本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

目前GPS碼偽距單點(diǎn)定位的精度仍然偏低，大約為10～40m，可以滿(mǎn)足一般的定位需要，但在有著對(duì)精度有著更高要求的行業(yè)上，需要有亞米級(jí)的定位精度。雖然通過(guò)差分定位技術(shù)可以消除系統(tǒng)中的誤差，但目前常規(guī)差分接收機(jī)需要配合上位機(jī)才能工作，而上位機(jī)存在攜帶不便和供電困難等問(wèn)題，使得差分定位接收機(jī)難以推廣使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有定位系統(tǒng)存在精度不高和不便于攜帶的問(wèn)題，提供一種GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)和方法。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)，主要由ARM平臺(tái)、差分接收單元、Ublox單元、以及中心GPS與BDS組合天線組成；其中ARM平臺(tái)包括中心處理器、顯示器和2個(gè)USB接口；差分接收單元的輸出端經(jīng)一個(gè)USB接口連接中心處理器；中心GPS與BDS組合天線連接在Ublox單元的輸入端上，Ublox單元的輸出端經(jīng)另一個(gè)USB接口連接中心處理器；中心處理器的輸出端連接顯示器。

上述GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)，還進(jìn)一步包括基站；該基站上設(shè)有基站處理器、基站GPS與BDS組合天線和差分發(fā)射單元；基站GPS與BDS組合天線連接在基站處理器的輸入端上，基站處理器的輸出端連接差分發(fā)射單元的輸入端；差分發(fā)射單元與差分接收單元連接。

上述方案中，ARM平臺(tái)還進(jìn)一步包括電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊；電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊均與中心處理器連接。

上述方案中，ARM平臺(tái)還設(shè)有通信串口和/或SD卡接口；通信串口和SD卡接口均與中心處理器連接。

GPS和BDS組合差分嵌入式定位方法，包括如下步驟：

步驟1、中心處理器通過(guò)USB接口發(fā)送指令給Ublox單元和差分接收單元，命令Ublox單元接收衛(wèi)星信號(hào)，差分接收單元接收差分?jǐn)?shù)據(jù)；

步驟2、Ublox單元接收到指令后，開(kāi)始通過(guò)中心GPS與BDS組合天線接收所有可見(jiàn)的BDS衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星數(shù)據(jù)；

步驟3、Ublox單元對(duì)中心GPS與BDS組合天線接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將解碼后的數(shù)據(jù)打包為Ublox信息格式后，通過(guò)USB接口實(shí)時(shí)發(fā)送給中心處理器；

步驟3、差分接收單元接收到指令后，開(kāi)始接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過(guò)USB接口實(shí)時(shí)發(fā)送給中心處理器；

步驟4、中心處理器接收Ublox單元發(fā)來(lái)的Ublox信息格式的BDS和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，提取偽距；

步驟5、中心處理器接收差分接收單元發(fā)來(lái)的差分?jǐn)?shù)據(jù)，并且提取幀信息；

步驟6、中心處理器從步驟5所提取的幀信息中提取偽距改正數(shù)，對(duì)步驟4所提取出的偽距進(jìn)行修正；并采用修正后偽距去進(jìn)行定位解算，并獲得定位系統(tǒng)的位置，實(shí)現(xiàn)差分偽距定位；

步驟7、中心處理器將定位解算結(jié)果送入顯示器進(jìn)行結(jié)果顯示。

上述步驟3中，差分接收單元接收來(lái)自基站發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)：

1、基于BDS/GPS組合定位能保證在GPS定位系統(tǒng)失效的情況下，可以采用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的定位信息，以維持系統(tǒng)的正常工作，大大增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性；

2、用差分定位技術(shù)可以消除系統(tǒng)中共有的誤差，從而達(dá)到提高定位精度的目的，所以使得差分定位精度要明顯地高于單點(diǎn)定位精度；

3、采用嵌入式作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，硬件資源豐富，既能滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)需要，又能降低接收機(jī)的開(kāi)發(fā)成本；

4，采用嵌入式作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，功耗低，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足衛(wèi)星數(shù)據(jù)和差分?jǐn)?shù)據(jù)的處理要求。

5、通過(guò)嵌入式平臺(tái)搭建組合差分BDS/GPS信息服務(wù)平臺(tái)，使其達(dá)到接收機(jī)達(dá)到小型化、便捷化、實(shí)用化的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)的原理圖。

圖2為差分?jǐn)?shù)據(jù)生成和提取的原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)，如圖1所示，主要由ARM平臺(tái)、差分接收單元、Ublox單元、以及中心GPS與BDS組合天線組成。

ARM平臺(tái)主要控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，由中心處理器、電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊、存儲(chǔ)模塊、通信串口、SD卡接口、顯示器和2個(gè)USB接口組成。中心處理器、電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊為ARM平臺(tái)的最小化構(gòu)成模塊，電源模塊、復(fù)位模塊、時(shí)鐘模塊和存儲(chǔ)模塊均與中心處理器連接。通信串口和SD卡接口為ARM平臺(tái)的擴(kuò)展模塊，其用于實(shí)現(xiàn)ARM平臺(tái)與外部數(shù)據(jù)的交互，通信串口和SD卡接口均與中心處理與器連接。如可以通過(guò)通信串口將ARM平臺(tái)與上位機(jī)連接，用于將更新的程序數(shù)據(jù)下載至中心處理器，如可以通過(guò)SD卡接口實(shí)現(xiàn)ARM平臺(tái)的存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，ARM平臺(tái)是采用三星公司的Exynos4412Linux嵌入式平臺(tái)。

