卫星定位方法、卫星定位装置与计算机可读取媒体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通过计算到达角（angleofarrival)以单颗卫星的双频信号定位的 方法与装置。
【背景技术】
[0002] 以美国的全球定位系统（GlobalPositioningSystem,简称GPS)为代表的卫星导 航（satellitenavigation)技术一般而言在接收端需有四颗以上的可见卫星才能准确决 定接收端的位置，然而在城市应用环境中，卫星信号易为楼房屏蔽，难以进行正常的定位流 程。目前常见的解决方式是由移动通信网络（如GSM[GroupeSp6cialMobile]、CDMA2000、 LTE[LongTermEvolution]等）或无线局域网络（wirelesslocalareanetwork)提供预 存的信息辅助定位，但这需要接收端配备这些网络的硬件和通信协议，更需要运营商和设 备供货商的配合，在标准林立的现实下隐含着可观的技术难度和社会成本，有违卫星导航 作为公众服务的初衷。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述问题，本发明旨在提供一种卫星定位方法、一种卫星定位装置与一种计 算机可读取媒体，从而利用卫星既有的双频信号来计算对两个地理方向的到达角，达到单 卫星定位的目的。
[0004] 本发明提供的卫星定位方法包括：在待定位置接收卫星分别以第一频率和第二频 率所广播的第一信号和第二信号；测量第一信号和第二信号沿一地理方向的相位差（phase difference)的频率；依据前述相位差的频率、第一频率和第二频率的差和卫星相对待定 位置沿该地理方向的移动速率，计算第一信号和第二信号对该地理方向的到达角的余弦值 (cosine);以及依据三维空间中卫星在该地理方向上的坐标、卫星与待定位置的距离和前 述到达角的余弦值，计算三维空间中待定位置在该地理方向上的坐标。
[0005] 本发明提供的卫星定位装置包括接收模块、相位差测量模块、到达角计算模块和 定位模块。接收模块用于在待定位置接收卫星分别以第一频率和第二频率所广播的第一信 号和第二信号。相位差测量模块耦接接收模块，用于测量第一信号和第二信号沿一个地理 方向的相位差的频率。到达角计算模块耦接相位差测量模块，用以依据前述相位差的频率、 第一频率和第二频率的差和卫星相对待定位置沿该地理方向的移动速率，计算第一信号和 第二信号对该地理方向的到达角的余弦值。定位模块耦接到达角计算模块，用于依据三维 空间中卫星在该地理方向上的坐标、卫星与待定位置的距离和前述到达角的余弦值，计算 三维空间中待定位置在该地理方向上的坐标。
[0006] 本发明提供的计算机可读取媒体具有用于使某处理器执行多个指令的计算机程 序代码，该些指令包括：依据卫星分别以第一频率和第二频率所广播的第一信号和第二信 号沿一个地理方向的相位差的频率、第一频率和第二频率的差和卫星相对待定位置沿该地 理方向的移动速率，计算第一信号和第二信号对该地理方向的到达角的余弦值；以及依据 三维空间中卫星在该地理方向上的坐标、卫星与待定位置的距离和前述到达角的余弦值， 计算三维空间中待定位置在该地理方向上的坐标。
[0007] 综上所述，本发明提供的卫星定位方法与装置以双频信号的相位差频率、频率差 和卫星的移动速率计算信号的到达角，再以到达角、卫星的坐标和与待定位置的距离计算 待定位置的坐标，其中频率差、卫星的移动速率、坐标和距离可由信号内容求得，而到达角 和待定位置的坐标的计算可以软件或硬件实现。
【附图说明】
[0008] 图1是三维空间中卫星与待定位置的示意图；
[0009] 图2是依据本发明的一个实施例的卫星定位装置的高阶方块图；
[0010] 图3是依据本发明的一个实施例的卫星定位方法的流程图。
[0011] 【附图标记说明】
[0012] 10接收模块
[0013] 1 信号解析模块
[0014] 14相位差测量模块
[0015] 16到达角计算模块
[0016] 18定位模块
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0018] 以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领 域的普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且依据本说明书所发明的内容、权 利要求及图式，任何本领域的普通技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
[0019] 以下的实施例是用于进一步详细说明本发明的各方面，但不以任何方面限制本发 明的范围。
[0020] 请参见图1。图1是三维空间中卫星与待定位置的示意图。如图1所示，卫星 在三维空间中的坐标是（xs，ys，zs)，而待定位置是（xK，yK，zK)，卫星与待定位置的距离
【主权项】
