一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法及相應的接收的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法及相應的接收機，所述差分信息用于改善接收機的定位或授時精度，所述方法包括，傳輸頻率設置步驟，動態(tài)設置所述接收機差分信息的傳輸頻率，所述接收機按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。通過采用上面的技術手段，可以利用GNSS差分信息的時效性減小差分信息的播發(fā)頻率，降低差分信息的傳輸流量，降低通信成本，并大大降低參考站服務器的通信壓力。
【專利說明】一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法及相應的接收機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法及相應的接收機。
【背景技術】
[0002]GNSS (Global Navigat1n Satellite System,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))是一個全球范圍內(nèi)所有導航衛(wèi)星系統(tǒng)的總稱，它包括GPS (Global Posit1ning System,美國全球定位系統(tǒng))、GL0NASS (俄羅斯格洛納斯導航衛(wèi)星系統(tǒng))、Galileo (歐洲伽利略導航衛(wèi)星系統(tǒng))、BDS(中國北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng))等等，以上所有的導航衛(wèi)星系統(tǒng)，均旨在全天候的為用戶提供衛(wèi)星導航定位服務。
[0003]目前，最普遍的衛(wèi)星接收機的定位模式是:地面接收端接收導航衛(wèi)星播發(fā)的衛(wèi)星信號，解調(diào)收集到足夠的數(shù)據(jù)信息后解算當前地面接收端的位置信息，一般至少需要接收4顆可用衛(wèi)星信號，地面接收端在本地解算定位信息后顯示給用戶。
[0004]這種衛(wèi)星導航接收機自主定位模式中，存在衛(wèi)星軌道誤差(約2米)、衛(wèi)星鐘誤差(約3米)，電離層誤差(約十幾米)、對流層誤差(約2?20米)和接收機噪聲幾種主要誤差，導致定位精度一般在10米以上。
[0005]衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面站持續(xù)觀測衛(wèi)星，對衛(wèi)星運行狀態(tài)進行監(jiān)測，收集衛(wèi)星運行狀態(tài)參數(shù)后其進行擬合，得到衛(wèi)星軌道的開普勒參數(shù)及攝動量參數(shù)，然后由地面站上行發(fā)送給衛(wèi)星，再由衛(wèi)星以導航電文的形式播發(fā)到地面，由于參數(shù)是擬合得到，存在一定的誤差。
[0006]衛(wèi)星上作為時間和頻率信號來源的原子鐘存在著必然的時間偏差和頻率漂移，衛(wèi)星鐘差是衛(wèi)星導航系統(tǒng)中的主要誤差源之一，在所有的衛(wèi)星鐘中都可以觀測到多種呈冪率譜分布的隨機噪聲，其中占主導作用的是調(diào)頻隨機游走噪聲、調(diào)頻閃變噪聲、調(diào)頻白噪聲、調(diào)相閃變噪聲和調(diào)相白噪聲五種冪率型噪聲，且這些噪聲基本不滿足平穩(wěn)遍歷條件，它們的標準方差不收斂。
[0007]電離層是由于太陽輻射與地球上層大氣的原子、分子相互作用使得大氣發(fā)生電離而形成的大氣層，高度在6(Tl000km左右，GNSS衛(wèi)星導航信號在穿過電離層時，其傳播速度會發(fā)生變化，變化程度主要取決于電離層的電子密度和信號頻率，信號的傳播路徑也會發(fā)生略微彎曲。電離層的狀態(tài)隨晝夜、季節(jié)以及太陽活動期等產(chǎn)生周期性變化，同時也存在著非周期性變化，如由于人為因素引起的擾動等。
