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专利名称：卫星定位系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以通过接收来自卫星的无线电波得出位置坐标的GPS定位系统(卫星定位系统)和用于GPS定位(卫星定位)的数据服务器。
背景技术：
GPS中的动态定位是一种测量方法，其中将一对天线和接收机以固定方式配置在一个位置坐标已知的基准点，而另一对移动式天线和接收机相继在大量测量点之间移动，同时执行短时间的测量。
作为动态定位中已开发出的一种方法，存在一种实时动态定位(以下称为RTK)。这种RTK是一种可以实时获得作为测量结果的位置的定位方法。
在如

图1和2所示的RTK中，多个各有天线和接收机的固定台A、B、C分别配置在坐标已知的基准点处，而一个包括一个天线和一个接收机的移动台5在连续运动中执行测量。
RTK用固定台A、B、C和移动台5同时接收来自多个卫星11的无线电波，参照在固定台A、B、C得到的定位数据分析移动台5的定位数据，因此可以立即得到从固定台A、B、C的已知点到移动台5的测量点的相对坐标。
此外，为了保持测量精度，移动台5可以参考预定的固定台A、B、C的范围(下面称为固定台参考范围)为在固定台A、B、C周围半径为10km左右内的范围。这是因为如果固定台A、B、C与移动台5之间的距离太大，在分析时对精度的影响就成为不可忽略了。例如，由于同时接收的来自卫星11的无线电波通过电离层和大气层到达地球，因此，如果电离层和大气层的状况有显著不同，在分析时对精度的影响就成为不可忽略了。
另一方面，定位数据需要从固定台A、B、C发送给移动台5，以便使移动台5可以参考固定台A、B、C的定位数据，而为实现此传输，需要从固定台用特定频率的无线电波发送数据的装置。固定台A、B、C配有发送装置(例如频率为400MHz、输出为10mW左右的发射机21)，不断地发送定位数据。移动台5配有能接收来自发射机21的无线电波的接收机22，因此能参考所发送的定位数据。
注意，在RTK中移动台5可以参考固定台A、B、C的范围如上所述在技术上为在半径10km内，但是无线电波可到达的范围，即发射机21的有效输出范围，由于法律条款的规定，通常在固定台A、B、C周围1km左右。
因此，在必需在一个距离固定台A、B、C 1km以上的点进行测量的情况下，就要新设置一个无线电中继台(未示出)，使得来自固定台A、B、C的定位数据可以收到。
通常，发送定位数据时所用的无线电频率被设置成固定台A、B、C各不相同。这是因为在发送频率相同时，在测量点处在固定台参考范围的分界区域或附近的情况下很难区别(识别)固定台A、B、C，这就成为错误测量的一个原因。
然而，在要参考的固定台A、B、C的发送频率不同的情况下，需要将移动台5的接收频率分别调到固定台A、B、C的预定发送频率。
通常，适合测量点的固定台A、B、C预先参照测量操作规划选定，频率在测量操作前调整，但是在这种情况下必须按照被测点参考不同的固定台A、B、C。于是，执行测量的人员需要适当地设置能参考的固定台A、B、C的接收频率的接收状况，考虑测量点的当前位置、固定台A、B、C的位置和定位数据的接收状况等。因此，当前位置必须始终予以考虑。
另一方面，在使用无线电的情况下，通信被限制在从固定台A、B、C至移动台的单一方向。
此外，由于测量结果存储在移动台5内，测量操作就受到移动台5的存储容量的限制。
在将测量结果处理成一张地图之类的情况下，在测量操作结束后需要将测量结果从移动台5中取出，以便执行处理。
发明概要本发明的目的是提供一种可以简单和方便执行测量而不需要考虑当前位置的GPS定位系统(卫星定位系统)和用于GPS定位(卫星定位)的数据服务器。
本发明的解决方案可见各项权利要求。
附图简要说明图1为一个常规移动台的实例。
图2为示出一个常规RTK的示意图。
图3为示出按照本发明的一个实施例的系统的基本组成的总体示意图。
图4为示出本发明的RTK的示意图。
图5为本发明的数据服务器的处理流程图。
图6示出了按距离选择所需的固定台的实例。
图7示出了按区域选择所需的固定台的实例。
具体实施例方式
下面将结合附图对本发明的优选实施例进行说明。
图3为示出按照本发明设计的卫星定位系统的实施例的总体配置示意图。
