一种基于浮动平台的高精度定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于浮动平台的高精度定位方法及系统，包括：在水面上布设一个作为主站的浮标载体和多个作为流动站的浮标载体；在每一个浮标载体上布设用于接收卫星信号的接收机；主站采用卫星定位技术确定主站的三维坐标，形成基准坐标；采用基线向量解算方法计算每一个流动站相对于主站的基线向量；利用主站的基准坐标以及每一个流动站相对于主站的基线向量，计算出每一个流动站的三维坐标；利用主站和所有的流动站组成一个伪卫星星座；水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置。本发明专利技术的定位技术不需要建立静态基站，直接点对点实现动‑动高精度相对定位，可操作性强；水下设备无需定时上浮校正，作业效率高，隐蔽性强。

A High Precision Location Method and System Based on Floating Platform

【技术实现步骤摘要】
一种基于浮动平台的高精度定位方法及系统
本专利技术属于通信卫星导航及测试
，具体地说，是涉及一种利用通信卫星对水域目标进行定位的技术。
技术介绍
水下有人平台或水下无人平台是海洋资源开发水下作业的主体，其中对水下平台自身的导航定位以及对水下目标的跟踪定位是水下作业的关键，传统的定位模式是“惯性导航+深度仪+水面GPS定位”。在传统的水下平台定位技术中，由于惯性导航系统具有随时间误差累积的不可避免的缺点，必须航行一段时间后上浮校正。因此，采用这种传统定位技术的水下平台，在执行水下作业任务的过程中，需要每间隔一段时间上浮至水面进行卫星定位校正，从而严重影响了水下平台的作业效率，且隐蔽性差。并且，这种水下平台需要携带高精度的惯性导航传感器，而高精度的惯性导航传感器价格昂贵，造成水下平台的造价高昂，不利于推广应用。现有的另外一种定位模式是基于静态基站实现的相对定位技术，即，在海平面上建立绝对静止的静态基站，基于静态基站的空间坐标以及静态基站与水下平台之间的位置关系，解算出水下平台的三维坐标。但是，在海平面上建立静态基站的成本高，维护困难，且基本上不具有可操作性，因此，很难投入到实际应用中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于浮动平台的高精度定位方法，无需建立静态基站，也无需要求水下设备定时上浮校正，定位精度高，可操作性强，且造价适中，便于推广应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现：在一个方面，本专利技术提出了一种基于浮动平台的高精度定位方法，包括：在水面上布设一个作为主站的浮标载体和多个作为流动站的浮标载体；在每一个浮标载体上布设用于接收卫星信号的接收机；主站采用卫星定位技术确定主站的三维坐标，形成基准坐标；采用基线向量解算方法计算每一个流动站相对于主站的基线向量；利用主站的基准坐标以及每一个流动站相对于主站的基线向量，计算出每一个流动站的三维坐标；利用主站和所有的流动站组成一个伪卫星星座；水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置。优选的，所述流动站优选包括三个，且主站与三个流动站在水面上的漂浮位置分别位于一个四边形的四个边角位置。优选的，在计算每一个流动站相对于主站的基线向量的过程中，包括：利用主站上的接收机和流动站上的接收机分别观测相同的多颗通信卫星，生成主站的载波相位观测方程和流动站的载波相位观测方程；对主站的载波相位观测方程和流动站的载波相位观测方程进行单差分处理，生成载波相位单差方程；选取其中一个通信卫星作为基准被差卫星，对所述单差方程做双差处理，生成载波相位双差方程；利用最小二乘法求解所述双差方程，得到整周模糊度的浮点解；利用搜索算法，搜索出整周模糊度的固定解；将所述固定解代入所述双差方程，便可计算出所述的基线向量。优选的，所述通信卫星优选包括五颗，所述接收机可以单频接收机，也可以双频接收机。优选的，在所述水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置的过程中，包括：主站和每一个流动站将自身的坐标信息以及发送坐标信息的时间发送至水下设备；水下设备根据坐标信息的接收时间和发送时间，分别计算出水下设备到主站和每一个流动站的距离；利用主站和每一个流动站的三维坐标，并结合水下设备到主站和每一个流动站的距离，解算出水下设备的三维坐标。在另一个方面，本专利技术还提出了一种高精度定位系统，包括主站、流动站和水下设备；其中，所述主站为浮标载体，其上设置有用于接收卫星信号的接收机，所述主站采用卫星定位技术获取自身的三维坐标，并作为基准坐标；所述流动站为浮标载体，且包括多个，在每一个流动站上分别设置有一个用于接收卫星信号的接收机，每一个流动站均采用基线向量解算方法计算出其相对于主站的基线向量，并将计算出的基线向量与主站的基准坐标相结合，计算出每一个流动站的三维坐标；所述水下设备与主站及流动站通信，将主站和所有的流动站组成一个伪卫星星座，利用所述伪卫星星座定位自身位置。进一步的，所述主站利用其接收机观测多颗通信卫星，并将观测到的载波相位观测量发送至流动站；所述流动站根据主站的载波相位观测量，生成主站的载波相位观测方程；所述流动站利用其接收机观测所述的多颗通信卫星，生成流动站的载波相位观测方程；所述流动站对两个所述的载波相位观测方程进行单差分处理，生成载波相位单差方程；所述流动站选取其中一个通信卫星作为基准被差卫星，对所述单差方程做双差处理，生成载波相位双差方程；所述流动站利用最小二乘法求解所述双差方程，得到整周模糊度的浮点解；然后利用搜索算法，搜索出整周模糊度的固定解；并将所述固定解代入所述双差方程，计算出所述流动站相对于主站的基线向量，以用于计算所述流动站的三维坐标。