CN103983995B - 差分定位方法、系统、调频广播发射机、导航信号接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种差分定位方法。本发明通过在调频广播发射机发射的FM频段广播信号上叠加发射一个携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，在满足了导航增强需求的同时，通过利用导航信号接收机基于所述最终导航增强信息包括的第二导航增强信息对调频广播发射机的切换，有效提高了传统利用第一导航增强信息进行差分定位的方法的精度，显著提高了导航信号接收机定位的灵敏度、精度和可用性。

Description

差分定位方法、系统、调频广播发射机、导航信号接收机
技术领域
本发明涉及一种定位技术，特别涉及一种差分定位方法、系统、调频广播发射机、导航信号接收机。
背景技术
目前，全世界范围内，广播电视的数字化过程已经初步完成。地面数字电视、手机电视已进入稳定发展阶段，而有线电视的数字化已商用多年。数字化带来了更高质的节目制作、发送与接收，同时，使得用户享有了更优质的用户体验。在电影、电视、手机多媒体等诸多传媒的数字化取得显著成果之时，音频广播的数字化显得相对滞后，但这也带来了一个发展契机，即音频广播领域的数字化大有可为。将数字技术应用于音频广播可以带来高稳定的接收效果和高保真的音质，同时，可以支持文字信息、电台节目信息、股票信息等诸多图文并茂的广播数据业务，从而使音频广播行业获得面貌一新的发展。
数字音频广播最重要的两个部分是调频（FM）频段音频广播的数字化和调幅（AM）频段音频广播的数字化。在美国，HD Radio（高清数字广播信号）技术已经得到商用，而在欧洲，数字声音广播两大标准DAB（Digital Audio Broadcasting，数字音频广播）和DRM（Digital Radio Mondiale，世界数字广播）已经推广开来。
在传统FM频段，可用频谱资源为87～108Mhz，该频段被进一步划分为100Khz的整数倍频道，分配给每一个广播电台。在美国，每一个广播电台被分配了400Khz的频谱。在我国，每一个广播电台被分配了200Khz频谱。由于立体声调频信号实际带宽在150Khz以内以及广播电台之间的频谱间隔缝隙，实际上，FM频段的频谱利用率并不高，有很多频谱空洞资源可以被进一步利用。美国的HD Radio就是利用FM频谱空洞兼容传统FM信号的同时实现数字音频广播的。
由于传统调频（FM）信号位于较低的频段，因此，FM信号本身具有传播距离远、绕射和传输能力强的特点；同时，由于调频（FM）频段音频广播的数字化逐渐被推广，因此，FM信号本身具有较强的商业前景和用户基础。故，利用FM信号支持导航增强就成为一个潜在新的、广泛的应用，如何利用FM信号实现导航定位的同时，保证较高的定位精度已经成为一个亟待解决的技术问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种差分定位方法、系统、调频广播发射机、导航信号接收机，以利用FM信号实现导航定位的同时，保证较高的定位精度。
一种差分定位方法，该方法包括步骤：调频广播发射机通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站的第一导航增强信息；调频广播发射机在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；调频广播发射机生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号，以供导航信号接收机基于所述广播信号获得所述最终导航增强信息，并供导航信号接收机根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位且输出定位结果。
优选地，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
优选地，该方法还包括：导航信号接收机接收所述调频广播发射机发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；导航信号接收机在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
优选地，所述导航信号接收机根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位的步骤包括：在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，以获得新的最终导航增强信息；利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
一种差分定位系统，该系统包括至少一个导航参考站，与所述导航参考站通过有线通信链路或者无线通信链路通信连接的调频广播发射机，及处于所述调频广播发射机信号覆盖范围内的至少一个导航信号接收机，其中：所述调频广播发射机，用于通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来所述导航参考站的第一导航增强信息；在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号；所述导航信号接收机，用于接收所述调频广播发射机发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
优选地，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
