[發明專利]對GPS設備進行定位的系統和方法

有效

• 申請號: 200780019233.4
• 申請日: 2007-05-08
• 公開（公告）號: CN101454687A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: K·蘭塔南
• 申請（專利權）人: 通力起重機雅帝公司
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14;B66C19/00;B66F9/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 王茂華;李 輝

傳統GPS技術，特別是帶有GPS定位設備(5)的傳統GPS技術 的目的是確定GPS天線(3)在三維空間中的位置。這里假定GPS天線 (3)可以處于該空間內的任意位置。新發明提出一種方法，當目的是 從多個先前已知的備擇位置(8)中選擇GPS天線(3)的位置時，其能夠 比以前更好地使用GPS定位和GPS定位設備(5)。這里假定GPS天線 (3)不會處在空間內的任意位置上，而是只處在多個預定位置(8)中的某 個位置的附近。

特別地，本發明的系統可以用在集裝箱港口、集裝箱碼頭、停泊 場、存貨場，或用在以下各種應用中，其中在例如集裝箱停泊箱位 (15)、貨盤存貨貨位或停泊貨位的預定存貨貨位內存儲和處理例如集 裝箱(12)、貨盤、客車或混合貨運的各種類型的普通貨物。

當目的是從多個先前已知的備擇(8)中選擇GPS天線(3)的位置 時，傳統方式采用的方法(圖2A)的工作機制是：在階段A，GPS 接收機(5)確定衛星(1)的位置(2)，測量衛星(1)和GPS天線(3)之間的 測距數據(6)(圖1)。GPS接收機(5)接收到的衛星的數目通常為5...10， 通常，由于硬件限制的緣故，最大數目為12。

以下將在解釋本發明所需的范圍內描述測距數據(6)。正如本領域 的專家當前熟知的那樣，測距數據(6)有兩種類型；依據無線電信號的 傳輸時間測量計算的偽距，以及依據載波相位測量累計計算的累計多 普勒測距。另外，高質量的GPS接收機(5)會采用兩個不同頻率(L1＝ 1575.42MHz和L2＝1227.60MHz)測量兩組測距數據，實際上，測 距數據(6)包括每個時刻的每顆衛星(1)的四條數據。

用于偽距的傳輸時間測量的工作原理是：GPS衛星(1)以規律的 間隔發射無線電報文。在發射報文時，衛星(1)依據它自己的時鐘核 對發射時刻，并將該信息附加到報文中。在收到無線電報文時，GPS 接收機(5)依據它自己的時鐘核對接收時刻。最后，GPS接收機(5)計 算接收時刻和從該報文中讀取的發射時刻之間的差值，由此能夠計 算出所謂表觀(偽)傳輸時間。最終，通過使用光速作為無線電信 號的假定傳播速度，將傳輸時間轉換為(偽)測距。

用于累計多普勒測距的測量原理是：GPS接收機(5)測量GPS信號 載波的相位(L1或L2)。當相位增加一個周期(360度)時，接收機 知道衛星(1)和GPS天線(3)之間的測距已經增加了一個載波波長周期 (L1周期＝19.0cm，L2周期＝24.4cm)。GPS接收機(5)監控累計相 位變化，從而可以準確了解測距變化。

實際上，位置計算通常是通過使用從偽距和多普勒測距獲得的測 距數據的組合實現的。原因在于，偽距為相對高噪聲測量(幾十厘米)， 而多普勒測距的噪聲非常小(毫米)。然而，多普勒測距的最大難題 是，盡管該測距數據從某一時刻到下一時刻的變化是非常精確的，但 是該測量包括一個未知常量—多普勒測距的初值。鑒于此，正如本領 域的熟練技術人員熟知的那樣，通常的做法是組合偽距和多普勒測距， 以便利用有關多普勒測距函數的變化來過濾高噪聲偽距測量(載波相 位平滑)。

隨后，關于任何部分的測距信息使用測距數據(6)，其是按上述方 式導出的，表示指定衛星(1)和GPS天線(3)之間的測距或距離。

以下將在解釋本發明所需的范圍內描述與測距數據(6)有關的系統 誤差因子。偽距測量和多普勒測距測量都包括因GPS接收機(5)的時鐘 的運行誤差引起的數量相等的誤差。另外，該誤差對各個衛星都是相 等的，因為問題是有關接收機(5)引起的誤差。而且，測距測量誤差受 大氣層的影響，因為無線電信號不可能按照絕對光速在大氣層中進行 傳播。眾所周知，對流層中存在的誤差對偽距測量和多普勒測距測量 的影響是相同的。另一方面，電離層中存在的誤差對偽距測量和多普 勒測距測量的影響也是相同的，但方向相反。對于不同衛星而言，大 氣層引起的誤差是不同的，原因在于無線電信號在大氣層中傳播的距 離不同。

此外，在確定衛星(1)的位置信息(2)時存在誤差。實際上，衛星(1) 處于與測量位置(2)不同的位置(2′)。最后，衛星的時鐘也有運行誤差。 然而，就測量而言，衛星的時鐘誤差表現為和衛星的位置誤差完全相 同，所以這兩個誤差通常是聯合處理的。