CN106959461B - 导航及变形监测方法、监测终端、管理中心和导航接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导航及变形监测方法、监测终端、管理中心和导航接收机，其中，所述方法包括接收卫星电文信号；根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。本发明中变形监测终端所发送的数据调频广播信号，可以供建筑物变形监测使用，同时也可以供导航接收机进行导航定位使用，同时本实施例中的信息传递方式为数据调频广播信号，可在提供广泛服务覆盖范围的基础上保持低成本的优势。

Description

导航及变形监测方法、监测终端、管理中心和导航接收机
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，特别是涉及导航及变形监测方法、监测终端、管理中心和导航接收机。
背景技术
近年来，随着土木建筑行业的飞速发展，各类高层民用建筑和桥梁、堤坝等大型建筑不断涌现。为了防范建筑物变形坍塌带来的危害，国内外对于建筑变形监测技术的发展和研究也愈加重视。在传统的建筑物变形监测技术领域中，系统间信息的传递，不但消耗了大量的网络资源，而且信息的准确度也不能保证，导致变形监测的整体效率下降。
发明内容
本发明实施例提供一种共生导航定位及变形监测方法、变形监测终端、变形监测中心和导航接收机，可以降低变形监测终端的网络资源消耗，其中所述方法包括：
接收卫星电文信号；
根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；
利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
在其中一个实施例中，在接收卫星电文信号的步骤之前，所述方法还包括：
接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号；
根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息；
所述接收卫星电文信号，包括：
根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置，包括历史定位位置或所述变形监测中心位置；
所述根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，包括：
根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号；
根据所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息。
在其中一个实施例中，所述利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，包括：
利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
在其中一个实施例中，所述方法包括：
建立变形监测坐标系，所述变形监测坐标系为包括高度的三维坐标系；
接收并解调变形监测终端发送的数据调频广播信号，获取变形监测终端定位授时信息；
将所述变形监测终端定位授时信息的坐标系转换为所述变形监测坐标系，获取转换变形监测终端自身位置；
根据所述转换变形监测终端自身位置，对所述变形监测终端所在的建筑物进行变形监测。
在其中一个实施例中，所述对所述变形监测终端所在的建筑物进行监测，包括：
根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的所述转换变形监测终端自身位置进行比较，获取第一差值，所述第一时间间隔小于第二事件间隔；
当所述第一差值大于后等于变形门限值时，发送所述建筑物变形的警报。
在其中一个实施例中，所述方法包括：
获取初始定位信息，获取导航接收机自身初始位置，所述初始定位信息包括卫星定位信息或移动网络定位信息；
捕获所述导航接收机自身初始位置所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息；
根据所述变形监测终端定位授时信息进行导航定位。
在其中一个实施例中，所述捕获所述导航接收机自身初始位置所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息，包括：
向码数据管理中心发送所述导航接收机自身初始位置，并向所述码数据管理中心请求所述导航接收机自身初始位置所在区域的变形监测终端的伪码范围，所述码数据管理中心对变形监测终端进行编码管理；
接收所述码数据管理中心发送的伪码范围；
根据所述伪码范围，捕获所述伪码范围内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息。
在其中一个实施例中，通过设置在建筑物不同位置的各变形监测终端，通过接收卫星电文信号获取自身位置信息和授时信息，获取变形监测终端定位授时信息，并利用数据调频广播信号将所述变形监测终端定位授时信息发送至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。本实施例中变形监测终端所发送的数据调频广播信号，可以供建筑物变形监测使用，同时也可以供导航接收机进行导航定位使用，同时本实施例中的信息传递方式为数据调频广播信号，可在提供广泛服务覆盖范围的基础上保持低成本的优势，提高系统的可靠性，导航信息发送的过程不需要通过移动通信网络，节约了大量的网络连接资源；此外，采用调频数据广播作为分发手段，数据传播速度快，保障了信息传递的实时性。
