一種定位終端的高精度位置差分定位方法
2023-11-06 00:31:52 3
一種定位終端的高精度位置差分定位方法
【專利摘要】本發明公開一種定位終端的高精度位置差分定位方法，包括：定位終端通過導航應用的API接口獲取定位終端的初始位置值以及定位所使用的導航衛星編號；參考站接收機根據獲取的導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星進行導航定位，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值；將參考站接收機的位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值；根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。本發明保證了參考站接收機和定位終端進行位置差分定位時使用了同一組衛星，是一種低成本、操作簡單、高精度的位置差分定位方法。
【專利說明】一種定位終端的高精度位置差分定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及差分導航定位領域，更具體地，涉及一種定位終端的高精度位置差分定位方法。
【背景技術】
[0002]全球導航衛星系統(GNSS)包括GPS、GLONASS、北鬥和伽利略系統，為人類導航定位提供了巨大的便利。衛星導航接收機捕獲和跟蹤導航衛星發出的偽隨機碼以及導航數據，測量出導航衛星到接收機的無線電波傳輸時間，再利用導航數據計算衛星的位置和速度，然後計算出智慧型手機的位置、速度和時間。廉價的接收機通常是以單頻多模晶片為主。自主定位的單頻接收機的精度受到電離層延時、對流層延時、衛星時鐘偏差、衛星時鐘頻率漂移、衛星星曆偏差、多徑誤差等影響，定位精度在最優情況下只能達到7-10米。2014年，我國已經有幾億智慧型手機用戶，佔全球之首。智慧型手機通常帶有衛星導航晶片，在中國的定位精度可以達到10多米。為了提高定位精度，K.Tysen Mueller發明了網絡差分GPS系統，西北工業大學、大連海事大學等都提出了位置差分GPS的研宄，中國電波傳播研宄所研宄了 GPS位置差分在車輛定位系統應用中的誤差分析。如果可以利用差分技術，提高智慧型手機的定位精度，全世界幾十億智慧型手機用戶將會受益。根據差分GPS參考站發送的信息方式可以將差分GPS定位分為4類，分別是位置差分、偽距差分、相位平滑差分和載波相位差分。
[0003]偽距差分方式是，參考站接收機廣播偽距修正量，智慧型手機處理數據。在不同時間，參考站接收機的可見星數目不同，要發送的偽距及其變化率修正量的數目不同，這樣傳送一幀修正量的時間也不同。這種差分信號格式複雜，幀長度比較長而且不恆定。隨著智慧型手機到參考站的距離增大，測量誤差將隨之增大。相位平滑差分方法提高了偽距差分精度，而且計算方法簡單，但是該方法要求相位觀測值不出現大的周跳，否則其精度可能不如單純的偽距差分。載波相位差分方式，參考站廣播觀測載波相位及測站坐標信息，智慧型手機需要處理大量的數據，對智慧型手機端設備要求高。此外，目前包含1S系統和安卓系統在內的智慧型手機導航應用API接口只能給出參與定位所用的衛星編號信息，並無法從API接口獲取導航定位的偽距離信息。所以，無法在智慧型手機上利用偽距差分方法來實現高精度定位。
[0004]位置差分系統則認為參考站接收機的定位誤差與智慧型手機接收機的定位誤差相關，它將參考站接收機的定位值與其真實位置值之差作為差分修正值並將之發送出去，以用於對智慧型手機接收機定位值的直接修正。此方法思路相當簡單，易於實現，差分數據格式簡單，幀長度短而且恆定，差分改正快。但它存在一個致命的缺點，就是智慧型手機必須保證觀測到的衛星和參考站接收機觀測到的衛星一致，如果視界內的衛星比較多時，觀測的組合將很多，而且隨著智慧型手機接收機與參考站接收機的距離增大，將很難保證智慧型手機接收機和參考站接收機觀測到同一組衛星。如果智慧型手機接收機和參考站接收機選用了不完全相同的衛星組合，基於位置的差分方法將會帶來較大的定位誤差。
【發明內容】
[0005]為了克服位置差分中不能保證參考站接收機和智慧型手機接收機使用同一套衛星以及智慧型手機無法使用偽距差分方法的難題，本發明提供一種低成本、操作簡單、高精度的定位終端的高精度位置差分定位方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:
[0007]一種定位終端的高精度位置差分定位方法，所述方法應用於位置差分定位系統，所述系統包括導航衛星、定位終端和參考站接收機，所述定位終端安裝有導航應用，所述方法包括以下步驟:
[0008]S1:定位終端通過導航應用的API接口獲取定位終端的初始位置值以及定位所使用的導航衛星編號；
[0009]S2:參考站接收機根據步驟S2獲取的導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星進行導航定位，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值；
[0010]S3:將參考站接收機的位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值；
[0011]S4:根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
[0012]在一種優選的方案中，所述方法具體包括以下步驟:
[0013](I)智慧型手機通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號；
[0014](2)智慧型手機通過移動通信網絡將初始位置值和導航衛星編號發送到位置差分伺服器；
[0015](3)位置差分伺服器接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號；
[0016](4)位置差分伺服器通過移動通信網絡向參考站接收機發送智慧型手機定位所使用的導航衛星編號；
