衛星定位系統的制作方法

專利名稱：衛星定位系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及可以通過接收來自衛星的無線電波得出位置坐標的GPS定位系統(衛星定位系統)和用于GPS定位(衛星定位)的數據服務器。
背景技術：
GPS中的動態定位是一種測量方法，其中將一對天線和接收機以固定方式配置在一個位置坐標已知的基準點，而另一對移動式天線和接收機相繼在大量測量點之間移動，同時執行短時間的測量。
作為動態定位中已開發出的一種方法，存在一種實時動態定位(以下稱為RTK)。這種RTK是一種可以實時獲得作為測量結果的位置的定位方法。
在如

圖1和2所示的RTK中，多個各有天線和接收機的固定臺A、B、C分別配置在坐標已知的基準點處，而一個包括一個天線和一個接收機的移動臺5在連續運動中執行測量。
RTK用固定臺A、B、C和移動臺5同時接收來自多個衛星11的無線電波，參照在固定臺A、B、C得到的定位數據分析移動臺5的定位數據，因此可以立即得到從固定臺A、B、C的已知點到移動臺5的測量點的相對坐標。
此外，為了保持測量精度，移動臺5可以參考預定的固定臺A、B、C的范圍(下面稱為固定臺參考范圍)為在固定臺A、B、C周圍半徑為10km左右內的范圍。這是因為如果固定臺A、B、C與移動臺5之間的距離太大，在分析時對精度的影響就成為不可忽略了。例如，由于同時接收的來自衛星11的無線電波通過電離層和大氣層到達地球，因此，如果電離層和大氣層的狀況有顯著不同，在分析時對精度的影響就成為不可忽略了。
另一方面，定位數據需要從固定臺A、B、C發送給移動臺5，以便使移動臺5可以參考固定臺A、B、C的定位數據，而為實現此傳輸，需要從固定臺用特定頻率的無線電波發送數據的裝置。固定臺A、B、C配有發送裝置(例如頻率為400MHz、輸出為10mW左右的發射機21)，不斷地發送定位數據。移動臺5配有能接收來自發射機21的無線電波的接收機22，因此能參考所發送的定位數據。
注意，在RTK中移動臺5可以參考固定臺A、B、C的范圍如上所述在技術上為在半徑10km內，但是無線電波可到達的范圍，即發射機21的有效輸出范圍，由于法律條款的規定，通常在固定臺A、B、C周圍1km左右。
因此，在必需在一個距離固定臺A、B、C 1km以上的點進行測量的情況下，就要新設置一個無線電中繼臺(未示出)，使得來自固定臺A、B、C的定位數據可以收到。
通常，發送定位數據時所用的無線電頻率被設置成固定臺A、B、C各不相同。這是因為在發送頻率相同時，在測量點處在固定臺參考范圍的分界區域或附近的情況下很難區別(識別)固定臺A、B、C，這就成為錯誤測量的一個原因。
然而，在要參考的固定臺A、B、C的發送頻率不同的情況下，需要將移動臺5的接收頻率分別調到固定臺A、B、C的預定發送頻率。
通常，適合測量點的固定臺A、B、C預先參照測量操作規劃選定，頻率在測量操作前調整，但是在這種情況下必須按照被測點參考不同的固定臺A、B、C。于是，執行測量的人員需要適當地設置能參考的固定臺A、B、C的接收頻率的接收狀況，考慮測量點的當前位置、固定臺A、B、C的位置和定位數據的接收狀況等。因此，當前位置必須始終予以考慮。
另一方面，在使用無線電的情況下，通信被限制在從固定臺A、B、C至移動臺的單一方向。
此外，由于測量結果存儲在移動臺5內，測量操作就受到移動臺5的存儲容量的限制。
在將測量結果處理成一張地圖之類的情況下，在測量操作結束后需要將測量結果從移動臺5中取出，以便執行處理。
發明概要本發明的目的是提供一種可以簡單和方便執行測量而不需要考慮當前位置的GPS定位系統(衛星定位系統)和用于GPS定位(衛星定位)的數據服務器。
本發明的解決方案可見各項權利要求。
附圖簡要說明圖1為一個常規移動臺的實例。
圖2為示出一個常規RTK的示意圖。
圖3為示出按照本發明的一個實施例的系統的基本組成的總體示意圖。
圖4為示出本發明的RTK的示意圖。
圖5為本發明的數據服務器的處理流程圖。
圖6示出了按距離選擇所需的固定臺的實例。
圖7示出了按區域選擇所需的固定臺的實例。
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明的優選實施例進行說明。
圖3為示出按照本發明設計的衛星定位系統的實施例的總體配置示意圖。
