专利名称：移动信息确定装置、方法以及接收机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种定位技术，具体地涉及一种用于确定当前位置的移动信息确定装置和方法，以及包括该移动信息确定装置的接收机。
背景技术：
传统上全球定位系统(Global Positioning System, GPS)定位通常都需要测量不少于4颗卫星的传输距离，通过最小二乘等方法计算得到当前的接收机位置。然而，当有效测量卫星不足时，则常规GPS定位方法无法完成定位要求；另外，在GPS测量信号存在较大干扰(如多径反射)或卫星的几何分布较差时，常规GPS定位结果的精度会急剧下降。在卫星数不足4颗的情况下，如当前只有3颗卫星的距离测量信息，则常规方法会采用外部输入固定海拔值，在二维空间上计算当前GPS的定位结果，该方法中海拔值没有即时的更新，而且误差比较大。
发明内容
鉴于以上问题，本发明的实施例采用地心辅助信息进行地心辅助(Earth CenterAssistant,ECA)计算，可以比传统的接收机获得更好的定位效果，尤其在信号差的情况下，定位精度更高，且在卫星数目不足的情况下也能够进行定位。根据本发明实施例，提供一种移动信息确定装置，包括地心辅助信息获取模块，用于获取移动信息确定装置当前所在地的地球半径；及移动信息解算模块，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算移动信息确定装置当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。根据本发明另一实施例，提供一种用于确定移动信息的方法，包括地球半径获取步骤，用于获取接收机当前所处地的地球半径；及移动信息解算步骤，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算接收机当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。通过上述根据本发明实施例的移动信息确定装置，可以GPS测量信号存在较大干扰的情况下也能准确地确定移动信息确定装置的位置，在卫星数目不足的情况下也能够进行定位。
图1a示出了根据本发明实施例的移动信息确定装置的一个具体例子的方框图；图1b示出了根据本发明实施例的移动信息确定装置的另一具体例子的方框图；图2示出了初始位置建立和管理模块建立初始位置的步骤的流程图；图3a示出了传统的GPS定位的空间模型；图3b示出了从移动信息确定装置指向卫星的观测矢量；图3c示出了使用本发明实施例的地心辅助定位策略的拓扑结构；图4示出了本发明实施例的移动信息确定装置应用在接收机中的一个具体例子；
图5示出了根据本发明实施例的定位方法的一个具体例子；图6示出了在精度衰减因子(dilution of precision,D0P)偏大的情况下通过本发明实施例的接收机和通过传统接收机进行定位分别获得的定位偏差和DOP值；图7示出了在精度衰减因子偏大的情况下通过本发明实施例的接收机和传统接收机进行测速分别获得的速度偏差；图8示出了在DOP极大的情况下通过本发明实施例的接收机和通过传统接收机进行定位分别获得的定位偏差和DOP值；图9示出了在DOP极大的情况下通过本发明实施例的接收机进行测速获得的速度偏差；以及图10示出了传统方法和根据本发明实施例的方法进行定位的结果的对比图。
具体实施例方式下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。根据本发明实施例，提供一种移动信息确定装置，包括地心辅助信息获取模块，用于获取移动信息确定装置当前所在地的地球半径；及移动信息解算模块，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算移动信息确定装置当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。下面参考附图对该移动信息确定装置进行详细说明。图1a示出了根据本发明实施例的移动信息确定装置100的一个具体例子的方框图。如图1a所示，根据本发明实施例的移动信息确定装置100包括地心辅助信息获取模块110，用于获取移动信息确定装置当前所处地的地球半径；移动信息解算模块120，用于通过上述地球半径和来自卫星的信息解算移动信息确定装置当前所处的位置和/或当前速度。