[0017](5)參考站接收機接收到位置差分伺服器發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機定位所使用的一樣的導航衛星進行導航定位；
[0018](6)參考站接收機通過移動通信網絡將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器；
[0019](7)位置差分伺服器根據參考站接收機的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值；
[0020](8)位置差分伺服器存儲有智慧型手機的初始位置值，位置差分伺服器根據差分修正值對智慧型手機的初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值；
[0021](9)位置差分伺服器通過移動通信網絡將修正後的智慧型手機的精確位置值發送給智慧型手機。
[0022]在一種優選的方案中，所述方法具體包括以下步驟:
[0023](I)智慧型手機通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號；
[0024](2)智慧型手機通過移動通信網絡將導航衛星編號發送到位置差分伺服器；
[0025](3)位置差分伺服器接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號；
[0026](4)位置差分伺服器通過移動通信網絡向參考站接收機發送智慧型手機定位所使用的導航衛星編號；
[0027](5)參考站接收機接收到位置差分伺服器發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機定位所使用的一樣的導航衛星進行導航定位；
[0028](6)參考站接收機通過移動通信網絡將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器；
[0029](7)位置差分伺服器通過移動通信網絡向智慧型手機發送參考站接收機的導航定位數據與事先經精密測量得到的參考站真實位置值；
[0030](8)智慧型手機利用參考站接收機的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值；
[0031](9)智慧型手機存儲有自身的初始位置值，根據差分修正值對其初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值。
[0032]在一種優選的方案中，所述方法還包括:定位終端根據多個參考站接收機得到多個差分修正值，然後對這些差分修正值進行加權平均得到差分修正值的均值，然後根據差分修正值的均值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
[0033]在一種優選的方案中，步驟S3中，所述根據導航數據計算得到參考站接收機的位置值的步驟在定位終端進行。
[0034]在一種優選的方案中，所述定位終端為智慧型手機。
[0035]在一種優選的方案中，所述智慧型手機採用的作業系統為1S系統或安卓系統。
[0036]在一種優選的方案中，移動通信網絡是指GSM網絡、GPRS網絡、CDMA網絡、3G網絡或4G網絡。
[0037]與現有技術相比，本發明技術方案的有益效果是:本發明利用定位終端導航應用的API接口讀取參與定位終端定位的導航衛星編號，參考站接收機根據導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星獲取導航定位數據，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值，將該位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值；最後根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。本發明保證了參考站接收機和定位終端進行位置差分定位時使用了同一組衛星，是一種低成本、操作簡單、高精度的位置差分定位方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]圖1為實施例1定位終端的高精度位置差分定位方法的流程圖。
[0039]圖2為實施例2和實施例3的所使用的系統的結構圖。
[0040]圖3為實施例2定位終端的高精度位置差分定位方法的流程圖。
[0041]圖4為實施例3定位終端的高精度位置差分定位方法的流程圖。
[0042]圖5為實施例4利用多參考站提高智慧型手機位置估計精度的方法示意圖。
[0043]1、導航衛星；2、智慧型手機；3、位置差分伺服器；4、參考站接收機；5、移動通信網絡。
【具體實施方式】
[0044]附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0045]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案做進一步的說明。
[0046]實施例1
[0047]如圖1所示，一種定位終端的高精度位置差分定位方法，所述方法應用於位置差分定位系統，所述系統包括導航衛星、定位終端和參考站接收機，所述定位終端安裝有導航應用，所述方法包括以下步驟:
[0048]S1:定位終端通過導航應用的API接口獲取定位終端的初始位置值以及定位所使用的導航衛星編號；
[0049]S2:參考站接收機根據步驟S2獲取的導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星進行導航定位，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值；
[0050]S3:將參考站接收機的位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值；