在其中一个实施例中，在变形监测终端接收卫星电文信号之前，首先利用导航定位辅助增强系统信号获取卫星信号辅助信息和差分修正信息，在根据所述辅助信息和差分修正信息，和接收到的卫星电文信号，确定变形监测终端的自身位置和授时信息。由于使用了导航定位辅助增强系统信号，使得变形监测终端的定位授时信息更加准确，使得变形监测中心的变形监测结果和导航接收机的导航定位结果都更加准确。
在其中一个实施例中，变形监测终端采用码分多址的方式利用数据调频广播信号发送变形监测终端定位授时信息，在数据调频广播信号的基础上，利用码分多址的方式，进一步提高了数据调频广播信号的信息承载量，从而提高了变形监测终端的信息发送量，从而提高了变形监测中心的变形监测结果的准确率，也导航接收机的导航定位结果的准确率。
在其中一个实施例中，变形监测中心通过建立变形监测坐标系，将接收到的数据调频广播信号中携带的变形监测终端发送的定位授时信息，进行坐标系的转换后，对所有的变形监测终端所发送的位置信息进行统一坐标系下的分析，对建筑物进行变形监测。采用变形监测坐标系，使得变形监测中心对于数量众多的变形监测终端所发送的信息，能够进行归一化的分析，提高了信息处理的效率，也提高了信息处理的准确率。
在其中一个实施例中，变形监测中心根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的自身位置进行比较后获取差值的方法，对建筑物进行变形监测，通过设定第一时间间隔和第二时间间隔，可以对建筑物进行不同需求的短期监测或长期监测，从而满足不同建筑物的不同监测需求。
在其中一个实施例中，导航接收机首先获取自身初始定位信息，在通过所述初始定位信息，获取其所在区域的变形监测终端发送的定位授时信息，进行导航定位。通过对自身初始定位信息的确定，能够更有针对性的接收变形监测终端发送的定位授时信息，从而使得导航定位的效率更高，速度更快，结果也更加准确。
在其中一个实施例中，导航接收机向码数据管理中心请求伪码范围，捕获自身初始位置所在范围内的变形监测终端发送的定位授时信息，可以使得导航接收机捕获到定位授时信息更加高效，更加准确，定位结果更加准确。
实施例还提供一种变形监测终端，包括：
卫星电文信号接收模块，用于接收卫星电文信号；
定位授时信息获取模块，用于根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；
定位授时信息发送模块，用于利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
在其中一个实施例中，还包括：
导航定位辅助增强系统信号接收模块，用于接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号；
差分修正信息获取模块，用于根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息；
所述卫星电文信号接收模块，还用于根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置，包括历史定位位置或所述变形监测中心位置；
所述定位授时信息获取模块，还用于根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号；根据所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息。
在其中一个实施例中，所述定位授时信息发送模块，还用于：
利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
在其中一个实施例中，通过设置在建筑物不同位置的各变形监测终端，通过接收卫星电文信号获取自身位置信息和授时信息，获取变形监测终端定位授时信息，并利用数据调频广播信号将所述变形监测终端定位授时信息发送至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。本实施例中变形监测终端所发送的数据调频广播信号，可以供建筑物变形监测使用，同时也可以供导航接收机进行导航定位使用，同时本实施例中的信息传递方式为数据调频广播信号，可在提供广泛服务覆盖范围的基础上保持低成本的优势，提高系统的可靠性，导航信息发送的过程不需要通过移动通信网络，节约了大量的网络连接资源；此外，采用调频数据广播作为分发手段，数据传播速度快，保障了信息传递的实时性。
在其中一个实施例中，在变形监测终端接收卫星电文信号之前，首先利用导航定位辅助增强系统信号获取卫星信号辅助信息和差分修正信息，在根据所述辅助信息和差分修正信息，和接收到的卫星电文信号，确定变形监测终端的自身位置和授时信息。由于使用了导航定位辅助增强系统信号，使得变形监测终端的定位授时信息更加准确，使得变形监测中心的变形监测结果和导航接收机的导航定位结果都更加准确。
在其中一个实施例中，变形监测终端采用码分多址的方式利用数据调频广播信号发送变形监测终端定位授时信息，在数据调频广播信号的基础上，利用码分多址的方式，进一步提高了数据调频广播信号的信息承载量，从而提高了变形监测终端的信息发送量，从而提高了变形监测中心的变形监测结果的准确率，也导航接收机的导航定位结果的准确率。
本发明实施例还提供一种变形监测中心，包括：
变形监测坐标系建立模块，用于建立变形监测坐标系，所述变形监测坐标系为包括高度的三维坐标系；
数据调频广播信号接收解调模块，用于接收并解调变形监测终端发送的数据调频广播信号，获取变形监测终端定位授时信息；
坐标系转换模块，用于将所述变形监测终端定位授时信息的坐标系转换为所述变形监测坐标系，获取转换变形监测终端自身位置；
