一種基於時序偽距差分推算移動目標位置的方法及裝置製造方法
2023-04-22 17:37:36
一種基於時序偽距差分推算移動目標位置的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於時序偽距差分推算移動待測載體目標位置的方法及裝置，該方法及裝置通過求相鄰時元間兩偽距間的差值，推算求得在相鄰時元間行進時用戶的行進步距，利用步距和行進方向角實現從已知點位置推算出行人、運動載體等用戶在行進時坐標位置的變化和行進軌跡。由於兩相鄰時元間兩偽距的相關性好，求相鄰時元間兩偽距間的差值時，能消去信號生成、傳輸和接收時產生的等長時延偏差值；同時還可以採用相間隔時元間兩偽距間的差值去消除位置推算時產生的累積誤差，從而使這一方法具有較高的導航定位精度。該方法及裝置突破了衛星導航需要四星定位的局限性，提出了欠星定位原理及算法，彌補了航位推算存在累積誤差影響精度的致命缺陷。
【專利說明】一種基於時序偽距差分推算移動目標位置的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及導航定位領域，是一種利用無線電測距信號測量傳輸距離，實現室內外無縫導航定位的一種新方法和新的測量裝置，它廣泛適用於導航定位領域，特別適用於行進中的人、車輛、船舶和其它載體的定位導航領域。
【背景技術】
[0002]人類很早就利用天上星星的位置指引方向，並通過計量步距來計算距離，從而走向目的地。後來，因為航海的需求，歐洲人發明了船舶行進中的航位外推算法，即利用陀螺和加速度計指引方向和計程，開展船舶的位置外推，並大量應用於艦船和飛行器導航。
[0003]GPS衛星導航系統的成功研發和廣泛應用開創了導航的新紀元。現在，GLONSS、！鬥和Galileo等衛星導航系統又相繼開展建設和應用。至今，衛星導航已廣泛應用於交通、測量、電力、通信、科研以及安全、軍事等眾多領域，也走進了人們的日常生活之中。
[0004]GPS、北鬥等GNSS衛星導航系統利用衛星的軌道位置和星載原子鐘作為導航定位的位置和時頻測量基準，利用測量信號從衛星至用戶終端之間傳輸時的時間間隔來獲得偽距，通過多段偽距交會，得到用戶終端所在位置值的解。由於信號從產生、傳輸至終端接收等環節中會產生多種時延誤差而影響定位精度，因此，在衛星導航系統中，構造了一系列消除誤差的模型與方法。其中，最有效的方法是差分方法，包括位置差分和偽距差分兩大類。它利用設置在已知位置點的基準站或參考站的基準接收機，經過偽距和位置測量後分離出誤差量，當把這些誤差量傳送給其他用戶終端，則其他用戶終端可以利用這些誤差量修正自身的測量值，從而獲得精確的偽距值和位置座標值。根據上述差分測量原理，演繹出許多差分的應用。近幾年來，人們開始更多地利用地面移動通信、地面傳感網實現定位導航。但由於地面網信號傳輸的條件容易發生變化，建築物的遮擋嚴重，特別是當信號在室內傳輸時，有反射、繞射等多種散射現象發生，情況就更加複雜。所以，如何消除視距誤差(LOS)及非視距誤差(NLOS)的影響變得更為迫切與重要。當然，也可以採用設置傳統差分點的方法，但由於信號在室內傳輸時，信號傳輸的情況特別複雜，信號容易被衰減、被阻擋、被反射，產生多徑現象，這時差分的效果會變差。且由於信號在室內傳輸時覆蓋範圍受限，差分點的設置數量會驟增，所以資金的投入及實施的難度都比較大。
[0005]當有了 GPS等衛星導航系統以後，人們開始利用GPS等衛星導航接收終端、微慣性組件、裡程計數器，並利用電子地圖匹配算法，實現艦船、車輛和飛行器的位置外推應用。但是當要解決人在室內外行進中定位導航，特別當要解決人在室內行進中定位導航時，遇到的困難增大。首先是要解決步距的計量問題，一種解決辦法是採用計步器，但計步器體積偏大、重量偏重，且步距計算精度也較差；另一種解決辦法是採用加速度計測量得到加速度，由加速度積分得到速度，再計量出步距。這樣不但要增加器件，而且在低速行進時，測量精度差，誤差也較大。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是，克服現有導航技術的缺陷，針對人在室內及室內外無縫導航應用時所面臨的上述難題，提出了一種新的行進中利用微陀螺組件、衛星導航信號及其他無線電信號實現行進中位置外推的新方法。該方法不但適用於人在室內外行進時實現定位導航，而且也同樣適用於在船舶、車輛及其他載體在定位導航時使用。
[0007]為了實現上述發明目的，本發明解決問題的技術方案是:提供一種基於時序偽距差分推算移動目標位置的方法，所述時序偽距差分是指利用一顆衛星，或一個基站，或一個傳感器在相鄰時刻的偽距測量值的差值；其特徵在於，所述推算方法包括如下步驟:
[0008]S1:對室外載體對被測量目標的時序偽距差分推算方法；
