一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置及方法，卫星导航接收机接收卫星信号，下变频后送入中频信号预处理单元，完成A/D转换，将干扰抑制后的数字中频信号送入基带信号处理单元进行信号捕获、跟踪，完成原始观测数据和提取，以及解调出原始导航电文；主控单元对原始观测数据和导航电文进行综合处理，解析得到观测数据和广播星历；同时，通过网络实时获取IGS中心卫星轨道参数和卫星钟差，进行数据预处理，统一时空基准，建立定位模型，采用卡尔曼滤波方法进行实时精密定位，同时将定位结果存储并传输给显控单元进行显示。本发明专利技术节约成本，能提高工作效率，同时不受距离约束，能显著提高定位系统的自主完备性和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置及方法
本专利技术属于卫星导航高精度非差定位领域，涉及BDS、GPS、GLONASS系统，特别是可接收北斗三号全球新体制信号，可用于卫星导航系统单点高精度定位信息生成。
技术介绍
在传统GPS静态定位中，单个卫星导航接收机绝对定位的精度在10m左右，满足不了精密导航和测量用户的需求，一般都采用相对定位方式，通过组成双差观测值消除接收机钟差、卫星钟差等公共误差及削弱对流层延迟、电离层延迟等相关性强的误差影响，来达到提高精度的目的。这种观测方式无需考虑复杂的误差模型，具有解算模型简单、定位精度高等优势；但也存在一些不足，如观测时至少有一台接收机置于已知站上作为基准站，影响了作业效率，提高了作业成本；另外，随着距离的增加，对流层延迟、电离层延迟等误差的相关性减弱，必须相应地延长观测时间，才能达到预期精度。另外，随着北斗三号全球卫星导航系统的推进，实现接收北斗三号全球新体制信号的接收机，将显著提高定位的自主完备性和精度。兼容北斗三号新体制信号的三系统全频点接收机，需具备800个通道的实时观测能力，小型化单基带信号处理板的配置难以实现。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置及方法，与采用RTK技术的卫星导航接收机相比，无需与其它卫星导航接收机组配或架设基准站，只需要单机作业，从而节约成本，且提高工作效率，同时不受距离约束，可接收包括BD2(B1/B2/B3)、BD3(B1C/B2ab)、GPS(L1/L2/L5)、GLONASS(L1/L2)三系统全频点信号，可同时接收800个通道。由于接收通道较多，同时考虑到接收机体积因素，基带信号处理单元采用三块基带信号处理板分布式总线架构设计，通过基于统一TIC的时间同步技术，实现了三块基带信号处理板(三系统)观测数据的时标统一，达到了同步精度小于10ns，保证了三系统观测数据时标的准确性和一致性。采用基于GPS+GLONASS+BDS融合的实时精密单点定位方法，相比单一系统而言，GPS+GLONASS+BDS无论是从连续性、可用性、可靠性、精度以及效率等各方面都更具优势。三者的融合可以大大改善卫星的几何图形强度，能显著提高定位系统的自主完备性和精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置，包括卫星导航接收机和天线；卫星导航接收机包括射频信号处理单元、中频信号预处理单元、基带信号处理单元、主控单元和显控单元；卫星导航接收机通过天线单元接收BDS、GPS、GLONASS系统相应频点的卫星信号，经射频信号处理单元进行下变频处理后，将模拟中频信号送入中频信号预处理单元，完成A/D转换，将干扰抑制后的数字中频信号送入基带信号处理单元进行信号捕获、跟踪，完成原始观测数据和提取，以及解调出原始导航电文；主控单元对原始观测数据和导航电文进行综合处理，解析得到观测数据和广播星历；同时，通过网络实时获取IGS中心卫星轨道参数和卫星钟差，进行数据预处理，统一时空基准，建立定位模型，采用卡尔曼滤波方法进行实时精密定位，同时将定位结果存储并传输给显控单元进行显示。本专利技术还提供一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位方法，包括以下步骤：1)读取原始数据，包括GPS、BDS、GLONASS三系统RINEX格式的原始观测数据、广播星历，精密星历和精密钟差；2)对GPS、BDS、GLONASS三系统原始数据采用M-W组合探测法进行周跳检测及粗差剔除；用检测过周跳的载波相位来平滑剔除粗差的伪距，对GPS、BDS、GLONASS三系统时空基准进行统一处理。3)通过拉格朗日插值方法内插精密星历、钟差，构建GPS、BDS、GLONASS三系统观测方程，采用双频伪距和载波相位观测值的消电离层组合方法进行误差改正；4)建立随机模型，对于同一系统的不同卫星，采用基于高度角的先验定权方法，对于不同系统下的卫星，采用Helmert验后方差估计的方法进行定权；5)采用扩展卡尔曼滤波进行模糊度和坐标求解。本专利技术的有益效果是：本专利技术可以接收北斗三号全球新体制信号，目前在卫星导航接收机中尚无此类设备，可以增加观测卫星数，改善卫星的几何图形强度，同时新体制信号本身具有更强的抗多径、抗干扰能力，无论是从连续性、可用性、可靠性、精度以及效率等各方面都更具优势。