GPS定位系統(衛星定位系統)具有至少一個移動臺5；多個固定臺A、B；以及一個通過通信裝置4、8與移動臺5和固定臺A、B連接的運算處理單元(最好是數據服務器3)。
GPS定位(衛星定位)用的數據服務器3包括中央處理單元31、存儲單元32、通信接口單元等。
通信接口單元包括主要用來接收來自各個固定臺A、B的定位數據的第一通信接口9和用來向至少一個移動臺5發送數據和從至少一個移動臺5接收數據的第二通信接口9。
第一通信接口9用來接收固定臺A、B通過通信裝置4發送的定位數據。
在這里，定位數據是具有在衛星測量中規定的格式的數據的通稱，是可以予以處理的數據，諸如接收數據或分析后的位置信息之類。定位數據包括二進制數據、文本數據等。
固定臺A、B以固定方式有規律地配置在位置坐標已知的點處，不斷或周期性地接收來自衛星11的無線電波，得到與各自安裝位置有關的定位數據。
固定臺A、B各配有能發送所測量的定位數據的通信裝置4，不斷或周期性地發送定位數據。因此，在第一通信接口9的通信裝置4內，固定臺B以固定方式配置在已知的位置，裝置4能高速傳送定位數據。因此，第一通信接口9的通信裝置4最好是諸如WAN和專用線路之類的常通連接線路。
此外，在通信裝置4內，數據通常按稱為CMR的、其中將從衛星11接收的數據與已知的坐標合并在一起的數據格式發送。CRM數據在RTK中也稱為移動臺5的校正數據。
第二通信接口9用來向移動臺5發送各種數據和從移動臺5接收各種數據。
外部接口33連接到因特網之類上。
在接收操作中，例如，移動臺5接收來自衛星11的無線電波，得到定位數據。為移動臺5配置的通信裝置發送定位數據。此外，移動臺5還可以接收用簡單方法根據定位數據計算出的位置信息數據。
在傳輸操作中，移動臺5發送用于根據來自適當的固定臺A、B、C的定位數據進行分析的校正數據。
此外，對于第二通信接口9內的通信裝置8來說，所希望的是能進行無線通信的裝置(雙向通信裝置)，諸如蜂窩電話機、PHS(個人手持電話系統)和無線LAN，因為測量是在移動臺5在測量范圍內運動的同時執行的。
順便說一下，在用高速通信裝置作為通信裝置8時，移動臺5內在分析時的時間滯后可以最小化。
中央處理單元31，根據通過第二通信接口9得到的移動臺5的定位數據，選擇最適合移動臺5的固定臺A或B，將選定的固定臺A或B的定位數據或基于該定位數據的校正信息發送給移動臺5。
存儲裝置32除了中央處理單元31進行處理所需的數據之外還能靈活地存儲從移動臺5接收的各種數據和諸如有關執行測量的人員、用戶等信息之類的各種信息。
存儲裝置32除了固定臺A、B、C的位置信息、要接收的定位數據和來自移動臺5的定位數據或位置信息之外，還存儲移動臺5的測量操作范圍、環境信息等，供以后使用。
固定臺A、B、C各有接收天線41、接收機42、向數據服務器3發送定位數據的數據線路裝置43。
移動臺5具有接收天線6、接收機7、能與數據服務器3進行雙向通信的通信裝置44(通信裝置可以連接的接口)。
最好，這些裝置具有便攜性，使操作員可以攜帶著它們能用電池作為電源獨立地進行操作。雖然通常用化學充電電池作為電池，但所希望的是由電雙層電容器構成的物理電池(能量電容系統)，因為它的輸出穩定和壽命長，性能退化也小。
此外，為了精確地安裝在測量點，天線6具有能檢測垂直度的氣泡管，天線6處于在桿構件10上的安裝狀態，桿構件10的下端是尖的，天線6可以安裝在它的上端。
桿構件10的下端放在測量點上，由氣泡管等使桿構件10保持垂直，因此天線6可以精確地安排在測量點的上方。
圖5示出了數據服務器3的處理流程。
下面將說明一個優選的具體測量操作的實例。
固定臺A、B各配備有接收天線1、接收機2和向數據服務器3發送定位數據的數據線路裝置4。
移動臺配備有接收天線6、接收機7和能與數據服務器3雙向通信的通信裝置8或能連接通信裝置8的接口9。注意，這些裝置具有便攜性，使操作員可以攜帶著它們，并能用電池作為電源獨立地進行操作。
此外，移動臺5的天線6具有使它精確地安裝在測量點上的能檢測垂直度的氣泡管(未示出)，天線6處在桿構件10上的安裝狀態，桿構件10的下端是尖的，天線6可以安裝在它的上端。
桿構件10的下端放在測量點上，由氣泡管等使桿構件10保持垂直，因此天線6可以精確地安排在測量點的上方。
具體的測量操作將根據一個優選的實例予以說明。
(1)初始化和設置移動臺5。
采用普通動態測量的操作程序，將移動臺5安排在基準點，執行初始化操作。
