一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法，包括：在空旷无遮挡的地方选择合适的点位作为基站点，获得基站真实精确经纬度坐标并记录下来。在基站点位上，布置GPS接收芯片作为基站，在确保数据格式相同的情况下实时接收定位信息，选择伪距差分方式进行解算，获取定位偏差量，并通过网桥将其传输给自主移动机器人。自主移动机器人获取实时的位置信息，再选用相同的伪距解算方式处理得到坐标信息，融合基站的坐标偏差量，得到坐标校正值。本发明专利技术的优点是：有效降低了整个定位系统的均方根误差，具有较强的鲁棒性，能够提升移动机器人行驶过程中的定位能力和适应性，满足小范围移动作业的需求。围移动作业的需求。围移动作业的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法


[0001]本专利技术涉及定位导航
，特别涉及一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法。

技术介绍

[0002]在当下快速发展的时代，能够自主移动的机器人受到越来越多的关注，各种定位导航方式也在移动机器人中被大量运用。GPS定位作为其应用最广泛的定位方式之一，在自主移动机器人领域有着关键性的地位，但单一的GPS定位有着稳定性差，刷新频率低和定位精度不足的缺点。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的缺陷，提供了一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法。
[0004]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0005]一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法，包括：首先在空旷无遮挡的地方选择合适的点位作为基站点，通过差分GPS信号重复定位确定其准确经纬度，并将之记录下来。在基站点位上，布置一块与自主移动机器人搭载的一模一样的GPS接收芯片作为基站，基站选择伪距差分方式进行解算，获取定位偏差量，并通过网桥将定位偏差量传输给自主移动机器人。自主移动机器人通过GPS接收芯片获取实时的位置信息，再选用相同的伪距解算方式处理得到坐标信息，融合基站的坐标偏差量，得到坐标校正值。
[0006]进一步地，所述自建差分GPS定位方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，差分GPS的基站搭建位置为自主移动机器人所要移动的区域中心，获得基站真实精确经纬度坐标并记录下来。然后将GPS接收芯片固定在基站点位上。
[0008]步骤2，在自主移动机器人上安装两块同基站一模一样的GPS接收芯片，其中一块配置付费RTK服务，验证自建差分GPS的可行性。另外一块芯片用于接收GPS原始数据，基站与自主移动机器人之间的通信通过网桥，
[0009]步骤3，选用伪距差分。造成伪距的原因钟差和测量误差经度，维度，海拔共四个未知数，需要至少同时观测四个卫星，再联立四个观测方程对四个未知数进行求解。第k颗卫星的伪距测量公式为：
[0010][0011]式中，ρ
k
表示第k颗卫星所接收到的伪距，r
k
表示t
r
时刻接收端位置到t
t
时刻的卫星发射端的真实位置，δt
r
则表示接收机的钟差，δt
s
代表卫星发射端的钟差。I
m
和T
m
分别表示大气层电离层和对流层的延时时间，则表示各情况下各种原因所造成的距离误差的总和。
[0012]对卫星钟差进行校正，以及对流层和电离层进行误差补偿后将公式化简为：
[0013][0014]步骤4，通过坐标解算出接收端到卫星发射端的距离为：
[0015][0016]步骤5，联立四个方程组：
[0017][0018]直接从标签处与基站处同时获得各自所需的坐标位置信息。
[0019]步骤6，在基站处将获得的位置信息与其固定真值做对比，求解出偏移量，将该偏移量通过话题实时发布出去。
[0020]步骤7，接收端通过网桥与基站处工控机相通信，成功订阅包含偏移量的话题，并将该偏移量与自身所解算出的坐标位置信息相融合，获得通过基站解算得出的差分定位信号。
[0021]步骤8，将获取到的经度，纬度以及海拔上的误差差分定位信号在基站端通过话题进行实时发布，经过网桥连接，自主移动机器人订阅误差话题，获取实时误差，将实时误差与当前自主移动机器人的GPS接收芯片获取的位置信息进行数据融合，
[0022]进一步地，步骤7中通过自建基站解算得出的差分定位信号由以下公式获得：
[0023][0024]式中，Δx，Δy和Δz分别表示量测在经度，纬度以及海拔上的误差，x，y和z分别表示基站安装的真实位置的经度，纬度和海拔，而x
′
t
，y
′
t
以及z
′
t
