全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法技術方案

本發明專利技術公開了一種全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法，涉及全球定位技術，利用全球定位系統（ＧＰＳ，Ｇｌｏｂａｌ?Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ）接收機實時計算的鐘差（接收機時間和ＧＰＳ時間之間的時間差），以及實時測量的多普勒值對接收機實時采集的偽距測量和載波相位測量值分別進行修正，從而可以得到和ＧＰＳ時間精確同步、均勻采樣的偽距測量和載波相位測量值，使全球定位系統接收機實時采集的原始測量值轉換成和ＧＰＳ時間系統精確同步且均勻采樣的測量值。本發明專利技術巧妙應用了接收機鐘差和多普勒值與ＧＰＳ原始測量值之間的內在關系，實現了實時獲取精確、均勻采樣的偽距和載波相位等原始測量值，大大方便了ＧＰＳ數據的實時定位、定向等處理工作。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及全球定位技術，是一種全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采 樣的方法。
技術介紹
隨著全球定位系統(GPS，Global Positioning System)的技術和應用的深入，利 用GPS進行實時定位和定向成為軍事、科研、生活中的重要手段。由于單臺GPS接收機定位 的典型精度只能達到5 10米(中誤差)，因此實際高精度(亞米級、厘米級)應用中都需 要兩臺或多臺GPS接收機進行同步觀測并通過差分處理來實現。在應用兩臺或多臺GPS接收機進行同步觀測和數據處理時，都會要求兩臺或多臺 GPS接收機的原始測量值是精確同步且是均勻采樣的測量值，這樣才能應用差分方法進行 處理。常規的方法是在差分處理前，將其中的一臺GPS接收機的測量值首先轉化成和GPS 時間系統嚴格同步的測量值，并以該接收機對應的采樣時間作為參考，按照它的采樣時間 和采樣間隔對其余GPS接收機所采集的原始測量值進行重新采樣處理，重新采樣處理的方 法一般是數值計算中用到的數學內插方法。它的缺點是處理時比較復雜、計算量大，尤其是 同步觀測的GPS接收機數量多時，重新采樣的測量值也不均勻。此外如果是對GPS進行實 時處理，則在對GPS測量值重新采樣時，需要采用當前采樣時刻前后一段時間內的多個測 量值，實時性差。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方 法，以解決GPS接收機采集的原始測量值和GPS時間系統不精確同步且采樣不均勻的問題， 從而得到采樣均勻且和GPS時間同步的測量值。為達到上述目的，本專利技術的技術解決方案是一種全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法，利用至少四顆全球 定位系統衛星；其包括步驟1 確定全球定位系統接收機鐘差；步驟2 從全球定位系統接收機中實時提取接收機所接收的多普勒測量值；步驟3 根據全球定位系統接收機的鐘差和多普勒測量值對接收機實時采集的原 始測量值進行實時修正，得到和全球定位系統時間系統嚴格同步且采樣間隔均勻的實時測量值。所述的精確均勻采樣的方法，其所述步驟1，是從全球定位系統接收機中實時提取 接收機時間系統和全球定位系統時間系統的時間差接收機鐘差，或者根據全球定位系統 接收機所接收的偽距測量值實時計算出接收機鐘差。所述的精確均勻采樣的方法，其特征在于，所述步驟3的原始測量值為偽距測量 值和載波相位測量值，分別按不同的修正方法修正Α)實時測量的任一顆衛星的偽距測量值修正公式為P' i = Pi-ClTXDiX λ其中，dT為鐘差A為偽距測量值，單位為m ；多普勒值Di,單位Hz ； λ為對應的全 球定位系統無線電波波長； B)實時測量的任一顆衛星的載波相位測量值修正公式為C' i = Ci-ClTXDi其中，dT為鐘差而為載波相位測量值，單位為周，多普勒值Di,單位Hz。本專利技術方法充分考慮了 GPS接收機采樣時間和GPS時間系統之間的內在關系，應 用了多普勒測量值和偽距、載波相位測量值之間的物理關系，根據接收機鐘差和多普勒測 量值對實時采集的偽距和載波相位測量值進行修正，修正后的測量值和GPS時間系統精確 同步，而且是均勻的采樣。本專利技術方法大大方便多臺GPS測量值的實時差分數據，保證各GPS接收機的測量 值是和GPS時間系統精確同步、均勻采樣的特點，省去了內插和重新采樣。附圖說明圖1是用本專利技術方法對GPS接收機原始測量值進行實時修正的示意框圖。 