优选地，所述导航信号接收机用于：在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，以获得新的最终导航增强信息；利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
一种调频广播发射机，该调频广播发射机包括导航增强信息处理模块及调频广播信号发射模块，其中：该导航增强信息处理模块，用于通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站的第一导航增强信息；该导航增强信息处理模块，还用于在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；该调频广播信号发射模块，用于生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号。
优选地，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
一种导航信号接收机，该导航信号接收机包括广播信号解调模块及差分定位模块，其中：该广播信号解调模块，用于接收从调频广播发射机发射的带有数字广播信号的广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；该差分定位模块，用于在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
优选地，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
优选地，该差分定位模块用于：在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，以获得新的最终导航增强信息；利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
相较现有技术，本发明通过在调频广播发射机发射的FM频段广播信号上叠加发射一个携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，保证了通信速率远高于1Kbps，在满足了导航增强需求的同时，通过利用导航信号接收机基于所述最终导航增强信息包括的第二导航增强信息对调频广播发射机的切换，有效提高了传统利用第一导航增强信息进行差分定位的方法的精度，显著提高了导航信号接收机定位的灵敏度、精度和可用性。
附图说明
图1为本发明差分定位系统一实施例的系统构成示意图。
图2为图1中调频广播发射机一实施例的硬件结构图。
图3为图2中调频广播信号发射子系统一实施例的功能模块图。
图4为图1中导航信号接收机一实施例的硬件结构图。
图5为图4中差分定位子系统一实施例的功能模块图。
图6为本发明差分定位方法一实施例的具体实施流程图。
图7为本发明最终导航增强信息一实施例的帧格式示意图。
图8为本发明广播信号中传统调频信号与附加的数字广播信号一实施例的频谱关系示意图。
图9为图8所示广播信号中映射最终导航增强信息一实施例的映射关系示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明差分定位系统一实施例的系统构成示意图。
该差分定位系统包括至少一个导航参考站（图1中以三个为例），一个调频广播发射机和至少一个导航信号接收机（图1中以三个为例）。以图1为例，A1是调频广播发射机，其覆盖范围为A8，A5、A6及A7是导航参考站（例如，所述导航参考站可以为GPS（GlobalPositioning System，全球定位系统）信号基站、北斗导航系统信号基站或者其他任意适用类型的导航信号源基站），A2、A3和A4是导航信号接收机。
调频广播发射机A1，用于通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站（A5、A6及/或A7）的第一导航增强信息。例如，所述第一导航增强信息可以包括GPS导航增强信息、北斗导航系统导航增强信息（以下简称“北斗导航增强信息”）及/或其他任意适用类型导航系统的导航增强信息。第一导航增强信息的类型与导航参考站的类型相对应，例如，当所述导航参考站为北斗导航系统信号基站时，则所述第一导航增强信息至少包括北斗导航增强信息，在此不作赘述。
调频广播发射机A1，还用于在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息。
如图7示出的帧格式示意图为例，所述第一导航增强信息包括北斗导航增强信息。需要说明的是，北斗导航增强信息虽然还没有纳入到国际海运事业无线电技术委员会（RTCM）最新的技术标准中，但是由于北斗导航系统与GPS的技术体制的类似性，北斗导航增强信息完全可以使用与现有RTCM标准完全相同的数据格式，因此，在图7示出的帧格式示意图中，所述第一导航增强信息还包括RTCM导航增强信息（需要说明的是，在本发明的其他实施例中，RTCM导航增强信息可以由其他任意适用的技术标准导航增强信息代替），所述第二导航增强信息在帧格式的位置处于所述第一导航增强信息的位置之前（需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第二导航增强信息在帧格式的位置可以处于所述第一导航增强信息的位置之后），且北斗导航增强信息在帧格式的位置处于RTCM导航增强信息的位置之前（需要说明的是，在本发明的其他实施例中，北斗导航增强信息在帧格式位置还可处于RTCM导航增强信息的位置之后）。
如图7示出的帧格式示意图为例，第二导航增强信息为调频广播发射机A1所生成的调频导航增强信息。所述调频导航增强信息的功能例如包括：