本专利技术集成了先进的GNSS实时数据处理、3G通信等技术；能够在保证卫星导航单点定位精度的同时，保障其实时性、可靠性和实用性。其静态定位精度可达到厘米级，定位精度高。本专利技术统一了三系统组合精密定位的时间系统和空间系统，建立了精密单点定位非差组合模型，有效缩短定位收敛时间以及提高在双系统卫星数较少或者卫星星座分布较差时的定位精度。附图说明图1为本专利技术的装置整体结构框图；图2为基于统一TIC的时间同步技术原理框图；图3为本专利技术整个装置的信号传输关系图；图4为本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术提供的卫星导航定位装置包括卫星导航接收机和天线各一套。天线用于接收卫星信号，将电磁波信号转换为高频电信号，通过天线线缆传送给卫星导航接收机。卫星导航接收机将高频电信号下变频后形成模拟中频信号，经A/D量化转换后形成数字中频信号，经过基带解调生成原始观测数据，提供给主控单元进行定位处理。卫星导航接收机主要由射频信号处理单元、中频信号预处理单元、总线接口单元、基带信号处理单元、主控单元、显控单元、3G通讯单元、以太网通讯单元和电源单元等组成。为实现上述目的，本专利技术提供的实时精密定位方法包括以下步骤：1)读取原始数据说明：原始数据包括：GPS、BDS、GLONASS三系统RINEX格式原始观测数据、广播星历，精密星历、精密钟差。2)数据预处理说明：对GPS、BDS、GLONASS三系统原始数据采用M-W组合探测法进行周跳检测及粗差剔除。用检测过周跳的载波相位来平滑剔除粗差的伪距，对GPS、BDS、GLONASS三系统时空基准进行统一处理。3)建立精密单点定位模型说明：通过拉格朗日插值方法内插精密星历、钟差，构建GPS、BDS、GLONASS三系统观测方程，采用双频伪距和载波相位观测值的消电离层组合方法进行误差改正。4)建立随机模型说明：对于同一系统的不同卫星，基于高度角的先验定权方法，对于不同系统下的卫星，采用的是Helmert验后方差估计的方法来进行定权。5)解算结果说明：采用扩展卡尔曼滤波(EKF)进行模糊度和坐标求解。参照图1，本专利技术装置包括：卫星导航接收机和天线。卫星导航接收机包括射频信号处理单元、中频信号预处理单元、总线接口单元、基带信号处理单元、主控单元、显控单元和电源单元等组成。本装置的工作流程如下：卫星导航接收机通过天线单元接收BDS、GPS、GLONASS系统相应频点的卫星信号，经射频信号处理单元进行下变频处理后，将模拟中频信号送入中频信号预处理单元，完成A/D转换，将干扰抑制后的数字中频信号送入基带信号处理单元进行信号捕获、跟踪，完成原始观测数据和提取，以及解调出原始导航电文；主控单元对原始观测数据和导航电文进行综合处理，解析得到观测数据和广播星历；同时，通过3G通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置，包括卫星导航接收机和天线，其特征在于：所述的卫星导航接收机包括射频信号处理单元、中频信号预处理单元、基带信号处理单元、主控单元和显控单元；卫星导航接收机通过天线单元接收BDS、GPS、GLONASS系统相应频点的卫星信号，经射频信号处理单元进行下变频处理后，将模拟中频信号送入中频信号预处理单元，完成A/D转换，将干扰抑制后的数字中频信号送入基带信号处理单元进行信号捕获、跟踪，完成原始观测数据和提取，以及解调出原始导航电文；主控单元对原始观测数据和导航电文进行综合处理，解析得到观测数据和广播星历；同时，通过网络实时获取IGS中心卫星轨道参数和卫星钟差，进行数据预处理，统一时空基准，建立定位模型，采用卡尔曼滤波方法进行实时精密定位，同时将定位结果存储并传输给显控单元进行显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时精密单点定位的卫星导航定位装置，包括卫星导航接收机和天线，其特征在于：所述的卫星导航接收机包括射频信号处理单元、中频信号预处理单元、基带信号处理单元、主控单元和显控单元；卫星导航接收机通过天线单元接收BDS、GPS、GLONASS系统相应频点的卫星信号，经射频信号处理单元进行下变频处理后，将模拟中频信号送入中频信号预处理单元，完成A/D转换，将干扰抑制后的数字中频信号送入基带信号处理单元进行信号捕获、跟踪，完成原始观测数据和提取，以及解调出原始导航电文；主控单元对原始观测数据和导航电文进行综合处理，解析得到观测数据和广播星历；同时，通过网络实时获取IGS中心卫星轨道参数和卫星钟差，进行数据预处理，统一时空基准，建立定位模型，采用卡尔曼滤波方法进行实时精密定位，同时将定位结果存储并传输给显控单元进行显示。2.一种利...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宇，关红宾，蒋军，李路程，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61