[發(fā)明專利]一種基于虛擬衛(wèi)星的隧道內(nèi)衛(wèi)星導航信號增強方法

有效

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• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110749904B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋茂忠;鐘南;劉皓凱
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S19/13
• 分類號: G01S19/13;G01S19/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于虛擬衛(wèi)星的隧道內(nèi)衛(wèi)星導航信號增強方法，它在隧道兩端設(shè)置信號發(fā)射機，利用衛(wèi)星導航信號模擬技術(shù)產(chǎn)生虛擬衛(wèi)星信號，其虛擬衛(wèi)星信號不同于室外的可見星信號、固定位置偽衛(wèi)星信號和轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星信號，它包含衛(wèi)星運動的多普勒和偽距變化特性，虛擬衛(wèi)星星座分布更有利于隧道內(nèi)一維定位需求，并采用預(yù)補償技術(shù)改正發(fā)射信號偽距，使接收機接到信號就像隧道延長線兩端空中衛(wèi)星發(fā)來的信號一樣，實現(xiàn)了隧道內(nèi)衛(wèi)星導航接收機仍能連續(xù)定位測速功能，解決了隧道內(nèi)衛(wèi)星導航接收機不能定位跟蹤的問題。

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航領(lǐng)域，涉及隧道內(nèi)衛(wèi)星導航信號不能覆蓋的信號增強技術(shù)。

二、背景技術(shù)

隧道定位一直是現(xiàn)代定位技術(shù)中的難點。目前有多種針對隧道定位的解決方法：超寬帶定位系統(tǒng)、遠距離無線定位系統(tǒng)LoRa(Long?Range?Radio)等系統(tǒng)要專門的用戶接收機，無線局域網(wǎng)信號定位覆蓋范圍有限，不適于隧道環(huán)境，慣性導航定位存在累積偏差和校準問題，慣性與其它傳感器組合存在組合復雜性問題，也不夠普及。最普及的衛(wèi)星導航接收機在隧道路內(nèi)都接收不到衛(wèi)星信號，無法定位。簡單地在隧道內(nèi)放置衛(wèi)星導航模擬源，或用轉(zhuǎn)發(fā)式偽衛(wèi)星增強，也只有解決定點信號覆蓋問題，接收機在信號覆蓋區(qū)域內(nèi)的定位位置是不變的，不能實現(xiàn)連續(xù)定位測速功能。然而，智能交通和現(xiàn)代物流的快速度發(fā)展，迫切需要解決隧道內(nèi)用戶定位跟蹤等難題。

三、發(fā)明內(nèi)容

1、發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種隧道內(nèi)衛(wèi)星導航增強方法，解決隧道內(nèi)普通衛(wèi)星導航接收機無法定位跟蹤的問題。

2、技術(shù)方案

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明包括下列步驟：

(1)虛擬衛(wèi)星星座設(shè)計

為了使接收機與虛擬衛(wèi)星信號發(fā)射機之間有正確的偽距信息，本發(fā)明將虛擬衛(wèi)星的位置控制于隧道延長線方向附近位置運動，使虛擬衛(wèi)星、隧道口發(fā)射機、接收機三點折線構(gòu)成較大的鈍角關(guān)系，虛擬衛(wèi)星星座相對于隧道的幾何分布如圖1所示，隧道兩端分別設(shè)置衛(wèi)星導航信號模擬源發(fā)射機，模擬1、2和3、4顆衛(wèi)星的信號并向隧道內(nèi)發(fā)射，或?qū)λ淼缆穬?nèi)的泄漏電纜激勵，虛擬衛(wèi)星的導航信號模擬了從衛(wèi)星到達模擬源發(fā)射機的多普勒和偽距變化特性，接收機接收到的信號反映了發(fā)射點到接收點的距離和用戶運動信息，但接收機測得偽距信號是衛(wèi)星星歷中衛(wèi)星位置到接收機的距離加鐘差。如果用真實衛(wèi)星星座，衛(wèi)星、模擬源發(fā)射機、接收機三點折線不成鈍角關(guān)系，測得偽距與三點折線距離偏差太大，不能正確定位。因此，本發(fā)明提出采用虛擬衛(wèi)星星座，使虛擬星座更適應(yīng)于隧道路內(nèi)的一維定位特殊需求。

為了使虛擬衛(wèi)星、模擬源發(fā)射機、接收機三點構(gòu)成折線的鈍角盡量大，本發(fā)明利用衛(wèi)星沿軌道運動具有周期性的特點，通過調(diào)整個別衛(wèi)星軌道偏置時間的方法，提出了一種基于衛(wèi)星位置搬移的任意時刻虛擬位置衛(wèi)星導航電文的生成方法。步驟如下：①利用布設(shè)于隧道外的衛(wèi)星導航接收機或網(wǎng)絡(luò)獲取當前時間和同步信息，接收真實衛(wèi)星的時間參數(shù)和星歷數(shù)據(jù)；②根據(jù)已知的隧道坐標和幾何確定虛擬衛(wèi)星位置，通過調(diào)整個別衛(wèi)星星歷參數(shù)，產(chǎn)生虛擬衛(wèi)星星座；③修改備選衛(wèi)星時間參數(shù)，解決星歷中衛(wèi)星間同步問題；④根據(jù)衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準接口文件格式生成虛擬導航電文。

(2)虛擬衛(wèi)星信號模擬與發(fā)射

利用上述流程生成導航電文，產(chǎn)生虛擬衛(wèi)星星座的導航信號，模擬由上述位置衛(wèi)星發(fā)射的導航信號到達隧道口時的信號參數(shù)。由于衛(wèi)星與模擬源發(fā)射機之間的相對運動，導航信號存在多普勒頻偏，導航信號到達隧道兩端點發(fā)射機的形成可表示為：