GPS定位系统(卫星定位系统)具有至少一个移动台5；多个固定台A、B；以及一个通过通信装置4、8与移动台5和固定台A、B连接的运算处理单元(最好是数据服务器3)。
GPS定位(卫星定位)用的数据服务器3包括中央处理单元31、存储单元32、通信接口单元等。
通信接口单元包括主要用来接收来自各个固定台A、B的定位数据的第一通信接口9和用来向至少一个移动台5发送数据和从至少一个移动台5接收数据的第二通信接口9。
第一通信接口9用来接收固定台A、B通过通信装置4发送的定位数据。
在这里，定位数据是具有在卫星测量中规定的格式的数据的通称，是可以予以处理的数据，诸如接收数据或分析后的位置信息之类。定位数据包括二进制数据、文本数据等。
固定台A、B以固定方式有规律地配置在位置坐标已知的点处，不断或周期性地接收来自卫星11的无线电波，得到与各自安装位置有关的定位数据。
固定台A、B各配有能发送所测量的定位数据的通信装置4，不断或周期性地发送定位数据。因此，在第一通信接口9的通信装置4内，固定台B以固定方式配置在已知的位置，装置4能高速传送定位数据。因此，第一通信接口9的通信装置4最好是诸如WAN和专用线路之类的常通连接线路。
此外，在通信装置4内，数据通常按称为CMR的、其中将从卫星11接收的数据与已知的坐标合并在一起的数据格式发送。CRM数据在RTK中也称为移动台5的校正数据。
第二通信接口9用来向移动台5发送各种数据和从移动台5接收各种数据。
外部接口33连接到因特网之类上。
在接收操作中，例如，移动台5接收来自卫星11的无线电波，得到定位数据。为移动台5配置的通信装置发送定位数据。此外，移动台5还可以接收用简单方法根据定位数据计算出的位置信息数据。
在传输操作中，移动台5发送用于根据来自适当的固定台A、B、C的定位数据进行分析的校正数据。
此外，对于第二通信接口9内的通信装置8来说，所希望的是能进行无线通信的装置(双向通信装置)，诸如蜂窝电话机、PHS(个人手持电话系统)和无线LAN，因为测量是在移动台5在测量范围内运动的同时执行的。
顺便说一下，在用高速通信装置作为通信装置8时，移动台5内在分析时的时间滞后可以最小化。
中央处理单元31，根据通过第二通信接口9得到的移动台5的定位数据，选择最适合移动台5的固定台A或B，将选定的固定台A或B的定位数据或基于该定位数据的校正信息发送给移动台5。
存储装置32除了中央处理单元31进行处理所需的数据之外还能灵活地存储从移动台5接收的各种数据和诸如有关执行测量的人员、用户等信息之类的各种信息。
存储装置32除了固定台A、B、C的位置信息、要接收的定位数据和来自移动台5的定位数据或位置信息之外，还存储移动台5的测量操作范围、环境信息等，供以后使用。
固定台A、B、C各有接收天线41、接收机42、向数据服务器3发送定位数据的数据线路装置43。
移动台5具有接收天线6、接收机7、能与数据服务器3进行双向通信的通信装置44(通信装置可以连接的接口)。
最好，这些装置具有便携性，使操作员可以携带着它们能用电池作为电源独立地进行操作。虽然通常用化学充电电池作为电池，但所希望的是由电双层电容器构成的物理电池(能量电容系统)，因为它的输出稳定和寿命长，性能退化也小。
此外，为了精确地安装在测量点，天线6具有能检测垂直度的气泡管，天线6处于在杆构件10上的安装状态，杆构件10的下端是尖的，天线6可以安装在它的上端。
杆构件10的下端放在测量点上，由气泡管等使杆构件10保持垂直，因此天线6可以精确地安排在测量点的上方。
图5示出了数据服务器3的处理流程。
下面将说明一个优选的具体测量操作的实例。
固定台A、B各配备有接收天线1、接收机2和向数据服务器3发送定位数据的数据线路装置4。
移动台配备有接收天线6、接收机7和能与数据服务器3双向通信的通信装置8或能连接通信装置8的接口9。注意，这些装置具有便携性，使操作员可以携带着它们，并能用电池作为电源独立地进行操作。
此外，移动台5的天线6具有使它精确地安装在测量点上的能检测垂直度的气泡管(未示出)，天线6处在杆构件10上的安装状态，杆构件10的下端是尖的，天线6可以安装在它的上端。
杆构件10的下端放在测量点上，由气泡管等使杆构件10保持垂直，因此天线6可以精确地安排在测量点的上方。
具体的测量操作将根据一个优选的实例予以说明。
(1)初始化和设置移动台5。
采用普通动态测量的操作程序，将移动台5安排在基准点，执行初始化操作。
此时，所配备的通信装置8执行服务器3与第二通信接口9之间的通信设置、通信状况确认之类。