变形监测模块，用于根据所述转换变形监测终端自身位置，对所述变形监测终端所在的建筑物进行变形监测。
在其中一个实施例中，所述变形监测模块，用于：
根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的所述转换变形监测终端自身位置进行比较，获取第一差值，所述第一时间间隔小于第二事件间隔；
当所述第一差值大于后等于变形门限值时，发送所述建筑物变形的警报。
在其中一个实施例中，变形监测中心通过建立变形监测坐标系，将接收到的数据调频广播信号中携带的变形监测终端发送的定位授时信息，进行坐标系的转换后，对所有的变形监测终端所发送的位置信息进行统一坐标系下的分析，对建筑物进行变形监测。采用变形监测坐标系，使得变形监测中心对于数量众多的变形监测终端所发送的信息，能够进行归一化的分析，提高了信息处理的效率，也提高了信息处理的准确率。
在其中一个实施例中，变形监测中心根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的自身位置进行比较后获取差值的方法，对建筑物进行变形监测，通过设定第一时间间隔和第二时间间隔，可以对建筑物进行不同需求的短期监测或长期监测，从而满足不同建筑物的不同监测需求。
本发明实施例还提供一种导航接收机，包括：
初始定位信息获取模块，用于获取初始定位信息，获取导航接收机自身初始位置，所述初始定位信息包括卫星定位信息或移动网络定位信息；
变形监测终端定位授时信息获取模块，用于捕获所述导航接收机自身初始位置所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息；
导航定位模块，用于根据所述变形监测终端定位授时信息进行导航定位。
在其中一个实施例中，所述变形监测终端定位授时信息获取模块，还包括：
伪码范围请求单元，用于向码数据管理中心发送所述导航接收机自身初始位置，并向所述码数据管理中心请求所述导航接收机自身初始位置所在区域的变形监测终端的伪码范围，所述码数据管理中心对变形监测终端进行编码管理；
伪码范围接收单元，用于接收所述码数据管理中心发送的伪码范围；
定位授时信息获取单元，用于根据所述伪码范围，捕获所述伪码范围内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息。
在其中一个实施例中，导航接收机首先获取自身初始定位信息，在通过所述初始定位信息，获取其所在区域的变形监测终端发送的定位授时信息，进行导航定位。通过对自身初始定位信息的确定，能够更有针对性的接收变形监测终端发送的定位授时信息，从而使得导航定位的效率更高，速度更快，结果也更加准确。
在其中一个实施例中，导航接收机向码数据管理中心请求伪码范围，捕获自身初始位置所在范围内的变形监测终端发送的定位授时信息，可以使得导航接收机捕获到定位授时信息更加高效，更加准确，定位结果更加准确。
附图说明
图1为基于调频数据广播的共生导航定位和变形监测系统的结构示意图；
图2为一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图；
图3为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图；
图4为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图；
图5为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图；
图6为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图；
图7为另一个实施例的变形监测坐标系示意图；
图8为一个实施例的室内定位信号穿透方式示意图；
图9为另一个实施例的变形监测终端的结构示意图；
图10一个实施例的变形监测中心的结构示意图；
图11一个实施例的导航接收机的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了满足不同应用领域的需求，变形监测精度需在毫米级甚至亚毫米级。随着GNSS卫星定位技术的进步和接收机硬件性能的提升，以及各类辅助增强导航系统的发展，采用GNSS卫星定位技术完全可以满足变形监测所需精度，在变形监测领域得到了广泛的应用。
另一方面，在导航定位技术领域中，基于多源融合定位思想实现高可用、高可靠、高精度的导航定位始终是当前GNSS导航定位重点发展方向之一，尤其是实现室内外无缝衔接的亚米级、厘米级导航定位，具有突出的意义。
综上，本实施例提出了一种基于共生思想的导航定位和变形监测方法与系统，将工业和民用建筑的变形监测作业与高可用、高可靠、高精度定位导航功能以共生的方式融合为一体，具有非常重要的实现意义和十分广泛的应用前景。
如图1所示的基于调频数据广播的共生导航定位和变形监测系统中，根据本发明的共生导航定位和变形监测方法，涉及GNSS卫星、变形监测终端、小区变形监测中心、码数据管理中心、导航接收机五个部分。以某居民小区对该小区内楼房进行变形监测为例，对于某一建筑，需要在楼顶角落等特定位置安装两个以上变形监测终端，各个变形监测终端接收GNSS卫星的导航定位信号，对自身进行高精度的定位授时，并将自身定位授时结果采用数据调频广播电文方式分发给小区变形监测中心和周边的用户导航定位接收机；小区变形监测中心实时对该建筑各个变形监测终端的精密位置数据进行监测分析，判断各个建筑是否有发生变形坍塌的隐患；码数据管理中心管理所有变形监测终端的伪码信息，当导航接收机发出码范围请求时，告知导航接收机所在区域变形监测终端可能的伪码范围，导航接收机据此接收周围变形监测终端信号，以功能共生的思想视为伪卫星信号，结合GNSS卫星导航定位信号，完成对自身的精确定位导航或室内定位等工作。
