雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的製作方法
2024-01-29 22:18:15
專利名稱：雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可對固定和移動目標進行精密定位測量和實時跟蹤的大型綜合性系統。特別是一種具有可同時接收GPS/GLONASS兩個不同的衛星定位系統信息、適合多種數據傳輸雙向通訊方式(有線和/或無線、模擬和/或數字)、採用衛星信息後處理及相對定位測量技術、具有多層次、多級別用戶管理體系和在實時監測下對特殊目標(如汽車、艦船、飛行器等)進行無線遙控及電子地圖功能等技術先進、定位精度高、性能優越、安全可靠、成本低廉、應用領域廣泛的雙制式衛星信息後處理技術的無線精密測控系統。
在現有的衛星定位移動目標監測系統中均採用衛星信息前處理方式，即將移動臺站解算出的定位結果通過無線通訊網傳輸到中心臺站。這類系統在技術和實際應用中都存在著以下幾個方面的問題1．可接收的衛星定位系統制式單一。由於這些系統僅接收美國GPS衛星定位信息，在加入擾碼和衛星信息被強行中斷等某些特殊的情況下，將無法保證這些系統的正常使用和應有的定位精度。
2．移動臺站成本高，推廣應用難度大。由於這些系統的移動臺站採用衛星信息前處理方式，一般僅僅是利用現成的GPS接收機與無線通訊設備，如模擬或數字手機，造成移動臺站成本和售價奇高，用戶難以承受。從客觀上阻礙了系統的推廣和應用。
3．定位精度較低，可利用的信息資源有限。由於要保證低成本、攜帶方便，這些系統的移動臺站硬體配置一般不高，難以全面提升移動臺站對衛星信息處理的能力。同時由於移動臺站僅向中心臺站傳送已解算出的定位結果，而不是完整的衛星信息，因而難以發揮中心臺站信息處理和相對定位測量技術等優勢，影響系統的定位精度和對衛星信息的利用率。
4．不能充分發揮中心測控臺站所具有的信息處理資源優勢，造成其資源的閒置與浪費。同時也限制了對移動臺站所接收的衛星信息的充分利用。
本發明的目的是針對上述存在的問題而提出的一種雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統。
本發明目的是這樣實現的1．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統，它包括移動臺站和中心測控臺站1．1移動臺站主要包括GPS/GLONASS接收天線和無線數據通訊天線、GPS/GLONASS雙制式衛星信息接收子系統、無線數據通訊子系統、用戶身份及設備鑑別子系統、信息及遙控指令存貯子系統、報警求救呼叫子系統、電源及其控制子系統等，並可根據需要和使用權限選裝GPS/GLONASS衛星定位信息後處理子系統、自動控制子系統、後備電源子系統、GPS/GLONASS衛星信息後處理應用軟體子系統、計算機子系統、地理信息子系統等；1．2中心測控臺站主要包括GPS/GLONASS接收天線和無線數據通訊天線、GPS/GLONASS雙制式衛星信息組合接收子系統、無線數據通訊子系統、用戶身份及設備鑑別子系統、GPS/GLONASS衛星定位信息後處理子系統、信息及遙控指令存貯子系統、計算機子系統、GPS/GLONASS衛星信息後處理應用軟體子系統、地理信息子系統、電源及其控制子系統等。
2．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的GPS/GLONASS雙制式衛星信息組合接收子系統採用了GPS/GLONASS兩種制式衛星信息組合接收模塊，主要包括可同時接收GPS/GLONASS兩種制式衛星信息的接收天線和接收合成器，可以同時接收並向數據信號處理器傳送GPS/GLONASS衛星信息。
