基于卫星共视算法的高精度定位系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，涉及卫星共视领域，解决的是卫星授时精度较低，无法满足广区域

【技术实现步骤摘要】
基于卫星共视算法的高精度定位系统


[0001]本专利技术涉及测量
，且更具体地涉及一种基于卫星共视算法的高精度定位系统
。

技术介绍

[0002]RTK
（
Real
ꢀ‑ꢀ
time kinematic
，实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标
。
这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态
、
快速静态
、
动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而
RTK
是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是
GPS
应用的重大里程碑，它的出现为工程放样
、
地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率
。
[0003]卫星导航系统是着眼于国家安全和经济社会发展需要，经过多年发展，卫星导航系统已成为面向全球用户提供全天候
、
全天时
、
高精度定位
、
导航与授时服务的重要新型基础设施，建立与维持卫星导航系统高精度时间基准，持续开展与其他卫星导航系统时差监测，在导航电文中播发，加强与其他卫星导航系统时间系统互操作更高精度
、
更稳运行是卫星导航系统的不懈追求
。
[0004]现有技术中，卫星授时精度较低，随着新兴的光纤授时等技术的进步，精度很高达到毫微秒，但无法满足广区域
、
大范围的布设要求，基于卫星导航的动态定位装置较少，特别是缺乏基于卫星导航的高精度定位装置，现有技术中，共视法是利用2个不同地点观测站的卫星接收机同时跟踪同一颗卫星，从而降低2站间共同误差，提高时间同步精度的方法
。
高精度的共视授时技术不仅是满足世界标准时间
(UTC)
形成和准确度
。
[0005]因此如何实现高精度定位技术和动态高精度卫星共视成为亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0006]针对上述技术的不足，本专利技术公开一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，能够通过
RTK
定位实现卫星载波相位观测值的高精度实时动态定位，获得流动站的定位结果；采用定位模型用于完成信号跟踪和定位，采用接收机监控模型实现将基准站信息供定位模块使用；采用相对定位模块通过数据链通信设备将位置信息发送给基准站设备；共视信号产生单元采用卫星共视算法产生动态高精度的共视信号；滤波单元采用卡尔曼滤波算法最优评估共视信号，提高共视时间比对精度，大大提高了测量能力
。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：一种基于卫星共视算法的高精度定位系统包括：电源模块
、
接收模块和显示模块；电源模块用于电压转换，向基于卫星共视算法的高精度定位系统供电；接收模块用于通过天线接收和发送数据；显示模块用于通过可视化和触屏操作实时监测设备内部状态；其中所述基于卫星共视算法的高精度定位系统还包括定位模块
、
卫星共视模块和
数据处理模块；其中定位模块用于获得流动站的定位结果，定位模块采用
RTK
定位实现卫星载波相位观测值的实时动态定位，
RTK
定位包括北斗定位模型
、
接收机监控模型和相对定位模型，北斗定位模型用于完成信号跟踪和定位，接收机监控模型实现将基准站信息供定位模块使用，相对定位模块通过数据链通信设备将位置信息发送给基准站设备；其中卫星共视模块用于实现两地卫星在同一共视时间接收同一颗卫星信号，所述卫星共视模块包括接收单元和共视信号产生单元，接收单元输出端与共视信号产生单元输入端连接，接收单元采用天线接收卫星信号，共视信号产生单元采用卫星共视算法产生动态共视信号；其中数据处理模块用于预测和修正动态共视信号，数据处理模块包括传输单元和滤波单元，传输单元输出端与滤波单元输入端连接，滤波单元采用卡尔曼滤波算法对动态共视信号进行评估，传输单元将动态高精度共视信号转发至数据处理模块；所述电源模块输出端分别与接收模块
、
显示模块
、
卫星共视模块
、
数据处理模块和定位模块输入端连接，接收模块输出端与定位模块输入端连接，定位模块输出端与卫星共视模块输入端连接，卫星共视模块输出端与数据处理模块输入端连接，数据处理模块输出端与显示模块输入端连接
。
[0008]作为本专利技术进一步的技术方案，所述北斗定位模型采用相位天线设备完成卫星信号跟踪和定位计算并获取卫星信号，同时将相位值发送给相对定位模块，接收机监控模型通过观测信息设备获取基准站信息，所述基准站信息包括编码
、
解码
、
载波和星号信息，相对定位模型采用接收设备接收基准站发送过来的编码
、
解码
、
载波和星号信息，同时采用载波相位差分获得定位位置，最后通过数据链通信设备发送给基准站设备
。
[0009]作为本专利技术进一步的技术方案，所述定位模块工作步骤为：步骤
1、
数据预处理，初始化定位模块参数，设置触发源和数据源，触发源包括基带中断数据，数据源包括导航基带输入数据，根据触发源和数据源进行捕获跟踪
、
数据解析
、
载波相位差分和数据输出；步骤
2、
卫星信息提取，采用捕获跟踪模型根据各通道的信号强度进行选星，根据信号跟踪状态
、
各通道码同步
、
帧同步情况提取卫星星历和历书，采用调用回调函数深度访问卫星信息，所述调用回调函数结合卫星星历时间提取观测量，得到伪距
、
多普勒频移
、
载波相位和信号发射时间；步骤
3、
