太阳城集团

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具有通信模块和天线的定位设备.pdf

摘要
申请专利号:

CN201410154163.5

申请日:

2014.04.17

公开号:

CN103954983A

公开日:

2014.07.30

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01S 19/42申请日:20140417|||公开
IPC分类号: G01S19/42(2010.01)I; G01S19/05(2010.01)I; G01S19/13(2010.01)I 主分类号: G01S19/42
申请人: 特林布尔南特斯公司
发明人: C·莱格拉斯; B·兰西恩; D·皮齐昂
地址: 法国卡尔克富
优先权: 2013.11.29 EP 13290295.8
专利代理机构: 北京北翔知识产权代理有限公司 11285 代理人: 杨勇;郑建晖
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410154163.5

授权太阳城集团号:

||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2019.03.19|||2016.11.16|||2014.07.30

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明实施方案提供了一种定位设备(100,200),该定位设备包含全球导航卫星系统(GNSS)接收单元(110)、通信天线(130)和通信模块(120)。该GNSS接收单元适于接收卫星太阳城集团(185)。该通信天线(130)允许补充数据(195)的接收和/或发送。该通信模块(120)可连接至GNSS接收单元(110)和通信天线(130)。该通信模块(120)被配置为将在通信天线(130)处接收的补充数据(195)提供至GNSS接收单元(110),和/或将在GNSS接收单元(110)处生成的补充数据(195)提供至通信天线(130)。通信模块(120)是可拆卸或可切换的,用以适应于可用的通信技术。

权利要求书

权利要求书
1.  一种定位设备(100,200),包含:
全球导航卫星系统GNSS接收单元(110),该GNSS接收单元适于接收卫星太阳城集团(185);
通信天线(130),该通信天线用于补充数据(195)的接收和/或发送;和
通信模块(120),该通信模块可连接至所述GNSS接收单元和所述通信天线,该通信模块被配置为将在所述通信天线处接收的补充数据提供至所述GNSS接收单元,和/或将在所述GNSS接收单元处生成的补充数据提供至所述通信天线;
所述通信模块是可拆卸或可切换的,用以适应于可用的通信技术。

2.  根据权利要求1所述的定位设备,其中所述GNSS接收单元被配置为基于已接收的卫星太阳城集团和补充数据来计算位置,和/或提供已接收的卫星太阳城集团和补充数据以用于位置的外部计算。

3.  根据权利要求1或2所述的定位设备,其中所述GNSS接收单元被配置为基于所述定位设备的已知位置和已接收的卫星太阳城集团生成补充数据,所生成的补充数据被传送至所述通信模块以用于通过通信天线发送。

4.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线是可拆卸的。

5.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线是超高频UHF天线以及码分多址CDMA天线中的至少一种。

6.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线被配置为支持用于CDMA通信的在800或1900MHz频带的频率,或者支持用于UHF通信的范围410-430、430-450、450-470和410-470MHz的至少之一。

7.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线通过连接器(132)直接连接至所述通信模块。

8.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线能够安装在分立的测地柱(699)上并且通过电缆 (633)能够连接至所述通信模块。

9.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信模块被配置为支持CDMA、UHF、3G或4G功能的至少之一。

10.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中在接收器模式下,所述补充数据包括差分GNSS校正数据、在一个发送定位设备处接收的卫星太阳城集团、该发送定位设备的特征以及在该发送定位设备处计算的额外校正数据中的至少之一;并且在发送器模式下,所述补充数据包括差分GNSS校正数据、在该定位设备处接收的卫星太阳城集团、该定位设备的特征以及由该定位设备计算的额外校正数据中的至少之一。

11.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,进一步包含一个接口(122),以在所述通信模块和所述GNSS接收单元的处理单元(114,116)之间传送数据。

12.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线被布置为指向一个方向,该方向与所述GNSS接收单元的GNSS天线(112)的指向方向相反。

13.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信模块能够连接到所述GNSS接收单元的一个壳体(111)中。

14.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线被布置在一个可拆卸的无线电透明柱(134)中。

15.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信天线被布置在一个柱(434)中,该柱(434)具有的第一末端(436)附接至GNSS接收单元的壳体(411)或者通信模块的壳体。

16.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述GNSS接收单元包括一个壳体(111),该壳体包含用于连接一个柱(134)的导热螺纹(113),在该柱(134)中布置有所述通信天线,该螺纹与所述通信模块处于热接触。

17.  根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的定位设备,其中所述通信模块被包封在一个壳体(311)中,该壳体(311)包括一个导热部分(313),该导热部分(313)与所述通信模块的收发器防护罩(326)处于热接触。