作为所述水下设备可适用的一种优选定位计算方法，本专利技术在所述主站、每一个流动站和水下设备上分别安装有水声换能器；所述主站和每一个流动站通过水声换能器将自身的坐标信息以及发送坐标信息的时间传送至所述水下设备；所述水下设备根据坐标信息的接收时间和发送时间，分别计算出其到主站和每一个流动站的距离；然后，利用主站和每一个流动站的三维坐标，并结合其到主站和每一个流动站的距离，解算出水下设备的三维坐标。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术的定位技术采用在水面上投放多个浮标载体的方式构建基站，且仅对基站中的主站进行卫星定位，其余的流动站均采用以主站为基准的动动差分相对精密定位技术进行定位，由此可以简化流动站定位计算的复杂度。此外，本专利技术利用主站和流动站构建水面定位伪星座为水下设备进行定位，由此可以大大降低水下设备的定位成本，提高了定位精度和定位范围。本专利技术的定位技术不需要建立静态基站，直接点对点实现动-动高精度相对定位，而且收敛速度极快，可操作性强，维护简单；水下设备无需定时上浮校正，作业效率高，隐蔽性强，可以很好地完成不同要求的水下作业任务，便于在海洋资源开发和观测等领域推广和应用。结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术所提出的高精度定位系统的一种实施例的系统架构示意图；图2是图1北斗卫星定向方法的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细地说明。本实施例的定位技术采用在水面上建立伪卫星星座的方式对水下设备进行定位。其中，伪卫星星座的建立，本实施例采用在水面上布放多个浮标载体的方式实现，且将其中一个浮标载体作为主站，采用现有的卫星定位技术对其进行精确定位；而其余的各个浮标载体则均作为流动站，采用GNSS动动差分相对定位技术，计算出各流动站与主站之间的相对位置，进而根据主站的空间坐标便可准确地定位出各流动站的空间坐标。将每一个浮标载体作为伪星座中的一个伪卫星，通过水声换能器将每一颗伪卫星的空间坐标发送至水下设备，为水下设备提供定位基准，进而帮助水下设备解算出自身的三维坐标，实现对水下设备的准确定位。在本实施例中，优选使用四个浮标载体M、S1、S2、S3构建水面定位伪星座，如图1所示。选择浮标载体M作为主站，其余三个浮标载体S1、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，包括：在水面上布设一个作为主站的浮标载体和多个作为流动站的浮标载体；在每一个浮标载体上布设用于接收卫星信号的接收机；主站采用卫星定位技术确定主站的三维坐标，形成基准坐标；采用基线向量解算方法计算每一个流动站相对于主站的基线向量；利用主站的基准坐标以及每一个流动站相对于主站的基线向量，计算每一个流动站的三维坐标；利用主站和所有的流动站组成一个伪卫星星座；水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，包括：在水面上布设一个作为主站的浮标载体和多个作为流动站的浮标载体；在每一个浮标载体上布设用于接收卫星信号的接收机；主站采用卫星定位技术确定主站的三维坐标，形成基准坐标；采用基线向量解算方法计算每一个流动站相对于主站的基线向量；利用主站的基准坐标以及每一个流动站相对于主站的基线向量，计算每一个流动站的三维坐标；利用主站和所有的流动站组成一个伪卫星星座；水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置。2.根据权利要求1所述的基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，所述流动站包括三个，主站与三个流动站在水面上的漂浮位置分别位于一个四边形的四个边角位置。3.根据权利要求1所述的基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，在计算每一个流动站相对于主站的基线向量的过程中，包括：利用主站上的接收机和流动站上的接收机分别观测相同的多颗通信卫星，生成主站的载波相位观测方程和流动站的载波相位观测方程；对主站的载波相位观测方程和流动站的载波相位观测方程进行单差分处理，生成载波相位单差方程；选取其中一个通信卫星作为基准被差卫星，对所述单差方程做双差处理，生成载波相位双差方程；利用最小二乘法求解所述双差方程，得到整周模糊度的浮点解；利用搜索算法，搜索出整周模糊度的固定解；将所述固定解代入所述双差方程，计算出所述基线向量。4.根据权利要求3所述的基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，所述通信卫星包括五颗，所述接收机为单频接收机或者双频接收机。5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于浮动平台的高精度定位方法，其特征在于，在所述水下设备利用所述伪卫星星座定位自身位置的过程中，包括：主站和每一个流动站将自身的坐标信息以及发送坐标信息的时间发送至水下设备；水下设备根据坐标信息的接收时间和发送时间，分别计算出水下设备到主站和每一个流动站的距离；利用主站和每一个流动站的三维坐标，并结合水下设备到主站和每一个流动站的距离，解算出水下设备的三维坐标。6.一种高精度定位系统，其特征在于，包括：主站，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文学，许志强，赵辉，丁超，胡佳钰，张龙龙，张宇，王丽芝，贺宏达，张兴龙，
申请(专利权)人：青岛杰瑞自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37