CN111060941A - 一种在遮挡环境下的高精度定位方法及其装置 - Google Patents

一种在遮挡环境下的高精度定位方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高精度卫星定位技术领域，公开了一种在遮挡环境下的高精度定位方法：标记遮挡处的目标点；在未遮挡处选定第一参考点，通过卫星定位***获取所述第一参考点的位置信息，并且测量第一参考点至目标点的第一距离L1；在未遮挡处选定第二参考点，通过卫星定位***获取所述第二参考点的位置信息，并且测量第二参考点至目标点的第二距离L2；判断所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位；通过结合所述第一参考点的位置信息、第二参考点的位置信息、第一距离L1、第二距离L2，计算得到目标点的位置信息。本发明利用参考点的定位准确性弥补了卫星信号在遮挡环境下精度不足的缺点，测量过程简单灵活。

Description

一种在遮挡环境下的高精度定位方法及其装置
技术领域
本发明涉及高精度卫星定位技术领域，特别涉及一种在遮挡环境下的高精度定位方法及其装置。
背景技术
近年来，随着高精度定位技术的不断发展，市面上有许多各类型的高精度装置能够实现高精度厘米级定位。各种控制测量、地形测图、施工放样等需要应用高精度RTK采集测量技术提供的精确的数据来源，从而为各种施工和建设提供可靠的依据。然而在具有遮挡的地方，卫星信号变得微弱，使得定位精度变得较差，在遮挡更严重的情况下，甚至没有卫星信号。一般情况下，由于遮挡而使RTK接收机天线不能同时接收到4颗(或4颗以上)卫星的信号，也就无法实时地获取定位坐标，或者其解算精度很差，远远不能满足实际要求。
在许多需要使用RTK进行定位的环境中，常常需要在树木下、楼房屋檐下或者高架桥梁下的环境进行定位测量，这种环境下卫星信号受到了遮挡，影响RTK定位精度，造成高精度定位的不准确，严重影响到定位工作的效率。特别是随着城市的发展，城市环境越发复杂，如何提高在卫星信号受遮挡环境下快速和精准地实现高精度定位，成为亟待解决的问题之一。
发明内容
为解决提高在卫星信号收遮挡环境下快速和精准的实现高精度定位的技术问题，本发明提出了一种在遮挡环境下的高精度定位方法及其装置，其技术方案如下：
一种在遮挡环境下的高精度定位方法，主要包括如下步骤：标记遮挡处的目标点；在未遮挡处选定第一参考点，通过卫星定位***获取所述第一参考点的位置信息，并且测量第一参考点至目标点的第一距离L1；在未遮挡处选定第二参考点，通过卫星定位***获取所述第二参考点的位置信息，并且测量第二参考点至目标点的第二距离L2；判断所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位；通过结合所述第一参考点的位置信息、第二参考点的位置信息、第一距离L1、第二距离L2，计算得到目标点的位置信息。
优选地，所述标记遮挡处目标点，包括在所述目标点设置小旗、路锥、贴纸、杆或石块。
优选的，通过定位设备获取并显示所述第一位置和第二位置的位置信息。
优选地，所述定位设备包括移动通信终端和定位传感器；所述定位传感器获取卫星信号以供定位解算；所述移动通信终端进行定位解算，得到并显示所述第一参考点和第二参考点的位置信息。
优选地，通过移动通信终端测量获得所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位。
优选地，通过红外测量、激光测量、声波测量或卷尺测量的方式，测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。
相应的，一种在遮挡环境下的高精度定位装置，其特征在于，所述高精度定位装置包括：定位设备及测量设备，其中，所述定位设备包括定位传感器和移动通信终端；所述定位传感器，用于分别在所述第一参考点和第二参考点获取卫星信号以供定位解算；所述移动通信终端，用于进行定位解算，得到并显示所述第一参考点和第二参考点的位置信息；所述测量设备，用于测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。
优选地，所述定位设备是RTK。
优选地，所述移动通信终端有线或无线的方式与所述定位传感器建立通信联系，
优选地，所述测量设备是激光测距仪、红外测距仪、声波测距仪和卷尺中的其中一个。
本发明的一些技术效果在于：在获取了参考点的位置信息基础上，通过标记目标点并使用简易测量设备对目标点进行测量，获得所述第一参考点或者第二参考点到被测目标点的位置信息，再通过罗盘获得目标点相对于所述第一参考点或者所述第二参考点的方位，通过实时计算从而快速准确的得到目标点的位置信息，利用参考点的定位准确性弥补了卫星信号在有遮挡环境下精度不足的缺点，测量过程简单灵活。
本发明的高精度定位装置和测量设备，均可移动且便于安装，整个定位装置有良好的移动性能，可以在不同的环境下完成定位任务，具有广泛的适用性。
附图说明