3．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統採用了數據信號處理器單元模塊和數據接口適配器，其主要技術指標如下3．1支持GPS/GLONASS組合系統。該數據信號處理器單元模塊共有12個信或通道10個50bps信或通道支持GPS/GLONASS，外加兩個高速500bps信或通道支持GPS，GLONASS，WAAS或Egnos信道；①多種頻率輸出1MHz，100kHZ，40kHZ，10kHz，4kHz和1kHz；
②3個UART，帶有一個可設置的4/16位元組FIFO接口③32位內部數據總線；④16位外部處理器數據總線；⑤8位A/D接口能力；⑥8位D/A接口能力；⑦可編程通用I/O；3．2採用自適應多徑抑制技術以降低由於不良發射的多徑誤差，從100米降低到20米以下；3．3支持Intel，Motorola及Strong-ARM處理器3．4嵌入式實時時鐘；3．5嵌入式32位工作於20MHz外部時鐘12MIPS的ARM RISC處理器；3．624kB及以上片內RAM；3．7可選的CAN接口；3．8數據接口適配器可根據不同類型的模擬或數字無線通訊方式的需要，用於信號、碼型轉換和傳輸速率調整。
4．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的無線通訊子系統適用於多種雙向式數據通訊技術，可採用具有數據通訊協議的任何模擬或數字雙向式無線或/和有線通訊方式，也可以使用無線電臺進行收發信息。
5．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的用戶身份及設備鑑別子系統採用了SIM卡或OTP用戶身份及設備鑑別等技術。
6．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的遙控指令子系統是通過中心測控臺站按其管理權限採取不同級別的配置；自控子系統是由移動臺站根據中心測控臺站發出的遙控指令來實現自動控制功能的。
7．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統，為防止測控目標衛星信息接收天線受到屏蔽時而造成無法測定目標位置，採用了隨機存貯技術；在移動臺站均配置了隨機存儲器，用於自動記憶移動臺站最新接收接收的、完整的衛星信息。
8．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統，其接收和發送的信息與遙控指令存貯在信息及遙控指令存貯子系統中。
9．雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統的衛星信息後處理子系統包括9．1GPS/GLONASS衛星定位信息後處理定位的軟體包和相應的軟體接口及軟體切換技術；9．2在GPS/GLONASS衛星定位的算法上，採用了包括單差、雙差和三差等多種差分方式和相對定位測量技術，可使本測控系統的定位精度達到亞米、釐米級；9．3實時計算並動態標註出測控目標的地理位置及三維坐標、移動方向、移動速度、運動軌跡、相對中心測控臺站的距離以及其它相關信息，並將電子地圖及相關信息顯示在平顯上。
下面結合附圖對本發明進行詳細描述
圖1為本發明原理與結構框2為本發明中的雙制式衛星信息接收子系統原理與結構框中1——無基站接收和發送呼叫信號、用戶信息和衛星信息無線通道；2——有基站的中心測控臺站接收移動臺站發送的呼叫信號、用戶信息和衛星信息無線通道；3——無線通訊發射與接收機天線；4——地理信息系統；5——無線通訊發射與接收機；6——系統軟體；7——GPS/GLONASS應用軟體；8——數據接口與輸入設備；9——處理控制設備；10——顯示設備；
11——GPS/GLONASS接收天線；12——雙制式衛星信息接收子系統；13——存貯設備；14——中心測控臺站系統結構原理框圖；15——有基站的中心測控臺站向移動臺站發出呼叫和遙控信息無線通道；16——有基站的移動臺站向中心測控臺站發送和接收呼叫信號、遙控信息和衛星信息無線通道；17——移動臺站；18——無線移動通訊基站。