来自卫星的信息是移动信息确定装置100和卫星之间的伪距和/或卫星频率。地心辅助信息获取模块110可以获取地球平均半径。地球平均半径可以通过已知的方法从外界获得，或者直接存储在地心辅助信息获取模块110中，本领域技术人员可以根据实际情况选择获取地球平均半径的方法，本发明在此不赘述。根据本发明另一实施例，地心辅助信息获取模块Iio还可以使用移动信息确定装置100的初始位置信息和对应的海拔信息计算得到移动信息确定装置100所在位置的地球半径。因此，在一个实施例中，移动信息确定装置100还可以包括初始位置建立和管理模块130，如图1b所示，用于创建初始位置和提供海拔信息。该初始位置建立和管理模块130通过图2所示的示例方法200建立初始位置。如图2所示，在步骤S210，初始位置建立和管理模块130获取平均地球半径和来自卫星的信息。接着，在步骤S220，初始位置建立和管理模块130根据平均地球半径和来自卫星的信息获取移动信息确定装置100的第一位置Ptl (稍后会描述如何通过地球半径和来自卫星的信息计算位置)，该第一位置的误差会比较大，约在IOOkm以上。在步骤S230，初始位置建立和管理模块130将该第一位置处的海拔修改为O。应注意本发明不限于值0，可以根据地貌形状设置任何适当的值，或者查找海拔库。接着在步骤S240中，初始位置建立和管理模块130使用该第一位置和修改后的海拔得到更准确的初始地球半径。然后在步骤S250中，采用地心辅助定位方法，通过该更准确的初始地球半径得到移动信息确定装置100的初始位置该初始位置的误差大概在20km左右。虽然图2中未示出，然而本领域技术人员应理解该方法还可以进行N次迭代，以求得更准确的当前位置。各次迭代获得的新位置可以相互之间进行比较，选取最准确的位置。具体的迭代可通过类似地重复执行步骤S240-S250来实现。例如，可以取最后一次迭代获得的结果作为初始位置，也可以以特定的规则、比如通过设定阈值比较各次迭代获得的新位置，选取最准确的位置作为初始位置，细节在此不进行赘述。应理解图2仅示出了得到初始位置的一个示例，还可以采用其他方法来获得初始位置，如通过传统的定位方法获得一个初始位置，或者直接采用移动信息确定装置中已有的历史位置等，本发明在此不受限制。在一个实施例中，移动信息确定装置100还可以包括位置库140，用于存储上述第一位置Po、初始位置和最终计算出的精确位置。在另一实施例中，移动信息确定装置100还可以包括位置更新模块，使用新计算得到的位置更新原位置，如用初始位置替换第一位置Po，用最终计算出的精确位置替代初始位置如上所述，根据本发明实施例的移动信息确定装置100还可以包括海拔库150。本发明中的海拔库包含4种，这4种海拔库的使用优先级从高到低排列如下GPS接收机(移动信息确定装置100设置在GPS接收机中)自主计算得到的海拔信息(非ECA计算)、GPS接收机记录的历史海拔信息、外部海拔测量源(海拔表、气压计、三维地图等)获得的海拔信息以及全球海拔信息库。地心辅助信息获取模块110可以随机选取任一海拔库中的海拔进行地球半径的计算。在另一示例实施例中，移动信息确定装置100还可以包括海拔库选择模块，用于根据如下方式选择上述四个海拔库中的海拔。下面对海拔库选择模块选择上述四种海拔库的方式进行说明。GPS接收机自主计算得到的海拔信息(非ECA计算)从GPS接收机自主计算得到的海拔信息受信号环境的影响，抖动会比较大，对其做滑动平均后，海拔值就会是一个比较接近真实的值。因此，根据本发明实施例，在使用GPS接收机自主计算得到的海拔信息的情况下，使用移动信息确定装置解算得到的海拔值做500s的滑动平均后得到一个较为稳定的海拔A，把该海拔作为地心辅助计算的依据。应理解，为得到稳定海拔进行滑动平均的时间不限于500s，本领域技术人员可以根据海拔稳定性设置成其他的值，本发明在此不受限制。根据本发明实施例，使用GPS接收机自主计算得到的海拔做50s的滑动平均，得到一个更为实时且相对稳定的基准海拔AMf。把该海拔作为海拔库检查的依据，以判断是否使用该海拔库中的海拔。同样地，为得到实时海拔而进行滑动平均的时间不限于50s，本领域技术人员可以根据海拔稳定性设置成其他的值。下面介绍如何判断是否选用该海拔库中的海拔A 若A与Aref相差超过100m，则认为A存在较大误差，不可用，和/或使用ECA参与定位解算后的海拔，若与ECA辅助使用的海拔A相差大于50m，则认为A存在较大误差，不可用。