专利名称：当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法
技术领域：
本发明涉及一种全球定位系统，特别是一种当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法，应用于GPS接收器。
背景技术：
全球卫星导航系统也称为全球定位系统(global positioning system；GPS)。随着科技的不断进步，全球定位系统已从仅限于军事用途与工业用途，开始应用在各种民生用途上。一般来说，GPS的产品主要是指应用于各种用途的GPS接收器，例如航空、航海用途的接收器、汽车导航设备及用于登山、休闲的手持式接收器等类型的通讯产品。而一般GPS产品的组成部分主要包括内部的天线、芯片组，以及外部的按键、显示面板等相关零组件。
GPS接收器是利用环绕在地球周围的卫星进行位置确定。
每个卫星在运行时，任一时刻都有一个坐标值来代表其位置所在(已知值)。而卫星的位置坐标则由卫星的星历数据提供。
GPS接收器所在的位置坐标为未知值。GPS接收器可经由对比卫星信号的频率与GPS接收器内产生的频率，来计算卫星信号在传送过程中所需耗费的时间。将此时间差(即卫星信号在传送过程中所需耗费的时间)值乘以电波传送速度(一般定为光速)，就可计算出卫星与GPS接收器之间的距离，称之为伪距。此伪距可依三角向量关系来列出一个相关的方程式。
每接收到一颗卫星的卫星信号就可列出一个相关的方程式。因此，在收到三颗卫星的卫星信号时，即可计算出平面坐标值(即经纬度)。所计算得到的平面坐标值即为GPS接收器所在的位置坐标。而在接收到四颗卫星的卫星信号时，除了平面坐标值(即经纬度)外，还可计算出高度值。另外，若利用五颗以上卫星的卫星信号，则可提高所计算得到的位置坐标的准确度。
一般来说，GPS接收器会自动不断地接收卫星信号，并且每一秒钟会重新计算一次虚拟坐标，以实时地计算其所在位置的位置坐标。即GPS接收器每一秒钟的位置坐标都是最新的。
然而，由于卫星信号在传送过程中受到环境的影响，实际上GPS接收器所接收到的卫星信号中是存在噪声的，导致计算的伪距产生误差，进而影响定位信息(即GPS接收器所在位置的位置坐标)的精确度。
现有技术主要是利用卡尔曼滤波器(kalman filter)来降低噪声的影响，但其效果相当有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法，解决先前技术因为卫星信号中的噪声所造成的定位误差的问题。
为了实现上述目的，本发明公开了一种当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法，应用于一全球定位系统(GPS)接收器。
首先，追踪至少三个卫星，并且取得被追踪的卫星的完整的星历数据。
计算在一定位时间点卫星与GPS接收器之间的平均伪距，并且通过卫星的星历数据得到在定位时间点卫星的位置坐标。
然后，利用在定位时间点至少三个卫星的位置坐标与相关于这些卫星的平均伪距，计算在定位时间点GPS接收器的所在位置坐标。
每一颗卫星与GPS接收器之间的平均伪距可由下列方法计算。以下以一颗卫星与GPS接收器之间的平均伪距的计算方法为例进行说明。
在得到完整的星历数据后，持续追踪卫星，以接收来自被追踪卫星的卫星信号。
利用接收到的卫星信号，在包含定位时间点的时间范围内，每一毫秒(ms)计算一次卫星与GPS接收器之间的伪距，以得到多个原始伪距。
然后，将所有取得的卫星与GPS接收器之间的原始伪距加总后求得平均值，即可得到在定位时间点卫星与GPS接收器之间的平均伪距。
其中，起始时间点与定位时间点之间的时间差可为1秒以内。定位时间点与终止时间点之间的时间差可为1秒以内。本发明的技术效果在于根据本发明的当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法应用于GPS接收器时，利用定位时间点前后的数据来计算得到较为精确的当前位置坐标及伪距，可以大幅提升GPS接收器的定位精确度。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为显示应用本发明一实施例的全球定位系统接收器； 图2为根据本发明一实施例的当前位置坐标的计算方法的流程图； 图3为显示应用本发明一实施例的GPS接收器与卫星之间的相对位置； 图4为显示根据本发明一实施例的伪距的计算方法。
其中，附图标记 100全球定位系统接收器 200轨道卫星群 212卫星 214卫星 216卫星 218卫星
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述 图1为显示应用本发明一实施例的全球定位系统(global positioningsystem；GPS)接收器。图2为显示根据本发明一实施例的当前位置坐标的计算方法。
如图1及图2，该当前位置坐标的计算方法可应用于全球定位系统(GPS)接收器100。
GPS接收器100开机后，会一一搜寻轨道卫星群200中的每颗卫星，以追踪轨道卫星群200(212、214、216、218)中至少三颗卫星(步骤310)，并且接收来自轨道卫星群200(212、214、216、218)中至少三颗卫星的卫星信号，以下载一连串的星历资料，直到取得其中至少三颗卫星的完整的星历数据(步骤320)。