具體實施例方式一種全球定位系統(GPS)原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法，包括步驟1 從GPS接收機中實時提取接收機時間系統和GPS時間系統的時間差接收 機鐘差，或者根據接收機所接收的偽距測量值實時計算出接收機的鐘差；步驟2 從GPS接收機中實時提取接收機所接收的多普勒測量值；步驟3 根據接收機的鐘差和多普勒測量值對GPS接收機實時采集的偽距測量值 和載波相位測量值按照不同的修正方法進行實時修正，就得到了和GPS時間系統嚴格同步 且采樣間隔均勻的偽距測量值和載波相位測測量值。本專利技術全球定位系統(GPS)原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法，是對不同 GPS接收機分別進行各自的修正，這樣修正的各臺GPS接收機的偽距和載波相位測量值都 和GPS時間系統嚴格同步，而且彼此之間的采樣間隔也完全一致。下面將結合附圖1對本專利技術方法加以詳細說明，應指出的是，所描述的實施例僅 旨在便于對本專利技術的理解，而對本專利技術不起任何限定作用。GPS系統采用的GPS時間是一種高精度的時間系統，一般精度可達到幾十納秒，而 GPS接收機內部一般采用石英鐘晶振來維持自己的時間系統，其精度一般只能達到幾百微 妙甚至亞毫秒級的精度。GPS接收機采集的原始數據是按照接收機自身的時間系統進行數據的實時采樣。 因此GPS接收機所提供的實時測量值是在GPS接收機時間系統中名義上按照固定的接收機 時間間隔進行采樣得到的。假設，7/表示GPS接收機采集偽距和載波相位對應的接收機時間，此時刻接收機 采集的原始數據分別為偽距測量值Pi (單位為m)、載波相位測量值Ci (單位為周)。 Tf表示接收機時間對應真正的GPS時間。 則 /Γ 二 Τ: — 7f為接收機時間和GPS時間之間的時鐘差，簡稱鐘差，鐘差dT是隨 著不同的采樣時刻而不斷變化的參數。根據實時測量的4顆以上(含4顆)GPS衛星和接收機之間的偽距值，就可以實時 計算接收機的鐘差dT，而且一般接收機可以實時給出接收機的鐘差參數。因此GPS接收機實時采集的原始測量值(偽距和載波相位)所對應的GPS時刻和 修正后實際固定采樣間隔的GPS時刻存在的時間差就等于接收機的鐘差dT。為了得到固定 采樣間隔的GPS時刻所對應的原始測量值，需要對鐘差dT時間內引起的偽距測量值和載波 相位測量值進行實時修正補償。GPS接收機在實時采集偽距測量值和載波相位測量值的同時，還可以采集到每一 顆衛星和接收機之間的多普勒值Di (單位Hz)，根據物理上的多普勒定義可以知道，多普勒 顯示了 GPS接收機和衛星之間的距離變化率，因此可以根據多普勒數值來修正鐘差dT時間 內偽距測量值和載波相位測量值的變化量，設修正后的偽距為P' i、載波相位為C' i，且對 應的GPS無線電波波長為λ，則有修正后每顆衛星的偽距測量值P' i = Pi-ClTXDiX λ修正后每顆衛星的載波相位測量值C' i = Ci-ClTXDi對每個采樣時刻的偽距和載波相位測量值都按照提取的鐘差和多普勒值Di進行 實時修正，這樣修正的GPS測量值都是對應于實際的GPS時間，而且是按照固定的采樣間隔 進行修正的，因此它們是均勻采樣的測量值。舉例說明如下GPS實時測量的數據如下表所示接收機釆偽距測量值I載波相位測量I多普勒I接收機 樣時刻對(米)值(周)值(Hz) 鐘 差應的接收(秒)機時間 (秒)51.0000 24023042.804 126241967.688 1028.502 0.00015 52.0000 24022847.338 126240939.648 1027.506 0.00023 53.0000 2402265 1.364 126239912.5811026.671 0.0003 1實際對應的GPS時間和數據如下表所示(測量值沒有變化)接收機采本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種全球定位系統原始測量值實時轉為精確均勻采樣的方法，利用至少四顆全球定位系統衛星；其特征在于，包括：步驟１：確定全球定位系統接收機鐘差；步驟２：從全球定位系統接收機中實時提取接收機所接收的多普勒測量值；步驟３：根據全球定位系統接收機的鐘差和多普勒測量值對接收機實時采集的原始測量值進行實時修正，得到和全球定位系統時間系統嚴格同步且采樣間隔均勻的實時測量值。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：尤紅健，
申請(專利權)人：中國科學院電子學研究所，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]