1. 一种卫星定位方法，包括： 在一个待定位置接收第一信号和第二信号，该第一信号是一个卫星以第一频率所广 播，该第二信号是该卫星以第二频率所广播，该第一频率和该第二频率具有频率差； 测量该第一信号和该第二信号沿一个地理方向的相位差频率； 依据该相位差频率、该频率差和该卫星相对该待定位置沿该地理方向的移动速率，计 算该第一信号和该第二信号对该地理方向的到达角余弦值；以及 依据三维空间中该卫星在该地理方向上的坐标、该卫星与该待定位置的距离和该到达 角余弦值，计算三维空间中该待定位置在该地理方向上的坐标。
2. 如权利要求1所述的卫星定位方法，其特征在于，计算该到达角余弦值依据第一表 达式，该第一表达式为：
其中A是该到达角余弦值，F是该相位差频率，Λ f是该频率差，c是光速，V是该移动 速率。
3. 如权利要求1所述的卫星定位方法，其特征在于，计算三维空间中该待定位置在该 地理方向上的坐标是依据第二表达式，该第二表达式为： wE = ws-rA ； 其中wK是三维空间中该待定位置在该地理方向上的坐标，ws是三维空间中该卫星在该 地理方向上的坐标，r是该距离，A是该到达角余弦值。
4. 如权利要求1所述的卫星定位方法，其特征在于，还包括： 依据该第一信号或该第二信号，计算该移动速率、该距离和三维空间中该卫星在该地 理方向上的坐标。
5. 如权利要求4所述的卫星定位方法，其中该距离是伪距。
6. -种卫星定位装置，包括： 接收模块，用于在一个待定位置接收第一信号和第二信号，该第一信号是一个卫星以 第一频率所广播，该第二信号是该卫星以第二频率所广播，该第一频率和该第二频率具有 一频率差； 相位差测量模块，耦接该接收模块，用于测量该第一信号和该第二信号沿一个地理方 向的相位差频率； 到达角计算模块，耦接该相位差测量模块，用于依据该相位差频率、该频率差和该卫星 相对该待定位置沿该地理方向的移动速率，计算该第一信号和该第二信号对该地理方向的 到达角余弦值；以及 定位模块，耦接该到达角计算模块，用于依据三维空间中该卫星在该地理方向上的坐 标、该卫星与该待定位置的距离和该到达角余弦值，计算三维空间中该待定位置在该地理 方向上的坐标。
7. 如权利要求6所述的卫星定位装置，其特征在于，该到达角计算模块计算该到达角 余弦值依据第一表达式，该第一表达式为：
其中A是该到达角余弦值，F是该相位差频率，Λ f是该频率差，c是光速，V是该移动 速率。
8. 如权利要求6所述的卫星定位装置，其特征在于，该定位模块计算三维空间中该待 定位置在该地理方向上的坐标是依据一第二表达式，该第二表达式为： wE = ws-rA ； 其中wK是三维空间中该待定位置在该地理方向上的坐标，ws是三维空间中该卫星在该 地理方向上的坐标，r是该距离，A是该到达角余弦值。
9. 如权利要求6所述的卫星定位装置，其特征在于，还包括： 信号解析模块，耦接该接收模块与该定位模块，用于依据该第一信号或该第二信号，计 算该移动速率、该距离和三维空间中该卫星在该地理方向上的坐标。
10. 如权利要求9所述的卫星定位装置，其特征在于，该距离是伪距。
11. 一种计算机可读取媒体，具有用于使处理器执行多个指令的计算机程序代码，该些 指令包括： 依据第一信号和第二信号沿一个地理方向的相位差频率、频率差和一个卫星相对一个 待定位置沿该地理方向的移动速率，计算该第一信号和该第二信号对该地理方向的到达角 余弦值，该第一信号是该卫星以第一频率所广播，该第二信号是该卫星以第二频率所广播， 该第一频率和该第二频率具有该频率差；以及 依据三维空间中该卫星在该地理方向上的坐标、该卫星与该待定位置的距离和该到达 角余弦值，计算三维空间中该待定位置在该地理方向上的坐标。
12. 如权利要求11所述的计算机可读取媒体，其特征在于，计算该到达角余弦值依据 第一表达式，该第一表达式为：
其中A是该到达角余弦值，F是该相位差频率，Λ f是该频率差，c是光速，V是该移动 速率。
13. 如权利要求11所述的计算机可读取媒体，其特征在于，计算三维空间中该待定位 置在该地理方向上的坐标是依据第二表达式，该第二表达式为： wE = ws-rA ； 其中wK是三维空间中该待定位置在该地理方向上的坐标，ws是三维空间中该卫星在该 地理方向上的坐标，r是该距离，A是该到达角余弦值。
【专利摘要】本发明提供一种卫星定位方法，包括：在待定位置接收来自卫星的第一信号和第二信号，测量两信号沿一地理方向的相位差频率，依据相位差频率、两信号频率差和卫星沿该地理方向的移动速率计算两信号对该地理方向的到达角余弦值，以及依据三维空间中卫星在该地理方向上的坐标、卫星与待定位置的距离和到达角余弦值，计算三维空间中待定位置在该地理方向上的坐标。本发明还提供一种卫星定位装置，包含接收模块、相位差测量模块、到达角计算模块和定位模块。本发明能够利用单颗卫星决定待定位置的坐标。
【IPC分类】G01S19-42
【公开号】CN104765057
【申请号】CN201410065375
【发明人】祝钧毅, 郭峰昌, 高增英, 王和盛, 陈静芬
【申请人】财团法人工业技术研究院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年2月26日
【公告号】US20150192678