说明书

说明书具有通信模块和天线的定位设备
技术领域
本发明总体上涉及定位领域,更具体地涉及定位设备。
背景技术
定位涉及确定地球表面上或表面附近的人、物体或系统的位置的领域,即确定位置的坐标(纬度、经度和高度)的领域。定位在测量技术领域是有意义的,所述测量技术的目的是例如基于点的陆地位置或三维位置的确定来建立地图,所述确定使用这些点之间的相对距离和角度进行。在这样的应用中,得到的地图将取决于测量系统、测量系统的组件或者可由定位设备确定的被测量物体的绝对位置。
对于至少这样的应用,仍然需要提供新的并且得到改善的定位设备。
发明内容
根据第一总体方面,提供一种定位设备,该定位设备包含全球导航卫星系统(GNSS)接收单元、通信天线和可连接至GNSS接收单元和通信天线的通信模块。该GNSS接收单元适于接收卫星太阳城集团。该通信天线允许补充数据的接收和/或发送。该通信模块被配置为将在通信天线处接收的补充数据提供至GNSS接收单元,和/或将在GNSS接收单元处生成的补充数据提供至通信天线。通信模块为了适应于可用的通信技术而是可拆卸的或可切换的。
根据该第一总体方面的定位设备的有利之处在于,它通过可拆卸的或可切换的通信模块而可适应于可用的通信技术。该定位设备因而可适应于在它所处的位置处可用的通信技术。这确保了在地球上的大量位置处能够实现补充数据的接收和/或发送,并由此也确保了在定位设备的位置的确定期间一定水平的可靠性。
将会理解的是,与定位设备的通信可以是双向的,即定位设备可以用于在通信天线处发送和/或接收补充数据。定位设备中的通信(或者数 据传送),例如在GNSS接收单元、通信模块和通信天线之间,因此也可以是双向的。
作为接收器,GNSS接收单元适于接收卫星太阳城集团,并且通信天线允许接收补充数据。因而通信模块被配置为将在通信天线处接收的补充数据提供至GNSS接收单元。
作为发送器,GNSS接收单元适于接收卫星太阳城集团,并且通信天线允许补充数据的发送。通信模块被配置为将在GNSS接收单元处生成的补充数据提供至通信天线。
将会理解的是,定位设备可以被配置为既充当发送器又充当接收器。
通信模块可以是从定位设备可拆卸的。因而,如果注意到用以配置定位设备以接收和/或发送补充数据的第一通信技术是不可用的,或者如果注意到定位设备使用的第一通信技术在定位设备所处的位置不是有效的,例如由于障碍物,像建筑物、山脉或其它障碍物;由于缺乏通信覆盖;或者由于地方法规,那么可以将通信模块(以及相应的通信天线)移除并替换为被配置成接收和/或发送另一种类型的信号(即根据另一种通信技术的信号)的另一个通信模块(及其相应的通信天线)。修改通信技术的可能性(用该通信技术可在定位设备处接收和/或发送补充数据)提供了改善补充数据的分布能力的灵活性。
例如,可以设想的是通信模块是可从定位设备拆卸的机械块(或机械元件)的一部分,以修改定位设备接收和/或发送补充数据所使用的通信技术。例如,通信模块和为了将通信天线附接至该通信模块而布置的连接器可以形成可从定位设备拆卸的单个的块或单元。根据要使用的通信技术(或者在定位设备的位置处可用的通信技术),可以将包括合适的通信模块的另一个机械块附接至定位设备(并且,特别是附接至GNSS接收单元)。
将会理解的是,可拆卸的通信模块可以被插入GNSS接收单元中,并且也可从GNSS接收单元移除以适应任何可用的无线电通信技术。
还可以设想的是可以使用具有夹子(或者某种“夹持”系统)、滑槽(或滑沟)、螺丝的推拉系统或者任何其它如下的附接系统将通信模块附接至GNSS接收单元,该附接系统使得所述通信模块从定位设备、特别是从GNSS接收单元可拆卸。在一个实施方案中,通信模块(或者其封 套)可以用螺丝拧紧至GNSS接收单元的壳体。
作为一种替代方案,通信模块可以是可切换的,以使得它支持多种通信技术。在这样的替代方案中,可以使用例如机械或电子开关将通信模块切换至(选定的)通信技术,以修改定位设备的工作通信技术。
将会理解的是,定位设备的GNSS接收单元(或者GNSS接收器)可以包括用于接收GNSS信号的GNSS天线、用于将已接收的GNSS信号转换成数字数据的转换单元(或者转换功能)以及用于处理该数字数据的处理单元(或者处理功能)。
卫星太阳城集团可以是从任何GNSS的至少四个天基轨道源或卫星被广播出的GNSS信号,所述GNSS例如全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)、伽利略定位系统、罗盘/北斗定位系统、准天顶卫星系统(QZSS)导航服务、印度区域导航卫星系统(IRNSS)和类似的系统,只要存在从GNSS接收单元的GNSS天线到卫星的不受阻的视线。GNSS信号提供位置和太阳城集团太阳城集团,从所述太阳城集团可以得出定位设备的位置。
GNSS接收单元可以获得(从GNSS信号得出的)代表卫星太阳城集团的数字数据以及用于进一步处理这些数据的补充数据。
GNSS接收单元也可以获得(从GNSS信号得出的)代表卫星太阳城集团的数字数据,并且被配置为基于其本身已知的位置以生成补充数据。
根据第一操作模式,GNSS接收单元可以被配置为基于接收的卫星太阳城集团和补充数据计算位置。或者,GNSS接收单元可以被配置为提供已接收的卫星太阳城集团和补充数据用于位置的外部计算。这样的操作模式也可以称为“移动”模式或者漫游配置,其对应于使用定位设备得出位置,该位置要么通过定位设备本身计算,要么通过第二实体在外部计算,都使用由定位设备获得的卫星太阳城集团和补充数据。在漫游配置中,定位设备可以移动至不同的位置以确定这些位置的每一个的位置。在这样的配置中,GNSS接收单元的处理单元可以被配置为编译/收集已接收的卫星太阳城集团(或者GNSS信号)和补充数据,以用于通过外部计算机的后处理获得位置。或者,处理单元可以本身基于数字数据和补充数据计算位置。
