CN105759291A - 一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备，集成伪距差分、相位差分测试功能，同时输出伪距差分和相位差分的定位解算结果；所提供的设备携带、安装和使用都非常方便。本发明的设备包括中央处理器模块、卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块，中央处理器模块分别与卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块相连接；用于接收移动通信模块、多媒体广播模块获取的移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航差分定位模块输出的卫星导航差分数据，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位和相位差分的定位解算结果。

Description

一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备
技术领域
本发明属于卫星导航地基增强系统技术领域，特别式涉及一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备。
背景技术
中国北斗卫星导航系统是我国自主研制和建立的卫星导航系统，继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的全球卫星定位与通信系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，可应用于航海、航空、测量测绘、精密定位等民用领域以及行业领域。
对于卫星导航系统的应用，天上的卫星只是其中的一部分，地面上还有重要的一部分。要实现高精度导航定位，其中地面上的重要部分就是地基增强系统。作为卫星导航系统应用的核心，北斗地基增强系统是由国家统一规划建设的以北斗卫星导航系统为主，兼容其他GNSS系统的地基增强系统，是一套可以使北斗定位精度达到厘米级的系统。它通过提供差分修正信号，可达到提高卫星导航精度的目的，优化后的定位精度可以从毫米级至亚米级不等。
北斗地基增强系统一般支持单频伪距，单频载波，双频载波三种差分定位模式。但是，现有技术中，测试北斗地基增强系统的差分产品质量及定位结果，通常由于差分定位模式的不同需要不同的测试设备，也就是说，接收和处理这三种差分数据分别需要三种设备，即接收和处理单频伪距差分数据需要单频伪距测试设备，接收和处理单频载波差分数据需要单频载波测试设备，接收和处理双频载波差分数据需要双频载波测试设备。因此实际应用中，测试操作、数据处理、携带、安装固定等均不方便。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备，集成伪距差分、相位差分测试功能，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果，具有功能强大，集成度高的特点；所提供的设备携带、安装和使用都非常方便。
本发明的技术方案是：
1.一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法，其特征在于，通过接收移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航信号，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
2.所述导航卫星差分数据包括单频伪距差分数据、单频载波相位差分数据和双频载波相位差分数据。
3.所述移动通信差分数据为3G/4G移动通信差分数据；所述多媒体广播差分数据为CMMB广播差分数据。
4.所述差分定位解算包括：将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频伪距差分数据进行差分定位解算，得出单频伪距差分定位解算结果；将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出单频载波相位差分定位解算结果；和/或将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与双频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出双频载波相位差分定位解算结果。
5.所述差分定位解算结果以数据包的形式封装打包输出，数据包格式为：数据包头Pkt_header(固定为#ID)、测试设备id、解算类型type、数据域长度length、差分源source、数据域data、数据包尾Pkt_end(固定为#\r\n)；其中，数据包中的数据出现‘#’字符，要封装成”##”，数据包解析时将”##”解析为“#”。
6.一种卫星导航地基增强系统差分定位测试设备，其特征在于，包括中央处理器模块、卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块，所述中央处理器模块分别与卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块相连接；所述中央处理器模块用于接收所述移动通信模块、多媒体广播模块获取的移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航差分定位模块输出的卫星导航差分数据，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