[0008]對流層位于大氣的最低層，集中了約75%的大氣的質(zhì)量和90%以上的水汽質(zhì)量。對流層與地面接觸，具有很強的對流作用。風、雨、云、霧、雪等主要天氣現(xiàn)象，均出現(xiàn)在該層中，對流層的大氣成分除含有各種氣體元素外，還含有水滴、冰晶、塵埃等雜質(zhì)，它們對電磁波的傳播產(chǎn)生很大影響。對流層的高度因緯度而不同，在低緯度地區(qū)平均高度為17?18公里，在中緯度地區(qū)平均為10?12公里，極地平均為8?9公里，并且夏季高于冬季。當衛(wèi)星導航信號通過對流層時，在傳播路徑上會產(chǎn)生彎曲和延遲兩種效應，使得測量距離產(chǎn)生誤差。對流層誤差屬于公共誤差，理論上流動站可通過基準站消除對流層誤差，但當流動站與基準站的高差超過6km，如果不對偽距殘差進行修正，對流層延遲引起的高程偏差可達5米。
[0009]為了獲得更高精度的導航定位結(jié)果，地面接收端與遠程服務器交互，通過通訊鏈路從服務器得到定位相關的差分信息，利用差分信息修正來實現(xiàn)高精度定位，GNSS差分定位系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。GNSS差分定位系統(tǒng)100包括基準站101和GNSS接收機106，基準站包含著一個或者多個安裝在已知坐標位置點上的GNSS參考接收機102作為基準站參考接收機，參考站服務器103接收到GNSS參考接收機102發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理中心104進行運算處理，形成差分信息105，然后將差分信息105播發(fā)給位于差分服務范圍內(nèi)的用戶接收機106，以提高用戶接收機的定位精度。
[0010]基于偽距的差分定位系統(tǒng)主要分為基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率，如RTCM(Rad1 Technical Commiss1n for Maritime services,國際海運事業(yè)無線電技術委員會)
2.3格式定義的差分定位和基于偽距的差分定位，如RTCM3.2格式。
[0011]在基于偽距的差分定位過程中，其主要原理是利用接收機與基準站間的空間相關性來消除衛(wèi)星時鐘誤差、電離層誤差以及對流層誤差，接收機距離基準站越近，其空間相關性越大，誤差的減小和消除作用越明顯，同時由于衛(wèi)星時鐘誤差隨著時間會發(fā)生變化，電離層誤差和對流層誤差隨著時間的變化也會發(fā)生變化，因此，接收機使用差分信息時對時間和空間都有一定的要求。
[0012]基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率的差分定位過程如圖2所示。接收機通過數(shù)據(jù)鏈路，接收基準站播發(fā)的標準格式電文，在該電文中主要提供了在參考時刻各個衛(wèi)星的偽距改正數(shù)PRC(Pseudorange Correct1n,偽距改正數(shù))及偽距改正數(shù)的變化率RRC(RangeRate Correct1n，偽距率改正數(shù))201，接收機計算出偽距202后，根據(jù)偽距和偽距率對觀測到的衛(wèi)星偽距進行改正203，再進行PVT解算204，即可獲得偽距差分定位結(jié)果205。
[0013]基于歷元時刻基準站偽距的差分定位過程如圖3所示。差分接收機通過數(shù)據(jù)鏈路，接收基準站播發(fā)的標準格式電文，該電文主要提供了參考歷元時刻各個衛(wèi)星的原始偽距觀測值和基準站精確坐標301，同時差分接收機利用自身接收到的衛(wèi)星星歷計算出該歷元時刻各個衛(wèi)星的空間坐標，這樣接收機根據(jù)衛(wèi)星的空間坐標和基準站坐標計算出基準站到衛(wèi)星的幾何距離，然后與播發(fā)的該歷元的各衛(wèi)星到基準站的偽距相減得到偽距改正數(shù)302，最后差分接收機根據(jù)測得的自身到各衛(wèi)星的偽距303加上該衛(wèi)星對應的偽距改正數(shù)即得改正后的偽距304，再進行PVT解算305，最后輸出NMEA定位結(jié)果306。