19——接GPS/GLONASS接收天線；20——自動增益控制器；21——GPS/GLONASS雙制式接收器/合成器集成模塊單元；22——GLONASS下變頻器輔助模塊單元；23——高速比較器模塊單元；24——雙制式衛星信息接收單元；25——20MHz基準模塊單元；26——數據信號處理單元；27——NCOs，混頻器，自增益放大器等模塊單元；28——相關器模塊單元；29——碼發生器模塊單元；30——中央控制器模塊單元；31——時鐘發生器模塊單元；32——存貯器模塊單元；33——串行/並行模塊單元；34——任選擴展處理器和存貯器模塊單元；35——定位及導航信息(接適配器)；36——雙制式衛星信息接收子系統。
雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統在接通電源後，首先要通過自檢方式，以測試和檢驗設備的完好情況。自檢通過後，在沒有收到呼叫信號並通過鑑權或通訊線路發生中斷時，系統均處於或回到守侯狀態。
按照系統主叫與被叫方式可分為以下兩種基本情況1．中心測控臺站作為主叫方，移動臺站作為被叫方。
中心測控臺站在接到合法用戶請求並查證申請人身份及權限後，通過主叫方式對需進行測控的移動臺站實施精確定位和地理位置測量。移動臺站在收到呼叫信號後，首先進行系統管理員身份及設備鑑別，在鑑權得以確認後，接通數據傳輸通訊線路，向主叫方發送其實時接收的衛星信息。如果移動臺站衛星接收天線發生屏蔽(如移動臺站進入隧道、車庫等遮蔽物體內)，只要通訊線路通暢，中心測控臺站仍然可以通過移動臺站發出的其在衛星接收天線發生屏蔽前所存貯的、最後接受的、完整的衛星信息，以此來確定移動臺站在發生屏蔽前最後所處的位置。根據中心測控臺站所實時接收的衛星信息(包括中心測控臺站自身實時接收的、其它中心測控臺站傳送的、和移動臺站傳送的衛星信息)，通過中心測控臺站配置的信息處理軟體包，解算出移動臺站所處的坐標位置，存貯並嵌入到地理信息系統。如移動臺站安裝有自動控制裝置，可視中心測控臺站的權限，通過向移動臺站發出遙控指令，對其進行實時遙控。
2．移動臺站作為主叫方，中心測控臺站作為被叫方。
在移動臺站用戶遇到緊急情況時，可以通過移動臺站配置的報警求救裝置，以主叫方式向中心測控臺站發出呼叫信號。中心測控臺站在收到移動臺站的報警求救呼叫信號時，存貯報警求救行動裝置的身份及設備信息。在接通通訊線路後首先顯示「SOS」報警求救標識，並接收和存貯移動臺站發送的實時衛星信息。通過中心測控臺站配置的信息處理軟體包，解算出移動臺站所處的坐標位置，存貯並嵌入到基於Windows或Windows NT平臺的地理信息系統。在無線通訊線路遇到意外中斷的情況下，中心測控臺站可根據存貯的報警求救移動臺站設備的身份及設備信息，以自動或手動模式的主叫方式將中斷的無線通訊線路再次接通，繼續接收該行動裝置發送的衛星信息。如移動臺站安裝有自動控制裝置，可視中心測控臺站的權限，通過向移動臺站發出遙控指令，對其進行實時遙控。
承受測控任務的中心測控臺站，無論是作為主叫方或是被叫方，在收到測控的移動臺站發送的衛星信息後，首先以單點定位方式計算出移動臺站的概略位置。在需要對測控的移動臺站實施精密定位時，可以下列兩種主要方式進行1．將承受的測控任務交由距離測控的移動臺站最近的中心測控臺站完成。在移動臺站發出報警求救信號時，將自動以此種方式進行；2．根據承受測控任務的中心測控臺站粗測結果，選擇出距測控的移動臺站距離最近的另一個或另幾個中心測控臺站。並根據這些中心測控臺站的精確坐標和傳送的其實時接收的衛星信息，計算出測控的移動臺站的精確坐標。
由於本發明採用GPS/GLONASS雙制式衛星信息後處理、無線數據通訊、差分及相對定位、地理信息系統、計算機網絡等眾多的先進技術，不但具有的高度精確和完備的定位測控性能以及特殊的遙控功能，同時本系統具有特殊的可用性、穩定性、安全性、保密性等優勢，並以其極低的價格優勢和極高的性能價格比使得本測控系統擁有巨大的潛在用戶市場和包括諸如軍民用等特殊領域在內的巨大應用潛力。