为更好地理解本发明的技术方案，可参考下列的、用于对现有技术或实施例进行辅助说明的附图。这些附图将对现有技术或本发明部分实施例中，涉及到的产品或方法有选择地进行展示。这些附图的基本信息如下：
图1为一个实施例中，高进度定位装置的示意图；
图2为一个实施例中，高精度定位方法流程示意图；
图3为一个实施例中，第一参考点、第二参考点及目标点形成的解算示意图。
具体实施方式
下文将对本发明涉及的技术手段或技术效果作进一步的展开描述，显然，所提供的实施例仅是本发明的部分实施方式，而并非全部。基于本发明中的实施例以及图文的明示或暗示，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所能获得的所有其他实施例，都将在本发明保护的范围之内。
本文涉及的一些重点表述的解释如下：
卫星定位***指的是GNSS：Global Navigation Satellite System，全球导航卫星***。包括但不限于BDS：BeiDou Navigation Satellite System，北斗导航卫星***；GPS：Global Positioning System，美国研制的全球定位***；GLONASS：格洛纳斯，俄罗斯研制的全球卫星定位***；Galileo：Galileo Satellite Navigation System，伽利略，欧盟研制和建立的全球卫星导航定位***。
RTK(Real Time kinematic)指的是，实时动态载波相位差分技术。
RTD(Real Time Differential),指的是，实时动态码相位差分技术。
本发明提供一种遮挡环境下的高精度定位装置，该高精度定位装置包括：定位设备及测量设备，其中，所述定位设备包括定位传感器和移动通信终端，所述移动通信终端用于记录高精度定位过程中的信息，并执行数据的解算和显示，所述定位传感器用于同卫星定位***建立实时通信，获取卫星定位***的通信信息，所述定位传感器将高精度卫星定位信息发送到所述移动通信终端，由所述移动通信终端对定位信息进行位置解算，得到更准确的高精度定位结果，所述定位传感器与所述移动通信终端通过有线或者无线的方式实现通信连接，所述测量设备用于测量一点到另一点的水平直线距离，所述测量设备可以同所述移动通信终端连接也可以单独运行。
总体思路上，一种在遮挡环境下的高精度定位方法，主要包括如下步骤：标记遮挡处的目标点；在未遮挡处选定第一参考点，通过卫星定位获取所述第一参考点的位置信息，并且测量第一参考点至目标点的第一距离L1；在未遮挡处选定第二参考点，通过卫星定位获取所述第二参考点的位置信息，并且测量第二参考点至目标点的第二距离L2；判断所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位；通过结合所述第一参考点的位置信息、第二参考点的位置信息、第一距离L1、第二距离L2，计算得到目标点的位置信息。
在一些实施例中，对遮挡处的所述目标点进行标记，包括在所述目标点设置小旗、路锥、贴纸、杆或石块。标记所述目标点的方式可以是人工手动设置也可以是通过无人机、机器人等机械在选定位置进行设置。
在一些实施例中，在未遮挡处任意选定两个不同的点，通过定位设备获取并显示所述第一位置和第二位置的位置信息。一般而言，选定所述第一参考点和第二参考点的方式可以同标记目标点的方式相同，包括在所述第一参考点和第二参考点设置小旗、路锥、贴纸、杆或石块。选定所述第一参考点和所述第二参考点的方式可以是人工手动设置也可以是通过无人机、机器人等机械在选定位置进行设置；在选定参考点后即可将所述定位设备设置在所述参考点所在的地面上或者在所述目标点手持所述定位设备；通过所述定位设备与卫星定位***实时获得所述第一参考点和第二参考点的高精度定位信息，并记录在所述移动通讯终端上。
在一些实施例中，通过移动通信终端测量获得所述目标点相对于所述第一参考点或者第二参考点的方位。一般而言，本领域技术人员应该可以理解的是，所述移动通讯终端是指附带有电子罗盘、霍尔感应器和陀螺仪等可以识别方位的器件的移动通讯终端，因此，在实际应用中，如果想使用所述移动通讯终端实现方位判断的功能，几乎不需要对现有的移动通信终端进行改进，只需要充分利用现有的移动通信终端中现有器件的功能即可实现目的，更加体现了本发明易于实现和操作的优点，同时也扩展了移动通信终端的应用；所述方位指的是以东、南、西、北为基本方位的方向位置；在所述第一参考点或第二参考点将所述移动通讯终端水平放置在所述第一参考点或第二参考点所在的地面或者水平手持后，顶部指向目标点即可在所述移动通讯终端的电子罗盘中获取到所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的位置，并记录在所述移动通讯终端上。
在一些实施例中，通过红外测量、激光测量、声波测量或卷尺测量的方式，测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。前述的测量方式，一般来说，是从所述第一参考点或第二参考点的选定点设置物到所述目标点设置物的水平直线距离。结合所述第一参考点位置信息、第二参考点位置信息、第一距离L1和第二距离L2，随即开始，以所述第一参考点为圆点，所述第一距离L1为半径，可以生成一个圆，以所述第二参考点为圆心，所述第二距离L2为半径，可以生成另一个圆，两个圆必然相交，通过解算可以得出两个交点的具***置信息，其中一个交点的位置信息即为所述目标点的位置信息，