7.所述卫星导航差分定位模块包括单频伪距定位模块，所述单频伪距定位模块用于通过GNSS天线获取伪距差分数据，进行数据解调；将解调后的数据输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频伪距差分定位解算；或所述单频伪距定位模块同时接收中央处理器模块送给的移动通信差分数据或多媒体广播的差分数据，由所述单频伪距定位模块完成单频伪距差分定位解算。
8.所述单频伪距定位模块还用于对所述地基增强系统差分数据的质量进行分析与统计，上报状态及告警信息。
9.所述卫星导航差分定位模块包括单双频载波定位模块，所述单双频载波定位模块用于通过GNSS天线接收单频载波相位差分数据和/或双频载波相位差分数据，进行数据解调，将解调后的数据输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频载波相位差分定位解算和/或双频载波相位差分定位解算。
10.所述单频伪距定位模块和单双频载波定位模块共用GNSS天线。
11.所述伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果通过中央处理器模块的数据串口打包输出。
12.所述中央处理器模块还连接本地存储卡，所述存储卡用于存储伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果，并保存差分及定位原始数据。
13.所述中央处理器模块还包括以太网口，所述伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果打包输出到数据串口或以太网口，送达给外部设备进行处理。
本发明的技术效果：
本发明提供的一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法和设备，集成伪距差分、相位差分测试功能，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果，具有功能强大，集成度高的特点；所提供的设备携带、安装和使用都非常方便。
本发明的主要工作机制是接收移动通信或多媒体广播的差分数据，同时接收卫星导航信号，通过差分解算算法解算出定位结果，预估定位精度，生成定位状态信息及告警信息，一并保存到本地TF卡同时，并通过以太网口或数据串口将数据打包输出，以便送达给外部设备进行处理。同时通过控制口或以太网网口进行本机本地管理或远程管理。本发明的设备可同时输出单频伪距、单频载波相位、双频载波相位三种差分定位解算数据，据此可综合评估北斗地基增强系统的运行状况。
附图说明
图1为本发明的卫星导航地基增强系统差分定位测试设备实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。
本发明针对现有北斗地基增强系统测试中存在的问题，提出一种新的集成测试方法，具体的是集成单频伪距、单频载波相位、双频载波相位三种差分测试功能，同时输出三种差分定位解算结果。
本发明的一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法是，通过接收移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航信号，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
其中的导航卫星差分数据包括单频伪距差分数据、单频载波相位差分数据和双频载波相位差分数据；移动通信差分数据为3G/4G移动通信差分数据；多媒体广播差分数据为CMMB广播差分数据。
关于差分定位解算，具体是指将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频伪距差分数据进行差分定位解算，得出单频伪距差分定位解算结果；将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出单频载波相位差分定位解算结果；和/或将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与双频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出双频载波相位差分定位解算结果。
得出的三种差分定位解算结果，用于评估北斗地基增强系统的运行状况。单频载波相位差分定位解算结果及双频载波相位差分定位解算结果为定位精度的评估提供测试数据。单频伪距差分定位解算结果除为定位精度评估提供测试数据外，同时对地基增强系统差分数据的质量进行分析与统计，上报状态及告警信息。上报的状态及告警信息包括:
a)差分数据时延状态上报
b)差分数据丢包率状态上报
c)差分状态上报(使用轨道，钟差，电离层)
d)差分状态上报(使用轨道，钟差)
e)差分状态上报(使用电离层)
f)差分状态上报(单点定位)
g)IODE不匹配告警上报
h)时标超60s告警上报
i)差分卫星数小于4颗告警上报
j)轨道钟差参数的模超过25m告警上报
k)未收到电离层格网或超时(5分钟)告警上报
l)收到的卫星数为0，或者没找到匹配的卫星告警上报
本发明的差分定位解算结果以数据包的形式封装打包输出，数据封装和解析按照统一格式进行。
数据包的格式如下：
表1数据包格式
说明：数据包从数据包头(Pkt_header)开始，数据包尾(Pkt_end)结束。数据域中出现‘#’字符，要封装成”##”，数据包解析时将”##”解析为“#”。