差分接收單元用于接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，差分接收單元的輸出端經(jīng)一個(gè)USB接口連接中心處理器。差分?jǐn)?shù)據(jù)可以與現(xiàn)有的CORS系統(tǒng)連接，直接使用CORS系統(tǒng)所獲得的差分?jǐn)?shù)據(jù)。CORS系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，其利用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在一個(gè)城市、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國(guó)家根據(jù)需求按一定距離建立長(zhǎng)年連續(xù)運(yùn)行的若干個(gè)固定GNSS基準(zhǔn)站的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，向不同類(lèi)型、不同需求、不同層次的用戶(hù)提供不同類(lèi)型的GPS觀測(cè)值、各種差分改正信息、以及其他相關(guān)的GPS服務(wù)?？紤]到CORS系統(tǒng)的使用需要付費(fèi)，本發(fā)明采用自行設(shè)計(jì)的基站來(lái)實(shí)現(xiàn)差分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取。在本發(fā)明中，基站由基站處理器、基站GPS與BDS組合天線和差分發(fā)射單元組成?；綠PS與BDS組合天線連接在基站處理器的輸入端上，基站處理器的輸出端連接差分發(fā)射單元的輸入端。差分發(fā)射單元與差分接收單元連接，參見(jiàn)圖2。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，差分接收單元為E32-TTL-500無(wú)線串口接收模塊，差分發(fā)射單元為E32-DTU-500無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)。

Ublox單元從衛(wèi)星中獲取精密參考時(shí)鐘，以提高后續(xù)定位精度。中心GPS與BDS組合天線連接在Ublox單元的輸入端上，Ublox單元的輸出端經(jīng)另一個(gè)USB接口連接中心處理器。中心處理器的輸出端連接顯示器。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，Ublox單元采用NEO-M8T模塊，其可以接收BDS和GPS雙系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)。

上述定位系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的GPS和BDS組合差分嵌入式定位方法，包括如下步驟：

步驟1、中心處理器通過(guò)USB接口發(fā)送指令給Ublox單元和差分接收單元，命令Ublox單元接收衛(wèi)星信號(hào)，差分接收單元接收差分?jǐn)?shù)據(jù)。

步驟2、Ublox單元接收到指令后，開(kāi)始通過(guò)中心GPS與BDS組合天線接收所有可見(jiàn)的BDS衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。

步驟3、Ublox單元對(duì)中心GPS與BDS組合天線接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將解碼后的數(shù)據(jù)打包為Ublox信息格式后，通過(guò)USB接口實(shí)時(shí)發(fā)送給中心處理器。

步驟3、差分接收單元接收到指令后，開(kāi)始接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過(guò)USB接口實(shí)時(shí)發(fā)送給中心處理器。差分接收單元既可以接收現(xiàn)有CORS系統(tǒng)發(fā)來(lái)的差分?jǐn)?shù)據(jù)，也可以接收來(lái)自基站發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù)。參見(jiàn)圖2的差分?jǐn)?shù)據(jù)生成和提取的原理圖。

步驟4、中心處理器接收Ublox單元發(fā)來(lái)的Ublox信息格式的BDS和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，提取偽距。在中央處理器對(duì)BDS和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行解算時(shí)，所提取的數(shù)據(jù)不僅包括偽距，還需要提取出所有觀測(cè)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間，星歷，載波相位以及鐘差等，以便用于后續(xù)定位解算。

步驟5、中心處理器接收差分接收單元發(fā)來(lái)的差分?jǐn)?shù)據(jù)，并且提取幀信息。

步驟6、中心處理器從步驟5所提取的幀信息中提取偽距改正數(shù)，對(duì)步驟4所提取出的偽距進(jìn)行修正。并采用修正后偽距去進(jìn)行定位解算，并獲得定位系統(tǒng)的位置，實(shí)現(xiàn)差分偽距定位。

設(shè)定位系統(tǒng)即接收機(jī)的初始坐標(biāo)是(x₀,y₀,z₀)，利用第i顆衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間和星歷參數(shù)計(jì)算出第i顆衛(wèi)星的位置為(xⁱ,yⁱ,zⁱ)，根據(jù)站星間的距離公式：

接收機(jī)對(duì)第i顆衛(wèi)星的偽距測(cè)量值為P_i,，偽距包括各種誤差，與真實(shí)距離不同。接收機(jī)觀察偽距公式如下：

其中，是接收機(jī)至第i顆衛(wèi)星的真實(shí)距離；dtⁱ是衛(wèi)星鐘差；dt_u是接收機(jī)鐘差；是軌道誤差；是電離層效應(yīng)所產(chǎn)生的距離誤差；是對(duì)流層效應(yīng)所產(chǎn)生的距離誤差；是其他相關(guān)誤差。

基站發(fā)送的偽距改正數(shù)的公式如下：

所以修正后的偽距為：

步驟7、中心處理器將定位解算結(jié)果送入顯示器進(jìn)行結(jié)果顯示。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。