CN107918138A - “云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法 - Google Patents

“云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种“云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法，依靠普及广泛的万物互联移动网络、云端服务器强大的计算能力及云端综合差分定位算法，使用地面基准站差分数据，对卫星原始定位误差进行修正的方法。其核心思想是终端定位装置通过移动网络将终端接收到的卫星原始观测量信息实时传送至云端服务器，云端服务器利用现有的全球卫星星历、基准站差分数据及终端上传的卫星原始观测量，综合计算出卫星的实时高精度位置信息，并通过移动网络将高精度位置信息反馈至终端定位装置，从而使低成本定位终端具备与高精度定位终端一致的定位体验。

Description

“云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法
技术领域
本发明涉及高精度低成本差分定位终端技术领域，具体涉及一种“云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法。
背景技术
近年来随着经济的高速发展，智能化，无人化驾驶等需求，人们对高精度定位的需求日益迫切。但绝大多数终端定位装置仍采用普通定位不支持差分定位，无法获得稳定的高精度定位体验。而传统的支持差分定位的终端装置一般需搭载有价格高昂的支持硬件差分的定位芯片，因此无法大规模普及。
目前全球卫星定位***的终端接收装置其原始定位精度较低，且大部分低成本终端装置不支持差分定位，导致定位误差大，偏移大，不稳定。
发明内容
本发明解决了目前全球卫星定位***的终端接收装置其原始定位精度较低，且大部分低成本终端装置不支持差分定位，导致定位误差大，偏移大，不稳定的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种“云+端”综合定位终端定位装置，包括云端服务器和卫星定位终端，卫星定位终端将原始位置信息、卫星原始观测量信息发送到云端服务器，云端服务器结合地面基准站差分数据和全球卫星星历信息，解算出卫星定位终端的差分定位结果，并反馈至卫星定位终端。
进一步地，所述云端服务器包括云端综合差分定位平台，云端综合差分定位平台对卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息进行处理，并将解算出的差分定位结果反馈至卫星定位终端。
进一步地，所述云端综合差分定位平台包括差分定位算法模型和分布式服务器，分布式服务器接收卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息，通过差分定位算法模型进行解算，并通过分布式服务器将解算出的差分定位结果反馈至卫星定位终端。
进一步地，所述差分定位算法模型包括卡尔曼滤波器设计、周跳的探测与修复、整周模糊度计算与确定。
进一步地，所述云端服务器还包括云端数据库，云端数据库存储卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息和云端综合差分定位平台解算出的差分定位结果。
进一步地，所述云端数据库采用MySQL数据库。
进一步地，所述卫星定位终端基于MT2503芯片，将经过RTCM32编码格式编码的原始位置信息、卫星原始观测量信息发送至云端服务器。
进一步地，卫星定位终端将经过RTCM32编码格式编码的原始位置信息、卫星原始观测量信息1秒1次发送至云端服务器。
进一步地，所述MT2503芯片包括MT6261中央处理单元和MT3333卫星定位芯片，卫星定位终端通过MT3333卫星定位芯片接收卫星原始观测量信息，并传送至MT6261中央处理单元，MT6261中央处理单元提取出其中的原始位置信息，通过数据处理，将卫星原始观测量信息封装为RTCM32格式的信息流，并结合MT3333的原始位置信息发送至云端服务器。
一种差分定位方法，包括以下步骤：
步骤S1，卫星定位终端获取卫星原始观测量信息；
步骤S2，对卫星原始观测量信息进行解析与提取；
步骤S3，提取GPS时钟信息；
步骤S4，组成一个历元的卫星原始观测量信息；
步骤S5，对一个历元的卫星原始观测量信息进行RTCM32编码；
步骤S6，按照通讯协议组包；
步骤S7，通过GPRS网络发送至云端服务器。
本发明的“云+端”综合定位终端定位装置基于MT2503，有益效果在于，硬件方案价格低廉，可以广泛推广，且接入综合差分定位云端服务器的终端数量越多，云服务器越可以利用大数据发挥综合差分定位的优势。因此本发明具有很强的现实意义与推广价值。
本发明的有益效果在于，使低成本定位终端具备与高精度定位终端一致的定位体验。