（1）描述整个预设调频频段（例如，87-108兆赫（Mega Hertz，MHz））上，能够发射本发明数字广播信号p(t)信号的调频广播发射机（例如，A1）的工作中心频点、发射功率、地理坐标和工作时间，以使得在当前导航信号接收机（例如，A2、A3及/或A4）所选择的发射频点受到干扰时，以最快的速度切换到其他频点。对应地，所述调频导航增强信息包括正在发射数字广播信号p(t)信号的调频广播发射机（例如，A1）的工作中心频点、发射功率、地理坐标和工作时间。所述工作时间是指一个调频广播发射机每天从开机到关机这一段时间（有些调频广播发射机并非24小时工作）。工作频点的一种描述方式是将预设调频频段（例如，87-108MHz）按照100Khz间隔分割为多个（例如，210个）可能工作的中心频率。若工作中心频点为Fc Mhz，实际Fc总能够被100Khz整除，因此一种简易的编号方式为：将Fc对应的编号定义为（Fc-87）/0.1。发射功率一般以瓦特为单位。地理坐标至少有两种表示方式，一种是经度纬度高度组合所代表的地理坐标系，另外一种是使用（x，y，z）所代表的地心地固坐标系；
（2）描述本调频广播发射机（图7中名称为“调频广播发射台”）的当前时间，具体时间格式可以为世界协调时和/或北斗导航系统时间，以图7为例，所述调频导航增强信息包括如下域：
本调频广播发射台的当前时间；
本调频广播发射台的地理位置；
本调频广播发射台的发射功率；
本调频广播发射台的开关机时间；
其他已知调频广播发射台的地理位置；
其他已知调频广播发射台的发射功率；
其他已知调频广播发射台的开关机时间。
需要强调的是，图7仅为一个示例，对本领域的技术人员来说，参照图7所示内容，可以轻易对所述调频导航增强信息中的上述部分或者全部信息进行适当增加、等同替换，来同样达到图7所示的所述调频导航增强信息的作用，在此不做赘述。
调频广播发射机A1，还用于生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号。
需要说明的是，为了与传统的调频信号接收机相兼容且实现平滑过渡，保证传统的调频信号接收机也能被用于实施本发明，在本发明的一个较佳实施例中，所述广播信号还包括传统调频信号，当大部分用户使用的导航信号接收机实现数字化以后，传统调频信号可以关闭，只在所述广播信号中保留本发明的数字广播信号。本发明的所述广播信号经过无线传播发送给A1覆盖范围内的所有导航信号接收机（例如，图1中的A2、A3和A4）。
如图8所示，本发明广播信号中传统调频信号与附加的数字广播信号一实施例的频谱关系示意图。本发明的广播信号RF(t)对应的基带信号形式为f(t)=p(t)+FM(t)，其中FM(t)为传统调频信号，p(t)为本发明的数字广播信号。FM(t)对应的射频信号在100%调制度的情况下带宽为150Khz，而分配给一个调频电台的基本可用带宽通常为200Khz，为了实现与相邻电台的隔离，实际调频电台所占用的带宽一般为300Khz。因此，本发明的p(t)信号的最大带宽也是300Khz，考虑到相邻频道间的隔离保护，p(t)信号的典型带宽为260Khz，且p(t)对应的射频信号的中心频率与FM(t)对应的射频信号的中心频率相同。对于FM(t)信号来讲，p(t)是干扰信号，所以这种通信体制的一个首要问题在于:一方面要降低p(t)对FM(t)的干扰，使得传统的FM接收机能够正确解调FM(t)信号，这就要求p(t)的功率要尽量小；另外一方面，针对p(t)设计的新接收机希望p(t)的功率尽量高，从而扩展广播距离，提高广播速率。在CDRadio和HD Radio中，p(t)为多载波信号，且p(t)围绕载波中心的200Khz以内部分是对称的，HD Radio在200Khz以外的部分也是实质性对称的，而CDRadio可以是非规则的。在CDRadio和HD Radio系统中，p(t)主要用来广播数字音频数据，也可以广播一般数据。本发明的p(t)信号，在这个层次上与CD Radio和HD Radio类似。
数字广播信号p(t)的典型信息格式为多载波正交频分复用（OFDM），所述最终导航增强信息被映射到不同的数字广播信号p(t)的子载波上。由于存在同频道干扰，为改进接收效果，本发明的数字广播信号p(t)上携带最终导航增强信息的方法为：将所述最终导航增强信息同时映射到中心载波频率左侧和右侧的两个子载波上。这样做的好处，当一侧的子载波被干扰的时候，另外一侧的子载波还可以使用（例如，图9所示）。
导航信号接收机（例如，A2、A3及/或A4），用于接收所述调频广播发射机A1发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息。
本发明的导航信号接收机（例如，A2、A3及/或A4）接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，解析接收的广播信号RF(t)中的数字广播信号p(t)以获得携带的所述最终导航增强信息；当接收的广播信号RF(t)由传统调频信号FM(t)和数字广播信号p(t)叠加在一起形成时，本发明的导航信号接收机（例如，A2、A3及/或A4）接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，从接收的广播信号RF(t)中分离出p(t)和FM(t)，解调分离的p(t)中的数据信息，以获得其中的所述最终导航增强信息。由于本发明不需要单独要求多载波信号的具体信号形式，因此，已有的HD Radio和CDRadio的p(t)和FM(t)分离方法在本发明中同样适用；一般的正交频分复用解调方法适用于解调本发明p(t)中的数据信息。
