CN105676252A - 一种用于信号遮挡区域的导航信号源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于信号遮挡区域的导航信号源，包括中央处理器、定位信号模块、通信模块和天线。定位信号模块用于产生民用码信号以及伴生信号。本发明通过增加伴生信号，实现了信号遮挡区域中的增强定位，提高了卫星导航的覆盖范围。由于同时采用民用码信号和伴生信号，实现了室内外无缝导航过渡。由于伴生信号为直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号，使信号源具有抗频偏、减小多径效应等抗干扰能力。通过增加气压传感器和温度传感器测量导航信号源所在位置的高程并用于用户终端进行差分计算的基准，提高了用户终端的定位精度。通过设置由光源及接收装置组成的标校测试模块，实现了对用户终端定位偏差的精确校正。

Description

一种用于信号遮挡区域的导航信号源
技术领域
本发明涉及导航定位领域，具体涉及一种在信号遮挡区域(包括室外信号遮挡区域及室内环境)增强卫星导航信号的信号源。
背景技术
室内定位时，要利用导航卫星信号获得较精确的伪距值已十分困难，因为卫星信号一般难以直射进室内，能进入室内的导航信号大多是反射信号，由于电磁波的传播路径方向发生改变，使信号强度与信噪比发生明显变化，变得很微弱，无法接收微弱信号并对微弱信号实现捕获、跟踪，进行解调及伪距测量。即使能够测量，获得的伪距长也会产生较大的偏差，难以用在室内定位中。申请号为201010143009.2的发明专利，提出一种利用地面基站发播地面导航信号进行定位的方法，该方法具有覆盖范围广的优势，但是由于城市中建筑物林立，地面基站的信号会被建筑物阻挡，产生较大的非视距误差，所以它也极难成为室内定位的必要条件。现在室内定位大量采用WiFi、Zigbee、蓝牙等传感网热点(AP)发出的信号实现定位，这样做是能实现室内定位的，但精度较差，又由于这些热点设置的初衷是为了传输通信信息，其分布是从通信流量需求出发来布置的，若要实现定位需要增加布置更多的热点，比较累赘；另一点是信号体制问题，这些信号是根据信息传输的要求设计的，往往还不能完全满足定位测量的要求。所以简单的利用原来的通信信号实现室内定位导航确实不是一个好的选择。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种用于信号遮挡区域的导航信号源，所述信号源可以设置在建筑物内、隧道里和棚架下、地下室中和坑道内以及大型船舱里，可实现室内外(或遮挡区域与非遮挡区域)无缝导航定位。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种用于信号遮挡区域的导航信号源，包括：中央处理器，定位信号模块，天线，通信模块。
其中，所述中央处理器是所述导航信号源的运算控制中心，实现控制及信号数据处理功能。
所述定位信号模块用于在中央处理器控制下产生导航信号。所述导航信号包括：GPS和GNSS民用码信号；与民用码信号同族或衍生的伴生信号，所述伴生信号是直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号。
所述通信模块在中央处理器控制下实现用户终端与所述导航信号源的双向通信。
所述天线分别与所述定位信号模块和所述通信模块连接，用于发射定位导航信号载波，发射和接收通信信号。
进一步地，所述定位信号模块包括用于产生民用码信号的C/A码基带电路及相应扩频模块1、调制模块1、RF模块1，用于产生伴生信号的伴生信号基带电路及相应扩频模块2、调制模块2、RF模块2，以及同步时钟产生电路。所述民用码信号与伴生信号的基带信号采用不同的体制，扩频和调制信号采用相同或不同的体制。
进一步地，所述通信模块包括远距离通信模块和近距离通信模块，所述远距离通信模块采用GSM模块或CDMA模块或LTE模块，所述近距离通信模块采用WIFI模块或Zigbee模块或蓝牙模块。
进一步地，所述导航信号源还包括传感器模块，所述传感器模块包括气压传感器和温度传感器，用于测量所述导航信号源处的大气压强和温度，并送至中央处理器，中央处理器根据测得的大气压强和温度计算所述导航信号源处的高程，所述高程用作用户终端采用差分法计算高程时的基准点高程。
进一步地，所述导航信号源还包括用于校准用户终端位置偏差的标校测试模块。所述标校测试模块包括光源和光接收装置。所述光源照射用户终端，所述光接收装置接收用户终端反射回来的光信号并送至所述中央处理器，所述中央处理器通过测量所述光信号的强度校准用户终端位置偏差。
优选地，所述光源为LED或红外器件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述的导航信号源通过增加伴生信号，实现了信号遮挡区域中的信号增强，提高了卫星导航的定位精度与覆盖范围。由于同时采用GPS和GNSS的民用码信号和伴生信号，实现了室内外无缝导航过渡。由于伴生信号为直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号，因此采用伴生信号进行定位具有抗频偏、减小多径效应等抗干扰能力。
(2)本发明所述的导航信号源采用民用码信号及伴生信号，为室内定位提供了伪距长测量信息、多普勒测速信息、载波相位测量值和信号强度测量值等多种测量量，从而为实现较高精度的室内外广域增强定位导航提供了最基本的测量值。
(3)本发明所述的导航信号源通过增加气压传感器和温度传感器，测量导航信号源所在位置的高程，用作用户终端进行差分计算的基准，可以提高用户终端的定位精度。
(4)本发明所述的导航信号源的通信模块具有很强的通信功能，可以方便地实现远/近距离通信，从而实现基于位置的服务。
(5)本发明所述的导航信号源通过设置由LED或红外光源及接收装置组成的标校测试模块，实现了用户终端定位偏差的精确校正。
附图说明
图1为用于信号遮挡区域的导航信号源的结构框图；