[0014]差分定位系統(tǒng)中，不同的差分系統(tǒng)都是基于該思路，通過對GNSS系統(tǒng)的增強來提高GNSS定位性能，接收機需要利用這些增強服務而配合地做出一些軟硬件設計的補充和調(diào)整，差分系統(tǒng)對接收機處理能力和處理速度要求的提高使得其成本增加，功耗增大，同時，接收機需實時的接收差分站的差分信息，產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)流量，增大了用戶成本。因此，隨著定位服務日益廣泛的使用和越來越高的定位需求，必須有一種新的差分定位模式，既能實現(xiàn)高精度的定位結(jié)果，又能降低終端用戶和服務器的流量，降低通訊成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是提供一種可接收差分基準站差分信息的衛(wèi)星導航接收機，通過利用差分基準站播發(fā)的差分信息的時效性來減小差分信息的傳輸頻率以降低差分信息的傳
輸流量。[0016]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，所述差分信息用于改善接收機的定位或授時精度，所述方法包括，傳輸頻率設置步驟，動態(tài)設置所述接收機差分信息的傳輸頻率，所述接收機按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。
[0017]更進一步，所述方法還包括，運動速度獲取步驟，獲取所述接收機的運動速度；傳輸頻率設置步驟，根據(jù)所述運動速度，動態(tài)設置所述接收機差分信息的傳輸頻率，所述接收機按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息；傳輸頻率調(diào)節(jié)步驟，所述運動速度越快，所述傳輸頻率越高。
[0018]更進一步，所述運動速度在[0，10km/h]范圍時，所述傳輸頻率所選取的范圍為(180,600]秒 / 次。
[0019]更進一步,所述運動速度在(10km/h, 30km/h]范圍時,所述傳輸頻率所選取的范圍為(60，180]秒/次。
[0020]更進一步,所述運動速度在(30km/h,60km/h]范圍時,所述傳輸頻率所選取的范圍為(30，60]秒/次。
[0021]更進一步,所述運動速度在(60km/h,80km/h]范圍時,所述傳輸頻率所選取的范圍為(1，30]秒/次。
[0022]更進一步，所述運動速度在80km/s以上時，所述傳輸頻率為小于或等于I秒/次。
[0023]本發(fā)明還提供一種應用了上述差分信息傳輸方法的衛(wèi)星導航接收機。
[0024]通過采用上面的技術手段，可以利用GNSS差分信息的時效性減小差分信息的播發(fā)頻率，降低差分信息的傳輸流量，降低通信成本，并大大降低參考站服務器的通信壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的差分GNSS系統(tǒng)組成框圖；
圖2為基于偽距改正數(shù)和偽距改正數(shù)變化率的偽距差分框圖；
圖3為基于偽距的偽距差分框圖；
圖4為實施例六的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]目前常規(guī)的方法是按照協(xié)議規(guī)定的差分信息更新頻率IHz來實現(xiàn)的，基準站播發(fā)的差分信息每秒更新一次，這樣，差分GNSS接收機通過接收的每秒更新一次的差分信息對偽距進行修正。
[0027]而實際上，不管是基于偽距改正數(shù)和偽距變化率改正數(shù)的差分定位還是基于偽距的差分定位，偽距差分技術所消除的衛(wèi)星時鐘誤差、電離層誤差、對流層誤差，其誤差修正值是個緩慢變化量，在幾分鐘內(nèi)一般不會發(fā)生很大的變化，因此，在差分信息可用范圍內(nèi)，偽距差分信息不需要每秒更新，以減少接收機與基準站的信息交互及通訊流量，改進的基于偽距差分的定位流程如下所述:
基于偽距改正數(shù)和偽距變化率改正數(shù)的偽距差分定位GNSS接收機實現(xiàn)步驟:
I)接收機每N分鐘接收一次差分信息，得到偽距改正數(shù)PRC (W )和偽距變化率改正數(shù)RRC (U/), U/是基站播發(fā)差分信息的參考歷元時間；2)接收機根據(jù)自身解調(diào)的導航電文和時間信息計算^時刻的偽距值Pe；