(2)在移动台5根据测量规划运动的同时接收来自卫星11的短波，执行单定位。通常，通过单定位得到的位置坐标信息基本上具有20m至100m的误差。
移动台5通过通信装置8将单定位得到的定位数据发送给数据服务器3。
此时，移动台5发送的定位数据按在GPS中标准化的称为NMEA的格式发送。
(3)数据服务器3通过第二通信接口9接收移动台5发送的定位数据。
数据服务器3通过第一通信接口9和数据线路装置4，接收来自多个固定台A、B通过接收来自卫星11的无线电波得到的基准数据。基准数据通常为“CRM”格式，其中固定台A、B的接收数据和位置坐标合并在一起。
数据服务器3根据来自移动台5的定位数据中的位置信息选择配置在对于移动台5的当前位置适当的位置处的固定台A或B。
选择了固定台A或B后，数据服务器3通过第二通信接口9向移动台5发送通过第一通信接口9从所选的固定台A或B接收到的基准数据，作为在位置分析时的校正信息。
(4)移动台5接收到数据服务器3发送的来自适当的固定台A、B的基准数据后，通过与单定位得到的定位数据一起进行分析来校正误差，从而得到精确的位置信息。
通过这样的校正，可以得到近似为10mm的定位精度。所得到的结果存储在为移动台5配备的存储装置(未示出)内，操作结束后在其他地方对之进行诸如生成地图之类的处理。此外，移动台5的通信装置(未示出)可以将它发送给数据服务器3(或者将其他定位结果发送给可以进行处理的地方)。
下面，将说明数据服务器3选择对移动台5最适当的固定台A或B的方法。
首先，将参照图6说明按距离进行的选择。
根据接收到的移动台5的位置坐标数据和已知的多个固定台A、B的安装位置坐标，分别得出移动台5与各个固定台A和B之间的距离，选择距离最短的固定台A或B。
如图6所示，通过单定位得到的移动台5的位置坐标数据设为M1(X1，Y1，Z1)。
多个固定台A、B、C的已知位置坐标分别为固定台AFA(XA，YA，ZA)固定台BFB(XB，YB，ZB)固定台CFC(XC，YC，ZC)此时，设移动台5与固定台A之间的距离为距离LA，于是有LA＝(XA2+YA2+ZA2)-1/2以同样方式分别得出对固定台B、C的距离LB和LC，从而可以选择距离为最小值的固定台A、B或C，也就是说，选择与移动台5距离最短的固定台。
在连续测量期间，周期性地计算移动台5与多个固定台A、B、C之间的距离，如果出现直线距离甚至更短的固定台A、B或C，就改变与移动台5的关系，然后发送固定台A、B或C的新数据。
下面，将参照图7说明按区域进行的选择。
通过预先设置可以参考的各固定台A、B、C的相应区域Ea、Eb、Ec，按照区域Ea、Eb、Ec中哪个包括移动台5的当前位置来选择固定台A、B或C。
如图7所示，预先设置可以参考的各固定台的相应区域Ea、Eb、Ec。
基本上，区域Ea、Eb、Ec为分别以固定台A、B、C为中心、半径为10km的圆形区域，而在区域Ea、Eb、Ec相互交叠处，按照这点的环境之类选择一个用途参考的固定台A、B或C。
在移动台5发送位置坐标数据时，数据服务器3得出与该位置坐标相应的区域Ea、Eb或Ec。结果，按照与移动台5相应的区域Ea、Eb或Ec选择要参考的固定台A、B或C，然后数据服务器3通过第二通信接口9将来自所选的固定台A、B或C的基准数据发送给移动台5。
关于上述区域Ea、Eb、Ec，操作员可以方便地通过将它们与执行定位操作的区域相关联来识别它们。
注意，可以预先设定时间，在每个预定时间或周期性地执行对固定台A、B、C的选择。这是因为按一般测量操作的移动速度，需参考的固定台A、B、C不会经常改变。
此外，移动台中的单定位信息可以纳入NMEA数据(观测数据)，每隔10秒(这可以通过设置改变)不断地从移动台发送。在这种情况下，服务器不需向移动台请求传输单定位信息。
对于固定台的选择标准，除了“直线距离”还可以用诸如“这个固定台覆盖此区域”之类的数据库。
(1)由于可以参考最适当的固定台而不需要考虑当前位置，因此可以实现高度精确的RTK定位。
(2)在用无线电传输中所必需的由操作员调整无线电接收频率是不必要的。
(3)即使在穿过多个参考固定台区域测量的情况下，也可以执行测量而不需要准备。
(4)可以得到在对移动台定位时的环境数据(气象数据之类)。
权利要求