导航信号接收机（例如，A2、A3及/或A4），还用于在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号（例如，GPS卫星信号、北斗导航系统卫星信号或者其他任意适用类型的导航卫星信号），并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
需要说明的是，导航信号接收机根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位的方法包括：
在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的p(t)信号，以获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
需要说明的是，导航信号接收机利用第一导航增强信息进行差分定位的方法与已有导航接收机类似，是公开的方法，在很多接收机中都已经实现，是成熟技术，在此不做赘述。导航信号接收机可以将所述定位结果（例如，导航信号接收机的当前位置）以语音播报的形式播报输出（导航信号接收机此时还包括音频输出单元），可以将所述定位结果以文字数据或者地图数据的形式显示出来（导航信号接收机此时还包括数据显示单元），还可以将所述定位结果通过无线通信环境发送给预先确定的终端（导航信号接收机此时还包括无线通信单元）。
计算当前导航信号接收机相对于所述集合中每一个调频广播发射机的接收功率的方法有多种，其中最简单的办法是按照无线电的自由地面传播公式，即接收功率等于一个调频广播发射机的发射功率除以该调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的四次方。
计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法分如下两种情况：
第一种情况：如前文所述，当前导航信号接收机在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，定位出导航信号接收机的当前位置；在这种情况下，若后续该当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合，此时，计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法是：使用当前导航信号接收机之前定位出的当前位置所对应的地理坐标，分别减去所述集合中每一个调频广播发射机的地理坐标从而获得位置差，并将位置差转换为每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离；
第二种情况：当前导航信号接收机一开机就发现当前选择调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值，在这种情况下，当前导航信号接收机还没有任何位置数据并定位出来，当前导航信号接收机默认到所述集合中所有调频广播发射机的距离都相等。
本发明提供的差分定位系统，通过在调频广播发射机发射的FM频段广播信号上叠加发射一个携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，保证了通信速率远高于1Kbps，在满足了导航增强需求的同时，通过利用导航信号接收机基于所述最终导航增强信息包括的第二导航增强信息对调频广播发射机的切换，有效提高了传统利用第一导航增强信息进行差分定位的方法的精度，显著提高了导航信号接收机定位的灵敏度、精度和可用性。
如图2所示，为图1中调频广播发射机一实施例的硬件结构图。
该调频广播发射机1包括处理单元10、存储单元15、广播信号发射单元13、调频广播信号发射子系统11、导航信息接收单元17及数字信号生成单元18。
该存储单元15，用于存储该调频广播信号发射子系统11及其运行数据。需要强调的是，该存储单元15既可以是一个单独的存储装置，也可以是多个不同存储装置的统称，在此不作赘述。
该广播信号发射单元13，用于在该处理单元10的控制下，对外发射广播信号。
该导航信息接收单元17，用于在该处理单元10的控制下，通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站（例如，图1所示的A5、A6及/或A7）的第一导航增强信息。
该处理单元10，用于调用并执行该调频广播信号发射子系统11，以控制该导航信息接收单元17通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站（例如，图1所示的A5、A6及/或A7）的第一导航增强信息；在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；控制所述数字信号生成单元18生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并控制所述广播信号发射单元13在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号。该处理单元10与存储单元15既可以分别是单独的单元，也可以集成在一起，构成一个控制器，在此不作赘述。
如图3所示，为图2中调频广播信号发射子系统较佳实施例的功能模块图。
需要强调的是，对本领域的技术人员来说，图3所示功能模块图仅仅是一个较佳实施例的示例图，本领域的技术人员围绕图3所示的该调频广播信号发射子系统11的功能模块，可轻易进行新的功能模块的补充；各功能模块的名称是自定义名称，仅用于辅助理解该调频广播信号发射子系统11的各个程序功能块，不用于限定本发明的技术方案，本发明技术方案的核心是，各自定义名称的功能模块所要达成的功能。
