北斗高精度定位是指通过北斗卫星导航系统(BDS)实现高精度定位技术,是一种利用北斗卫星系统进行精准定位的技术。北斗卫星系统由中国自主建立,它通过多颗卫星提供无线电信号,实现人、车、物等移动设备的定位、导航和时间服务。
可以为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实施的定位服务。北斗系统由空间段(卫星)、地面段(主控站、时间同步/注入站和监测站等)、用户段(导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等)。
北斗定位的工作原理是基于卫星与接收机之间的距离测量。北斗卫星系统通过多普勒频移技术、信号延迟测量和角度观测等方法,实时获取接收机的位置信息,并将数据通过无线电信号传输给用户。北斗卫星系统的定位精度能够达到毫米级别,甚至可以精准到室内定位。
02 实现北斗高精度定位的工作原理
在卫星覆盖的广阔的地球表面,持有一部手机的小小我,所处的位置是如何被精准计算出来的呢?
北斗卫星导航系统是采用三球交汇的几何原理实现定位的。
要锁定地面目标的准确位置,首先必须有参考点,卫星导航系统的参考点就是导航卫星本身。其在空间的位置是至关重要的,那如何获得其位置坐标呢?
1、导航卫星的位置
是主控站根据卫星轨道参数和地面测控站的数据综合计算得出的。也就是说三颗参考卫星的位置坐标A(Xa,Ya,Za)、B(Xb,Yb,Zb)、C(Xc,Yc,Zc),已由空间段与地面段部分优先核算完成了。
2、测量待定用户与三个参考点卫星各自的距离
利用电磁波从卫星传输到该待定用户所用的时间,再乘以电磁波传输的速度c(光速)。该时间就是导航卫星发射编码信号与用户接收机接收到信号之间的时间延迟。要确保这个时间值的准确性,必须确保信号发射端与接收端时钟的同步,也是定位精准度的保证。La = c·△t1 \ Lb = c·△t2 \ Lc = c·△t3
3、计算待定点的位置(x,y,z)
全国各省市地方政府相继出台了支持北斗产业发展的相关文件,加快北斗领域技术创新、鼓励北斗技术推广应用、培育壮大卫星导航市场主体、推进产业集群化发展。用导航卫星的位置坐标值,以及待定用户与卫星间的距离值,根据几何关系求解。三个方程式求出三个未知量(x,y,z)。
La²=(Xa-x)²+(Ya-y)²+(Za-z)² Lb²=(Xb-x)²+(Yb-y)²+(Zb-z)²Lc²=(Xc-x)²+(Yc-y)²+(Zc-z)²
以卫星A为例,几何关系求解卫星与用户的距离
这就是北斗卫星导航系统的定位原理。导航卫星在传递位置信息时,会同步传递出当时的时间,也就是(x,y,z,t),确保数据的实时性。
但是以“卫星+用户”的模式可以提供相应的位置坐标,但是由于受到大气干扰(包括降雨、云雾、日凌、太阳黑子)、电气电磁干扰(通常是在遮蔽物下建筑物里,或者是山谷、峡谷、隧道)、多路径干扰(用户附近其他物体的反射信号)等因素的影响,位置坐标精度偏差大约在十米左右的位置。
所以我们需要建立地面基准站,通过对观测数据、数据中心数据、服务数据进行解算分析,可消除卫星导航系统自身和卫星信号传输误差,向用户提供高精度的位置服务。
03 北斗“精准位置”的应用
1、智慧交通
北斗导航系统在智能交通领域有许多应用,它可以为车辆提供更准确、可靠的定位和导航服务,从而提高交通管理和出行效率。以下是一些北斗导航系统在智能交通领域的应用。
车辆位置监控与调度通过北斗卫星系统,车辆的位置信息可以进行实时监测和分析,从而对车辆进行调度和管理。这种方法可以提高物流效率,减少运输成本,同时也可以避免车辆拥堵和交通违规行为。
交通信息采集和分析北斗卫星系统可以帮助交通管理部门收集和分析交通信息,如道路流量、速度、拥堵程度等。这些数据可以被用来优化交通信号灯时序、规划路线、预测拥堵等,进而提高城市交通运行效率。
智能导航和安全驾驶辅助北斗导航系统可以提供智能化的导航服务,包括实时路况信息、道路限速提示、车道偏移预警等。这些服务可以帮助司机选择最佳路径,减少行车安全隐患,提高驾驶舒适度和安全性。
车联网应用北斗导航系统也可以与车联网技术相结合,实现车辆到车辆(V2V)或车辆到基础设施(V2I)的信息交换。这些信息可以帮助驾驶员避免危险情况、优化行驶路径,并提供自动驾驶等更先进的服务。
2、智慧农业
当前,北斗导航系统在农业中的应用包括有拖拉机自动导航行驶系统、农业机械自主作业系统和无人机植保系统。
农机自主作业应用在农田起垄耕种、收获,秸秆还田等方面。以联合收割机为例,联合收割机利用北斗系统和地理信息系统收集数据,将农田数字化处理,进行分区,可绘制农作物的产量分布图,结合产量传感器,根据产量多少来控制联合收割机的行驶速率、割幅,进而操控收割速率、脱粒喂入量,达到最佳的收割作用和收割效率;在控制中心分析产量增加或者减少,