1.一种GPS定位系统，所述GPS定位系统包括至少一个通过接收来自卫星的无线电波测量位置坐标的移动台；多个具有预定位置坐标并接收来自所述卫星的无线电波的固定台；以及通过通信与至少一个移动台和多个固定台连接的运算处理装置，所述运算处理装置根据从至少一个移动台发来的定位数据选择一个适当的固定台，并将所选的固定台的基准定位数据发送给所述移动台。
2.按照权利要求1所述的GPS定位系统，其中所述多个固定台的每个位置坐标固定在一个已知点，形成根据移动台发送给运算处理装置的定位数据选择所述适当的固定台的结构。
3.按照权利要求1和2中任一项所述的GPS定位系统，其中所述系统具有使运算处理装置从多个固定台中选择所述适当的固定台的结构。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的GPS定位系统，其中从运算处理装置发送给移动台的基准定位数据是固定基准定位装置从卫星接收到的数据。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的GPS定位系统，其中所述从移动台发送给运算处理装置的定位数据是从卫星接收到的接收数据。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的GPS定位系统，其中所述从移动台发送给运算处理装置的定位数据是通过移动台的单定位得到的位置坐标数据。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的GPS定位系统，其中当由运算处理装置选定的固定台改变时，通知选定固定台改变的信号从运算处理装置发送给移动台。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的GPS定位系统，其中所述移动台配有显示接收到的数据的显示装置。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的GPS定位系统，其中在有多个移动台的情况下，该系统具有使运算处理装置为每个移动台选择一个适当的基准固定定位装置的结构。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的GPS定位系统，其中在有多个移动台的情况下，该系统具有使运算处理装置向每个移动台发送来自适当的固定台的基准定位数据的结构。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的GPS定位系统，其中所述移动台是一个用于动态定位的移动台，它的天线和接收机是可移动的。
12.一种用于GPS定位的数据服务器，所述数据服务器包括一个位置坐标固定在一个已知点的第一通信接口，所述第一通信接口从多个接收来自卫星的无线电波的固定台接收定位数据；一个从位置坐标可通过接收来自所述卫星的无线电波测量的一个移动台接收定位数据的第二通信接口；以及根据通过第二通信接口接收到的所述定位数据从所述多个固定台中选择一个适当的固定台的运算处理装置。
13.按照权利要求12所述的用于GPS定位的数据服务器，其中所述运算处理装置通过第二通信接口将由它选定的固定台发来的基准定位数据发送给所述移动台。
14.按照权利要求12和13中任一项所述的用于GPS定位的数据服务器，其中所述第二通信接口是能进行双向通信的无线电通信装置。
15.按照权利要求12至14中任一项所述的用于GPS定位的数据服务器，其中所述移动台是一个用于动态定位的移动台，它的天线和接收机是可移动的。
全文摘要
一种GPS定位系统具有至少一个通过接收来自卫星的无线电波测量位置坐标的移动台；多个具有预定位置坐标并接收来自所述卫星的无线电波的固定台；以及通过通信与至少一个移动台和多个固定台连接的运算处理装置，它根据从至少一个移动台发来的定位数据选择一个适当的固定台，并将所选的固定台的基准定位数据发送给移动台。一种用于GPS定位的数据服务器具有一个位置坐标固定在一个已知点的第一通信接口，它从多个接收来自卫星的无线电波的固定台接收定位数据；一个从位置坐标可通过接收来自所述卫星的无线电波测量的移动台接收定位数据的第二通信接口；以及根据通过第二通信接口接收到的定位数据从多个固定台中选择一个适当的固定台的运算处理装置。
文档编号G01S5/00GK1461416SQ02801184
公开日2003年12月10日 申请日期2002年4月10日 优先权日2001年4月11日
发明者宫坂講治, 森正和, 坂木和幸, 高须谦一, 小林雄二 申请人:三井物产株式会社, 拓普康株式会社