[發明專利]一種基于虛擬衛星的隧道內衛星導航信號增強方法

有效

• 申請號: 201911014518.X
• 申請日: 2019-10-22
• 公開（公告）號: CN110749904B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 宋茂忠;鐘南;劉皓凱
• 申請（專利權）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

本發明公開了一種基于虛擬衛星的隧道內衛星導航信號增強方法，它在隧道兩端設置信號發射機，利用衛星導航信號模擬技術產生虛擬衛星信號，其虛擬衛星信號不同于室外的可見星信號、固定位置偽衛星信號和轉發式偽衛星信號，它包含衛星運動的多普勒和偽距變化特性，虛擬衛星星座分布更有利于隧道內一維定位需求，并采用預補償技術改正發射信號偽距，使接收機接到信號就像隧道延長線兩端空中衛星發來的信號一樣，實現了隧道內衛星導航接收機仍能連續定位測速功能，解決了隧道內衛星導航接收機不能定位跟蹤的問題。

一、技術領域

本發明屬于衛星導航領域，涉及隧道內衛星導航信號不能覆蓋的信號增強技術。

二、背景技術

隧道定位一直是現代定位技術中的難點。目前有多種針對隧道定位的解決方法：超寬帶定位系統、遠距離無線定位系統LoRa(Long?Range?Radio)等系統要專門的用戶接收機，無線局域網信號定位覆蓋范圍有限，不適于隧道環境，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。最普及的衛星導航接收機在隧道路內都接收不到衛星信號，無法定位。簡單地在隧道內放置衛星導航模擬源，或用轉發式偽衛星增強，也只有解決定點信號覆蓋問題，接收機在信號覆蓋區域內的定位位置是不變的，不能實現連續定位測速功能。然而，智能交通和現代物流的快速度發展，迫切需要解決隧道內用戶定位跟蹤等難題。

三、發明內容

1、發明目的

本發明的目的是提供一種隧道內衛星導航增強方法，解決隧道內普通衛星導航接收機無法定位跟蹤的問題。

2、技術方案

為了達到上述發明目的，本發明包括下列步驟：

(1)虛擬衛星星座設計

為了使接收機與虛擬衛星信號發射機之間有正確的偽距信息，本發明將虛擬衛星的位置控制于隧道延長線方向附近位置運動，使虛擬衛星、隧道口發射機、接收機三點折線構成較大的鈍角關系，虛擬衛星星座相對于隧道的幾何分布如圖1所示，隧道兩端分別設置衛星導航信號模擬源發射機，模擬1、2和3、4顆衛星的信號并向隧道內發射，或對隧道路內的泄漏電纜激勵，虛擬衛星的導航信號模擬了從衛星到達模擬源發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星星歷中衛星位置到接收機的距離加鐘差。如果用真實衛星星座，衛星、模擬源發射機、接收機三點折線不成鈍角關系，測得偽距與三點折線距離偏差太大，不能正確定位。因此，本發明提出采用虛擬衛星星座，使虛擬星座更適應于隧道路內的一維定位特殊需求。

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

(2)虛擬衛星信號模擬與發射

利用上述流程生成導航電文，產生虛擬衛星星座的導航信號，模擬由上述位置衛星發射的導航信號到達隧道口時的信號參數。由于衛星與模擬源發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射機的形成可表示為：