根据第二操作模式,GNSS接收单元可以被配置为基于定位设备的已知位置和已接收的卫星太阳城集团生成补充数据。生成的补充数据可以然后传送至通信模块以用于通过通信天线发送。该第二操作模式也可以称为基 础配置或者“站”模式,在该模式下定位设备位于已知位置并被用于将补充太阳城集团发送至周围的(例如在漫游模式下操作的)定位设备。
GNSS接收单元可以被配置为将在GNSS接收单元处通过GNSS天线接收的GNSS信号与其自身的已知位置(或者与代表其自身已知位置的预期的信号)比较,并基于该比较生成额外校正数据。在第一种配置中,定位设备可以被配置为通过通信天线发送包括其已知位置(或者代笔其已知位置的太阳城集团)以及所有已接收的卫星太阳城集团的补充数据,带有或不带有比较结果(即,带有或不带有额外校正数据)。在第二种配置中,定位设备可以被配置为通过通信天线发送仅包括额外校正数据的补充数据,这减少了待发送的数据量,代价是精确度水平降低。可以使用多种格式用于发送补充数据。
已广播的补充数据可以通过任何周围的定位设备接收和使用,以进一步处理其自身数据或计算位置。补充数据可以从GNSS接收单元传送至通信模块,然后从该通信模块通过通信天线被广播。
根据一个实施方案,通信天线可以是可拆卸的。在该实施方案中,根据定位设备位置处可用的通信技术(或者无线电频率),通信天线可以从定位设备被拆卸并且替换为另一个通信天线。本实施方案就用于接收和/或发送补充数据的通信技术或无线电频率而言提供了灵活性。
例如,如果注意到第一频率范围(定位设备被配置为在该频率范围通过通信天线接收和/或发送补充数据)不可用,或者换言之在定位设备所处的位置第一频率范围内的通信是不可行的(由于障碍物像建筑物、山脉或其它障碍物,或者由于缺乏通信覆盖或者本地法规),则可以将通信天线移除并由另一个通信天线代替,该另一个通信天线被配置为在第二频率范围内接收和/或发送信号。根据本实施方案在替换通信天线方面的灵活性改善了定位设备的调谐。
通信天线可以是从通信模块可拆卸的,通信天线被配置为向该通信模块发送补充数据和/或接收来自该通信模块的补充数据。特别是,通信天线可以与任何其它天线(例如GNSS接收单元的GNSS天线)独立地可拆卸。
因此,通信天线可以被拆卸,并用对应于可用的(或选定的)通信技术(或者适于该通信技术的数据的接收和/或发送)的通信天线代替。 换言之,一旦定位设备被配置为根据特定的通信技术进行通信,那么也可以将通信天线拆卸并替换以修改接收和/或发送频率范围,即适应于用于根据该特定通信技术接收和/或发送数据的另一频率范围。
将会理解的是,在其中通信天线不可拆卸的实施方案中,那么被配置为根据第一通信技术通信的通信模块和通信天线可以由被配置为根据另一种通信技术通信的通信模块和通信天线代替。因此,在这些实施方案中,通信模块和通信天线可以形成可从定位设备拆卸的单一的块。
在一个实施方案中,通信天线可以是超高频(UHF)天线和码分多址(CDMA)天线中的至少一种。换言之,在漫游模式下,通信天线可以是适于接收从陆基参考站广播的UHF信号的天线,或者可以是适于接收CDMA信号例如信标的天线。在基础模式下,通信天线可以适于将UHF信号或CDMA信号发送给周围的(在任一模式下工作的)定位设备。
下面,在基础模式下工作的定位设备也可以被称为发送定位设备,而在漫游模式下工作的定位设备可以被称为接收定位设备。
通信天线可以例如被配置为支持用于CDMA通信的在800MHz或1900MHz频带的频率,或者支持用于UHF通信的范围410-430、430-450、450-470和410-470MHz的至少之一。可以替换通信模块和/或通信天线,以支持在定位设备的位置处使得接收和/或发送成为可能的通信技术和/或频率范围。例如,根据使用定位设备的所在国家的当地法规,可以将窄频带通信天线(例如430-450MHz或450-470MHz)或者宽频带通信天线(例如430-470MHz至覆盖所有的可能频率)连接至定位设备。
在一个实施方案中,通信天线可以通过连接器直接连接至通信模块。作为一个实例,通信天线可以通过螺纹连接至通信模块的收发器。然后可以借助于适合于该螺纹的带螺纹的连接器通过将通信天线从通信模块拧下来替换该通信天线。
作为一种替代方案,通信天线可以包括可互换的鞭状天线(whip),其可以被改变以修改通信天线所支持的频率范围。根据应用(或者定位设备的操作者)太阳城集团例如频率范围和辐射覆盖的要求,可以设想的是仅仅将用于支持特定频带的鞭状天线替换,从而使得通信天线与多种频带可兼容。例如,可以将鞭状天线改变以支持例如用于UHF通信的范围410-430、430-450、450-470和410-470MHz的任何一个。
根据一个实施方案,通信天线可以安装在分立的测地柱(geodetic pole)上,并且可通过电缆连接至通信模块。该实施方案的有利之处在于该通信天线可以更自由地位于一个提供改善的(并且可能是最优的)接收和/或发送的位置处。该分立的测地柱可以在定位设备附近插入地面中或者固定在地面上。该通信天线然后可以安装到测地柱上并通过电缆例如尼尔-康塞曼(TNC)电缆连接至定位设备的通信模块。
在一个实施方案中,可以将通信模块配置为支持CDMA、UHF、3G或4G功能中的至少一种。
在接收器模式(即漫游模式)中,在通信天线处从发送定位设备接收的补充数据可以包括差分GNSS校正数据、在发送定位设备处接收的卫星太阳城集团、发送定位设备的特征以及在发送定位设备处计算的额外校正数据中的至少之一。
在发送器模式(即基础模式)下,从通信天线发送至接收定位设备的补充数据可以包括差分GNSS校正数据、在该定位设备处接收的卫星太阳城集团、该定位设备的特征以及由定位设备计算的额外校正数据中的至少之一

