[发明专利]基于三角形接收机阵列的高精度卫星定位装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，尤其是一种不依靠基准站的基于三角形接收机阵列的高精度卫星定位装置及其方法。

背景技术

卫星定位导航系统主要包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo等，随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。当前，高精度实时卫星定位导航的应用范围越来越广，要求用户接收机的定位精度需要达到分米级甚至厘米级。

单点卫星定位接收机技术已经非常成熟。由公知原理可知，卫星定位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4颗卫星进行测量。在这一定位过程中，存在3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。由于这些误差的存在，单点卫星静态定位的精度很难达到10米以下，因此，不能满足高精度定位要求。

为了获得更高的定位精度，目前主要采用差分卫星定位技术来实现。差分卫星定位技术的原理为：首先利用已知精确三维坐标的差分卫星定位地面基准站，求得伪距修正量或位置修正量或载波相位修正量，再将这个修正量实时通过数据链发送给用户接收机(移动站)，对用户接收机的测量数据进行修正，移去了大部分误差，从而提高用户接收机的卫星定位精度。用户接收机可处于静止状态，也可处于运动状态。基准站发送的信息方式可将差分定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。差分卫星定位是在正常的卫星定位外附加(差分)修正信号，此修正信号改善了卫星定位的精度。这三类差分方式的工作原理是相同的，所不同的是，发送修正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。为了进一步提高性能和使用方便性，可以将多个基准站通过数据处理中心连接成网络，构成地面增强系统，向用户接收机发送修正量。我们发现，现有的这种差分卫星定位技术的原理是必须依靠基准站通过数据链路来发送修正量才能显著提高定位精度。但是，建设和使用基准站、数据链路及用户接收机的成本很高，而且操作繁琐，另外在应用中遇到的最大问题就是基准站校正数据的有效作用距离与范围非常有限，这些缺陷阻碍了高精度实时卫星定位导航的大规模应用推广。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高、成本低的基于三角形接收机阵列的高精度卫星定位装置及其方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于三角形接收机阵列的高精度卫星定位装置，包括三个单点卫星定位接收机构成的三角形接收机阵列，各个单点卫星定位接收机的天线相位中心位于三角形接收机阵列的各顶点上，每个单点卫星定位接收机均包括一个MCU及与MCU相连接的接收机，各个MCU相互之间并联在一起并共同连接到一个处理器模块上。

进一步，所述单点卫星定位接收机的天线振子分布在同一平面上，校正三个单点卫星定位接收机天线,使其中两个接收机坐标观测值与真实值之间的偏差矢量方向一致；这个偏差矢量方向与第三个单点卫星定位接收机的偏差方向相反，即相差180度。

进一步，所述的三角形接收机阵列为等边三角形接收机阵列。

一种基于三角形接收机阵列的高精度卫星定位装置的定位方法，包括以下步骤：

步骤1、各个单点卫星定位接收机将各自的ID及观测值坐标发给处理器模块；

步骤2、处理器模块根据各个单点卫星定位接收机的ID、各个单点卫星定位接收机的观测值、三角形接收机阵列的物理几何参数计算出如下一个三角形图形：三个单点卫星定位接收机的坐标观测值所围成的三角形图形ABC’；

步骤3、在三角形图形ABC的两个顶点上分别画出垂直于上述两个顶点之间直线的两条射线，如果第三个单点卫星定位接收机的坐标观测值C’位于两条射线之间的区域内，则利用三角形图形ABC’的坐标计算出三角形ABC’的几何中心坐标，即三角形ABC’的三条中线的交点的坐标。该坐标为天线阵列几何中心点的高精度的坐标信息；

步骤4：如果第三个单点卫星定位接收机的坐标观测值C’位于两条射线之间的区域外，则利用修正值对定位坐标进行修正，得到天线阵列几何中心点的高精度的经纬度坐标信息。

进一步，所述修正值是通过修正值函数库获得，该修正值函数库包括对应不同的载噪比、可用卫星数、仰角和夹角、信道实用数量等参数条件下的最佳修正值，上述最佳修正值是通过试验方式获得。

进一步，所述修正值的长度小于物理接收机天线阵列的半径。