在得到完整的星历资料后，GPS接收器100即可进行定位信息的处理。
就GPS接收器100进行定位时间点(t1)的定位来说，GPS接收器100会先计算在定位时间点(t1)卫星212、214、216、218中至少三颗卫星与GPS接收器100之间的平均伪距。在此GPS接收器100中已具有用于计算伪距的这些卫星212、214、216、218中至少三颗卫星的完整的星历数据(步骤330)。
并且，GPS接收器100通过接收到的星历数据，得到在定位时间点(t1)这些卫星212、214、216、218中至少三颗卫星的位置坐标(步骤340)。
以利用三颗卫星定位为例，为方便说明，以下分别称的为第一卫星212、第二卫星214和第三卫星216。
GPS接收器100计算在定位时间点(t1)，第一卫星212与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm1)、第二卫星214与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm2)、及第三卫星216与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm3)。并且，GPS接收器100利用第一卫星212、第二卫星214和第三卫星216的星历数据分别求得第一卫星212、第二卫星214和第三卫星216在定位时间点(t1)的位置坐标(S1(Xs1，Ys1)、S2(Xs2，Ys2)、S3(Xs3，Ys3))。
最后，GPS接收器100利用在定位时间点(t1)，第一卫星212、第二卫星214和第三卫星216的位置坐标，以及第一卫星212、第二卫星214和第三卫星216分别与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm1、Rm2、Rm3)，可计算出在定位时间点(t1)GPS接收器100的所在位置坐标(A(Xu，Yu))(步骤350)。
即为了计算GPS接收器100的所在位置坐标(A(Xu，Yu))可利用下列公式一。
ρj＝||Sj-A||+C×ΔTu公式一 其中，j为卫星编号，ρj为第j卫星的伪距，Sj为第j卫星的位置坐标，A为当前位置坐标(即GPS接收器100的所在位置坐标)，C为电波传送速度(一般定为光速)，且ΔTu为GPS接收器100的时钟与系统时钟间的时间误差，如图3所示。其中，j为正整数。
将前述得到的卫星的位置坐标(S1(Xs1，Ys1)、S2(Xs2，Ys2)、S3(Xs3，Ys3))和平均伪距(Rm1、Rm2、Rm3)代入公式一即可得到三个相关方程式。
利用第一卫星212在定位时间点(t1)的位置坐标(S1(Xs1，Ys1))和第一卫星212与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm1)可得到公式二。
公式二 利用第二卫星214在定位时间点(t1)的位置坐标(S2(Xs2，Ys2))和第二卫星214与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm2)可得到公式三。
公式三 利用第三卫星216在定位时间点(t1)的位置坐标(S3(Xs3，Ys3))和第三卫星216与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm3)可得到公式四。
公式四 其中，卫星的位置坐标(S1(Xs1，Ys1)、S2(Xs2，Ys2)、S3(Xs3，Ys3))和平均伪距(Rm1、Rm2、Rm3)为已知值，而GPS接收器100的所在位置坐标(A(Xu，Yu))和GPS接收器100的时钟与系统时钟间的时间误差(ΔTu)为未知值。
因此，利用所得到的三个相关方程式(即公式二、公式三和公式四)即可得到GPS接收器100的平面坐标，即所在位置坐标(A(Xu，Yu))。
同理，当GPS接收器100利用四颗卫星进行定位(即j＝1-4)时，即可由四颗卫星的位置坐标(Sj(Xsj，Ysj))和这四颗卫星的平均伪距(Rmj)得到四个相关方程式，进而利用此四个相关方程式得到GPS接收器100的所在位置坐标(A(Xu，Yu，Zu))，即经度、纬度及高度。
因此，GPS接收器100即可在定位时间点(t1)将得到的所在位置坐标(A(Xu，Yu，Zu))输出至使用者接口以提供给使用者，即在定位时间点(t1)显示出得到的所在位置坐标(A(Xu，Yu，Zu))。
其中，每一颗卫星212/214/216/218与GPS接收器100之间的平均伪距(Rmj)可由下列方法计算。
以计算在定位时间点(t1)卫星212与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm1)为例如图4，在得到完整的星历数据后，GPS接收器100仍会持续追踪卫星212，以接收来自被追踪的卫星212的卫星信号(步骤332)。
然后，GPS接收器100利用接收到的卫星信号，在包含定位时间点(t1)的一时间范围(Δt)内，每一毫秒(ms)计算一次卫星212与GPS接收器100之间的伪距(以下称为原始伪距Ro)，因而得到多个原始伪距Ro(步骤334)。在此时间范围(Δt)由起始时间点(ts)开始到终止时间点(te)为止，且定位时间点(t1)、起始时间点(ts)和终止时间点(te)彼此相异。即定位时间点(t1)位于起始时间点(ts)和终止时间点(te)之间。