卫星太阳城集团可以包括例如卫星星历表、卫星时钟太阳城集团和用于一些或每个卫星的卫星历书(satellite almanacs)。
定位设备(或者发送定位设备)的特征可以包括(发送)定位设备的已知位置(或者代表其已知位置的预期的信号/测量)和/或(发送)定位设备的用于得出其位置的描述。
由定位设备计算的额外校正数据可以例如基于通过定位设备获得的实际测量和预期的测量(对于定位设备的已知位置)之间的比较。
在一个实施方案中,定位设备可以进一步包括用于在通信模块和GNSS接收单元的处理单元(或处理器)之间传送数据的接口。该接口可以适应于任何通信技术。
在一个实施方案中,该接口可以是单一的可拆卸的物理块的一部分,所述物理块包括通信模块并任选地包括用于附接通信天线的连接器。因而可以通过将这样的块更换为对应于可用通信技术的另一个块来实现工作通信技术的修改。
在一个实施方案中,通信天线可以被布置为指向一个方向,该方向 与GNSS接收单元的GNSS天线的指向方向相反。将会理解的是,GNSS天线可以是全方向的,在这种情况下通信天线可以被布置为指向与GNSS天线的主(或中心)指向方向相反的方向。这可以通过将通信天线布置成使得其指向方向与GNSS接收单元的布置有GNSS天线的那一侧相反而实施。该实施方案的有利之处在于它降低GNSS天线和通信天线之间的干扰,从而避免GNSS天线的相位中心和辐射方向图的修改和/或避免当在发送器模式(或基础模式)下使用时由通信天线辐射的带外噪声产生的GNSS天线信号退化。
将通信天线和GNSS天线布置在通信模块的相反侧的有利之处还在于通信天线可以从定位设备延伸并且可以插入用于测量应用的测地柱中。这提供了在通信天线处补充数据的改善的接收和/或发送,如将在下面的一个实例中进一步解释的。
在一个实施方案中,通信模块可以是可连接到GNSS接收单元的壳体中的,从而提供对通信模块的密封并保护通信模块的电子装置免受例如严酷的天气条件。
通信天线可以布置在GNSS接收单元的壳体的外部(或外侧)。GNSS接收单元的GNSS天线以及通信天线则可以布置在壳体的相反侧,即相对于GNSS接收单元的壳体彼此相对。
在一个实施方案中,通信天线可以从GNSS接收单元的壳体的一侧或一部分垂直地延伸。通信天线也可以连接在该壳体的这一侧或下部的中心处,以使得它沿着GNSS接收单元的对称轴线布置。
有利地,通信天线可以布置在可拆卸的无线电透明杆或柱中。通信天线由此隐藏在无线电透明柱中。无线电透明柱可以独立于通信天线方便地从定位设备(例如从GNSS接收单元的壳体)拆卸。换言之,通信天线在无线电透明柱的拧上和拧下操作过程中保持就位。
无线电透明柱也可以用于在例如用于测量应用的测地柱中保持定位设备。无线电透明柱可以插入可固定在地面中的无线电透明的细长支持部中或者无线电透明的测地柱中。这样的测地柱通常用在测量应用中来保持目标,用于例如从目标到测量仪器的距离和角度的测定。安装在这样的测地柱上的定位设备(具有通信天线及其插入其中的无线电透明杆)然后可以确定参考目标(测定了到该目标的距离和角度)的位置,以限 定测量的地形的其它点。然后根据通过定位设备自身或者通过接收卫星太阳城集团的外部计算机获得的位置、以及在后处理的情况下通过定位设备收集的补充数据,可以得到这些其它点的各自位置。
通信天线位于GNSS接收单元的壳体的与布置有GNSS接收单元的GNSS天线那一侧的相对侧的无线电透明杆中的这种布置,提供了将具有通信天线的杆插入测地柱内的可能性,它的有利之处在于,与其中通信天线不能插入测地柱中的布置相比,它降低了在通信天线处由测地柱对无线电通信波的掩蔽。这改善了在通信天线处的补充数据的接收和/或发送,并提供了更可靠的定位设备。
在一个实施方案中,通信天线可以布置在具有第一末端的柱(或杆)中,该第一末端附接至GNSS接收单元的壳体或者通信模块的壳体。与该第一末端相对的第二末端可以包括用于将定位设备连接至外部装置的连接器。作为一个实例,该连接器可以为5/8”插入件。
除了已描述的测量应用,定位设备也可以用在其中可能需要对机器或车辆(例如拖拉机)进行定位的农业器具中。定位设备然后可以安装在这样的车辆的顶部,并通过重复接收卫星太阳城集团和补充数据来提供导航太阳城集团。GNSS接收单元的处理单元可以控制位置的确定和/或数据的每次收集之间的太阳城集团段以计算速度。
根据一个实施方案,GNSS接收单元可以包括壳体,该壳体包含用于连接一个柱的导热螺纹,在该柱中布置有通信天线。在该实施方案中,螺纹与通信模块处于热接触,从而提供从通信模块通过螺纹的改善的散热。
根据另一个实施方案,通信模块可以包封在包括导热部分的壳体中,所述导热部分与通信模块的收发器的防护罩(并任选地与外部散热器)处于热接触。本实施方案也提供从通信模块的改善的散热。
当通信模块如在基础配置中那样作为发射器工作时,也就是当通信模块的收发器通过通信天线发送补充数据时,改善的散热是特别有利的。
根据第二总体方面,提供了包含GNSS接收单元、通信天线和通信模块的定位设备。该通信模块可以在结构上布置在GNSS接收单元和通信天线之间。通信天线可以可连接至通信模块并允许补充数据的接收和/或发送。GNSS接收单元可以可连接至通信模块,用以获得或生成补充数据, 并且还被配置为接收GNSS信号。GNSS天线可以布置在GNSS接收单元的(壳体的)内侧,并且通信天线可以布置在GNSS接收单元的(壳体的)外部。通信模块可以是从定位设备可拆卸的或者可切换的,用以适应可用的通信技术。
通信天线可以是独立于GNSS接收单元中的GNSS天线的布置或连接从通信模块可拆卸的。因此,通信天线可以是从定位设备可拆卸的,特别是从通信模块可拆卸的,而不需要GNSS接收单元的GNSS天线的拆卸。
根据第三总体方面,提供一种包含GNSS接收单元的定位设备,通信模块整合在该GNSS接收单元中。该定位设备也可包含可连接至通信模块的通信天线。换言之,该GNSS接收单元与其GNSS天线和通信模块可布置在同一壳体内并且通信天线可布置在壳体外部。通信模块可被配置为将在通信天线处接收的补充数据发送至GNSS接收单元的处理器,或者将在GNSS接收单元的处理器处生成的补充数据提供至通信天线。GNSS接收单元的处理器可以获得代表卫星太阳城集团(或GNSS信号)的数据。GNSS接收单元的处理器可以基于获得的数字数据和补充数据计算定位设备的位置。或者,处理器可以将获得的数字数据和补充数据提供给用于定位设备位置的外部计算的另一个实体。作为再一个替代方案,GNSS接收单元的处理器可以基于获得的数字数据及其自身的已知位置生成补充数据,用于从定位设备通过例如通信天线的发送。通信模块可以是可拆卸或可切换的,用以适应于可用的通信技术。通信天线也可以是可拆卸的。