在该海拔库中的海拔A不可用的情况下，放弃使用该海拔A计算得到的移动信息确定装置100的当前位置，且地心辅助信息获取模块110使用其他海拔库中的海拔重新进行计算。GPS接收机记录的历史海拔信息当GPS接收机在这次开机前有过定位，接收机Flash中会存有历史的定位信息(包括历史接收机的位置PhistOTic;al，历史自主计算得到的海拔A，历史定位的时间等)。这里直接使用历史的自主计算得到的海拔A。下面介绍如何判断是否选用该海拔库中的海拔A 若A与Aref相差超过100m，则认为A存在较大误差，不可用；和/或使用ECA参与定位解算后的位置，若与备份的历史接收机位置PhistOTiMl在地表相差大于一个城市范围(40km)，则认为A存在较大误差,不可用；和/或使用ECA参与定位解算后的海拔，若与ECA辅助使用的海拔A相差大于50m，则认为A存在较大误差，不可用。在该海拔库中的海拔A不可用的情况下，放弃使用该海拔A计算得到的移动信息确定装置100的当前位置，且地心辅助信息获取模块110使用其他海拔库中的海拔重新进行计算。外部海拔测暈源当GPS接收机外接了一些海拔测量源，如海拔表、气压计、三维地图等，通过这些设备实时获得当前的海拔值A。下面介绍如何判断是否选用该海拔库中的海拔A :若A与Aref相差超过100m，则认为A存在较大误差，不可用；和/或使用ECA参与定位解算后的海拔，若与A相差大于50m，则认为A存在较大误差，不可用。在该海拔库中的海拔A不可用的情况下，放弃使用该海拔A计算得到的移动信息确定装置100的当前位置，且地心辅助信息获取模块110使用其他海拔库中的海拔重新进行计算。全球海拔信息库GPS接收机海拔库中保存了一份全球的海拔信息库，该信息库包含两个信息地表上具体的某一个位置，以及与其相对应的海拔值。由于该信息量很大，所以建表时的米样间隔较大，误差也较大。本发明假设一个城市范围的海拔值变化较小。用接收机初始位置查找该信息库中在地球表面上与之最近的位置Pi,以及对应的海拔A。下面介绍如何判断是否选用该海拔库中的海拔A :若接收机初始位置与海拔库中查找到的位置Pi在地表相差大于最大城市范围(60km)，则认为没有查找到合适的海拔信息。若A与Aref相差超过100m，则认为A存在较大误差，不可用；和/或使用ECA参与定位解算后的位置，若与海拔库中查找得到的位置Pi在地表相差大于一个城市范围(40km),则认为A存在较大误差,不可用；和/或使用ECA参与定位解算后的海拔，若与A相差大于50m，则认为A存在较大误差，不可用。
在该海拔库中的海拔A不可用的情况下，放弃使用该海拔A计算得到的移动信息确定装置100的当前位置，且地心辅助信息获取模块110使用其他海拔库中的海拔重新进行计算。如图1所示,地心辅助信息获取模块110获取移动信息确定装置100的位置信息和对应的海拔信息，并通过该位置信息和海拔信息来获取移动信息确定装置100所在位置的地球半径。移动信息解算模块120再使用该地球半径和卫星信息来确定移动信息确定装置100当前所在的位置和/或速度。下面阐述地心辅助信息获取模块110通过位置信息和海拔信息获取地球半径的例子首先从初始位置建立和管理模块130中得到移动信息确定装置100的初始位置Pcoarse,从海拔库中得到对应的海拔信息A。通过以下三个公式计算得到该位置对应的地球半径P E°修改WGS(World Geodetic System,世界大地坐标系)坐标下移动信息确定装置100的初始位置的海拔Pcoarse_WGS (Altitude) =A(1-1)Pcoarse ffcs表示移动信息确定装置100的初始位置在WGS坐标下的表示，其中WGS坐标分成经度、纬度和海拔三维。公式(1-1)是把海拔这一维的值替换成从海拔库中获得的海拔值。然后进行坐标转换，得到ECEF (earth-centered earth-fixed,地心地固坐标系)坐标下修改后的移动信息确定装置100的初始位置PCoarse_ECEF — WGSToECEF (Pcoarse WGs) (1_2)WGSToECEFO是GPS系统WGS坐标和ECEF坐标的标准转换公式。从而得到ECA计算需要的球半径
权利要求
1.一种移动信息确定装置，其特征在于，包括地心辅助信息获取模块，用于获取所述移动信息确定装置当前所在地的地球半径；及移动信息解算模块，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算所述移动信息确定装置当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。
