本發(fā)明涉及衛(wèi)星導航定位技術領域，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：

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

技術實現(xiàn)要素：

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

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)，主要由ARM平臺、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平臺包括中心處理器、顯示器和2個USB接口；差分接收單元的輸出端經一個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單元的輸出端經另一個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)，還進一步包括基站；該基站上設有基站處理器、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平臺還進一步包括電源模塊、復位模塊、時鐘模塊和存儲模塊；電源模塊、復位模塊、時鐘模塊和存儲模塊均與中心處理器連接。

上述方案中，ARM平臺還設有通信串口和/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，差分接收單元接收差分數據；

步驟2、Ublox單元接收到指令后，開始通過中心GPS與BDS組合天線接收所有可見的BDS衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星數據；

步驟3、Ublox單元對中心GPS與BDS組合天線接收的衛(wèi)星數據進行解析，并將解碼后的數據打包為Ublox信息格式后，通過USB接口實時發(fā)送給中心處理器；

步驟3、差分接收單元接收到指令后，開始接收差分數據，并通過USB接口實時發(fā)送給中心處理器；

步驟4、中心處理器接收Ublox單元發(fā)來的Ublox信息格式的BDS和GPS衛(wèi)星導航數據，并進行數據解算，提取偽距；

步驟5、中心處理器接收差分接收單元發(fā)來的差分數據，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，對步驟4所提取出的偽距進行修正；并采用修正后偽距去進行定位解算，并獲得定位系統(tǒng)的位置，實現(xiàn)差分偽距定位；

步驟7、中心處理器將定位解算結果送入顯示器進行結果顯示。

上述步驟3中，差分接收單元接收來自基站發(fā)送的差分數據。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下特點：

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、用差分定位技術可以消除系統(tǒng)中共有的誤差，從而達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定位精度；

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

4，采用嵌入式作為開發(fā)平臺，功耗低，數據處理能力強，能夠滿足衛(wèi)星數據和差分數據的處理要求。

5、通過嵌入式平臺搭建組合差分BDS/GPS信息服務平臺，使其達到接收機達到小型化、便捷化、實用化的目的。

附圖說明

圖1為GPS和BDS組合差分嵌入式定位系統(tǒng)的原理圖。

圖2為差分數據生成和提取的原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，詳細描述本發(fā)明的技術方案：

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、差分接收單元、Ublox單元、以及中心GPS與BDS組合天線組成。

ARM平臺主要控制整個系統(tǒng)的運行，由中心處理器、電源模塊、復位模塊、時鐘模塊、存儲模塊、通信串口、SD卡接口、顯示器和2個USB接口組成。中心處理器、電源模塊、復位模塊、時鐘模塊和存儲模塊為ARM平臺的最小化構成模塊，電源模塊、復位模塊、時鐘模塊和存儲模塊均與中心處理器連接。通信串口和SD卡接口為ARM平臺的擴展模塊，其用于實現(xiàn)ARM平臺與外部數據的交互，通信串口和SD卡接口均與中心處理與器連接。如可以通過通信串口將ARM平臺與上位機連接，用于將更新的程序數據下載至中心處理器，如可以通過SD卡接口實現(xiàn)ARM平臺的存儲空間的擴展。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，ARM平臺是采用三星公司的Exynos4412Linux嵌入式平臺。

差分接收單元用于接收差分數據，差分接收單元的輸出端經一個USB接口連接中心處理器。差分數據可以與現(xiàn)有的CORS系統(tǒng)連接，直接使用CORS系統(tǒng)所獲得的差分數據。CORS系統(tǒng)是連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)，其利用全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)、計算機、數據通信和互聯(lián)網絡技術，在一個城市、一個地區(qū)或一個國家根據需求按一定距離建立長年連續(xù)運行的若干個固定GNSS基準站的網絡系統(tǒng)，向不同類型、不同需求、不同層次的用戶提供不同類型的GPS觀測值、各種差分改正信息、以及其他相關的GPS服務?？紤]到CORS系統(tǒng)的使用需要付費，本發(fā)明采用自行設計的基站來實現(xiàn)差分數據的獲取。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，參見圖2。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，差分接收單元為E32-TTL-500無線串口接收模塊，差分發(fā)射單元為E32-DTU-500無線數傳電臺。

Ublox單元從衛(wèi)星中獲取精密參考時鐘，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單元的輸出端經另一個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。

上述定位系統(tǒng)所實現(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，差分接收單元接收差分數據。

步驟2、Ublox單元接收到指令后，開始通過中心GPS與BDS組合天線接收所有可見的BDS衛(wèi)星和GPS衛(wèi)星的衛(wèi)星數據。

步驟3、Ublox單元對中心GPS與BDS組合天線接收的衛(wèi)星數據進行解析，并將解碼后的數據打包為Ublox信息格式后，通過USB接口實時發(fā)送給中心處理器。

步驟3、差分接收單元接收到指令后，開始接收差分數據，并通過USB接口實時發(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)來的差分數據，也可以接收來自基站發(fā)送的差分數據。參見圖2的差分數據生成和提取的原理圖。

步驟4、中心處理器接收Ublox單元發(fā)來的Ublox信息格式的BDS和GPS衛(wèi)星導航數據，并進行數據解算，提取偽距。在中央處理器對BDS和GPS衛(wèi)星導航數據進行解算時，所提取的數據不僅包括偽距，還需要提取出所有觀測衛(wèi)星的觀測時間，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)來的差分數據，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，對步驟4所提取出的偽距進行修正。并采用修正后偽距去進行定位解算，并獲得定位系統(tǒng)的位置，實現(xiàn)差分偽距定位。

設定位系統(tǒng)即接收機的初始坐標是(x₀,y₀,z₀)，利用第i顆衛(wèi)星的觀測時間和星歷參數計算出第i顆衛(wèi)星的位置為(xⁱ,yⁱ,zⁱ)，根據站星間的距離公式：

接收機對第i顆衛(wèi)星的偽距測量值為P_i,，偽距包括各種誤差，與真實距離不同。接收機觀察偽距公式如下：

其中，是接收機至第i顆衛(wèi)星的真實距離；dtⁱ是衛(wèi)星鐘差；dt_u是接收機鐘差；是軌道誤差；是電離層效應所產生的距離誤差；是對流層效應所產生的距離誤差；是其他相關誤差。

基站發(fā)送的偽距改正數的公式如下：

所以修正后的偽距為：

步驟7、中心處理器將定位解算結果送入顯示器進行結果顯示。

上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內。