本系統可同時接收GPS/GLONASS衛星定位信息。這一特性可確保本測控系統在因某一衛星系統加密或被禁止使用等造成衛星信息中斷的特殊情況下仍然可以正常使用。這對於投資方和廣大用戶可極大地降低投資風險和提高本系統的精確和安全使用性能。
如果採用數字通訊技術，具有用戶共享的全部信道資源，系統容量大，各地區的用戶(無論是中心測控臺站還是移動用戶)均可實現跨區漫遊。信息傳輸誤碼率更低，數據傳輸準確率更高。特別是如果採用公用數字無線通訊和系統具有的呼叫用戶鑑別方式，既可以更有效地利用現有的和/或在建的公用數字無線通訊網資源，避免重複建設，大大降低建網的資金投入；又可以有效地防止非法用戶入網。
本測控系統的定位精度可達到亞米、釐米級。測控範圍主要取決於無線通訊網的覆蓋範圍。當測控目標至中心測控臺站的距離大於800km時，利用其周邊中心測控臺站聯測仍可達到米級精度。可實時計算和動態標註出測控目標的地理位置及經緯度、高程、相對中心測控臺站的距離、移動方向、移動速度(精度可達0.1m/s)、運動軌跡、甚至移動臺所處地區的氣象及其它相關信息等。同時也為今後在不改動本測控系統任何硬體的前提下，更好地利用衛星信息資源提供了極為廣闊的發展空間。
本系統可記錄中心測控臺站和移動臺站之間往來的相關信息，以備日後需要時查詢。為防止測控目標衛星信息接收天線受到屏蔽而無法測定目標位置，在移動臺站均配置的隨機存儲器，用於自動記憶移動臺站最新接收的、完整的衛星信息。在測控目標衛星信息接收天線受到屏蔽後，本測控系統仍可根據移動臺站存儲的衛星信息確定其在受到屏蔽前最後所處的位置。這一特性對於進入遮蔽體內的移動目標所處位置的測定尤為重要。
在採用的具有數據協議的無線通訊網覆蓋範圍內，可廣泛適用於區域特別是對特殊區域利用特殊手段進行高精度定位測量和對裝備了本測控系統移動臺並滿足設備動態條件的一切移動目標(如人、機動車輛、飛行器、艦船和需監控的目標等)實施實時漫遊精確定位監控以及可以根據需要對特殊移動物體(如飛行器、汽車等)實施遙控。本測控系統在軍事領域也具有很好的應用前景。同時測控設備對其使用的環境要求也不高，測控移動目標動態範圍大，其界限範圍為對測控的移動目標速度限制＜550m/s或1980km/h；高度限制＜18288m；加速度限制＜9g；振動限制＜4g/s；設備使用溫度範圍-30℃～+85℃。在無線通訊網覆蓋範圍內，可以實現多路通訊，同時跟蹤、鎖定多個測控目標。
權利要求
1．一種雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統，它包括移動臺站和中心測控臺站，其特徵在於1．1移動臺站主要包括GPS/GLONASS接收天線和無線數據通訊天線、GPS/GLONASS雙制式衛星信息接收子系統、無線數據通訊子系統、用戶身份及設備鑑別子系統、信息及遙控指令存貯子系統、報警求救呼叫子系統、電源及其控制子系統等，並可根據需要和使用權限選裝GPS/GLONASS衛星定位信息後處理子系統、自動控制子系統、後備電源子系統、計算機子系統、GPS/GLONASS衛星信息後處理應用軟體子系統、地理信息子系統等；1．2中心測控臺站主要包括GPS/GLONASS接收天線和無線數據通訊天線、GPS/GLONASS雙制式衛星信息組合接收子系統、無線數據通訊子系統、用戶身份及設備鑑別子系統、GPS/GLONASS衛星定位信息後處理子系統、信息及遙控指令存貯子系統、計算機子系統、GPS/GLONASS衛星信息後處理應用軟體子系統、地理信息子系統、電源及其控制子系統等。
2．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於GPS/GLONASS雙制式衛星信息組合接收子系統採用了GPS/GLONASS兩種制式衛星信息組合接收模塊，主要包括可同時接收GPS/GLONASS兩種制式衛星信息的接收天線和接收合成器，可以同時接收並向數據信號處理器傳送GPS/GLONASS衛星信息。