3)接收機根據(jù)接收的差分信息，計算出時刻的偽距改正數(shù)，即PRC(To/) —RRC(k小 Cfc^f5P.4)接收機把3)中計算的偽距改正數(shù)加到2)中計算的4時刻的偽距值上，得到修正的
偽距為P = — PRCftcf) — RRCI ta f)' (fc — ?"。,)；
5)接收機進行PVT解算；
6)接收機輸出NMEA信息。
[0028]基于偽距的差分定位GNSS接收機實現(xiàn)步驟:
1)接收機每N分鐘接收一次差分信息，得到tD/時刻的偽距值Pl；
2)接收機根據(jù)自身解調(diào)的導航電文和時間信息計算時刻的偽距值A； 3)接收機根據(jù)星歷信息計算tc時刻的衛(wèi)星位置、根據(jù)接收的差分信息得到基站的坐標值，計算得到^時刻衛(wèi)星到基準站的幾何距離& ,再和差分信息中L/ (fC — t^/〈200)時刻的偽距值相減，即P1 -A.,得到偽距改正數(shù)Δρ ；
4)接收機把3)中計算的偽距改正數(shù)加到2)中計算的iC時刻的偽距值上，得到修正后
的偽距值P = β￡.— Δρ ；
5)接收機進行PVT解算；
6)接收機輸出NMEA信息。
[0029]根據(jù)上面的描述，為了減小流量，減小接收機接收差分信息的頻率最有效，下面是本發(fā)明實施例。
[0030]實施例一:
接收機固定每N (f600)秒接收一次差分站的差分信息，對偽距進行修正，在此時間段內(nèi)不再接收差分信息。通常地，N的值是可以動態(tài)配置的。
[0031]實施例二:
接收機計算自身的運動速度，或者從傳感器獲得接收機的速度信息，然后通過速度的快慢來決定接收機接收差分信息的頻率，若接收機運動較快，則加快接收差分信息頻率，若接收機運動速度較慢，則減少接收機接收差分信息的頻率。表1說明了接收機速度與接收機接收差分信息頻率的關系，可以看出速度越快，接收的頻率越高。
【權利要求】
1.一種衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，所述差分信息用于改善接收機的定位或授時精度，其特征在于，所述方法包括，傳輸頻率設置步驟，動態(tài)設置所述接收機差分信息的傳輸頻率，所述接收機按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息。
2.如權利要求1所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述方法還包括， 運動速度獲取步驟，獲取所述接收機的運動速度； 傳輸頻率設置步驟，根據(jù)所述運動速度，動態(tài)設置所述接收機差分信息的傳輸頻率，所述接收機按照所述傳輸頻率獲取所述差分信息； 傳輸頻率調(diào)節(jié)步驟，所述運動速度越快，所述傳輸頻率越高。
3.如權利要求2所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述運動速度在[0，10km/h]范圍時，所述傳輸頻率所選取的范圍為(180，600]秒/次。
4.如權利要求2所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述運動速度在(10km/h，30km/h]范圍時，所述傳輸頻率所選取的范圍為(60，180]秒/次。
5.如權利要求2所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述運動速度在(30km/h，60km/h]范圍時，所述傳輸頻率所選取的范圍為(30，60]秒/次。
6.如權利要求2所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述運動速度在(60km/h，80km/h]范圍時，所述傳輸頻率所選取的范圍為(1，30]秒/次。
7.如權利要求2所述的衛(wèi)星導航接收機差分信息傳輸方法，其特征在于，所述運動速度在80km/s以上時，所述傳輸頻率為小于或等于I秒/次。
8.一種應用了權利要求廣7所述差分信息傳輸方法的衛(wèi)星導航接收機。
【文檔編號】G01S19/24GK104035108SQ201410256254
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權日:2014年6月11日
【發(fā)明者】劉麗寧, 孫功憲 申請人:東莞市泰斗微電子科技有限公司