如图3所示，通过所述定位设备获得所述第一参考点的位置信息A(x1，y1)和第二参考点的位置信息B(x2，y2)，通过测量设备获得第一距离L1为r1和第二距离L2为r2，两个交点的位置信息分别为C(xc，yc)和D(xd，yd)
所述第一参考点到所述第二参考点的距离为AB，所述两个交点之间的距离为CD，AB的斜率为k1，CD的斜率为k2，通过计算可得，
Figure BDA0002094016050000061
得到距离AB和第一距离r1和第二距离r2后，即可算出AB与CD的垂直相交点E(x0，y0)，交点C到垂直相交点E的距离为CE，垂直相交点E到第二参考点B的距离为EB，
Figure BDA0002094016050000062
Figure BDA0002094016050000071
从而可以计算得到E点的位置信息E(x0，y0)
Figure BDA0002094016050000072
在获得E点的位置信息后，进一步得到三角形△CEF的垂点F，可计算得到相交点E到垂点F的距离EF，由如下计算，
Figure BDA0002094016050000073
得到距离EF，
Figure BDA0002094016050000074
根据EF的距离，结合坐标关系即可得到，
Figure BDA0002094016050000075
Figure BDA0002094016050000076
结算即可得到两个交点的位置信息分别为C(xc，yc)和D(xd，yd)
Figure BDA0002094016050000077
Figure BDA0002094016050000078
通过所述移动通讯终端判断出所述目标点相对于所述第一参考点和所述第二参考点的方位后即可快速准确的计算出所述目标点C(xc，yc)或D(xd，yd)的高精度位置信息。
在一些实施例中，为了得到准确的目标点位置信息，在结算得到两个交点的位置信息C(xc，yc)和D(xd，yd)后，通过所述移动通信终端测量到所述交底C(xc，yc)相对于真北方向的方向角degree1和所述交点D(xd，yd)相对于真北方向的方向角degree2，在所述第一参考点或者所述第二参考点讲移动通信终端水平指向所述目标点，得到一个罗盘角度α，计算各自交点方位角和罗盘角度α差值的绝对值，即罗盘角度α和degree1的差值和罗盘角度α和degree2的差值，其中得到绝对值最小的交点，就是所述目标点，
通过如下计算，可知：
|α-degree1|<|α-degree2|则C(xc，yc)为目标点位置信息，
|α-degree2|<|α-degree1|则D(xd，yd)为目标点位置信息。
相应地，本发明还提供了一种遮挡环境下高精度定位装置，所述高精度定位装置包括：定位设备及测量设备，其中，所述定位设备包括定位传感器和移动通信终端；所述定位传感器，用于分别在所述第一参考点和第二参考点获取卫星信号以供定位解算；所述移动通信终端，用于进行定位解算，得到并显示所述第一参考点和第二参考点的位置信息；所述测量设备，用于测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。
在一些实施例中，所述定位设备通过所述定位传感器和所述移动通信终端共同配合完成高精度定位，所述定位传感器通过天线接收卫星定位***的信号后，依次经过射频电路、基带处理后得到原始观测数据，包括伪距测量值以及载波相位测量值。所述定位传感器将卫星定位信息发给移动通信终端，移动通信终端进行位置解算，得到更准确的高精度定位结果。
在一些实施例中，所述定位设备，主要用于接收卫星信号并进行信号处理得到位置信息，例如搜索卫星信号、锁定卫星信号、对卫星信号进行模数转换、解码等，因此定位设备的结构可以设计得非常简单，体积可以设计得很小。定位设备还应该具有显示功能，直观的显示获得的位置信息，
本发明的一些技术效果在于：所述定位设备通过卫星定位***获得未遮挡处的所述第一参考点和所述第二参考点的位置信息以及差分电文后，定位设备进行RTD或RTK的解算，得到所述第一参考点和所述第二参考点的高精度定位信息后，结合目标点相对其中一个参考点的方位和目标点到至少两个参考点的距离，即可简单操作，快速准确地计算出所述目标点的高精度位置信息结果。
在一些实施例中，所述移动通信终端备可以包括手机、平板电脑、笔记本、车载电脑、其他便携式计算机等，其可以适用于安卓、苹果、微软等各类操作***。
在一些具体实施例中，所述移动通信终端具有下列任一种特性：
1、移动通信终端本身不具备卫星定位能力；
2、移动通信终端本身的卫星定位能力差于所述定位传感器的卫星定位能力，即移动通信终端本身也可以有卫星信号接收天线和定位模块，但其伪距测量精度或载波相位测量精度低于定位传感器，其可接收的卫星信号的种类及通道少于定位传感器。
在一些实施例中，所述定位设备是RTK，由RTK独立完成定位和解算的功能。