此時，所配備的通信裝置8執行服務器3與第二通信接口9之間的通信設置、通信狀況確認之類。
(2)在移動臺5根據測量規劃運動的同時接收來自衛星11的短波，執行單定位。通常，通過單定位得到的位置坐標信息基本上具有20m至100m的誤差。
移動臺5通過通信裝置8將單定位得到的定位數據發送給數據服務器3。
此時，移動臺5發送的定位數據按在GPS中標準化的稱為NMEA的格式發送。
(3)數據服務器3通過第二通信接口9接收移動臺5發送的定位數據。
數據服務器3通過第一通信接口9和數據線路裝置4，接收來自多個固定臺A、B通過接收來自衛星11的無線電波得到的基準數據。基準數據通常為“CRM”格式，其中固定臺A、B的接收數據和位置坐標合并在一起。
數據服務器3根據來自移動臺5的定位數據中的位置信息選擇配置在對于移動臺5的當前位置適當的位置處的固定臺A或B。
選擇了固定臺A或B后，數據服務器3通過第二通信接口9向移動臺5發送通過第一通信接口9從所選的固定臺A或B接收到的基準數據，作為在位置分析時的校正信息。
(4)移動臺5接收到數據服務器3發送的來自適當的固定臺A、B的基準數據后，通過與單定位得到的定位數據一起進行分析來校正誤差，從而得到精確的位置信息。
通過這樣的校正，可以得到近似為10mm的定位精度。所得到的結果存儲在為移動臺5配備的存儲裝置(未示出)內，操作結束后在其他地方對之進行諸如生成地圖之類的處理。此外，移動臺5的通信裝置(未示出)可以將它發送給數據服務器3(或者將其他定位結果發送給可以進行處理的地方)。
下面，將說明數據服務器3選擇對移動臺5最適當的固定臺A或B的方法。
首先，將參照圖6說明按距離進行的選擇。
根據接收到的移動臺5的位置坐標數據和已知的多個固定臺A、B的安裝位置坐標，分別得出移動臺5與各個固定臺A和B之間的距離，選擇距離最短的固定臺A或B。
如圖6所示，通過單定位得到的移動臺5的位置坐標數據設為M1(X1，Y1，Z1)。
多個固定臺A、B、C的已知位置坐標分別為固定臺AFA(XA，YA，ZA)固定臺BFB(XB，YB，ZB)固定臺CFC(XC，YC，ZC)此時，設移動臺5與固定臺A之間的距離為距離LA，于是有LA＝(XA2+YA2+ZA2)-1/2以同樣方式分別得出對固定臺B、C的距離LB和LC，從而可以選擇距離為最小值的固定臺A、B或C，也就是說，選擇與移動臺5距離最短的固定臺。
在連續測量期間，周期性地計算移動臺5與多個固定臺A、B、C之間的距離，如果出現直線距離甚至更短的固定臺A、B或C，就改變與移動臺5的關系，然后發送固定臺A、B或C的新數據。
下面，將參照圖7說明按區域進行的選擇。
通過預先設置可以參考的各固定臺A、B、C的相應區域Ea、Eb、Ec，按照區域Ea、Eb、Ec中哪個包括移動臺5的當前位置來選擇固定臺A、B或C。
如圖7所示，預先設置可以參考的各固定臺的相應區域Ea、Eb、Ec。
基本上，區域Ea、Eb、Ec為分別以固定臺A、B、C為中心、半徑為10km的圓形區域，而在區域Ea、Eb、Ec相互交疊處，按照這點的環境之類選擇一個用途參考的固定臺A、B或C。
在移動臺5發送位置坐標數據時，數據服務器3得出與該位置坐標相應的區域Ea、Eb或Ec。結果，按照與移動臺5相應的區域Ea、Eb或Ec選擇要參考的固定臺A、B或C，然后數據服務器3通過第二通信接口9將來自所選的固定臺A、B或C的基準數據發送給移動臺5。
關于上述區域Ea、Eb、Ec，操作員可以方便地通過將它們與執行定位操作的區域相關聯來識別它們。
注意，可以預先設定時間，在每個預定時間或周期性地執行對固定臺A、B、C的選擇。這是因為按一般測量操作的移動速度，需參考的固定臺A、B、C不會經常改變。
此外，移動臺中的單定位信息可以納入NMEA數據(觀測數據)，每隔10秒(這可以通過設置改變)不斷地從移動臺發送。在這種情況下，服務器不需向移動臺請求傳輸單定位信息。
對于固定臺的選擇標準，除了“直線距離”還可以用諸如“這個固定臺覆蓋此區域”之類的數據庫。
(1)由于可以參考最適當的固定臺而不需要考慮當前位置，因此可以實現高度精確的RTK定位。
(2)在用無線電傳輸中所必需的由操作員調整無線電接收頻率是不必要的。
(3)即使在穿過多個參考固定臺區域測量的情況下，也可以執行測量而不需要準備。
(4)可以得到在對移動臺定位時的環境數據(氣象數據之類)。
權利要求