附图说明
图1是本发明“云+端”综合定位终端定位装置总体***框图。
图2是本发明卫星定位终端硬件框图。
图3是本发明卫星定位终端程序流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种“云+端”综合定位终端定位装置和差分定位方法，依靠普及广泛的万物互联移动网络、云端服务器强大的计算能力及云端综合差分定位算法，使用地面基准站差分数据，对卫星原始定位误差进行修正的方法。其核心思想是终端定位装置通过移动网络将终端接收到的卫星原始观测量信息实时传送至云端服务器，云端服务器利用现有的全球卫星星历、基准站差分数据及卫星定位终端上传的卫星原始观测量，综合计算出卫星的实时高精度位置信息，并通过移动网络将高精度位置信息反馈至卫星定位终端，从而使低成本定位终端具备与高精度定位终端一致的定位体验。
全球卫星定位***误差包含大气层、电离层等共性误差，而这些误差可以通过差分定位很好的消除。下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图1是本发明本发明“云+端”综合定位终端定位装置总体***框图，包括基于MT2503的卫星定位终端和云端服务器。***中所有的设备通过移动网络连接。卫星定位终端实时发送(1秒1次)经过RTCM32编码格式编码的原始位置信息、卫星原始观测量信息至云端服务器，云端服务器采集各个卫星定位终端的原始位置信息，并结合其它服务器提供的分布于全国的地面基准站差分数据与全球卫星星历信息，综合解算出所述卫星定位终端的差分定位结果，并实时反馈至卫星定位终端。其中云端服务器包括云端数据库，负责存储所有的过程数据，以实现差分定位的算法持续优化。
1)卫星定位终端
卫星定位终端以MTK(联发科科技)公司的综合定位芯片MT2503的低成本终端硬件为核心，具备多***卫星定位能力及移动网络能力。MT2503是联发科在2015年年底推出的针对可穿戴设备设计的芯片，是一枚高度集成体积小巧的***级封装物联网芯片，芯片尺寸仅为5.4×6.2mm，内部是单核ARM-7EJ-S设计，频率260MHz。其最大特色在于支持GPS和北斗多重卫星定位***，具有全球卫星导航***(GNSS)加特，支持蓝牙3.0，还集成了2G调制解调器。
MT2503芯片主要由中央处理单元MT6261与卫星定位芯片MT3333组成，两者通过3路SOC片上串口通讯，如图2所示。
卫星定位终端通过MT3333定位芯片接收卫星的原始观测量信息，并通过串口传送至MT6261中央处理单元，MT6261将MTK封装的原始观测量信息解析后，提取出其中的原始定位信息(GNGGA or GPGGA)、卫星***ID(GPS、GLONASS、BDS)、卫星号(PRN)、载波相位、伪距、多普勒值、信噪比、载波相位是否锁定等信息。通过数据处理，将卫星原始观测量信息封装为RTCM32格式的信息流，并结合MT3333的原始位置信息，按照通讯协议封装后发送至云端服务器。
上行通讯协议：
下行通讯协议：
2)云端服务器
云端服务器包括云端综合差分定位平台和，云端数据库，具备大数据运算能力，使用多种差分定位算法，其中云端综合差分定位平台包括差分定位算法模型和分布式服务器。
云端综合差分定位平台具备有强大的并行计算能力，采用分布式服务器技术及网格化技术。对输入的卫星定位终端信息进行预处理，实现按地理位置信息进行初步划分，可以同时接入多个卫星定位终端。
全球卫星定位***的定位原理是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量和用户钟差来实现的。要获得地面的三维坐标，必须对至少四颗卫星进行测量。在这一定位过程中，存在三部分误差：
第一部分误差是由卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等引起的；
第二部分是由传播延迟导致的误差；
第三部分为各用户接收机固有的误差，由内部噪声、通道延迟、多路径效应等原因造成。
利用差分技术，第一部分误差可以完全消除；第二部分误差大部分可以消除，消除程度主要取决于基准接收机和用户接收机的距离；第三部分误差则无法消除。
云端综合差分定位平台通过接入已有的AGNSS(Assisted-Global NavigationSatellite System，辅助全球导航卫星定位***)卫星星历服务，获取最新的全球卫星星历信息，通过接入已有的覆盖全国的差分数据服务，获取各个基准站的差分数据信息，并使用卫星定位终端上传的原始位置信息，选取离终端装置最近的基准站差分数据，结合卫星定位终端上传的卫星原始观测值，解算出最终的差分定位结果。
云端综合差分定位平台支持实时伪距差分(RTD)与实时载波相位差分技术(RTK)，并可以扩展支持INS与GNSS的融合技术(惯性导航与卫星导航融合技术)。差分定位算法模型主要技术包括卡尔曼滤波器设计、周跳的探测与修复、整周模糊度计算与确定等。