在一些实施例中，所述移动通信终端有线或无线的方式与所述定位传感器建立通信联系，需要注意的是，所述移动设备与所述定位传感器并不是一体的，而是至少可拆卸的，它们之间的通信连接方式可以是无线的也可以是有线的。
在一些实施例中，所述移动设备通过调用存储于所述定位传感器内的算法程序，进行RTD或RTK解算。该实施例意味着算法程序将存储在定位传感器的可读介质内，而移动设备本身无需作过多的软件适应性的改造。
在一些实施例中，所述移动设备通过USB的方式为所述定位传感器建立连接并进行通信。通过USB数据线实现通信，可使数据的传输更稳定、快速，同时还可以为所述定位传感器提供电源。该实施例中，定位传感器由移动通信终端进行供电，自身不设置蓄电池，体积更小，便于携带。
在一些实施例中，所述测量设备是激光测距仪、红外测距仪、声波测距仪和卷尺中的其中一个。测量从所述第一参考点或第二参考点到所述目标点的距离，激光测距、红外测距仪、声波测距仪和卷尺等测绘装置简易，测绘方法成熟，测绘设备既可以通过人工操作测得数据后录入所述移动通讯终端，由移动通信终端进行统一的数据解算，也可以是通过有线或者无线的形式同所述移动通信设备了解，实时将所述测量设备的信息传输到所述移动通信设备。
在符合本领域技术人员的知识和能力水平范围内，本文提及的各种实施例或者技术特征在不冲突的情况下，可以相互组合而作为另外一些可选实施例，这些并未被一一罗列出来的、由有限数量的技术特征组合形成的有限数量的可选实施例，仍属于本发明揭露的技术范围内，亦是本领域技术人员结合附图和上文所能理解或推断而得出的。
最后再次强调，上文所列举的实施例，为本发明较为典型的、较佳实施例，仅用于详细说明、解释本发明的技术方案，以便于读者理解，并不用以限制本发明的保护范围或者应用。
因此，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等而获得的技术方案，都应被涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在遮挡环境下的高精度定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
标记遮挡处的目标点；
在未遮挡处选定第一参考点，通过卫星定位***获取所述第一参考点的位置信息，并且测量第一参考点至目标点的第一距离L1；
在未遮挡处选定第二参考点，通过卫星定位***获取所述第二参考点的位置信息，并且测量第二参考点至目标点的第二距离L2；
判断所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位；
通过结合所述第一参考点的位置信息、第二参考点的位置信息、第一距离L1、第二距离L2，计算得到目标点的位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述标记遮挡处目标点，包括在所述目标点设置小旗、路锥、贴纸、杆或石块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
获取所述第一参考点的位置和第二参考的位置信息进一步包括如下步骤：
通过定位设备获取并显示所述第一位置和第二位置的位置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述定位设备包括移动通信终端和定位传感器；
所述定位传感器获取卫星信号以供定位解算；
所述移动通信终端进行定位解算，得到并显示所述第一参考点和第二参考点的位置信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
通过移动通信终端测量获得所述目标点相对于所述第一参考点或第二参考点的方位。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
通过红外测量、激光测量、声波测量或卷尺测量的方式，测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。
7.一种在遮挡环境下的高精度定位装置，其特征在于，所述高精度定位装置包括：定位设备及测量设备，其中，
所述定位设备包括定位传感器和移动通信终端；
所述定位传感器，用于分别在所述第一参考点和第二参考点获取卫星信号以供定位解算；
所述移动通信终端，用于进行定位解算，得到并显示所述第一参考点和第二参考点的位置信息；
所述测量设备，用于测量获得从所述第一参考点和第二参考点至所述目标点的第一距离L1和第二距离L2。
8.根据权利要求7所述的高精度定位装置，其特征在于：
所述定位设备是RTK。
9.根据权利要求7所述的高精度定位装置，其特征在于：
所述移动通信终端有线或无线的方式与所述定位传感器建立通信联系。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述测量设备是激光测距仪、红外测距仪、声波测距仪和卷尺中的其中一个。
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