应当注意的是,也可以设想使用以上所描述的实施方案和方面中叙述的特征的所有可能的组合的其它实施方案。
附图说明
现在将参照下列附图更详细地描述示例性的实施方案:
图1示出一个框图,该框图例示根据一个实施方案的定位设备的功能元件;
图2a示出根据一个实施方案的定位设备的立体视图,图2b示出同一定位设备的放大的截面图;
图3示出根据另一个实施方案的定位设备的部件的截面图;
图4示出根据一个实施方案的定位设备的通信天线的截面图;
图5示出根据再一些实施方案的定位设备的三维视图;
图6示出根据再另一个实施方案的定位设备的示意图。
具体实施方式
如图中所例示的,元件、层和区域的尺寸可以为了示意的目的而夸大,因此被提供用于例示实施方案的总体结构。类似的附图标记通篇表示类似的元件。
下面将参照附图更充分地描述示例性实施方案,在附图中示出了目前优选的实施方案。然而,本发明可以被实施为很多不同的形式,并且不应当解释为限于这里所给出的实施方案;相反,这些实施方案为了详尽性和充分公开而提供,并且向本领域技术人员完全传达本发明的范围。
定位设备可以总体上包含用于从GNSS的四个或更多个天基轨道源(或卫星)接收信号的天线,以及用于通过对接收信号进行计算确定位置的处理器。例如可以从任何GNSS例如GPS、GLONASS、伽利略、罗盘/北斗、QZSS、IRNSS等接收GNSS信号。
定位设备的基本操作原理是通过精确定时由卫星发送的信号来计算其位置。由卫星广播的每个报文包括太阳城集团戳,该太阳城集团戳指示报文从卫星发送的太阳城集团,并且包括发送报文时的卫星位置。因而可以基于每个报文的传输太阳城集团和光速来得出到每个卫星的距离。这些距离的计算可以得到定位设备的位置(或者三维位置)。
此外,定位设备计算的位置的精度可以使用从例如广播如下报文的固定、陆基参考站的网络接收的信号来提高,所述报文指示在由卫星系统指示的它们的位置和它们自身已知的固定位置之间的差别。
参照图1,描述了根据一个实施方案的定位设备100。图1以框图的形式示出了该定位设备。
定位设备100包含GNSS接收单元110、通信模块120和通信天线130。GNSS接收单元110包含用于从卫星180接收GNSS信号185的GNSS天线112,用于将已接收的GNSS信号185转换成数字数据的转换单元114,以及用于处理该数字数据的处理单元(或处理器)116。将会理解的是,在一些实施方案中,转换单元114可以整合在处理单元116中。换言之,单个的处理单元116可以提供转换功能和其它处理功能,例如从数字数 据计算位置。可以在单个电子线路板(主电子线路板)上或者几个电子线路板上实现这些单元或功能。
通信模块120通过接口122和数据链路150连接至处理单元116。接口122适于将从通信模块接收的信号转换成处理单元116可读的信号。该信号通过数据链路150传送。通信模块可以包括收发器或无线调制解调器124。该收发器124可以向通信天线130发送信号和/或从通信天线130接收信号。
定位设备100还包含通信模块120,通信天线130附接至该通信模块120。通信模块120可以被配置为支持CDMA、UHF、3G或4G功能的至少之一。通信模块120是可拆卸的,以使得它可以被替换为支持另一种通信技术的另一个通信模块。例如,如果操作者注意到UHF通信模块没有正常运行并且例如没有接收到任何补充数据,那么通信模块可以被替换为CDMA或4G通信模块。然而,也可以设想的是,通信模块120是可切换的,以使得通过开关实现通信技术的选择。
可以由操作者根据具体情况确定通信技术的可用性。例如,如果定位设备包括UHF通信模块,那么UHF模块允许操作者以基础模式安装第一定位设备并允许以漫游模式使用另一个定位设备。在漫游模式下使用的定位设备然后可以从以基础模式使用的定位设备接收补充数据。
此外,尽管一些定位设备可以配备有GSM3.5G模块,该模块可用于从土地测量提供商接收校正数据,但是GSM3.5G技术可能在某些国家不支持。在这样的情况下,操作者可以将配备有UHF调制解调器的通信模块用CDMA通信模块代替,从而提供接收补充数据的可能性。
通信天线130适于接收和/或发送补充数据195。补充数据可以作为UHF信号在通信天线130处接收(或者从通信天线130发送)。例如,可以从陆基参考站190接收UHF信号,如图1中所例示的。
此外,通信天线130可以是从通信模块120可拆卸的,以使得它可以被替换为能够在另一频率范围内接收和/或发送补充数据195的另一个通信天线。特别是,通信天线可以被替换以使得它可以在另一频带或者根据另一种通信技术接收和/或发送数据。通信天线130可以例如接收和/或发送CDMA信号(信标)。该通信天线130可以为UHF天线或CDMA天线。
通信模块120与GNSS接收单元110的处理单元(或者主电子线路板)116的连接可以通过接口122实现。接口122允许通信模块120和GNSS接收单元110的处理单元(或处理器)116之间的数据传送。接口122可以适应于任何通信技术。
如果通信模块120在不同的通信技术之间可切换,那么接口可以独立于通信技术,以使得它独立于通信技术提供从通信模块120到GNSS接收单元110的处理单元116的数据传送。或者,接口122也可以是可切换的以使得接口根据选定的通信技术变得有效,该选定的通信技术对应于为通信模块120选择的通信技术。
或者,接口122可以是定制的,并包含例如用于连接至GNSS接收单元110的处理器116的第一接口和用于连接特定种类的通信模块(或调制解调器)120的第二接口的组合。接口的目的是提供通信模块120和GNSS接收单元110的处理器116之间的连接,并提供通信模块120和GNSS接收单元110的处理器116之间的信号的必要适配(或转换)。在该实施方案中,接口是对于通信技术专用的。