该调频广播信号发射子系统11包括导航增强信息处理模块110及调频广播信号发射模块111。该调频广播信号发射子系统11的各个功能模块的功能如下：
该导航增强信息处理模块110，用于控制该导航信息接收单元17通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站（例如，图1所示的A5、A6及/或A7）的第一导航增强信息。
该导航增强信息处理模块110，还用于在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息。
该调频广播信号发射模块111，用于控制所述数字信号生成单元18生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并控制所述广播信号发射单元13在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号。需要说明的是，为了与传统的调频信号接收机相兼容且实现平滑过渡，保证传统的调频信号接收机也能被用于实施本发明，在本发明的一个较佳实施例中，所述广播信号还包括传统调频信号，当大部分用户使用的导航信号接收机实现数字化以后，传统调频信号可以关闭，只在所述广播信号中保留本发明的数字广播信号。
如图4所示，为图1中导航信号接收机一实施例的硬件结构图。
该导航信号接收机2包括处理单元20、存储单元25、广播信号接收单元23、差分定位子系统21及导航卫星信号接收单元27。
该存储单元25，用于存储该差分定位子系统21及其运行数据。需要强调的是，该存储单元25既可以是一个单独的存储装置，也可以是多个不同存储装置的统称，在此不作赘述。
该广播信号接收单元23，用于在该处理单元20的控制下，接收调频广播发射机1发射来的广播信号。
该导航卫星信号接收单元27，用于在该处理单元20的控制下，接收导航卫星发射的导航卫星信号。
该处理单元20，用于调用并执行该差分定位子系统21，以控制该广播信号接收单元23接收所述调频广播发射机A1发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，控制该导航卫星信号接收单元27接收导航卫星信号（例如，GPS卫星信号、北斗导航系统卫星信号或者其他任意适用类型的导航卫星信号），并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。该处理单元20与存储单元25既可以分别是单独的单元，也可以集成在一起，构成一个控制器，在此不作赘述。
如图5所示，为图4中差分定位子系统较佳实施例的功能模块图。
需要强调的是，对本领域的技术人员来说，图5所示功能模块图仅仅是一个较佳实施例的示例图，本领域的技术人员围绕图5所示的该差分定位子系统21的功能模块，可轻易进行新的功能模块的补充；各功能模块的名称是自定义名称，仅用于辅助理解该差分定位子系统21的各个程序功能块，不用于限定本发明的技术方案，本发明技术方案的核心是，各自定义名称的功能模块所要达成的功能。
该差分定位子系统21包括广播信号解调模块210及差分定位模块211。该差分定位子系统21的各个功能模块的功能如下：
该广播信号解调模块210，用于控制该广播信号接收单元23接收所述调频广播发射机A1发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息。该广播信号解调模块210接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，解析接收的广播信号RF(t)中的数字广播信号p(t)以获得携带的所述最终导航增强信息；当接收的广播信号RF(t)由传统调频信号FM(t)和数字广播信号p(t)叠加在一起形成时，该广播信号解调模块210接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，从接收的广播信号RF(t)中分离出p(t)和FM(t)，解调分离的p(t)中的数据信息，以获得其中的所述最终导航增强信息。由于本发明不需要单独要求多载波信号的具体信号形式，因此，已有的HD Radio和CDRadio的p(t)和FM(t)分离方法在本发明中同样适用；一般的正交频分复用解调方法适用于解调本发明p(t)中的数据信息。
该差分定位模块211，用于在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，控制该导航卫星信号接收单元27接收导航卫星信号（例如，GPS卫星信号、北斗导航系统卫星信号或者其他任意适用类型的导航卫星信号），并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
需要说明的是，该差分定位模块211根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位的方法包括：
在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的p(t)信号，并获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
需要说明的是，该差分定位模块211利用第一导航增强信息进行差分定位的方法与已有导航接收机类似，是公开的方法，在很多接收机中都已经实现，是成熟技术，在此不做赘述。该差分定位模块211可以将所述定位结果（例如，导航信号接收机的当前位置）以语音播报的形式播报输出（导航信号接收机此时还包括音频输出单元），可以将所述定位结果以文字数据或者地图数据的形式显示出来（导航信号接收机此时还包括数据显示单元），还可以将所述定位结果通过无线通信环境发送给预先确定的终端（导航信号接收机此时还包括无线通信单元）。