其中，起始时间点(ts)与定位时间点(t1)之间的时间差可为1秒以内。定位时间点(t1)与终止时间点(te)之间的时间差可为1秒以内。
然后，GPS接收器100将所有取得的卫星212与GPS接收器100之间的原始伪距Ro加总后求得平均值，即可得到在定位时间点(t1)卫星212与GPS接收器100之间的平均伪距(Rm1)(步骤336)。
即GPS接收器100除了使用在定位时间点的数据，也利用在定位时间点之前和之后的数据来计算卫星与GPS接收器之间的距离，通过平均值的效果降低噪声的影响，以得到较为精确的伪距。
将应用现有技术的GPS接收器和应用本发明的GPS接收器进行平均定位误差的测试，如下表一。其中，在应用本发明的GPS接收器中，起始时间点(ts)与定位时间点(t1)之间的时间差为100ms，且定位时间点(t1)与终止时间点(te)之间的时间差分别为10ms、50ms、100ms、200ms、500ms和1s。
表一 由表一可知，与现有技术相比，应用本发明的GPS接收器的定位精确度大幅提升。
根据本发明的当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法可通过软件或韧体程序内建于GPS接收器的储存单元中，再由GPS接收器的处理器执行内建的软件或韧体程序而实现根据本发明的当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法。其中，储存单元可由一个或数个内存而实现。
其中，GPS接收器通常包括天线、射频(radio frequency，RF)模块、控制器及输入/输出(input/output，I/O)模块。
天线与射频模块电性连接。射频模块具有振荡器。射频模块可利用振荡器提供一特定频率，并利用此特定频率经由天线而无线连结轨道卫星群中的卫星。并且，在射频模块与卫星形成无线连结后，射频模块经由天线无线接收来自卫星的卫星信号。
控制器电性连接射频模块。控制器可解析射频模块所接收到的卫星信号，由此从卫星信号中得到各种定位信息。其中，定位信息包含有假随机数码及星历数据等数据。
输入/输出模块电性连接控制器。输入/输出模块可提供使用者接口和/或各种输入和/或输出连接接口。
其中，该控制器可为前述的处理器，也可为另外设置的处理器。
另外，GPS接收器可为一单机装置，也可与其它设备(例如行动通讯设备、计算机等)整合。
综上所述，根据本发明的当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法应用于GPS接收器时，利用定位时间点前后的数据来计算得到较为精确的伪距，以大幅提升GPS接收器的定位精确度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种当前位置坐标的计算方法，应用于一全球定位系统接收器，其特征在于，包括
追踪至少三个卫星；
取得每一该卫星的一星历数据；
计算在一定位时间点每一该卫星与该GPS接收器之间的一平均伪距，包括
计算包含该定位时间点的一时间范围内每一毫秒该卫星与该GPS接收器之间的伪距以得到多个原始伪距，其中该时间范围由一起始时间点至一终止时间点，且该定位时间点、该起始时间点和该终止时间点彼此相异；以及
计算所得到的该多个原始伪距的平均值以得到一平均伪距；
通过各该卫星分别所具有的该星历数据得到各该卫星对应该定位时间点的位置坐标；以及
利用在该定位时间点该至少三个卫星的该位置坐标与该至少三个平均伪距，计算在该定位时间点该GPS接收器的所在位置坐标。
2.如权利要求1所述的当前位置坐标的计算方法，其特征在于，所述的起始时间点与该定位时间点之间的时间差为1秒以内。
3.如权利要求1所述的当前位置坐标的计算方法，其特征在于，所述的定位时间点与该终止时间点之间的时间差为1秒以内。
4.一种伪距的计算方法，应用于一全球定位系统接收器，其特征在于，包括
追踪一卫星；
计算包含一定位时间点的一时间范围内每一毫秒该卫星与该GPS接收器之间的伪距以得到多个原始伪距，其中该时间范围由一起始时间点至一终止时间点，且该定位时间点、该起始时间点和该终止时间点彼此相异；以及
计算所得到的该多个原始伪距的平均值以得到一平均伪距以供计算该GPS接收器在该定位时间点的定位信息使用。
5.如权利要求4所述的伪距的计算方法，其特征在于，所述的起始时间点与该定位时间点之间的时间差为1秒以内。
6.如权利要求4所述的伪距的计算方法，其特征在于，所述的定位时间点与该终止时间点之间的时间差为1秒以内。
全文摘要
一种当前位置坐标的计算方法及伪距的计算方法，应用于一GPS接收器。通过计算在定位时间点每一卫星与GPS接收器之间的平均伪距，计算在定位时间点GPS接收器的所在位置坐标。其中，每一颗卫星与GPS接收器之间的平均伪距的计算方式包括下列步骤在包含定位时间点的时间范围内，每一毫秒计算一次卫星与GPS接收器之间的伪距，以得到多个原始伪距；将所有取得的卫星与GPS接收器之间的原始伪距加总后求得平均值，以得到在定位时间点卫星与GPS接收器之间的平均伪距。
文档编号G01S5/14GK101762804SQ200810189428
公开日2010年6月30日 申请日期2008年12月24日 优先权日2008年12月24日
发明者陈宏升 申请人:华晶科技股份有限公司