接口122因而也可以是从定位设备100可拆卸的,用以适应于另一种通信技术。接口122可以方便地与通信模块120形成单一的块,以使得整个块可以是从定位设备110可移除的,用以替换为适应于通过另一种无线电通信技术进行通信的另一个块(即另一个通信模块和接口)。接口122因而保证了其它通信模块和GNSS接收单元110的处理单元116之间的数据传送。
通信天线130可以通过连接器132连接至通信模块120。例如,通信天线130可以通过带螺纹的连接器132——例如带螺纹的尼尔-康塞曼(TNC)连接器等——被连接。在该实施方案中,通信天线130可以分别通过拧上和拧下附接至通信模块120或从通信模块120拆卸。也可以设想其它附接系统,例如卡扣(click-in click-out)系统等。
通信天线130和GNSS接收单元110的GNSS天线112可以布置在通信模块120的相对侧。换言之,通信模块120可以在结构上布置在通信天线130和GNSS天线112之间。
通信天线130可以布置在柱(或天线管)134中,所述柱(或天线管)可以通过螺纹113附接至定位设备100。因此该柱134也可以是从 定位设备100可拆卸的,这便于位于其中的通信天线130的更换。柱134可以包括无线电透明材料,用以降低或消除在通信天线130处接收的或从通信天线130发送的电磁辐射的衰减效应。
补充数据195可以在收发器或调制解调器124处通过通信天线130接收,并在调制解调器124处调制,用以通过接口122和数据链路150向GNSS接收单元的处理单元116传送。类似地,在GNSS接收单元110的处理单元116处生成的补充数据195可以被调制并通过数据链路150传送至收发器或调制解调器124。补充数据然后可以通过通信天线130发送至另一个GNSS接收单元。
根据第一种操作模式,定位设备可以用于漫游配置中。在该配置中,GNSS接收单元110可以获得GNSS信号185和补充数据195以用于进一步处理,像例如定位设备100的位置的计算。定位设备100的位置可以通过定位设备自身确定或者在外部确定。GNSS接收单元110的处理单元116因此可以被配置为基于已接收的GNSS信号和补充数据计算定位设备100的位置。在这种情况下,可以获得实时定位。补充数据改善了计算的位置的精确度,通常从几米的精确度改善至几厘米的精确度。或者,GNSS信号185(或已转换的数字数据)和补充数据195可以被传送至外部计算机以用于后处理。数据可以例如借助于GNSS接收单元中可用的USB端口、或用于无线数据传送的其他技术例如蓝牙被传送至外部计算机。
根据第二种操作模式,定位设备可以用在基础配置或者“站模式”中。在该配置中,定位设备100生成补充数据,所述补充数据将被广播至其它定位设备,所述其它定位设备可以使用这样的补充数据用以位置的计算;或者所述补充数据将被广播至随后可转发所生成的补充数据的其它基站。为此目的,定位设备可以能够连接至其它设备或基站的网络。处理单元116可以基于定位设备100的已知位置和已接收的GNSS信号185生成补充数据。生成的补充数据然后通过接口122从GNSS接收单元110被传送至通信模块120,用以通过通信天线130发送。
除了上文描述的两种操作模式,定位设备100也可以用在中继模式,在该中继模式中,在GNSS接收单元110的调制解调器处、或者在GNSS接收单元110的任何端口处直接接收的补充数据195可以通过接口122 传送至通信模块120,以用于通过通信天线130进一步发送。这样的中继功能可以在当定位设备100用于基础模式下或者当定位设备100用于漫游模式下时被激活,以使得其它定位设备也可以获得在定位设备处接收的补充数据。
参照图2a和2b,描述了根据一个实施方案的定位设备200。图2b提供了定位设备的上部(即GNSS接收单元和通信模块)的放大的截面图。
定位设备200包含参照图1所描述的定位设备100的功能块。图2提供了一个具体布置中的额外的结构细节。
定位设备200包含具有壳体111的GNSS接收单元110。GNSS接收单元的壳体111包含上部和下部,GNSS天线112位于所述上部中,组件例如处理单元、电池和其它电子装置被布置在所述下部中。处理单元可以是主电子线路板的一部分,该主电子线路板可在下文中述及。主电子线路板也将被标为116。壳体111的上部可以是拱顶或穹顶的形式,从而提供用于布置全方向天线的圆形配置。壳体111的下部可以具有如图2中所示出的矩形或方形形状,但是也可以具有任何其它形状。
尽管在这里没有详细描述,但是将会理解,GNSS天线112可以例如包括天线贴片、陶瓷元件、低噪放大器和滤波器。GNSS天线112位于GNSS接收单元110的壳体111内侧。
此外,将会理解的是,在这里,下部和上部的定义参照如下的定位设备:该定位设备以通信天线指向下的方式站立(如附图1-5所示),即希望该定位设备在通信天线插入固定在地中的测地柱中的情况下在操作过程中站立。然而,将会理解的是,即使以不同方式使用定位设备,该定位设备的功能也不受影响。
GNSS接收单元110的壳体111包封GNSS天线112,该GNSS天线通过天线连接器118连接至主电子线路板116。主电子线路板116可以布置在两个防护罩部分290之间。
定位设备200还包含通信模块120,通信天线130附接至该通信模块120。在图2a和2b中示出的实施方案中,通信模块120连接到GNSS接收单元110中,即通信模块120布置在GNSS接收单元110的壳体111中。更具体地说,通信模块120布置在GNSS接收单元110的下部中。
GNSS接收单元110和通信模块120因此可以整合在同一壳体111中, 其中通信模块是可切换的或者是从壳体111可拆卸的,用以适应于可用的通信技术。通信天线130可以布置在壳体111外部。
通信模块120可以被配置为支持CDMA、UHF、3G或4G功能的至少之一。通信模块120可以是可拆卸的,以使得它可以被替换为支持另一种通信技术的另一个通信模块。然而,例如以上参照图1所描述的,也可以设想的是通信模块120是可切换的,以使得通过开关实现通信技术的选择。参照图1描述的通信模块120的优点和细节也适用于这里参照图2a和2b所描述的通信模块120。