计算当前导航信号接收机相对于所述集合中每一个调频广播发射机的接收功率的方法有多种，其中最简单的办法是按照无线电的自由地面传播公式，即接收功率等于一个调频广播发射机的发射功率除以该调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的四次方。
计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法分如下两种情况：
第一种情况：如前文所述，当前导航信号接收机在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，定位出导航信号接收机的当前位置；在这种情况下，若后续该当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合，此时，计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法是：使用当前导航信号接收机之前定位出的当前位置所对应的地理坐标，分别减去所述集合中每一个调频广播发射机的地理坐标从而获得位置差，并将位置差转换为每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离；
第二种情况：当前导航信号接收机一开机就发现当前选择调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值，在这种情况下，当前导航信号接收机还没有任何位置数据并定位出来，当前导航信号接收机默认到所述集合中所有调频广播发射机的距离都相等。
如图6所示，为本发明差分定位方法一实施例的具体实施流程图。
步骤S10，调频广播发射机1通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站的第一导航增强信息。例如，所述第一导航增强信息可以包括GPS导航增强信息、北斗导航系统导航增强信息（以下简称“北斗导航增强信息”）及/或其他任意适用类型导航系统的导航增强信息。第一导航增强信息的类型与导航参考站的类型相对应，例如，当所述导航参考站为北斗导航系统信号基站时，则所述第一导航增强信息至少包括北斗导航增强信息，在此不作赘述。
步骤S11，调频广播发射机1在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息。
步骤S12，调频广播发射机1生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号。
步骤S13，导航信号接收机2接收所述调频广播发射机1发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息。
本发明的导航信号接收机2接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，解析接收的广播信号RF(t)中的数字广播信号p(t)以获得携带的所述最终导航增强信息；当接收的广播信号RF(t)由传统调频信号FM(t)和数字广播信号p(t)叠加在一起形成时，本发明的导航信号接收机2接收经过无线传播的广播信号RF(t)后，从接收的广播信号RF(t)中分离出p(t)和FM(t)，解调分离的p(t)中的数据信息，以获得其中的所述最终导航增强信息。由于本发明不需要单独要求多载波信号的具体信号形式，因此，已有的HD Radio和CDRadio的p(t)和FM(t)分离方法在本发明中同样适用；一般的正交频分复用解调方法适用于解调本发明p(t)中的数据信息。
步骤S15，导航信号接收机2在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号（例如，GPS卫星信号、北斗导航系统卫星信号或者其他任意适用类型的导航卫星信号），并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
需要说明的是，导航信号接收机2根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位的方法包括：
在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的p(t)信号，以获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
需要说明的是，导航信号接收机2利用第一导航增强信息进行差分定位的方法与已有导航接收机类似，是公开的方法，在很多接收机中都已经实现，是成熟技术，在此不做赘述。导航信号接收机2可以将所述定位结果（例如，导航信号接收机的当前位置）以语音播报的形式播报输出（导航信号接收机2此时还包括音频输出单元），可以将所述定位结果以文字数据或者地图数据的形式显示出来（导航信号接收机2此时还包括数据显示单元），还可以将所述定位结果通过无线通信环境发送给预先确定的终端（导航信号接收机2此时还包括无线通信单元）。
计算当前导航信号接收机相对于所述集合中每一个调频广播发射机的接收功率的方法有多种，其中最简单的办法是按照无线电的自由地面传播公式，即接收功率等于一个调频广播发射机的发射功率除以该调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的四次方。
计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法分如下两种情况：