2.根据权利要求1所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述地心辅助信息获取模块通过所述移动信息确定装置的初始位置和对应的海拔信息获取所述地球半径。
3.根据权利要求2所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置还包括初始位置建立和管理模块，用于获取所述初始位置，所述初始位置建立和管理模块被配置为根据平均地球半径和来自卫星的信息获取第I位置；通过第N位置和对应的特定的海拔值，获取比平均地球半径更准确的第N地球半径；通过所述第N地球半径和来自卫星的信息获取比第N位置更准确的第N+1位置，从获取的N+1个位置中根据预定规则选择一个位置作为初始位置，N为大于等于I的自然数。
4.根据权利要求3所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述特定的海拔值来自海拔库，或者是根据实际地貌任意设置的值。
5.根据权利要求3或4所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置还包括位置库，用于存储所述第I至第N+1位置、及所述移动信息确定装置当前所处的位置中的一个。
6.根据权利要求5所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置还包括位置更新模块，用于通过所述第N+1位置更新所述第N位置，通过所述移动信息确定装置当前所处的位置更新所述第N+1位置。
7.根据权利要求2或3所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置还包括以下四种类型的海拔库，用于存储海拔信息，具体为用于存储GPS接收机自主计算得到的海拔信息的海拔库，用于存储GPS接收机记录的历史海拔信息的海拔库，用于存储外部海拔测量源获得的海拔信息的海拔库和用于存储全球海拔信息库中的海拔信息的海拔库，且所述移动信息确定装置还包括海拔库选择模块，用于根据以下中的至少一种方式来选择所述海拔信息中的一个，作为计算地球半径时使用的海拔信息的来源将所述海拔库中的海拔与基准海拔比较，如果所述海拔库中的海拔与基准海拔的差值超过第一阈值，则在本次移动信息解算处理中不选择该海拔库中的海拔；将所述海拔库中的海拔与通过所述移动信息确定装置计算得到的第一海拔进行比较， 如果两者差值超过第二阈值，则在本次移动信息解算处理中不选择该海拔库中的海拔；将所述移动信息确定装置当前所处的位置与位置库中的历史位置比较，如果两者差值大于第三阈值，则在本次移动信息解算处理中不选择该海拔库中的海拔；将所述初始位置与位置库中的历史位置比较，如果两者差值大于第四阈值，则在本次移动信息解算处理中不选择该海拔库中的海拔，其中所述海拔库选择模块按如下顺序依次判断是否选择该海拔库=GPS接收机自主计算得到的海拔信息，GPS接收机记录的历史海拔信息，外部海拔测量源获得的海拔信息和全球海拔信息库中的海拔信息。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置用于全球定位导航系统中，且所述移动信息确定装置还包括检查模块，用于通过以下方式中的至少一种来对计算得到的移动信息确定装置当前所处的位置进行有效性判断精度衰减因子的大小；卫星信号的强弱；移动信息确定装置的速度是否符合运动模型。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的移动信息确定装置，其特征在于，所述移动信息确定装置用在全球定位导航系统中，所述移动信息确定装置还包括选择模块，用于根据以下条件中的至少一个来决定是否使用所述移动信息确定装置精度衰减因子的大小；卫星信号的强弱；是否可获得地球半径；卫星数目。
10.一种全球定位导航系统中的接收机，包括根据权利要求1-9中的任一项所述的移动信息确定装置，还包括基带信号处理单元，用于提供所述来自卫星的信息给所述移动信息确定装置。
