[發明專利]衛星實時定位方法與系統尤其是全球定位系統的改進

無效

• 申請號: 98103299.0
• 申請日: 1998-06-17
• 公開（公告）號: CN1210984A
• 公開（公告）日: 1999-03-17
• 發明（設計）人: 雷內·皮埃爾·亨利·古農
• 申請（專利權）人: 達索爾特·塞爾塞導航定位公司
• 主分類號: G01S1/08
• 分類號: G01S1/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 羅亞川

本發明涉及的是從某一點到地球表面的衛星實時定位。

本發明推出的方法和系統適用于需要了解移動臺在地球表面三維位置的各種技術領域，精確度為1厘米。例如：大地測量學，地形測量學，地震測量學，水文地理學，機器人學等。

關于衛星定位技術，尤其是全球定位系統(GPS)的概況，可參考法國專利2715230的導論部分。

我們還要提示一下，全球定位系統用兩個頻率發送，一般稱為L1和L2。

上述法國專利曾推出了一種無線電衛星定位技術，該技術可以使操作員無須在運動學測定之前通過靜態測量進行初始化預置而獲得厘米精確度的結果，即便在丟失衛星信號時，也無須返回最初的定位點。

主要描述的算法與使用單一的頻率L1系統相對應。初始化相位并入一個快速收斂過程---可以是接收器及其接收天線在移動中進行---可以使隨后的運動在大約3至10分鐘后啟動。這3至10分鐘是上述專利中表明的，對應于單一頻率的運行。

本發明對這一原理進行了發展，它以新穎的方式使用系統的兩個頻率，可以減少幾秒鐘的初始化時間，尤其是在實施與上述專利所述的同一類型的收斂算法時，但不僅限于此例。

我們知道全球定位系統的星座衛星發送頻率L1,L2分別是1575.42GHZ和1227.60GHZ，波長分別是19厘米和24.4厘米。

為了便于研究不確定性問題，按傳統的方式我們建議不直接使用以L1和L2頻率進行的相位測量，而使用對應于L3=L1-L2的測量的線性組合(根據英語術語，這一技術稱為寬帶“Wide-Laning”，專業人員都知道)。這個技術提供的特點是不確定性更大(L1不是19厘米，而是86厘米)。但阻止了噪聲的放大，且比率更大(在L1和L2的測量上，1.9厘米假設噪聲0.3厘米)。

本發明建議使用基頻L1和L2的線性組合，它產生更大的不確定性，并通過一種處理抵消線性組合所產生的很高的噪聲。

因此本發明推出了一種在地球表面定位的方法，在該方法中我們在已知的坐標基準站和定位點上移動的移動臺上同時接收到通過衛星星座向地球方向在兩個頻率(L1和L2)上發送的無線電信號，然后進行初始化處理，并通過初始化處理去除來自各個不同觀測衛星的信號相位的不確定性，這樣初始化結束后，進行運動學處理，該運動學處理可在移動臺移動時跟蹤信號相位環行，其特征是：根據對應于比衛星星座發射頻率(L1和L2)波長更長的兩個表觀頻率的相位測量的線性組合，初始化處理進行諸點坐標的確定，且線性地組合源于這兩個頻率的每一個頻率上不確定性的測繪的位置，以便減少其噪聲。

正如我們所理解的那樣，我們在信號上進行不確定性的測繪，其信號的頻率與長的波長相對應，但是這些頻率的噪聲減少了，我們可以進行安全的測定了。

在應用全球定位系統的基本原理中，相位組合優先與頻率L4=4L2-3L1和L4=4L1-5L2相對應。

由這些組合產生的噪聲是相反的符號，比率為1.43，這樣噪聲通過下列線性組合得以抵消：

X=(1.43XL4+XL5)/2.43

Y=(1.43YL4+YL5)/2.43

Z=(1.43ZL4+ZL5)/2.43

其中XL4,YL4,ZL4和XL5,YL5,ZL5是對于該點根據頻率L4和L5上相位測量確定的坐標。

此外，我們通過以下的比較大大改善了最終結果的有效性，這是通過將處理開始的瞬間t0和當前瞬間t1之間的所測量位相的變化與自確認點起這些同樣瞬間之間的所計算的移動臺-----衛星距離的變化進行比較而實現的。與法國專利2715230所述的余數變化的測試相比較，該測試的優越性是進行相位整體測量，而不是僅對其部分進行測量。這樣大大提高了靈敏性和運行的可靠性。

此外，為了充分開發使用L1和L2兩個頻率產生的性能，我們進行了電離層延遲的校正處理。該處理適用于所有的計算相位：初始的和運動學的。我們利用的結果是兩個頻率L1和L2上所觀察到的電離層延遲與頻率的平方成反比。這樣我們通過將下列關系式用于計算的位置來補償該延遲的作用：

X=(1.65XL1-XL2)/0.65

Y=(1.65YL1-YL2)/0.65

Z=(1.65ZL1-ZL2)/0.65

其中XL1,YL1,ZL1和XL2,YL2,ZL2是根據對頻率L1和L2進行相位測量所計算出的坐標。

對余數的計算也使用同樣的原理。

這種計算的新穎性是用于結果，而不是用于測量。