图2为定位信号模块的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明提出的用于信号遮挡区域的导航信号源是一种“伪卫星”装置。它是一种发播导航定位信号和电文的信号源和信息源，不仅发播导航卫星信号，而且还要发播适合信号遮挡区域定位需要的伴生信号，还设置一些传感器，使所述导航信号源能辅助卫星导航信号实现导航增强，特别是能解决室外卫星导航信号被严重遮挡区域的导航。因此，所述导航信号源是一种不同于传统意义下的比较单一的“伪卫星”。因为所述导航信号源里设有导航卫星上的民用码信号及其同族或衍生的伴生信号，所以导航定位轨迹能连续、无明显跳跃、无断点。
图1是所述导航信号源的组成框图，包括：中央处理器，定位信号模块，天线，通信模块。
其中，所述中央处理器是所述导航信号源的运算控制中心，输出各种控制信号至各功能模块，协调各模块的工作，并实现信号数据处理功能。
所述定位信号模块用于在中央处理器控制下产生导航信号。所述导航信号包括：GPS和GNSS民用码信号；与民用码信号同族或衍生的伴生信号，所述伴生信号是直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号。
所述通信模块与天线连接，在中央处理器控制下实现用户终端与所述导航信号源的双向通信。
所述天线分别与所述定位信号模块和所述通信模块连接，用于发射定位导航信号载波，发射和接收通信信号。
优选地，所述定位信号模块包括用于产生民用码信号的C/A码基带电路及相应扩频模块1、调制模块1、RF模块1，用于产生伴生信号的伴生信号基带电路2及相应扩频模块2、调制模块2、RF模块2，以及同步时钟产生电路，如图2所示。所述民用码信号与伴生信号的基带信号采用不同的体制，扩频和调制信号采用相同或不同的体制。增加伴生信号不仅能增加信号的冗余测量能力，而且其采用的信号体制(直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号)具有抗频偏、减小多径效应的优点，能够改善遮挡区域的测量精度，提高室内的定位性能及精度。本发明所述的导航信号源采用民用码信号及伴生信号，为室内定位提供了伪距长测量信息、多普勒测速信息、载波相位测量值和信号强度测量值等多种测量量，从而为实现较高精度的室内外广域增强定位导航提供了最基本的测量值。
为了使所述导航信号源实现远距离及近距离通信，所述通信模块包括远距离通信模块和近距离通信模块，所述远距离通信模块采用GSM模块或CDMA模块或LTE模块，所述近距离通信模块采用WIFI模块或Zigbee模块或蓝牙模块。
为了提高用户终端测量高程的精度，本发明所述导航信号源还设置了由气压传感器和温度传感器组成的传感器模块，由气压传感器和温度传感器测量所述导航信号源处的大气压强和温度，并送至中央处理器，中央处理器根据测得的大气压强和温度计算所述导航信号源处的高程，所述高程用作用户终端采用差分法计算高程时的基准点高程。尽管由气压和温度测量得出的高程绝对测量值的精度较差，但以导航信号源所处位置为基准，采用差分法却能获得高精度的高程值，高程误差小于0.5米，能够清晰分辨出楼层，甚至可以分辨人沿楼梯上行时的轨迹。
为了进一步提高用户终端的定位精度，本发明所述导航信号源设置标校测试模块对用户终端位置偏差进行校准。所述标校测试模块包括光源和光接收装置。所述光源照射用户终端，所述光接收装置接收用户终端反射回来的光信号并送至所述中央处理器，所述中央处理器通过测量所述光信号的强度校准用户终端位置偏差。
优选地，所述光源为LED或红外器件。
本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述导航信号源包括：中央处理器，定位信号模块，天线，通信模块；其中，
所述中央处理器是所述导航信号源的运算控制中心，实现控制及信号数据处理功能；
所述定位信号模块用于在所述中央处理器控制下产生导航信号；所述导航信号包括：GPS和GNSS民用码信号；与民用码信号同族或衍生的伴生信号，所述伴生信号是直接序列扩频信号或跳频扩频信号或扫频扩频信号；
所述通信模块在所述中央处理器控制下实现用户终端与所述导航信号源的双向通信；
所述天线分别与所述定位信号模块和所述通信模块连接，用于发射定位导航信号载波，发射和接收通信信号。
2.根据权利要求1所述的用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述定位信号模块包括用于产生民用码信号的C/A码基带电路及相应的扩频模块1、调制模块1、RF模块1，用于产生伴生信号的伴生信号基带电路及相应的扩频模块2、调制模块2、RF模块2，以及同步时钟产生电路；所述民用码信号与伴生信号的基带信号采用不同的体制，扩频和调制信号采用相同或不同的体制。
3.根据权利要求1所述的用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述通信模块包括远距离通信模块和近距离通信模块，所述远距离通信模块采用GSM模块或CDMA模块或LTE模块，所述近距离通信模块采用WIFI模块或Zigbee模块或蓝牙模块。
4.根据权利要求1所述的用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述导航信号源还包括传感器模块，所述传感器模块包括气压传感器和温度传感器，用于测量所述导航信号源处的大气压强和温度，并送至所述中央处理器，所述中央处理器根据测得的大气压强和温度计算所述导航信号源处的高程，所述高程用作用户终端采用差分法计算高程时的基准点高程。
5.根据权利要求1所述的用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述导航信号源还包括用于校准用户终端位置偏差的标校测试模块；所述标校测试模块包括光源和光接收装置；所述光源照射用户终端，所述光接收装置接收用户终端反射回来的光信号并送至所述中央处理器，所述中央处理器通过测量所述光信号的强度校准用户终端位置偏差。
6.根据权利要求5所述的用于信号遮挡区域的导航信号源，其特征在于，所述光源为LED或红外器件。
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