第一种情况：如前文所述，当前导航信号接收机在当前调频广播发射机发射的p(t)未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，定位出导航信号接收机的当前位置；在这种情况下，若后续该当前调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合，此时，计算所述集合中每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离的方法是：使用当前导航信号接收机之前定位出的当前位置所对应的地理坐标，分别减去所述集合中每一个调频广播发射机的地理坐标从而获得位置差，并将位置差转换为每一个调频广播发射机到当前导航信号接收机的距离；
第二种情况：当前导航信号接收机一开机就发现当前选择调频广播发射机发射的p(t)受到干扰，或者信号强度值小于预设门限值，在这种情况下，当前导航信号接收机还没有任何位置数据并定位出来，当前导航信号接收机默认到所述集合中所有调频广播发射机的距离都相等。
本发明提供的差分定位方法，通过在调频广播发射机1发射的FM频段广播信号上叠加发射一个携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，保证了通信速率远高于1Kbps，在满足了导航增强需求的同时，通过利用导航信号接收机2基于所述最终导航增强信息包括的第二导航增强信息对调频广播发射机1的切换，有效提高了传统利用第一导航增强信息进行差分定位的方法的精度，显著提高了导航信号接收机定位的灵敏度、精度和可用性。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种差分定位方法，其特征在于，该方法包括步骤：
调频广播发射机通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站的第一导航增强信息；
调频广播发射机在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；
调频广播发射机生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号，以供导航信号接收机基于所述广播信号获得所述最终导航增强信息，并供导航信号接收机根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位且输出定位结果；
所述第二导航增强信息为调频广播发射机生成的调频导航增强信息；所述调频导航增强信息包括整个预设调频频段上，能够发射所述数字广播信号的调频广播发射机的工作中心频率、发射功率、地理坐标和工作时间。
2.如权利要求1所述的差分定位方法，其特征在于，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
3.如权利要求1或2所述的差分定位方法，其特征在于，该方法还包括：
导航信号接收机接收所述调频广播发射机发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；
导航信号接收机在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果。
4.如权利要求3所述的差分定位方法，其特征在于，所述导航信号接收机根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位的步骤包括：
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，以获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
5.一种差分定位系统，其特征在于，该系统包括至少一个导航参考站，与所述导航参考站通过有线通信链路或者无线通信链路通信连接的调频广播发射机，及处于所述调频广播发射机信号覆盖范围内的至少一个导航信号接收机，其中：
所述调频广播发射机，用于通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自所述导航参考站的第一导航增强信息；在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号；
所述导航信号接收机，用于接收所述调频广播发射机发射的所述广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得所述最终导航增强信息；在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果；
所述第二导航增强信息为调频广播发射机生成的调频导航增强信息；所述调频导航增强信息包括整个预设调频频段上，能够发射所述数字广播信号的调频广播发射机的工作中心频率、发射功率、地理坐标和工作时间。
6.如权利要求5所述的差分定位系统，其特征在于，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
7.如权利要求5或6所述的差分定位系统，其特征在于，所述导航信号接收机用于：
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，并获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置。
8.一种调频广播发射机，其特征在于，该调频广播发射机包括导航增强信息处理模块及调频广播信号发射模块，其中：
该导航增强信息处理模块，用于通过有线通信链路或者无线通信链路，接收来自至少一个导航参考站的第一导航增强信息；
该导航增强信息处理模块，还用于在接收到所述第一导航增强信息之前、同时或者之后，在本地生成第二导航增强信息，并在接收到所述第一导航增强信息且生成所述第二导航增强信息之后，将所述第一导航增强信息与所述第二导航增强信息合并成为最终导航增强信息；