接收机位置定位，采用最小化误差函数根据观测量计算出接收机位置，所述最小化误差函数根据误差微分函数计算整周模糊度，得到精确的载波相位观测量后，计算基线矢量，进行测向和差分定位；步骤
4、
卫星跟踪，通过通道跟踪装置根据卫星轨道参数和接收机位置确定卫星可见度，并对可视卫星进行跟踪
。
[0010]作为本专利技术进一步的技术方案，卫星共视模块中共视信号产生单元采用卫星共视算法实现两个不同地点观测站的卫星接收机同时跟踪同一颗卫星，卫星共视算法的方法为：两地数据通过通信网络传输，所述通信网络通过同一共视时间表在同一时刻接收卫星信号，利用锶原子光钟得到两地之间时间差为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
在公式（1）中，
、
分别为两地时间，为卫星时间，两地锶原子光钟之间时间差表示引力效应；
Q
和
R
分别表示两地时间的区别标识；
E
表示卫星时间标识；两地锶原子光钟之间时间差通过...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，包括：电源模块
、
接收模块和显示模块；电源模块用于电压转换，向基于卫星共视算法的高精度定位系统供电；接收模块用于通过天线接收和发送数据；显示模块用于通过可视化和触屏操作实时监测设备内部状态；其特征在于：所述基于卫星共视算法的高精度定位系统还包括定位模块
、
卫星共视模块和数据处理模块；其中定位模块用于获得流动站的定位结果，定位模块采用
RTK
定位实现卫星载波相位观测值的实时动态定位，
RTK
定位包括北斗定位模型
、
接收机监控模型和相对定位模型，北斗定位模型用于完成信号跟踪和定位，接收机监控模型用于将基准站信息供定位模块使用，相对定位模型通过数据链通信设备将位置信息发送给基准站设备；其中卫星共视模块用于实现两地卫星在同一共视时间接收同一颗卫星信号，所述卫星共视模块包括接收单元和共视信号产生单元，接收单元输出端与共视信号产生单元输入端连接，接收单元采用天线接收卫星信号，共视信号产生单元采用卫星共视算法产生动态共视信号；其中数据处理模块用于预测和修正动态共视信号，数据处理模块包括传输单元和滤波单元，传输单元输出端与滤波单元输入端连接，滤波单元采用卡尔曼滤波算法对动态共视信号进行评估，传输单元将动态共视信号转发至数据处理模块；所述电源模块输出端分别与接收模块
、
显示模块
、
卫星共视模块
、
数据处理模块和定位模块输入端连接，接收模块输出端与定位模块输入端连接，定位模块输出端与卫星共视模块输入端连接，卫星共视模块输出端与数据处理模块输入端连接，数据处理模块输出端与显示模块输入端连接
。2.
根据权利要求1所述的一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，其特征在于：所述
RTK
定位工作方法为：北斗定位模型采用相位天线设备完成卫星信号跟踪和定位计算并获取卫星信号，同时将相位值发送给相对定位模块，接收机监控模型通过观测信息设备获取基准站信息，所述基准站信息包括编码
、
解码
、
载波和星号信息，相对定位模型采用接收设备接收基准站发送过来的编码
、
解码
、
载波和星号信息，同时采用载波相位差分获得定位位置，最后通过数据链通信设备发送给基准站设备
。3.
根据权利要求1所述的一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，其特征在于：所述定位模块工作步骤为：步骤
1、
数据预处理，初始化定位模块参数，设置触发源和数据源，触发源包括基带中断数据，数据源包括导航基带输入数据，定位模块根据触发源和数据源进行捕获跟踪
、
数据解析
、
载波相位差分和数据输出；步骤
2、
卫星信息提取，采用捕获跟踪模型根据各通道的信号强度进行选星，根据信号跟踪状态
、
各通道码同步和帧同步情况提取卫星星历和历书，采用调用回调函数访问卫星信息，所述调用回调函数结合卫星星历时间提取观测量，得到伪距
、
多普勒频移
、
载波相位和信号发射时间；步骤
3、
接收机位置定位，采用最小化误差函数根据观测量计算出接收机位置，所述最小化误差函数根据误差微分函数计算整周模糊度，得到载波相位观测量后计算基线矢量，进行测向和差分定位；
步骤
4、
卫星跟踪，通过通道跟踪装置根据卫星轨道参数和接收机位置确定卫星可见度，并对可视卫星进行跟踪
。4.
根据权利要求1所述的一种基于卫星共视算法的高精度定位系统，其特征在于：卫星共视模块中共视信号产生单元采用卫星共视算法实现两个不同地点观测站的卫星接收机同时跟踪同一颗卫星，卫星共视算法的方法为：两地数据通过通信网络传输，所述通信网络通过同一共视时间表在同一时刻接收卫星信号，利用锶原子光钟得到两地之间时间差为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
在公式（1）中，
、
分别为两地时间，为卫星时间，两地锶原子光钟之间时间差表示卫星引力效应；
Q
和
R
分别表示两地时间的区别标识；
E
表示卫星时间标识；两地锶原子光钟之间时间差通过
10
次测量计算得出，根据两地锶原子光钟之间时间差计算出两台锶原子光钟在同一时间段的相对频率差：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
在公式（2）中，为平均时间间隔，
x
为时间变量频数，
y
为时间变量累积频数，为相对频率差加权值，通过公式（1）和公式（2）建立卫星共视方程解出两地之间时间差，依据两台锶原子光钟在同一时间段...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗超，
申请(专利权)人：河南博兆电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：