[0051]S4:根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
[0052]在具體實施過程中，定位終端根據多個參考站接收機得到多個差分修正值，然後對這些差分修正值進行加權平均得到差分修正值的均值，然後根據差分修正值的均值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
[0053]本發明利用定位終端導航應用的API接口讀取參與定位終端定位的導航衛星編號，參考站接收機根據導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星獲取導航定位數據，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值，將該位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值，最後根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。本發明保證了參考站接收機和定位終端進行位置差分定位時使用了同一組衛星，是一種低成本、操作簡單、高精度的位置差分定位方法。
[0054]實施例2
[0055]如圖2-3所示，一種定位終端的高精度位置差分定位方法，所述定位終端採用智慧型手機2，所述方法應用於位置差分定位系統，所述系統包括導航衛星1、智慧型手機2、位置差分伺服器3和參考站接收機4，所述定位終端安裝有導航應用，所述方法包括以下步驟:
[0056](I)智慧型手機2通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機2定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號；
[0057](2)智慧型手機通過移動通信網絡5將初始位置值和導航衛星編號發送到位置差分伺服器3 ;
[0058](3)位置差分伺服器3接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號；
[0059](4)位置差分伺服器3通過移動通信網絡5向參考站接收機4發送智慧型手機2定位所使用的導航衛星編號；
[0060](5)參考站接收機4接收到位置差分伺服器3發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機2定位所使用的一樣的導航衛星I進行導航定位；
[0061](6)參考站接收機4通過移動通信網絡5將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器3 ;
[0062](7)位置差分伺服器3根據參考站接收機4的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值；
[0063](8)位置差分伺服器3存儲有智慧型手機的初始位置值，位置差分伺服器3根據差分修正值對智慧型手機2的初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值。
[0064](9)位置差分伺服器3通過移動通信網絡5將修正後的智慧型手機2的精確位置值發送給智慧型手機2。
[0065]在具體實施過程中，所述智能手2機採用的作業系統為1S系統或安卓系統。
[0066]在具體實施過程中，所述移動通信網絡5為GSM網絡、GPRS網絡、CDMA網絡、3G網絡或4G網絡，本實施例的數據傳輸使用目前已廣泛分布的移動通信網絡5，保證了智慧型手機能在移動通信網絡覆蓋到的地方都能有相應的參考站接收機與之進行通信，而且不需要額外架設通信網絡。
[0067]實施例3
[0068]如圖4所示，為了降低位置差分伺服器的計算負荷，本實施例在實施例2的基礎上進行改進，利用智慧型手機對參考站接收機位置的差分修正值進行計算，然後根據得到的差分修正值對自身的初始位置值進行修正，具體的方法步驟如下:
[0069](I)智慧型手機通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號；
[0070](2)智慧型手機通過移動通信網絡將導航衛星編號發送到位置差分伺服器；
[0071](3)位置差分伺服器接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號；
[0072](4)位置差分伺服器通過移動通信網絡向參考站接收機發送智慧型手機定位所使用的導航衛星編號；
[0073](5)參考站接收機接收到位置差分伺服器發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機定位所使用的一樣的導航衛星進行導航定位；
[0074](6)參考站接收機通過移動通信網絡將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器；
[0075](7)位置差分伺服器通過移動通信網絡向智慧型手機發送參考站接收機的導航定位數據與事先經精密測量得到的參考站真實位置值；
[0076](8)智慧型手機利用參考站接收機的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值；
[0077](9)智慧型手機存儲有自身的初始位置值，根據差分修正值對其初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值。
[0078]實施例4
[0079]為了擴展本發明位置差分定位方法的服務範圍，同時為了擺脫因智慧型手機與參考站接收機之間的基線長度而造成的對定位精度的影響，降低參考站修正值的隨機誤差，本實施例在上述實施例的基礎上對分別根據多個參考站得到的智慧型手機的精確位置值進行加權平均，以獲得更精確的智慧型手機位置值，降低修正的統計偏差。
[0080]如圖5所示，利用多參考站提高智慧型手機位置估計精度的方法主要有以下兩步:
1、利用來自每個參考站的位置差分修正值單獨地確定智慧型手機的精確位置；2、計算各個精確位置的加權平均，以提供更精確的最終位置值。以3個參考站為例，用平面直角坐標x，y表示位置值。設智慧型手機的最終位置值為U(xu，yu)，根據附近的3個參考站接收機得到智慧型手機的精確位置值分別為L1 (X1, Y1)，L2 (x2，y2)，L3 (x3，y3)，對應的權值分別為W1, w2，W3,則智慧型手機的最終位置值U (xu，yu)根據下列3個方程聯立求解:
[0081]Xu= w 1x1+w2x2+w3x3
[0082]yu= w iyi+w2y2+w3y3
[0083]w^ws+wg= I
[0084]其中，每個權值是一個乘積的倒數，這個乘積由智慧型手機到參考站的距離與該參考站平均估值的標準差形成的，每個權值都需要根據所有權值的總和進行歸一化處理。
[0085]附圖中描述位置關係的用語僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；
[0086]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種定位終端的高精度位置差分定位方法，所述方法應用於位置差分定位系統，所述系統包括導航衛星、定位終端和參考站接收機，所述定位終端安裝有導航應用，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 51:定位終端通過導航應用的API接口獲取定位終端的初始位置值以及定位所使用的導航衛星編號； 52:參考站接收機根據步驟S2獲取的導航衛星編號選取與定位終端定位相同的導航衛星進行導航定位，根據導航定位數據計算得到參考站接收機的位置值； S3:將參考站接收機的位置值與經過精密測量得到的參考站接收機的真實位置值作差，得到差分修正值； S4:根據差分修正值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
2.根據權利要求1所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述方法具體包括以下步驟: (1)智慧型手機通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號； (2)智慧型手機通過移動通信網絡將初始位置值和導航衛星編號發送到位置差分伺服器; (3)位置差分伺服器接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號； (4)位置差分伺服器通過移動通信網絡向參考站接收機發送智慧型手機定位所使用的導航衛星編號； (5)參考站接收機接收到位置差分伺服器發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機定位所使用的一樣的導航衛星進行導航定位； (6)參考站接收機通過移動通信網絡將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器； (7)位置差分伺服器根據參考站接收機的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值； (8)位置差分伺服器存儲有智慧型手機的初始位置值，位置差分伺服器根據差分修正值對智慧型手機的初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值； (9)位置差分伺服器通過移動通信網絡將修正後的智慧型手機的精確位置值發送給智慧型手機。
3.根據權利要求1所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述方法具體包括以下步驟: (1)智慧型手機通過導航應用進行導航定位，通過導航應用的API接口獲取智慧型手機定位後的初始位置值和定位所使用的導航衛星編號； (2)智慧型手機通過移動通信網絡將導航衛星編號發送到位置差分伺服器； (3)位置差分伺服器接收並保存智慧型手機發送過來的導航衛星編號； (4)位置差分伺服器通過移動通信網絡向參考站接收機發送智慧型手機定位所使用的導航衛星編號； (5)參考站接收機接收到位置差分伺服器發過來的導航衛星編號後，選取與智慧型手機定位所使用的一樣的導航衛星進行導航定位； (6)參考站接收機通過移動通信網絡將自身的導航定位數據及事先經過精密測量得到的參考站真實位置值發送給位置差分伺服器； (7)位置差分伺服器通過移動通信網絡向智慧型手機發送參考站接收機的導航定位數據與事先經精密測量得到的參考站真實位置值； (8)智慧型手機利用參考站接收機的導航定位數據計算出參考站的位置值，然後將參考站的位置值與事先經精密測量得到的參考站真實位置值作差，得到差分修正值； (9)智慧型手機存儲有自身的初始位置值，根據差分修正值對其初始位置值進行修正，得到智慧型手機的精確位置值。
4.根據權利要求1所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述方法還包括:定位終端根據多個參考站接收機得到多個差分修正值，然後對這些差分修正值進行加權平均得到差分修正值的均值，然後根據差分修正值的均值對定位終端的初始位置值進行修正，得到定位終端的精確位置值。
5.根據權利要求1所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述定位終端為智慧型手機。
6.根據權利要求5所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述智慧型手機採用的作業系統為1S系統或安卓系統。
7.根據權利要求2或3任一項所述的定位終端的高精度位置差分定位方法，其特徵在於，所述移動通信網絡為GSM網絡、GPRS網絡、CDMA網絡、3G網絡或4G網絡。
【文檔編號】G01S19/42GK104459740SQ201410637845
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】王峰, 陳櫻婷, 朱海波, 錢瑞琦, 劉立程, 劉怡俊, 楊永達, 曹鼎 申請人:廣東工業大學