[發(fā)明專利]定位系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410592539.0
• 申請日: 2008-09-26
• 公開（公告）號: CN104316051A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安東尼·科勒;威廉·凱拉
• 申請（專利權(quán)）人: 萊卡地球系統(tǒng)公開股份有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/47
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 李輝;孫海龍

本申請是原案申請?zhí)枮?00880109105.3的發(fā)明專利申請(國際申請?zhí)枺篜CT/AU2008/001438，申請日：2008年9月26日，發(fā)明名稱：定位系統(tǒng)和方法)的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及組合來自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的測量值的定位方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

許多應(yīng)用(例如大地測量儀、車輛等)利用基于全球定位系統(tǒng)(例如GPS、GLONASS或歐洲伽利略系統(tǒng)等)的方法和系統(tǒng)來確定位置。這些全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是以接收衛(wèi)星信號為基礎(chǔ)的。

例如在農(nóng)業(yè)、采礦、運(yùn)輸或鐵路應(yīng)用中的車輛引導(dǎo)或?qū)Ш降囊笈c測量的要求有些許的不同，包括強(qiáng)烈得多地要求能夠連續(xù)提供定位。然而，當(dāng)只有少量的衛(wèi)星“可見”或一顆或多顆衛(wèi)星不運(yùn)轉(zhuǎn)時，提供連續(xù)定位的能力就被降低，其導(dǎo)致位置確定的精度下降。例如，為了能夠獲得精確的位置確定，GPS系統(tǒng)要求至少四顆衛(wèi)星是“可見”的。

本領(lǐng)域公知的是，組合來自GNSS數(shù)據(jù)的定位測量值和來自一個或多個車載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的數(shù)據(jù)，可以提供具有高可靠性、高可用性、高精度以及高集成的改善型位置確定系統(tǒng)和方法。這樣的系統(tǒng)在本領(lǐng)域內(nèi)一般被稱為集成導(dǎo)航系統(tǒng)。

INS通過測量施加給系統(tǒng)的慣性參考系(inertial?reference?frame)的線加速度和角加速度來提供車輛的位置、速度、方位以及角速度。

在許多集成導(dǎo)航系統(tǒng)中，利用Kalman濾波器生成軌跡的估計(jì)值，從而允許對車輛進(jìn)行實(shí)時引導(dǎo)。Kalman濾波器是一種遞歸估計(jì)器，其依賴于來自前一步估計(jì)狀態(tài)和當(dāng)前測量數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)的估計(jì)值以及該估計(jì)的置信度的確切測量。

同樣地，集成導(dǎo)航系統(tǒng)要求對GPS系統(tǒng)中出現(xiàn)在GPS接收機(jī)的輸出上的GNSS數(shù)據(jù)以及從INS獲得的定位數(shù)據(jù)兩者進(jìn)行后處理來提供定位信息。

在本說明書中，術(shù)語“由...組成”、“包含”、“包括”、“包含”或類似術(shù)語的目的是表示不排除的意思，從而使得包括一系列要素的方法、系統(tǒng)或設(shè)備都不是僅僅包括這些要素，而是還可以包括其他未列出的要素。

發(fā)明內(nèi)容

在一種方式中，雖然它不一定是最寬的形式，本發(fā)明在于一種定位方法，包括步驟：

(i)基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的測量計(jì)算慣性定位數(shù)據(jù)；

(ii)基于該慣性定位數(shù)據(jù)生成虛擬衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)；

(iii)組合從全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的構(gòu)成部分的一顆或多顆衛(wèi)星接收的接收衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)和該虛擬衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)；以及

(iv)基于該組合的接收衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)和該虛擬衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)計(jì)算GNSS定位解。

從下面的具體實(shí)施方式中本發(fā)明的更多特征將變得顯而易見。

附圖說明

僅通過示例的方式，下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行更全面地描述，其中：

圖1示出的是利用GNSS進(jìn)行導(dǎo)航的車輛的示意圖；

圖2示出的是圖1所示的車輛的示意圖；

圖3示出的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的定位系統(tǒng)的示意性表達(dá)；

圖4示出的是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的定位方法；以及

圖5示出的是構(gòu)成圖4所示的定位方法的一部分的、轉(zhuǎn)換慣性定位數(shù)據(jù)以及用衛(wèi)星測距數(shù)據(jù)來增強(qiáng)該數(shù)據(jù)的方法。

具體實(shí)施方式

將參照對農(nóng)業(yè)車輛進(jìn)行引導(dǎo)的GPS?GNSS來描述本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以利用用于任何已知引導(dǎo)應(yīng)用的任何已知的GNSS實(shí)施本系統(tǒng)。

本發(fā)明的定位系統(tǒng)和方法將INS定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以輸入到GPS接收機(jī)的處理模塊的數(shù)據(jù)格式，從而使得GPS接收機(jī)可以象處理GPS測距數(shù)據(jù)那樣處理該轉(zhuǎn)換后的INS定位數(shù)據(jù)。通過轉(zhuǎn)換INS數(shù)據(jù)來將該數(shù)據(jù)表示成GPS測距數(shù)據(jù)，GPS處理模塊可以利用通過INS定位數(shù)據(jù)增強(qiáng)的傳統(tǒng)的GPS測距處理技術(shù)無縫地提供定位數(shù)據(jù)。

圖1示出的是利用GNSS導(dǎo)航的車輛10的示意圖，圖2示出的是車輛10的示意圖。在這種實(shí)施方式中，車輛10被用于耕種農(nóng)場上的土地。為了以精確的方式進(jìn)行耕種，利用來自衛(wèi)星20的測距信號導(dǎo)出車輛的實(shí)際位置，或者其點(diǎn)位。