类似地,可以通过接口122执行通信模块120到GNSS接收单元110的处理单元(或主电子线路板)116的连接。接口122允许通信模块120和GNSS接收单元110的处理单元(或处理器)116之间的数据传送。接口122可以适应于任何通信技术。参照图1所描述的接口122的优点和细节也适用于这里参照图2a和2b所描述的接口122。
通信天线130可以通过带螺纹的天线连接器132直接可连接至通信模块120。通信天线130可以使用带螺纹的天线连接器132例如TNC连接器通过拧下而拆卸。操作者因此有可能改变通信天线130以例如适应频率范围。通信天线130可以例如被配置为支持用于CDMA通信的800或1900MHz频带的频率或者支持用于UHF通信的410-430、430-450、450-470和410-470MHz范围的至少之一。
可拆卸的通信天线130可以垂直于GNSS接收单元110的壳体111的下部的一侧延伸。通信天线130到通信模块120的连接点可以对应于壳体111的下部的侧面的中心位置。在该配置中,得到的定位设备可以具有带有“头”和“脚”的“蘑菇状”(或“伞状”)设计,所述“头”对应于包括GNSS接收单元110和通信模块120的壳体111,所述“脚”对应于通信天线130。将会理解的是,通信天线130可以以不同方式连接至通信模块120,如例如图6中所进一步例示的。
通信天线130被布置为指向与GNSS接收单元的布置有GNSS天线112的那一侧相对的方向。
在通信天线130处接收和/或发送的补充数据可以是差分GNSS校正数据,例如从差分全球定位系统(DGPS)或者其他类似的固定的、陆基参考站的系统获得的数据。补充数据也可以例如是卫星星历表、卫星时 钟、卫星历书和针对大气效应的补偿数据,或者用于帮助校正由电离层导致的失真的数据。这样的卫星太阳城集团可以在漫游模式下在定位设备处被接收来自工作于发送状态的周围的定位设备(即从工作于基础模式下的周围的定位设备),或者在基础模式下,被发送至周围的定位设备(工作于任一种模式下)。
补充数据也可以是定位设备或者周围的定位设备的特征。这样的特征可以包括定位设备的已知位置和/或用于获得该定位设备的位置的太阳城集团该定位设备的描述。
定位设备200的GNSS接收单元110可以包括至少一个电子线路板116,接口122通过例如RS232连接器(或RS232端口)连接至该电子线路板。定位设备200可以配备扁平电缆150,该扁平电缆用于在通信模块120与GNSS接收单元110的处理单元116之间、或者接口122与GNSS接收单元110的处理单元116之间建立数据链路。电子线路板116可以例如向通信模块120提供电力,以进行该通信模块120的激活/去活、信号重置或者存在检测。
通信天线130可以通过例如螺纹113布置在可从壳体111拆卸的柱134中。柱134保护通信天线130。柱134也便于保持定位设备200。
螺纹113可以是提供空腔的物理元件117的一部分,在该空腔中可以布置通信模块120。元件117可以插入GNSS接收单元110的壳体111内。该元件117可以通过GNSS接收单元110的壳体111处的螺纹113提供通信天线130的外部连接,并且提供朝向GNSS接收单元110的壳体111内的空腔,用以容纳通信模块。螺纹113或者元件117总体上可以是导热的,从而改善由通信模块120生成的热的耗散。此外,天线连接器132可以位于元件117的螺纹113内。
通信模块120和接口122可以与天线连接器132和螺纹113一起方便地形成一个物理块或实体(113/117+120+122+132),该物理块或实体作为单一的块(或者单一的实体)从GNSS接收单元110的壳体111的下部可移除。该块可以例如使用螺丝附接至GNSS接收单元110的壳体111或者从GNSS接收单元110的壳体111拆卸。因此可以通过将包括螺纹113、天线连接器132、通信模块120和接口122的块从壳体111拆卸、并且将所述块附接至包括适于另一种通信技术的相同元件的另一个机械 块的壳体来实现通信技术的改变。定位设备的操作者由此可以从例如UHF切换至CDMA或4G,反之亦然。可以通过将扁平电缆插入待附接的(其它)机械块中,来建立到GNSS接收单元110的处理单元116的连接。
尽管在以上实施方案中描述了螺纹113、天线连接器132、通信模块120和接口122形成可从GNSS接收元件的壳体111拆卸的单一(物理)块,将会理解的是,可以设想其它布置来使得通信模块120及其接口122能够从GNSS接收单元的壳体111可拆卸。这些元件可以分立地或者根据其它组合可拆卸。可拆卸的块或模块便于配置的改变。
定位设备200也可以配备有电池270(具有其蓄电池或电池棒272),所述电池用于向通信模块120、GNSS接收单元110的处理单元116或者定位设备200的其它电子组件供电。
参照图3,描述了根据另一个实施方案的定位设备300。
图3示出了定位设备300的截面图,该定位设备300包括GNSS接收单元(未示出)、通信模块320和可拆卸的通信天线330。
在图3中所示出的实施方案中,通信天线330连接至附接到壳体311的天线连接器332,通信模块320布置在所述壳体311中。壳体311可以是GNSS接收单元的壳体。天线连接器332通过RF电缆333连接至通信模块320,用以将由通信天线330获得的信号传送至通信模块320(或者在发送的情况下从通信模块320至通信天线330)。通信模块320安装在通信接口322上,该通信接口322连接至从电子线路板(未示出)或者GNSS接收单元的电子线路板的组合(三明治状)引出的电缆350。电缆350可向通信接口322提供电力,并且也允许其它功能,例如通信模块120的激活/去活、信号重置或者存在检测。
通信接口322使数据能够转换且能够通过电缆350从通信模块320传送到GNSS接收单元(或者在发送的情况下从GNSS接收单元到通信模块320)。
仍然参照图3,壳体311(通信模块320可以包封在其中)可以包括与通信模块320的收发器防护罩326处于热接触的导热部分313。可以借助于布置在壳体311和收发器防护罩326之间的导热泡沫来实施该导热部分313。导热部分313可以任选地与外部散热器(未示出)处于热接触。