云端数据库主要用于存储海量的历史数据，包括卫星定位终端的原始定位数据、云端服务器计算后得到的差分定位结果等。云端数据库采用MySQL数据库，MySQL是一种关系型数据库管理***，将数据保存在不同的表内，增加了检索速度，提高了灵活性。
图3是本发明高精度差分定位方法流程图，主要描述了定位终端设备获取GPS卫星原始观测量信息，以及将一个历元的原始观测量信息按照约定的数据打包形式(RTCM32)通过GPRS网络传送至云端服务器的过程。在本发明优选实施例中具体包括以下步骤：
步骤S1，卫星定位终端获取卫星原始观测量信息；
步骤S2，对卫星原始观测量信息进行解析与提取；
步骤S3，提取GPS时钟信息；
步骤S4，组成一个历元的卫星原始观测量信息；
步骤S5，对一个历元的卫星原始观测量信息进行RTCM32编码；
步骤S6，按照通讯协议组包；
步骤S7，通过GPRS网络发送至云端服务器。
本发明卫星定位终端设备优选使用C/C++语言进行开发，云端综合差分定位平台优选采用Java、C++进行开发。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，包括云端服务器和卫星定位终端，卫星定位终端将原始位置信息、卫星原始观测量信息发送到云端服务器，云端服务器结合地面基准站差分数据和全球卫星星历信息，解算出卫星定位终端的差分定位结果，并反馈至卫星定位终端。
2.如权利要求1所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述云端服务器包括云端综合差分定位平台，云端综合差分定位平台对卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息进行处理，并将解算出的差分定位结果反馈至卫星定位终端。
3.如权利要求2所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述云端综合差分定位平台包括差分定位算法模型和分布式服务器，分布式服务器接收卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息，通过差分定位算法模型进行解算，并通过分布式服务器将解算出的差分定位结果反馈至卫星定位终端。
4.如权利要求3所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述差分定位算法模型包括卡尔曼滤波器设计、周跳的探测与修复、整周模糊度计算与确定。
5.如权利要求2所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述云端服务器还包括云端数据库，云端数据库存储卫星定位终端发送的原始位置信息、卫星原始观测量信息和云端综合差分定位平台解算出的差分定位结果。
6.如权利要求5所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述云端数据库采用MySQL数据库。
7.如权利要求5所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述卫星定位终端基于MT2503芯片，将经过RTCM32编码格式编码的原始位置信息、卫星原始观测量信息发送至云端服务器。
8.如权利要求7所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，卫星定位终端将经过RTCM32编码格式编码的原始位置信息、卫星原始观测量信息1秒1次发送至云端服务器。
9.如权利要求7所述的一种“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，所述MT2503芯片包括MT6261中央处理单元和MT3333卫星定位芯片，卫星定位终端通过MT3333卫星定位芯片接收卫星原始观测量信息，并传送至MT6261中央处理单元，MT6261中央处理单元提取出其中的原始位置信息，通过数据处理，将卫星原始观测量信息封装为RTCM32格式的信息流，并结合MT3333的原始位置信息发送至云端服务器。
10.一种差分定位方法，采用如权利要求1所述的“云+端”综合定位终端定位装置，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，卫星定位终端获取卫星原始观测量信息；
步骤S2，对卫星原始观测量信息进行解析与提取；
步骤S3，提取GPS时钟信息；
步骤S4，组成一个历元的卫星原始观测量信息；
步骤S5，对一个历元的卫星原始观测量信息进行RTCM32编码；
步骤S6，按照通讯协议组包；
步骤S7，通过GPRS网络发送至云端服务器。
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