分别表示在t时刻下通过普通GPS芯片接收到的伪距根据公式(1
‑
4)解算出的实时经度，纬度与海拔。
[0025]误差为实际位置减去测量位置的差值的基础上乘以经度，纬度以及海拔相对定位误差率，以δp`表示。
[0026]进一步地，步骤8中数据融合具体操作由以下公式获得：
[0027][0028]式中，x
t
表示在t时刻由GPS芯片直接获得的初始经度，y
t
表示在t时刻由GPS芯片直接获得的初始纬度，z
t
表示在t时刻由GPS芯片直接获得的初始海拔。
[0029]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0030]有效降低了整个定位系统的均方根误差，具有较强的鲁棒性，能够提升移动机器
人行驶过程中的定位能力和适应性，满足小范围移动作业的需求。
附图说明
[0031]图1是本专利技术实施例通过自主移动机器人实车实验得到的定位数据而绘制成的行驶轨迹图；
[0032]图2是本专利技术实施例将全局定位结果局部放大效果图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本专利技术做进一步详细说明。
[0034]1自建差分GPS的实现
[0035]1.1个人基站的搭建
[0036]差分GPS的基站选在广场中心区域，因其四周空旷无遮挡，且为自主移动机器人所要移动的区域中心。将该点位在高德22级瓦片地图上找到，并获得其真实精确经纬度坐标并记录下来。然后将GPS接收芯片固定在该基站点位上，并在系统中将其标签设置为基站。
[0037]在自主移动机器人上安装两块同上述基站一模一样的GPS接收芯片，其中一块配置付费RTK服务，因为其可获得厘米级定位，可用来作为实验的真值数据，验证自建差分GPS的可行性。另外一块芯片拿来接收GPS原始数据，后续用于基站GPS信息和这块原始数据的GPS的数据融合。
[0038]1.2基站与移动机器人通信建立
[0039]个人基站与移动机器人之间的通信是通过网桥实现的，通过网桥可以实现将网络的同一网段在数据链路层里面连接起来，能将一个大段的LAN分割成为多个小的网段，或可以将两个以上的LAN互联成为一个逻辑LAN，这样就实现LAN上的所有用户都可以同时访问同一个服务器，为后续多辆移动机器人的实验提供基础。
[0040]同时网桥具备隔离信息的功能，可以将同一个网络划分出多个不同的互不相通的网段(但他们都从属于同一个网络号)，进而隔离出安全网段，相当于建立了防火墙，以防止其他网段内的用户非法访问。并且由于网桥的分段机制，各属于同一个网络号的网段相对独立，一个网段里发生故障不会影响另一个网段的正常运行，确保了多机工作下的全面宕机风险。
[0041]选用网桥作为基站与标签的通信工具可以实现小范围内的快速数据交换功能，能够满足工控机进行差值接收与实时RTK数据解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法，其特征在于，包括：首先在空旷无遮挡的地方选择合适的点位作为基站点，通过差分GPS信号重复定位确定其准确经纬度，并将之记录下来；在基站点位上，布置一块与自主移动机器人搭载的一模一样的GPS接收芯片作为基站，基站选择伪距差分方式进行解算，获取定位偏差量，并通过网桥将定位偏差量传输给自主移动机器人；自主移动机器人通过GPS接收芯片获取实时的位置信息，再选用相同的伪距解算方式处理得到坐标信息，融合基站的坐标偏差量，得到坐标校正值。2.根据权利要求1所述的一种基于双模块GPS实现自建差分GPS定位方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，差分GPS的基站搭建位置为自主移动机器人所要移动的区域中心，获得基站真实精确经纬度坐标并记录下来；然后将GPS接收芯片固定在基站点位上；步骤2，在自主移动机器人上安装两块同基站一模一样的GPS接收芯片，其中一块配置付费RTK服务，验证自建差分GPS的可行性；另外一块芯片用于接收GPS原始数据，基站与自主移动机器人之间的通信通过网桥，步骤3，选用伪距差分；造成伪距的原因钟差和测量误差经度，维度，海拔共四个未知数，需要至少同时观测四个卫星，再联立四个观测方程对四个未知数进行求解；第k颗卫星的伪距测量公式为：式中，ρ
k
表示第k颗卫星所接收到的伪距，r
k
表示t
r
时刻接收端位置到t
t
时刻的卫星发射端的真实位置，δt
r
则表示接收机的钟差，δt
s
代表卫星发射端的钟差；I
m
和T
m
分别表示大气层电离层和对流层的延时时间，则表示各情况下各种原因所造成的距离误差的总和；对卫星钟差进行校正，以及对流层和电离层进行误差补偿后将...

【专利技术属性】
技术研发人员：付克昌，杜宝清，熊皑，吴思东，肖地波，蔡明希，蒋世奇，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：