通信模块320、可拆卸的通信天线330和接口322的功能和结构可以等同于以上参照图1和2分别针对定位设备100和200的对应元件所描述的那些功能和结构。为了经济的目的,这些功能和结构不在这里重复。
参照图4,描述了根据一个实施方案的定位设备的通信天线的布置。
图4示出了具有包封一个通信模块120的壳体411(例如GNSS接收单元的壳体)的定位设备400的下部。可拆卸的通信天线430连接至天线连接器432,该天线连接器432附接至壳体411。通信天线可以任选地直接连接至通信模块120。通信天线430布置在柱434中,所述柱434通过附接装置或者附接系统例如螺纹413附接至壳体411。
在本实施方案中,杆或柱434具有第一末端436以及与第一末端436相对的第二末端438。柱434的第一末端436通过螺纹413附接至GNSS接收单元(在该图中未详细示出)的壳体411。第二末端438可以包括连接器435,例如5/8”插入件,用以将定位设备400连接至外部装置。
再回到图2,其描绘了另一种连接器236。该连接器236整合在柱134中。连接器236可以是5/8”(5/8英寸)插入件,其提供了在土地测量装备中的机械接口标准。用这样的连接器,可以将柱134拧到另一个柱(未示出)上,以将GNSS接收单元置于地面以上约2米。
参照图5,描述了根据其他实施方案的定位设备。图5示出了两个定位设备的两个三维视图,这两个定位设备由于其通信模块类型而彼此不同。
图5在左侧示出了包括柱134的定位设备,可拆卸的通信天线(不可见)布置在所述柱134中。柱134可以被拧下,以在需要更换通信天线的情况下接近通信天线。在柱134的拧上和拧下操作过程中,通信天线可以相对于GNSS接收单元110保持静止。通信模块120可以是可拆卸的,以在用于接收和/或发送补充数据的通信技术改变的情况下进行更换。
定位设备也可以包括输入/输出设备595例如触摸显示器或者按钮,以用于由操作者进行的数据输入和/或用于由定位设备计算的数据的显示。这样的数据输入可以是用于在基础模式下使用的定位设备所处的已知位置。这也可以是操作模式的选择,即基础模式或者漫游模式。
图5在右侧示出了一个定位设备,该定位设备与左侧所示的定位设备的不同之处只在于通信模块120已被替换为支持另一类型的通信技术的另一个通信模块120。
在图5所示出的实施方案中,通信模块120是可使用螺丝从定位设备拆卸的。
参照图6,描述了根据另一个实施方案的定位设备。
图6示出了定位设备600,该定位设备600包含GNSS接收单元610(及其GNSS天线612)、通信模块620和通信天线630。GNSS接收单元610和通信模块620可以相同于以上实施方案中所描述的GNSS接收单元和通信模块中的任一个。
在图6中所描绘的实施方案中,通信天线630通过同轴电缆633连接至通信模块620。通信天线630布置在基部(或支持部)696上,所述基部(或支持部)安装在三脚架699(或测地柱)上。同轴电缆633的一端通过第一连接器(未示出)——例如TNC——连接至通信模块620,而相对端通过设置在基部696(或者天线基部)处的第二连接器——例如TNC——连接至通信天线630。天线基部696因此提供了将通信天线630连接至同轴电缆633的接口。天线基部696还提供了通信天线630和三脚架699之间的机械接口。通信天线630的一部分插入天线基部696中,用以连接至同轴电缆633,而通信天线630的另一部分向上延伸到天线基部696的外侧。
如图6中所示,GNSS接收单元610和通信模块620可以整合在同一壳体中。在图6所示出的配置中,GNSS接收单元610安装在壳体内的通信模块620上方。该壳体布置在基部或支持部697上,该基部或支持部697本身安装在三脚架698或其他类型的测地柱上,用以提供GNSS接收单元610和通信模块620相对于地面的稳定安装。为此目的,基部697可以在一端包含连接器693,例如5/8”连接器,用以提供到三脚架698的标准机械接口。在另一端处,基部697可以配备有另一个机械连接器,该机械连接器专用于到通信模块620的连接。开口(或者缝)694也可以设置在基部697处(在该基部上安装有壳体),用以将同轴电缆633插入并从而允许电缆633和通信模块620之间在第一连接器处的连接。基部697可以是细长的并可以具有圆筒形状,例如管。
本领域技术人员会认识到,本发明决不限于以上所描述的优选实施方案。相反,在所附权利要求的范围内,很多修改和变型都是可能的。
尽管上文以特定的组合描述了特征和元件,但是各个特征或元件可以在没有其它特征和元件的情况下单独使用,或者在有或没有其它特征和元件的情况下用于不同的组合中。在上文中,处理器或处理单元可以包括例如通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核联合的一个或多个微处理器,以及任何其它类型的集成电路(IC)。
此外,尽管已参照测量或农业系统描述了定位设备的应用,但是本发明可应用于任何系统或仪器,在所述系统或仪器中可以整合根据以上所描述的实施方案任意之一的定位设备。
此外,将会理解,操作者可以使用多个根据以上所描述的实施方案任意之一的定位设备,其中一些定位设备可以用在基础模式下并且一个或多个定位设备可以用在漫游模式下。根据以上所描述的实施方案任意之一的定位设备提供在专有模式下的使用,其中操作者有可能在已知位置安装多个定位设备以在基础模式下操作并在漫游模式下使用多个定位设备进行测量。也可以在没有定位设备网络或者没有如从任何其它系统供应商可用的发送补充数据的其它源的情况下使用根据以上所描述的实施方案任意之一的定位设备。
此外,通过研究附图、说明书和附随的权利要求书,本领域技术人员在实践要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施方案的变型。在权利要求中,词语“包含”不排除其它元件,并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。某些特征被记载在相互不同的从属权利要求中这一事实并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。

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