如图1所示，是本发明的卫星导航地基增强系统差分定位测试设备实施例结构示意图。一种卫星导航地基增强系统差分定位测试设备，包括中央处理器模块、卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块；本实施例中，卫星导航差分定位模块包括单频伪距定位模块和单双频载波定位模块，中央处理器模块分别与单频伪距定位模块、单双频载波定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块相连接；中央处理器模块用于接收所述移动通信模块、多媒体广播模块获取的移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航差分定位模块输出的卫星导航差分数据，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，通过数据串口UART2同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
本实施例中，单频伪距定位模块连接GNSS天线，并通过扩展串口(16554串口)连接中央处理器模块，通过GNSS天线获取伪距差分数据，进行数据解调；将解调后的数据通过扩展串口输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频伪距差分定位解算；或完成数据解调后，同时接收中央处理器模块送给的移动通信差分数据或多媒体广播的差分数据，由单频伪距定位模块完成单频伪距差分定位解算；单双频载波定位模块也连接GNSS天线，并通过扩展串口(16554串口)连接中央处理器模块，通过GNSS天线接收单频载波相位差分数据和/或双频载波相位差分数据，进行数据解调，将解调后的数据通过扩展串口输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频载波相位差分定位解算和/或双频载波相位差分定位解算。本实施例GNSS天线为单频伪距定位模块和单双频载波定位模块共用天线。另外，单频伪距定位模块还同时输出状态及告警信息。
本实施例移动通信模块即图1中的3G/4G模块，连接移动通信天线(3G/4G天线)，并连接中央处理器模块的USB口；通过移动通信天线(3G/4G天线)收取差分数据，完成数据解调后，通过USB口输出到中央处理器模块；多媒体广播模块即图1中的CMMB模块，连接广播天线(CMMB天线)，并连接中央处理器模块的UART1串口；通过广播天线(CMMB天线)获取差分数据，完成数据解调后，通过UART1串口输出到中央处理器模块。
中央处理器模块还包括以太网口，伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果可以输出给数据串口或以太网口，以便送达给外部设备进行处理。中央处理器模块还连接本地存储卡(TF卡)，存储卡用于存储伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果，同时存储三种差分定位解算结果(单频伪距，单频载波，双频载波)，并保存差分及定位原始数据。定位解算结果数据采用交通部《道路运输车辆卫星定位系统北斗兼容车载终端技术规范》的通用数据格式存储，使用符合相应规范的数据处理软件即可解析。
该设备的主要工作机制是接收3G/4G移动通信或CMMB广播的差分数据，同时接收卫星导航信号，结合相应的算法解算出定位结果，预估定位精度，生成定位状态信息及告警信息，一并保存到本地TF卡同时，并打包输出到数据串口或以太网口，以便送达给外部设备进行处理。同时通过控制口(MiniUSB口)或以太网网口进行本机本地管理或远程管理。本发明的设备可同时输出单频伪距、单频载波相位、双频载波相位三种差分解算数据，据此可综合评估北斗地基增强系统的运行状况。
本实施例图1中各模块功能：
1)电源：供电控制，打开开关，系统开始运行。关闭电源开关，系统关闭。电源连接主板，为主板上各个模块供电。
2)中央处理器模块：系统上电后，运行WinCE操作系统，打开调试串口，进行硬件检测，读取参数配置，并根据当前参数配置设定当前系统运行模式，建立3G/4G移动通信链路，建立以太网口通信链路，打开数据串口，根据数据保存参数选项建立数据文件保存目录及相关文件，打开单频伪距定位模块，打开单双频载波相位定位模块，配置单双频载波相位定位模块的工作模式并加载单频载波相位差分定位软件解算库，双频载波相位差分定位软件解算库，接收3G/4G移动通信、CMMB广播差分数据，并根据差分监测模式配置，将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据分别送给单频伪距定位模块，单频载波相位差分定位软件解算库，双频载波相位差分定位软件解算库。实时从单频伪距定位模块，单频载波相位差分定位软件解算库，双频载波相位差分定位软件解算库中读取定位结果。根据定位结果生成相关状态事件及告警事件，根据数据回传接口类型及数据回传参数选项，通过以太网口或数据串口将数据打包输出。系统运行过程中，中央处理器负责系统异常的处理，包括3G/4G链路重连、以太网断网重连、以太网链路维持、数据循环存储。
3)3G/4G模块：3G/4G模块具有初始化，打开、关闭、链路建立，链路维持，数据收发功能，由中央处理器控制完成。主机上电后，3G/4G模块获得相应的电源供给。从3G/4G天线收取差分数据空中信号，经内部处理完成数据解调，并经USB输出到中央处理器。
4)CMMB模块：由中央处理器设置频点后，即可正常工作。通过CMMB天线获取差分数据空中信号，经内部处理完成数据解调，并经串口输出到中央处理器。
5)单频伪距定位模块：通过GNSS天线获取卫星导航信号，经内部处理完成数据解调，同时接收中央处理器送给的差分数据，利用单频伪距差分解算算法实现差分解算，并预估定位精度，计算差分数据时延、丢包率，连同定位结果、定位状态、告警信息一起经串口输出到中央处理器。
6)单双频载波定位模块：系统上电后，由中央处理器进行单双频载波定位板卡的工作模式配置，经串口将原始数据输出到中央处理器。
7)以太网口：本身实现了物理层和数据链路层的协议，利用搭载在中央处理器上的WinCE6.0系统TCP/IP协议栈，实现与后台管理软件的链路建立，数据收发及命令交互。
8)数据串口：利用标准RS232协议将中央处理器送达的数据输出。