1.一種GPS定位系統，所述GPS定位系統包括至少一個通過接收來自衛星的無線電波測量位置坐標的移動臺；多個具有預定位置坐標并接收來自所述衛星的無線電波的固定臺；以及通過通信與至少一個移動臺和多個固定臺連接的運算處理裝置，所述運算處理裝置根據從至少一個移動臺發來的定位數據選擇一個適當的固定臺，并將所選的固定臺的基準定位數據發送給所述移動臺。
2.按照權利要求1所述的GPS定位系統，其中所述多個固定臺的每個位置坐標固定在一個已知點，形成根據移動臺發送給運算處理裝置的定位數據選擇所述適當的固定臺的結構。
3.按照權利要求1和2中任一項所述的GPS定位系統，其中所述系統具有使運算處理裝置從多個固定臺中選擇所述適當的固定臺的結構。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的GPS定位系統，其中從運算處理裝置發送給移動臺的基準定位數據是固定基準定位裝置從衛星接收到的數據。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的GPS定位系統，其中所述從移動臺發送給運算處理裝置的定位數據是從衛星接收到的接收數據。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的GPS定位系統，其中所述從移動臺發送給運算處理裝置的定位數據是通過移動臺的單定位得到的位置坐標數據。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的GPS定位系統，其中當由運算處理裝置選定的固定臺改變時，通知選定固定臺改變的信號從運算處理裝置發送給移動臺。
8.按照權利要求1至7中任一項所述的GPS定位系統，其中所述移動臺配有顯示接收到的數據的顯示裝置。
9.按照權利要求1至8中任一項所述的GPS定位系統，其中在有多個移動臺的情況下，該系統具有使運算處理裝置為每個移動臺選擇一個適當的基準固定定位裝置的結構。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的GPS定位系統，其中在有多個移動臺的情況下，該系統具有使運算處理裝置向每個移動臺發送來自適當的固定臺的基準定位數據的結構。
11.按照權利要求1至10中任一項所述的GPS定位系統，其中所述移動臺是一個用于動態定位的移動臺，它的天線和接收機是可移動的。
12.一種用于GPS定位的數據服務器，所述數據服務器包括一個位置坐標固定在一個已知點的第一通信接口，所述第一通信接口從多個接收來自衛星的無線電波的固定臺接收定位數據；一個從位置坐標可通過接收來自所述衛星的無線電波測量的一個移動臺接收定位數據的第二通信接口；以及根據通過第二通信接口接收到的所述定位數據從所述多個固定臺中選擇一個適當的固定臺的運算處理裝置。
13.按照權利要求12所述的用于GPS定位的數據服務器，其中所述運算處理裝置通過第二通信接口將由它選定的固定臺發來的基準定位數據發送給所述移動臺。
14.按照權利要求12和13中任一項所述的用于GPS定位的數據服務器，其中所述第二通信接口是能進行雙向通信的無線電通信裝置。
15.按照權利要求12至14中任一項所述的用于GPS定位的數據服務器，其中所述移動臺是一個用于動態定位的移動臺，它的天線和接收機是可移動的。
全文摘要
一種GPS定位系統具有至少一個通過接收來自衛星的無線電波測量位置坐標的移動臺；多個具有預定位置坐標并接收來自所述衛星的無線電波的固定臺；以及通過通信與至少一個移動臺和多個固定臺連接的運算處理裝置，它根據從至少一個移動臺發來的定位數據選擇一個適當的固定臺，并將所選的固定臺的基準定位數據發送給移動臺。一種用于GPS定位的數據服務器具有一個位置坐標固定在一個已知點的第一通信接口，它從多個接收來自衛星的無線電波的固定臺接收定位數據；一個從位置坐標可通過接收來自所述衛星的無線電波測量的移動臺接收定位數據的第二通信接口；以及根據通過第二通信接口接收到的定位數據從多個固定臺中選擇一個適當的固定臺的運算處理裝置。
文檔編號G01S5/00GK1461416SQ02801184
公開日2003年12月10日 申請日期2002年4月10日 優先權日2001年4月11日
發明者宮坂講治, 森正和, 坂木和幸, 高須謙一, 小林雄二 申請人:三井物產株式會社, 拓普康株式會社