[发明专利]对GPS设备进行定位的系统和方法

说明书

传统GPS技术，特别是带有GPS定位设备(5)的传统GPS技术 的目的是确定GPS天线(3)在三维空间中的位置。这里假定GPS天线 (3)可以处于该空间内的任意位置。新发明提出一种方法，当目的是 从多个先前已知的备择位置(8)中选择GPS天线(3)的位置时，其能够 比以前更好地使用GPS定位和GPS定位设备(5)。这里假定GPS天线 (3)不会处在空间内的任意位置上，而是只处在多个预定位置(8)中的某 个位置的附近。

特别地，本发明的系统可以用在集装箱港口、集装箱码头、停泊 场、存货场，或用在以下各种应用中，其中在例如集装箱停泊箱位 (15)、货盘存货货位或停泊货位的预定存货货位内存储和处理例如集 装箱(12)、货盘、客车或混合货运的各种类型的普通货物。

当目的是从多个先前已知的备择(8)中选择GPS天线(3)的位置 时，传统方式采用的方法(图2A)的工作机制是：在阶段A，GPS 接收机(5)确定卫星(1)的位置(2)，测量卫星(1)和GPS天线(3)之间的 测距数据(6)(图1)。GPS接收机(5)接收到的卫星的数目通常为5...10， 通常，由于硬件限制的缘故，最大数目为12。

以下将在解释本发明所需的范围内描述测距数据(6)。正如本领域 的专家当前熟知的那样，测距数据(6)有两种类型；依据无线电信号的 传输时间测量计算的伪距，以及依据载波相位测量累计计算的累计多 普勒测距。另外，高质量的GPS接收机(5)会采用两个不同频率(L1＝ 1575.42MHz和L2＝1227.60MHz)测量两组测距数据，实际上，测 距数据(6)包括每个时刻的每颗卫星(1)的四条数据。

用于伪距的传输时间测量的工作原理是：GPS卫星(1)以规律的 间隔发射无线电报文。在发射报文时，卫星(1)依据它自己的时钟核 对发射时刻，并将该信息附加到报文中。在收到无线电报文时，GPS 接收机(5)依据它自己的时钟核对接收时刻。最后，GPS接收机(5)计 算接收时刻和从该报文中读取的发射时刻之间的差值，由此能够计 算出所谓表观(伪)传输时间。最终，通过使用光速作为无线电信 号的假定传播速度，将传输时间转换为(伪)测距。

用于累计多普勒测距的测量原理是：GPS接收机(5)测量GPS信号 载波的相位(L1或L2)。当相位增加一个周期(360度)时，接收机 知道卫星(1)和GPS天线(3)之间的测距已经增加了一个载波波长周期 (L1周期＝19.0cm，L2周期＝24.4cm)。GPS接收机(5)监控累计相 位变化，从而可以准确了解测距变化。

实际上，位置计算通常是通过使用从伪距和多普勒测距获得的测 距数据的组合实现的。原因在于，伪距为相对高噪声测量(几十厘米)， 而多普勒测距的噪声非常小(毫米)。然而，多普勒测距的最大难题 是，尽管该测距数据从某一时刻到下一时刻的变化是非常精确的，但 是该测量包括一个未知常量—多普勒测距的初值。鉴于此，正如本领 域的熟练技术人员熟知的那样，通常的做法是组合伪距和多普勒测距， 以便利用有关多普勒测距函数的变化来过滤高噪声伪距测量(载波相 位平滑)。

随后，关于任何部分的测距信息使用测距数据(6)，其是按上述方 式导出的，表示指定卫星(1)和GPS天线(3)之间的测距或距离。

以下将在解释本发明所需的范围内描述与测距数据(6)有关的系统 误差因子。伪距测量和多普勒测距测量都包括因GPS接收机(5)的时钟 的运行误差引起的数量相等的误差。另外，该误差对各个卫星都是相 等的，因为问题是有关接收机(5)引起的误差。而且，测距测量误差受 大气层的影响，因为无线电信号不可能按照绝对光速在大气层中进行 传播。众所周知，对流层中存在的误差对伪距测量和多普勒测距测量 的影响是相同的。另一方面，电离层中存在的误差对伪距测量和多普 勒测距测量的影响也是相同的，但方向相反。对于不同卫星而言，大 气层引起的误差是不同的，原因在于无线电信号在大气层中传播的距 离不同。

此外，在确定卫星(1)的位置信息(2)时存在误差。实际上，卫星(1) 处于与测量位置(2)不同的位置(2′)。最后，卫星的时钟也有运行误差。 然而，就测量而言，卫星的时钟误差表现为和卫星的位置误差完全相 同，所以这两个误差通常是联合处理的。