11.一种用于确定移动信息的方法，其特征在于，包括地球半径获取步骤，用于获取接收机当前所处地的地球半径；及移动信息解算步骤，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算接收机当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。
12.根据权利要求11所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，在所述地球半径获取步骤之前包括初始位置获取步骤，用于获取接收机的初始位置作为计算所述地球半径使用的位置信息。
13.根据权利要求12所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，所述初始位置获取步骤包括根据平均地球半径和来自卫星的信息获取接收机的第一位置；通过第N位置和对应的特定的海拔值，获取比平均地球半径更准确的第N地球半径；及通过所述第N地球半径和来自卫星的信息获取比第N位置更准确的第N+1位置，从获取的N+1个位置中根据预定规则选择一个位置作为初始位置，其中N是大于等于I的自然数。
14.根据权利要求13所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，所述特定的海拔值来自海拔库，或者是根据实际地貌任意设置的值。
15.根据权利要求13所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，还包括更新步骤，通过所述第N+1位置更新所述第N位置，通过接收机当前所处的位置更新所述第N+1位置。
16.根据权利要求12-15中的任一项所述的用于确定移动信息的方法,其特征在于,在地球半径获取步骤之前还包括海拔信息选择步骤，用于从以下四种类型的海拔库选择海拔信息，作为计算所述地球半径时使用的海拔信息的来源用于存储GPS接收机自主计算得到的海拔信息的海拔库，用于存储GPS接收机记录的历史海拔信息的海拔库，用于存储外部海拔测量源获得的海拔信息的海拔库和用于存储全球海拔信息库中的海拔信息的海拔库，所述海拔信息选择步骤，用于根据以下中的至少一种方式来选择所述海拔信息中的一个将所述海拔库中的海拔与基准海拔比较，如果所述海拔库中的海拔与基准海拔的差值超过第一阈值，则在本次选择步骤中不选择该海拔库中的海拔；将所述海拔库中的海拔与通过移动信息解算步骤中计算得到的第一海拔进行比较，如果二者的差值超过第二阈值，则在本次选择步骤中不选择该海拔库中的海拔；将所述接收机当前所处的位置与位置库中的历史位置比较，如果二者的差值大于第三阈值，则在本次选择步骤中不选择该海拔库中的海拔；将所述初始位置与所述位置库中的历史位置比较，如果二者的差值大于第四阈值，则在本次选择步骤中不选择该海拔库中的海拔，其中在所述海拔信息选择步骤中按如下顺序依次判断是否选择该海拔库GPS接收机自主计算得到的海拔信息，GPS接收机记录的历史海拔信息，外部海拔测量源获得的海拔信息和全球海拔信息库中的海拔信息。
17.根据权利要求11-15中的任一项所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，该方法用于全球定位导航系统中，该方法还包括检查步骤，用于通过以下方式中的一种或多种来对计算得到的接收机当前所处的位置进行有效性判断精度衰减因子的大小；卫星信号的强弱；当前行进中的速度是否符合运动模型。
18.根据权利要求11-15中的任一项所述的用于确定移动信息的方法，其特征在于，该方法用于全球定位导航系统中，该方法还包括选择步骤，用于根据以下条件中的一个或多个来决定是否使用该定位方法精度衰减因子的大小；卫星信号的强弱；是否可获得地球半径；卫星数目。
全文摘要
本发明提供一种移动信息确定装置和方法以及包括该移动信息确定装置的接收机。该移动信息确定装置包括地心辅助信息获取模块，用于获取移动信息确定装置当前所在地的地球半径；及移动信息解算模块，用于通过所述地球半径和来自卫星的信息解算移动信息确定装置当前所处的位置，和/或当前行进中的速度。通过该移动信息确定装置，可以获得比传统的接收机更好的定位效果，尤其在信号差的情况下，获得的定位精度更高，且在卫星数目不足的情况下也能够进行定位。
文档编号G01S19/10GK103033822SQ201110306929
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者唐德宇, 何小勇, 邹景华, 苟娟 申请人:迈实电子(上海)有限公司