[发明专利]一种基于三点精准定位的导航系统及导航方法

权利要求书

1.一种基于三点精准定位的导航系统，其特征在于，该系统包括：移动终端、基站、无线热点设备、卫星系统和中央控制系统，所述移动终端分别与所述基站和所述无线热点设备无线双向通信；

所述移动终端，通过网络通信将信息数据传给基站；

所述基站，向在基站发出的电磁波的有效范围内的移动终端自动建立通信连接；

所述无线热点设备，在无线热点设备的无线信号覆盖区域，建立与所述移动终端的无线通讯连接；

所述卫星系统，存储各个卫星的位置信息，并发送给中央控制系统；

所述中央控制系统，通过接收基站和/或无线热点设备发送的移动终端信息数据和卫星位置信息，计算移动终端与至少三个卫星间的距离，根据三维空间的距离公式，得到所述移动终端的三维位置，将三维位置换算成经纬度和海拔高度，并发送给需求方，完成定位导航；

所述信息数据包括移动终端的通话时间、被叫的对象信息、移动终端中应用的无线应用协议、移动终端的地理位置信息。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，移动终端中应用的无线应用协议包括GSM协议、GPRS协议和DMA协议。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述无线热点设备工作时采用的2.4ghz频段。

4.一种依据权利要求1-3任意一个所述基于三点精准定位的导航系统的导航方法，其特征在于，该方法包括：

S1，通过基站或无线热点设备，获取移动终端发送的信息数据；

S2，获取任意三个已知卫星到所述移动终端的距离，根据三维空间的距离公式，列出3个方程，然后求解3个方程，得到所述移动终端的三维位置；

S3，将三维位置换算成经纬度和海拔高度，并发送给需求方，完成定位导航。

5.根据权利要求4所述导航方法，其特征在于，步骤S2，具体按照下述步骤实现：

设移动终端所在的点位测点，测点的三维坐标为(x，y，z)，获取三个与测点A存在关联的三个卫星的三维坐标，测点与三个已经卫星之间的线段长离分别为ρ₁，ρ₂和ρ₃，设ρ₁＝ρ₂，列出三个观测方程(1)：

G1=2d1+2ρ1G2=d1+d2+ρ1+ρ2G3=H=[x2+y2+(Z+Nee2sin L)2]1/2-Ne---(1);]]>

其中，所述G₁、G₂、G₃分别表示三个卫星应答询问信号之后的观测量，d₁和d₂分别表示分别地面中心站到第一卫星和第二的距离，L表示移动终端所在的维度，N_e表示测站点卯酉圈的曲率半径，e表示椭球的偏心率，Z表示地球坐标系Z轴的量值；

将观测方程(1)改写为方程(2)：

G12-d1=ρ1=(xs1-x)2+(ys1-y)2+(zs1-z)2G2-G12-d2=ρ2=(xs2-x)2+(ys2-y)2+(zs2-z)2G3=[x2+y2+(z+Nee2sin L)2]1/2-N3---(2);]]>

设测站点的估计值为x₀＝(x₀,y₀,z₀)，因此，测站点矢量可表示方程组(3)：

x=x0+Δxy=y0+Δyz=z0+Δz---(3)]]>

设fi(x,y,z)=(xsi-x)2+(ysi-y)2+(zsi-z)2]]>为式(4)，i＝1，2；f_i(x,y,z)表示编号为i的卫星在任意时刻的位置，x_si、y_si和z_si表示编号为i的卫星的坐标矢量，△x，△y，△z分别表示测站点的三维坐标系上x、y、z三个方向的估计值；

对式(4)进行泰勒级数展开，并去掉高次项得式(5)：

f_i(x，y，z)＝f_i(x₀+Δx，y₀+Δy，z+Δz)＝f_i(x，y₀，z₀)+a_i1Δx+a_i2Δy+a_i3Δz(5)

将式(5)代入方程(2)，得先行方程式(6)

a11Δx+a12Δy+a13Δz=G12-d1-f1(x0,y0,z0)a21Δx+a22Δy+a23Δz=G2-G12d2-f2(x0,y0,z0)a31Δx+a32Δy+a33Δz=H-f3(x0,y0,z0)---(6);]]>

根据式(6)构建矩阵(7)：

Aδx＝δp

A=a11a12a13a21a22a23a31a32a33,δx=(Δx,Δy,Δz)T]]>

δp=G12-d1-f1(x0,y0,z0)G2-G12-d2-f2(x0,y0,z0)H-f3(x0,y0,z0)=Δp1Δp2Δp3---(7)]]>

如果A^-1存在，则Aδx＝δp分解可得：δx＝A^-1δP，则可得到新的估计值x＝x₀+δx，将新的估计值作为测站估计点进行迭代计算，直到当δx＜ε时，停止计算，得到测点的三维坐标，其中，ε为常数；

其中α₁₁、α₁₂、α₁₃、α₂₁、α₂₂、α₂₃、α₃₁、α₃₂和α₃₃表示泰勒级数算法值，H表示测站点大地高，△p₁、△p₂和△p₃表示实际测得距离分别与三个卫星到接收机天线的几何距离的差值，p表示的是地球表面上的任意点。

6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，步骤S3中，将移动终端的三维位置坐标通过十进制转换法来换算经纬度。