9)TF卡：TF卡作为数据存储的物理介质，同时存储三种差分定位解算结果(单频伪距，单频载波，双频载波)，并保存差分及定位原始数据。TF卡可取出，在普通电脑上进行输出拷贝，处理。
10)MiniUSB：控制口物理上为一miniUSB。利用MicrosoftActiveSync系统同步工具与中央处理器进行通信。利用MicrosoftCERHOST软件远程登录工具实现远程登录。
11)调试串口：利用标准RS232协议，在Release模式下的输出系统运行监测信息，Debug模式下的输出软件故障诊断及调试信息。
12)GNSS天线：单频伪距定位模块和单双频载波定位模块共用。接收卫星导航信号。
13)3G/4G天线：WCDMA移动通信天线，接收差分数据空中信号。
14)CMMB天线：接收CMMB差分数据空中信号。
15)16554串口：中央处理器串口资源不足(CMMB模块、数据串口、调试串口占用)，根据系统所选平台(WinCE)采用16554串口进行串口扩展,以满足单频伪距定位模块，单双频定位模块物理及电气特性的要求。
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (13)

1.一种卫星导航地基增强系统差分定位测试方法，其特征在于，通过接收移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航信号，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的所述导航卫星差分数据包括单频伪距差分数据、单频载波相位差分数据和双频载波相位差分数据。
3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述移动通信差分数据为3G/4G移动通信差分数据；所述多媒体广播差分数据为CMMB广播差分数据。
4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，所述差分定位解算包括：将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频伪距差分数据进行差分定位解算，得出单频伪距差分定位解算结果；将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与单频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出单频载波相位差分定位解算结果；和/或将3G/4G移动通信差分数据或CMMB广播差分数据与双频载波相位差分数据进行差分定位解算，得出双频载波相位差分定位解算结果。
5.根据权利要求1至4之一所述的测试方法，其特征在于，所述差分定位解算结果以数据包的形式封装打包输出，数据包格式为：数据包头Pkt_header(固定为#ID)、测试设备id、解算类型type、数据域长度length、差分源source、数据域data、数据包尾Pkt_end(固定为#\r\n)；其中，数据包中的数据出现‘#’字符，要封装成”##”，数据包解析时将”##”解析为“#”。
6.一种卫星导航地基增强系统差分定位测试设备，其特征在于，包括中央处理器模块、卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块，所述中央处理器模块分别与卫星导航差分定位模块、移动通信模块、多媒体广播模块相连接；所述中央处理器模块用于接收所述移动通信模块、多媒体广播模块获取的移动通信差分数据或多媒体广播差分数据，并同时接收卫星导航差分定位模块输出的卫星导航差分数据，将移动通信差分数据或多媒体广播差分数据分别与接收的导航卫星差分数据进行差分定位解算，同时输出伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果。
7.根据权利要求6所述的测试设备，其特征在于，所述卫星导航差分定位模块包括单频伪距定位模块，所述单频伪距定位模块用于通过GNSS天线获取伪距差分数据，进行数据解调；将解调后的数据输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频伪距差分定位解算；或所述单频伪距定位模块同时接收中央处理器模块送给的移动通信差分数据或多媒体广播的差分数据，由所述单频伪距定位模块完成单频伪距差分定位解算。
8.根据权利要求7所述的测试设备，其特征在于，所述单频伪距定位模块还用于对所述地基增强系统差分数据的质量进行分析与统计，上报状态及告警信息。
9.根据权利要求7所述的测试设备，其特征在于，所述卫星导航差分定位模块包括单双频载波定位模块，所述单双频载波定位模块用于通过GNSS天线接收单频载波相位差分数据和/或双频载波相位差分数据，进行数据解调，将解调后的数据输出给所述中央处理器模块，由中央处理器模块完成单频载波相位差分定位解算和/或双频载波相位差分定位解算。
10.根据权利要求6至9之一所述的测试设备，其特征在于，所述单频伪距定位模块和单双频载波定位模块共用GNSS天线。
11.根据权利要求6至9之一所述的测试设备，其特征在于，所述伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果通过中央处理器模块的数据串口打包输出。
12.根据权利要求11所述的测试设备，其特征在于，所述中央处理器模块还连接本地存储卡，所述存储卡用于存储伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果，并保存差分及定位原始数据。
13.根据权利要求11所述的测试设备，其特征在于，所述中央处理器模块还包括以太网口，所述伪距差分定位解算结果和相位差分定位解算结果打包输出到以太网口，送达给外部设备进行处理。
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