一种单星定位装置与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105527642A(43)申请公布日2016.04.27(21)申请号201610044470.7(22)申请日2016.01.22(71)申请人北京日月九天科技有限公司地址100012北京市海淀区牡丹园东里23号楼205房间(72)发明人施浒立刘成程涛(74)专利代理机构北京中海智圣知识产权代理有限公司11282代理人罗建平(51)Int.Cl.G01S19/47(2010.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种单星定位装置与方法(57)摘要本发明涉及一种单星定位装置与方法。所述装置包括用户终端和一颗具有测距功能的卫星或单基站或单信号源，用户终端安装了气压测高芯片、测角部件、计步器、囚禁原子钟CPT。所述方法利用气压测高芯片与一颗具有测距功能的卫星或单基站或单信号源分别获得高程值与距离测量值，通过两个曲面交会确定用户所在位置的环。然后基于航位外推原理，利用测角部件获得的方位角信息不断外推、修正，连续获得用户终端的三维位置坐标。本发明的定位原理不同于传统GPS类卫星系统，摆脱了四星定位的限制，既能用作卫星数目较少时传统GPS类卫星定位系统的补充，亦可作为一种独立的定位方法用于手机定位、基于位置服务、海洋浮标和轮船的定位与监测领域。CN105527642ACN105527642A权利要求书1/2页1.一种单星定位装置，包括用户终端和一颗具有测距功能的卫星或单基站或单信号源，其特征在于，所述用户终端安装了气压测高芯片、测角部件、囚禁原子钟CPT、计步器；其中，所述单卫星或单基站或单信号源为导航定位提供基准点，测量与用户终端的伪距值；所述气压测高芯片用于测量用户终端所处位置的气压值，将所述气压值转换后得到大地高程值；所述测角部件用于测量用户终端运动的方位角度及方位角度的变化量；所述囚禁原子钟CPT用于提供时间和频率值；所述计步器用于测量用户终端行进的步距值。2.根据权利要求1所述单星定位装置，其特征在于，所述测角部件包括陀螺仪和加速度计。3.根据权利要求1所述单星定位装置，其特征在于，所述测角部件为一指北计。4.根据权利要求1所述单星定位装置，其特征在于，所述囚禁原子钟CPT提供的时间和频率值的时频稳定度优于10-10。5.一种应用权利要求1所述单星定位装置进行定位的方法，包括以下步骤：步骤1，用户终端接收来自具有所述测距功能的卫星或单基站或单信号源的导航信号，解调后得到导航电文和一个伪距测量值，消除伪距测量值中包括接收终端钟差的误差，得到用户终端与所述卫星或单基站之间的伪距测量值ρ1；用户终端位于以卫星或单基站为球心、以ρ1为半径的球面上；步骤2，由所述气压测高芯片测得用户终端所处位置的大地高程值h，得到高程值为h的等高程约束曲面，用户终端位于所述等高程约束曲面上；步骤3，步骤1所述的球面与步骤2所述的等高程约束曲面交会得到一个圆S，用户终端位于所述圆S上；步骤4，由测角部件测得用户终端运动的方位角及变化量，所述方位角为用户终端运动方向与正北的夹角；若上一观测历元用户终端位于U0(x0,y0,z0)处，上一观测历元测得的方位角为α1，过点U0、方向与用户终端运动方向相同的直线与步骤3所述圆S的交点即为当前观测历元的用户终端位置U1(x,y,z)；步骤5，由所述计步器获得步距，采用广义融合方法修正终端位置U1(x,y,z)。6.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，步骤1所述的球面方程为：其中，(x1，y1，z1)为卫星或单基站的坐标。7.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，步骤2所述的等高程约束曲面的方程为：其中，a、b分别为地球椭圆的长轴和短轴的长度。8.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，步骤4所述的直线的方程为：y-y0＝tanα1×(x-x0)。2CN105527642A权利要求书2/2页9.根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述用户终端处于海洋环境时，所述等高程约束曲面为海平面。3CN105527642A说明书1/4页一种单星定位装置与方法技术领域[0001]本发明属于导航定位领域，尤其涉及一种包括微型传感测量器件的单星定位导航装置与方法。背景技术[0002]以GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)为代表的各种GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球卫星导航系统)作为现代科学与技术的结晶，为人们的生活与工作带来了巨大的便利和变革。然而，GPS类卫星定位系统也并非尽善尽美，其本身仍存在着一些明显的不足。从测量学原理讲，GNSS采用基于伪距测量的距离交会原理，需要观测4颗以上的卫星才能顺利进行三维定位和导航，所以GNSS依赖于完整和可