[發明專利]基于三角形接收機陣列的高精度衛星定位裝置及其方法

有效

• 申請號: 201610067166.4
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105549048B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 申研;李淵博
• 申請（專利權）人: 申研;李淵博
• 主分類號: G01S19/40
• 分類號: G01S19/40;G01S19/42
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 王利文

技術領域

本發明屬于衛星導航定位技術領域，尤其是一種不依靠基準站的基于三角形接收機陣列的高精度衛星定位裝置及其方法。

背景技術

衛星定位導航系統主要包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo等，隨著衛星定位技術的快速發展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。當前，高精度實時衛星定位導航的應用范圍越來越廣，要求用戶接收機的定位精度需要達到分米級甚至厘米級。

單點衛星定位接收機技術已經非常成熟。由公知原理可知，衛星定位是利用一組衛星的偽距、星歷、衛星發射時間等觀測量和用戶鐘差來實現的。要獲得地面的三維坐標，必須對至少4顆衛星進行測量。在這一定位過程中，存在3部分誤差：第一部分誤差是由衛星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差等引起的；第二部分是由傳播延遲導致的誤差；第三部分為各用戶接收機固有的誤差，由內部噪聲、通道延遲、多路徑效應等原因造成。由于這些誤差的存在，單點衛星靜態定位的精度很難達到10米以下，因此，不能滿足高精度定位要求。

為了獲得更高的定位精度，目前主要采用差分衛星定位技術來實現。差分衛星定位技術的原理為：首先利用已知精確三維坐標的差分衛星定位地面基準站，求得偽距修正量或位置修正量或載波相位修正量，再將這個修正量實時通過數據鏈發送給用戶接收機(移動站)，對用戶接收機的測量數據進行修正，移去了大部分誤差，從而提高用戶接收機的衛星定位精度。用戶接收機可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。基準站發送的信息方式可將差分定位分為三類，即：位置差分、偽距差分和相位差分。差分衛星定位是在正常的衛星定位外附加(差分)修正信號，此修正信號改善了衛星定位的精度。這三類差分方式的工作原理是相同的，所不同的是，發送修正數的具體內容不一樣，其差分定位精度也不同。為了進一步提高性能和使用方便性，可以將多個基準站通過數據處理中心連接成網絡，構成地面增強系統，向用戶接收機發送修正量。我們發現，現有的這種差分衛星定位技術的原理是必須依靠基準站通過數據鏈路來發送修正量才能顯著提高定位精度。但是，建設和使用基準站、數據鏈路及用戶接收機的成本很高，而且操作繁瑣，另外在應用中遇到的最大問題就是基準站校正數據的有效作用距離與范圍非常有限，這些缺陷阻礙了高精度實時衛星定位導航的大規模應用推廣。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種設計合理、精度高、成本低的基于三角形接收機陣列的高精度衛星定位裝置及其方法。

本發明解決其技術問題是采取以下技術方案實現的：

一種基于三角形接收機陣列的高精度衛星定位裝置，包括三個單點衛星定位接收機構成的三角形接收機陣列，各個單點衛星定位接收機的天線相位中心位于三角形接收機陣列的各頂點上，每個單點衛星定位接收機均包括一個MCU及與MCU相連接的接收機，各個MCU相互之間并聯在一起并共同連接到一個處理器模塊上。

進一步，所述單點衛星定位接收機的天線振子分布在同一平面上，校正三個單點衛星定位接收機天線,使其中兩個接收機坐標觀測值與真實值之間的偏差矢量方向一致；這個偏差矢量方向與第三個單點衛星定位接收機的偏差方向相反，即相差180度。

進一步，所述的三角形接收機陣列為等邊三角形接收機陣列。

一種基于三角形接收機陣列的高精度衛星定位裝置的定位方法，包括以下步驟：

步驟1、各個單點衛星定位接收機將各自的ID及觀測值坐標發給處理器模塊；

步驟2、處理器模塊根據各個單點衛星定位接收機的ID、各個單點衛星定位接收機的觀測值、三角形接收機陣列的物理幾何參數計算出如下一個三角形圖形：三個單點衛星定位接收機的坐標觀測值所圍成的三角形圖形ABC’；

步驟3、在三角形圖形ABC的兩個頂點上分別畫出垂直于上述兩個頂點之間直線的兩條射線，如果第三個單點衛星定位接收機的坐標觀測值C’位于兩條射線之間的區域內，則利用三角形圖形ABC’的坐標計算出三角形ABC’的幾何中心坐標，即三角形ABC’的三條中線的交點的坐標。該坐標為天線陣列幾何中心點的高精度的坐標信息；

步驟4：如果第三個單點衛星定位接收機的坐標觀測值C’位于兩條射線之間的區域外，則利用修正值對定位坐標進行修正，得到天線陣列幾何中心點的高精度的經緯度坐標信息。

進一步，所述修正值是通過修正值函數庫獲得，該修正值函數庫包括對應不同的載噪比、可用衛星數、仰角和夾角、信道實用數量等參數條件下的最佳修正值，上述最佳修正值是通過試驗方式獲得。

進一步，所述修正值的長度小于物理接收機天線陣列的半徑。