꢀ‑ꢀ
gast；ω(t)=ωt
oe +ω *（t
ꢀ‑ꢀ
toe）；t
oe 为参考时刻的值， gast为这个星期开始时刻的格林尼治的真恒星时，ω为角速度，ω
0 为ωt
oe 和 gast的差数，为ω和gast的差数。
32.还需要说明的是，通过卫星在地心坐标系中空间直角坐标（x，y，z），可以架设基准站。
33.一方面，对于步骤s102和步骤s103，需要作如下说明。
34.在步骤s102中，从所述基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，可以用来对接收机到卫星的伪距进行修改，得到修正修正伪距，从而提升定位精度。
35.其中，l-band差分修改数据包括但不限于轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ；在步骤s103中，获取接收机到卫星的伪距，可以通过如下方式实现。
36.计算包含某一个定位时间点的某一时间范围内每一毫秒卫星与接收器之间的伪距，以得到多个原始伪距；所述某一时间范围包括一起始时间点至一终止时间点；所述定位时间点、所述起始时间点和所述终止时间点彼此相异；使用卡尔曼滤波算法对一段时间内多个原始伪距进行滤波运算，获取稳定输出的伪距；设第k次收到的伪距的数值向量为rn，使得：a为状态转移矩阵，rn(k|k-1)是第k次获取的伪距，r
n (k-1|k-1)为第k-1次测量的伪距；b为伪距速度变化矩阵，u(k)为现在状态的控制量；利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统；假设现在的系统状态是k，根据系统的模型，基于系统的上一状态而预测现在状态：p(k|k-1)是rn(k|k-1)对应的协方差矩阵，p(k-1|k-1)是r
n (k-1|k-1)对应的协方差矩阵，表示a的转置矩阵，q是系统过程的协方差矩阵；收集现在状态的测量值，结合预测值和测量值，得到现在状态k的最优化估算值r
n (k|k)：；h是测量系统的参数，其中kg为卡尔曼增益：
；r是系统测量的协方差矩阵；更新k状态下rn(k|k)的协方差矩阵：；e为单位矩阵；当系统进入k+1状态时，p(k|k)就赋值给p(k-1|k-1)。
37.需要说明的是，在伪距计算中，可以设接收机到卫星的伪距为r，通过伪距观测量ρ，接收机到卫星的伪距r，接收机钟差τ构建计算模型，计算模型满足如下公式：； xs,ys,zs为计算卫星坐标，xp、yp、zp为观测站坐标。
38.还需要说明的是，接收机测量的是伪距，其中包括3个坐标分量未知数和1个钟差未知数。为了实时求解这4个未知数，以实现绝对定位，必须至少同时观测和得到4颗卫星的伪距观测值。
39.还需要说明的是，设第k次收到的伪距的数值向量为x。这里x同时有4颗卫星的伪距信息，因此是一个4维度的向量，则有： 。
40.上述公式中，要利用系统的过程模型，来预测下一状态的系统。假设现在的系统状态是k，根据系统的模型，可以基于系统的上一状态而预测出现在状态：。
41.现在有了现在状态的预测结果，然后我们再收集现在状态的测量值。结合预测值和测量值，可以得到现在状态(k)的最优化估算值rn(k|k)：。
42.到现在为止，已经得到了k状态下最优的估算值rn(k|k)，但是为了要卡尔曼滤波器不断的运行下去直到系统过程结束，还要更新k状态下r
n (k|k)的协方差矩阵：。
43.当系统进入k+1状态时，p(k|k)就赋值给p(k-1|k-1)。这样，算法就可以自回归的运算下去，即形成一个永远进行的循环，不断给出稳定的伪距的数据输出。
44.还需要说明的是，在伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距，可以以较少的接收时间提高定位精度。
45.一方面，对于步骤s104和步骤s105，需要作如下说明。
46.在步骤s104中，通过卡尔曼滤波算法对所述修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距，从而可以提升定位精度。
47.在步骤s105中，根据所述卫星数据和所述平滑的伪距，计算得到接收机的坐标。
48.需要说明的是，通过各卫星分别所具有的星历数据，得到各该卫星对应定位时间点的位置坐标；以及利用在定位时间点至少四个卫星的位置坐标与至少四个平均伪距，计算在定位时间点接收器的所在位置坐标。
49.在一个改进实施例中，同时获取gps、bds、glonss、galileo的卫星原始数据，并且根据海事卫星发布的l-band差分修改数据进行伪距差分计算，得到第一组定位信息；通过已有接收机定位芯片处理所述卫星原始数据和所述l-band差分修改量，得到第二组定位信息；比较所述第一组定位信息和所述第二组定位信息，选择固定率高、信噪比较高的一组数据作为海上接收机的导航数据来源。
50.实施例二参见图2，在以上实施例基础上，本实施例提供一种海上接收机的导航定位装置，包括：卫星数据获取模块101，用于从卫星中获取卫星数据，根据所述卫星数据架设基准站；l-band差分修改数据接收模块102，用于从所述基准站和海事卫星数据链中接收l-band差分修改数据，所述l-band差分修改数据包括轨道误差d
d ，电离层延迟d ion
，对流层延迟d
trop
，卫星钟残差δ
t ；伪距获取修正模块103，用于获取接收机到卫星的伪距，在所述伪距上加上l-band差分修改数据得到修正伪距；伪距滤波模块104，用于通过卡尔曼滤波算法对所述修正伪距进行滤波运算，得到平滑的伪距；坐标定位模块105，用于根据所述卫星数据和所述平滑的伪距，计算得到接收机的坐标。
51.需要说明的是，本实施例提供的装置可以是对应上述方法模块化的结果，是对应于上述实施例方法的程序模块实现或者电路模块实现。其中，装置解决的技术问题与实现的技术效果与上述方法对应，在此不做累述。
52.实施例三参见图3，本实施例提供一种计算机设备40，包括：处理器41、存储器42和计算机程序。
53.存储器42，用于存储计算机程序，该存储器还可以是闪存（flash）。计算机程序例如是实现上述方法的应用程序、功能模块等。
54.处理器41，用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述方法中设备执行的各个步骤。具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。
55.可选地，存储器42既可以是独立的，也可以跟处理器41集成在一起。
56.当存储器42是独立于处理器41之外的器件时，设备还可以包括：总线43，用于连接存储器42和处理器41。
57.本发明还提供一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时用于实现上述的各种实施方式提供的方法。
58.其中，可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。例如，可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以
是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(application specific integrated circuits，简称：asic)中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。可读存储介质可以是只读存储器（rom）、随机存取存储器（ram）、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
59.本发明还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。
60.在上述设备的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元（英文：central processing unit，简称：cpu），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（英文：digital signal processor，简称：dsp）、专用集成电路（英文：application specific integrated circuit，简称：asic）等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
61.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。