[发明专利]一种克服导航卫星峡谷效应的定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于测量与导航领域，尤其涉及一种克服导航卫星峡谷效应的定位系统及方法。

背景技术

全球卫星导航定位系统，包括GPS、GLONASS、北斗等，具有全天候、全天时、精度高、定位快的特点，是当前进行测量和导航定位的重要手段。任一接收机在同一时刻若能至少捕获到四颗卫星的信号，便可解算出接收机的位置。这一要求在天空空旷、视野开阔的地区很容易满足，因为卫星系统在设计星座时已经考虑到要使得地球上任意一点都能同时接收到至少四颗卫星的信号。然而实际测量中，有很多位置的卫星信号被严重遮挡，如城市高楼夹缝中的道路、农村紧邻的房舍之间的空地、高山峡谷中的河流大坝上等等，这时由于障碍物的阻隔，使得地面的接收机往往只能收到一两颗卫星的信号，这种现象称为导航卫星峡谷效应。此种效应导致现有技术无法利用卫星定位方法确定接收机的位置，而前述这些区域往往又是测量工作者关心的，因而亟需一种能有效克服导航卫星峡谷效应的定位方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种克服导航卫星峡谷效应的定位系统及方法，采用如下的技术方案：

(一)本发明提供一种克服导航卫星峡谷效应的定位系统，包括如下部分：

无人机，用于飞行到指定位置；

无人机控制器，用于控制无人机的飞行；

GNSS模块，包括天线和接收电路，用于在空旷位置接收导航卫星信号；

全站仪，用于测定待定点至无人机的距离；

激光合作目标，用于配合全站仪测定距离；

解算单元，用于接收全站仪及无人机的数据，并计算待定点坐标；

通讯链路，用于将无人机、全站仪的数据发送到解算单元；

所述GNSS模块及激光合作目标搭载于无人机上，且GNSS天线的几何中心与激光合作目标的几何中心之间相对关系确定，这样GNSS测定的坐标可以精确地归算至合作目标的几何中心。

作为优选地，所述激光合作目标为360度棱镜，这样保证在任意角度全站仪都能接收到较强的反射信号。

作为优选地，所述激光合作目标为反射片，较之棱镜其重量较为轻盈且成本更为低廉。

作为优选地，所述GNSS模块采用差分模式进行定位，包括RTD和RTK。差分能提高GNSS定位精度，其中RTD以伪距码为观测值，精度可至dm级；而RTK以载波相位为观测值，可达cm级。

(二)本发明还提供一种克服导航卫星峡谷效应的定位方法，依次包含以下步骤：

步骤1，在待定点上架设全站仪，对中整平；

步骤2，在待定点上空放飞无人机，开启GNSS模块；

步骤3，利用无人机控制器控制无人机飞行到悬停点进行悬停，并将此间GNSS模块的定位结果发送到解算单元，所述悬停点的选择应满足：条件一，无人机的飞行高度应保证GNSS模块能获得可靠的定位结果，包括观测到足够多的卫星和远离各种信号干扰，通常应不少于4颗卫星，且远离多路径和电磁干扰，以便GNSS模块能进行定位并得到准确可靠的坐标；条件二，激光合作目标应处于全站仪的可视范围之内，以便全站仪能测定出距离；

步骤4，将全站仪照准无人机上的激光合作目标，测定出距离，并将距离观测值发送到解算单元；

步骤5，变换无人机的位置，到达下一个悬停点，重复前述步骤3至步骤4；

步骤6，当无人机悬停点不少于3个时，按下式迭代计算待定点的坐标：

Ψ＝Ψ₀+(A^TA)^-1A^TL

其中，Ψ表示待定点的三维坐标矢量，X_p、Y_p、Z_p分别表示待定点的第一坐标轴坐标、第二坐标轴坐标、第三坐标轴坐标，Ψ₀表示待定点的三维坐标初始值矢量，X_p0、Y_p0、Z_p0分别表示待定点的第一坐标轴坐标初始值、第二坐标轴坐标初始值、第三坐标轴坐标初始值；