该调频广播信号发射模块，用于生成携带所述最终导航增强信息的数字广播信号，并在预设调频频段发射包括所述数字广播信号的广播信号；
所述第二导航增强信息为调频广播发射机生成的调频导航增强信息；所述调频导航增强信息包括整个预设调频频段上，能够发射所述数字广播信号的调频广播发射机的工作中心频率、发射功率、地理坐标和工作时间。
9.如权利要求8所述的调频广播发射机，其特征在于，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
10.一种导航信号接收机，其特征在于，该导航信号接收机包括广播信号解调模块及差分定位模块，其中：
该广播信号解调模块，用于接收从调频广播发射机发射的带有数字广播信号的广播信号，并解调接收的所述广播信号以获得最终导航增强信息；
该差分定位模块，用于在接收到所述广播信号之前、同时或者之后，接收导航卫星信号，并根据获得的所述最终导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，且输出定位结果；
该差分定位模块用于：
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号未受到干扰或者信号强度值大于等于预设门限值时，利用获得的所述最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
在当前调频广播发射机发射的所述广播信号中的数字广播信号受到干扰或者信号强度值小于预设门限值时，根据获得的所述最终导航增强信息中第二导航增强信息所携带调频导航增强信息，找到当前正在工作的其他调频广播发射机的集合；
在找到的其他调频广播发射机集合中，计算得到当前导航信号接收机接收功率最大的调频广播发射机所对应的信号接收频点并切换至该信号接收频点，以接收并解调该信号接收频点所对应的调频广播发射机所发射的所述广播信号，以获得新的最终导航增强信息；
利用获得的新的最终导航增强信息中的第一导航增强信息和接收的导航卫星信号实现差分定位，以定位出导航信号接收机的当前位置；
所述第二导航增强信息为调频广播发射机生成的调频导航增强信息；所述调频导航增强信息包括整个预设调频频段上，能够发射所述数字广播信号的调频广播发射机的工作中心频率、发射功率、地理坐标和工作时间。
11.如权利要求10所述的导航信号接收机，其特征在于，所述广播信号由传统调频信号和所述数字广播信号叠加构成。
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Effective date of registration: 20150928

Address after: 518000 design & Application Industrial Park, Shenzhen, Nanshan District, Shenzhen, 1089, Guang Guang road, Guangdong, 508

Applicant after: SHENZHEN SKYCASTER MICRONICS Inc.

Address before: 518000 design & Application Industrial Park, Shenzhen, Nanshan District, Shenzhen, 1089, Guang Guang road, Guangdong, 508

Applicant before: SHENZHEN SKYCASTER MICRONICS Inc.

Applicant before: Guilin CEKE Communication Equipment Co.,Ltd.

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Address after: 518000 Shenzhen integrated circuit design and application Industrial Park, No. 1089 Tea Light Road, Shenzhen, Guangdong 508-1, Nanshan District, China

Applicant after: SHENZHEN SKYCASTER MICRONICS Inc.

Address before: 518000 design & Application Industrial Park, Shenzhen, Nanshan District, Shenzhen, 1089, Guang Guang road, Guangdong, 508

Applicant before: SHENZHEN SKYCASTER MICRONICS Inc.

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C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
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Inventor after: Zhang Guanghua

Inventor after: Men Aidong

Inventor before: Chen Xi

Inventor before: Zhang Guanghua

Inventor before: Men Aidong

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