3．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於它採用了數據信號處理器單元模塊和數據接口適配器，其主要技術指標如下3．1支持GPS/GLONASS組合系統，該數據信號處理器單元模塊共有12個信或通道10個50bps信或通道支持GPS/GLONASS，外加兩個高速500bps信或通道支持GPS，GLONASS，WAAS或Egnos信道；①多種頻率輸出1MHz，100kHZ，40kHZ，10kHz，4kHz和1kHz；②3個UART，帶有一個可設置的4/16位元組FIFO接口；③32位內部數據總線；④16位外部處理器數據總線；⑤8位A/D接口能力；⑥8位D/A接口能力；⑦可編程通用I/O；3．2採用自適應多徑抑制技術以降低由於不良發射的多徑誤差，從100米降低到20米以下；3．3支持Intel，Motorola及Strong-ARM處理器；3．4嵌入式實時時鐘；3．5嵌入式32位工作於20MHz外部時鐘12MIPS的ARM RISC處理器；3．624kB及以上片內RAM；3．7可選的CAN接口；3．8數據接口適配器可根據不同類型的模擬或數字無線通訊方式的需要，用於信號、碼型轉換和傳輸速率調整。
4．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於它適用於多種雙向式數據通訊技術，可採用具有數據通訊協議的任何模擬或數字雙向式無線或有線通訊方式，也可以使用無線電臺進行收發信息。
5．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於它採用了SIM卡或OTP用戶身份及設備鑑別等技術。
6．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於遙控指令子系統是通過中心測控臺站按其管理權限採取不同級別的配置；自控子系統是由移動臺站根據中心測控臺站發出的遙控指令來實現自動控制功能的。
7．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於為防止測控目標衛星信息接收天線受到屏蔽時而造成無法測定目標位置，採用了隨機存貯技術；在移動臺站均配置了隨機存儲器，用於自動記憶移動臺站最新接收的、完整的衛星信息。
8．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於其接收和發送的信息與遙控指令存貯在信息及遙控指令存貯子系統中。
9．根據權利要求1所述的測控系統，其特徵在於衛星信息後處理子系統包括9．1GPS/GLONASS衛星定位信息後處理定位的軟體包和相應的軟體接口及軟體切換技術；9．2在GPS/GLONASS衛星定位的算法上，採用包括單差、雙差和三差等多種差分方式和相對定位測量技術，可使本測控系統的定位精度達到亞米、釐米級；9．3實時計算並動態標註出測控目標的地理位置及三維坐標、移動方向、移動速度、運動軌跡、相對中心測控臺站的距離以及其它相關信息，並將電子地圖及相關信息顯示在平顯上。
全文摘要
雙制式衛星信息後處理技術的精密定位無線測控系統是集衛星定位、雙向式無線數據通訊、遙測遙控、計算機網絡。地理信息系統等為一體的大型綜合性系統。系統設備主要由移動臺站和中心測控臺站構成。可同時接收GPS/GLONASS兩種制式衛星信息,並採用了差分和相對定位測量及衛星信息後處理技術,可使定位精度提高到釐米、亞米級。適合多種數據傳輸雙向通訊方式。極低的價格優勢和極高的性能價格比使其具有極高的應用價值。
文檔編號G01S19/33GK1288162SQ0012616
公開日2001年3月21日 申請日期2000年8月24日 優先權日2000年8月24日
發明者關惠平, 張鎬 申請人:關惠平