[0009](I)若測量源S為固定的一顆靜止同步衛星，或一個固定基站，或一個固定位置的傳感器時，被測載體目標上的接收機在i時刻測得測量源發射的測量信號到達被測載體目標位於Ui點的時間，在i+Ι時刻測得測量源目標發射的測量信號到達被測載體目標位於ui+1點的時間，由測得測量源發射的測量信號到達被測載體目標的兩個位置點i，i+ι的時間差，乘以電磁波傳播速度便可以換算得到測量源S到達被測載體的兩個距離01和Pi+1，將測量源S信號到達被測載體目標的兩個距離P i和P i+1求差，並把這兩個被測目標距離的差值設定為偽距差Λ P Μ+1,同時將被測載體目標由Ui點移動至Ui+1點移動的距離設定為ASi，i+1，由於被測載體目標移動的偽距差Λ P卩+1距離相對測量源S到達被測載體的距離來說要小得多，很小，可將被測載體目標的位置變化量計作Λ\?+1 = Λ pi i+1/C0SYi,式中Y i為被測載體目標Ui點位置上觀察測量源S到達被測目標Ui點的方位角，該方位角由被測載體目標或測量源S中的慣性組件提供；
[0010](2)若測量源S為移動衛星，或一個移動基站，或一個移動傳感器時，仍可將被測載體目標的位置變化量計作ASi;i+1 = Δ P 』u+i/cos Y i,式中Δ P 』i;i+1可等效於Δ P i；i+1 ；
[0011]S2:室外被測載體目標的方位推算方法；
[0012]方位推算採用的計算公式為
【權利要求】
1.一種基於時序偽距差分推算移動目標位置的方法，所述時序偽距差分是指利用載體對一顆衛星，或一個基站，或一個傳感器在相鄰時刻的偽距測量值的差值；其特徵在於，所述推算方法包括如下步驟: S1:對室外被測載體的時序偽距差分推算方法； (1)若測量源S為固定的一顆靜止同步衛星，或一個固定基站，或一個固定位置的傳感器時，被測載體目標上的接收機在i時刻測得測量源發射的測量信號到達被測載體目標位置點Ui的時間，在i+Ι時刻測得測量源發射的測量信號到達被測載體目標位於ui+1點的時間，由測得測量源發射的測量信號到達被測載體目標的兩個位置點i，i+ι的時間差，乘以電磁波傳播速度便可以換算得到測量源S到達被測目標兩個位置點的距離01和Pi+1，將測量源S到達兩個被測載體目標兩個位置點的距離P i和P i+1求差，並把這個被測目標距離的差值設定為偽距差Λ P Μ+1,同時將被測載體目標由Ui點移動至Ui+1點的距離設定為ASm+1,由於被測載體目標移動產生的偽距差Λ P M+1距離相對測量源S到達被測載體目標的距離來說很小，可將被測載體目標的位置變化量計作ASi，i+1 = Δ P u+i/cos Y i,式中Yi為被測載體目標在Ui點位置上觀察測量源S的方位角，該方位角由被測載體目標或測量源S中的慣性組件提供； (2)若測量源S為移動衛星，或一個移動基站，或一個移動傳感器時，仍可將被測載體被測目標的位置變化量計作ASi;i+1 = Δ P 』u+i/cos Y i,式中Δ P %，i+1可等效於Δ P i；i+1 ； 52:室外被測載體目標的方位角推算方法；
方位角推算採用的計算公式為
2.如權利要求1所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置方法，其特徵在於:所述測量源S為GPS、北鬥、GNSS衛星導航系統的導航信號，或為地面移動通信基站，或為地面傳感網的熱點發出的定位信號，或為地面偽衛星發出的定位信號。
3.如權利要求1所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置方法，其特徵在於:所述GPS、北鬥、GNSS衛星導航系統的衛星至少為一顆衛星。
4.如權利要求1所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置方法，其特徵在於:所述測量源S的測距信號包括直射信號，或反射信號，或是經繞射、散射後的非視距信號。
5.如權利要求4所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置方法，其特徵在於:所述測量源S的測距信號為折射信號、反射信號、或是經繞射、散射後的非視距信號時，要對最後的二次輻射源的位置做出判斷，為此在室內定位時，要對室內電子地圖上標出的窗戶、門、孔信號進入的位置信息作出判斷和選擇。
6.一種基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置的裝置，其特徵在於，所述裝置包括通過主板連接在一起的天線、衛星導航變頻模塊和基帶模塊、地面移動通信模塊、微慣性組件、存儲計算模塊、電子地圖模塊、智能導航軟體、顯示屏和鍵盤。
7.如權利要求6所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置的裝置，其特徵在於，所述衛星導航模塊中的變頻模塊由限幅器、LNA、濾波器及變頻模塊組成；所述基帶模塊由A/D晶片、微處理器及存儲器模塊組成。
8.如權利要求6所述的基於時序偽距差分推算移動被測載體目標位置的裝置，其特徵在於，所述微慣性組件包括指北針、微陀螺、加速度計、及垂線計中的任意一種或其任意組合。
9.如權利要求6所述的基於時序偽距差分推算移動被待測載體目標位置的裝置，其特徵在於，所述顯示器維液晶顯示器，所述鍵盤為觸屏式鍵盤。
【文檔編號】G01C21/14GK103968836SQ201410208504
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月16日 優先權日:2014年5月16日
【發明者】施滸立, 劉成 申請人:施滸立