所述码数据管理中心，可与变形监测中心设置为一体，也可分开设置，根据具体的应用场景和实际需求灵活设定即可。
图2为一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图，如图2所示的共生导航定位及变形监测方法，包括：
步骤S10，接收卫星电文信号。
具体的，变形监测终端负责接收各卫星的电文信号。
步骤S20，根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息。
具体的，根据所述卫星电文信号，获取变形监测终端的自身位置信息和授时信息。其中，解析卫星电文信号，进行定位和授时信息获取，均采用传统的卫星定位和授时信息获取方法即可。
步骤S30，利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
具体的，将所述定位授时信息，利用数据调频广播信号的方式进行广播，以使变形监测中心和/或导航接收机接收广播信号后，分别进行变形监测和导航定位。
所述调频数据广播指目前已经广泛覆盖的87--108MHz广播电台网络的任一广播发射机。目前我国调频广播网络已经建设完成，广播发射机设备也广泛地覆盖了全国各地，而本发明提出的系统并不需要修改和新建立广播发射机设备。为了不对广播电台本身需要发送的内容造成干扰，可以采用共生调频数据广播技术。该技术基于立体声调频信号实际信号主体在±75KHz以内，而±[75,150]KHz的频谱上调频信号功率非常低这一现象，对这一段频谱资源进行再利用。
本发明所述的基于调频数据广播的导航方法可以采用上述共生调频数据广播，也可以采用调频频段数字音频广播CDR(GY/T 268.1—2013调频频段数字音频广播国家标准)的数据传输通道，或者采用基于调频副载波的数据广播RDS(Radio Data System，是一种广泛使用的调频数据广播技术，数据速率约为1.1kbps，相关国际标准：IEC 62106:2015Specification of the radio data system (RDS)for VHF/FM sound broadcasting inthe frequency range from 87,5MHz to 108,0MHz)。当然，本发明不限于上述广播技术体制，也可利用其它广播体制。
在本实施例中，通过设置在建筑物不同位置的各变形监测终端，通过接收卫星电文信号获取自身位置信息和授时信息，获取变形监测终端定位授时信息，并利用数据调频广播信号将所述变形监测终端定位授时信息发送至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。本实施例中变形监测终端所发送的数据调频广播信号，可以供建筑物变形监测使用，同时也可以供导航接收机进行导航定位使用，同时本实施例中的信息传递方式为数据调频广播信号，可在提供广泛服务覆盖范围的基础上保持低成本的优势，提高系统的可靠性，导航信息发送的过程不需要通过移动通信网络，节约了大量的网络连接资源；此外，采用调频数据广播作为分发手段，数据传播速度快，保障了信息传递的实时性。
图3为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图，如图3所示的共生导航定位及变形监测方法，包括：
步骤S8a，接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号。
具体的，为了满足对建筑物进行变形监测的需求，各个变形监测终端自身的定位结果需要达到较高的精度，该精度标准可根据变形监测需求确定，如ECEF坐标系下三轴位置误差不超过1mm。变形监测对数据时间的精度要求较为宽松，精确到秒即可，但作为伪卫星导航定位信号，需要达到较高的授时精度，如10ns。为了达到上述定位授时精度，可采用导航定位辅助增强系统，如低轨卫星导航定位辅助增强系统、基于调频数据广播的导航定位辅助增强系统等。
步骤S9a，根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息。
具体的，变形监测终端接收导航定位辅助增强系统信号，处理得到对各GNSS卫星信号进行捕获跟踪时的辅助信息，包括估测卫星位置、时间、频率等；同时处理得到各GNSS卫星信号的差分修正信息。
步骤S10a，根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置，包括历史定位位置或所述变形监测中心位置。
具体的，变形监测终端根据自身大致位置及辅助信息，采用已有捕获跟踪算法完成对各GNSS卫星信号的捕获跟踪。其中变形监测终端的大致位置可采用历史定位结果、所属小区变形监测中心位置或最近的码数据管理中心位置。
步骤S20a，根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号。
具体的，变形监测终端根据差分修正信息对各GNSS卫星信号进行修正。
步骤S20b，所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息。
具体的，采用修正后的信息完成对自身高精度定位授时信息的解算过程。
步骤S30a，利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
具体的，同步骤S30。
在本实施例中，在变形监测终端接收卫星电文信号之前，首先利用导航定位辅助增强系统信号获取卫星信号辅助信息和差分修正信息，在根据所述辅助信息和差分修正信息，和接收到的卫星电文信号，确定变形监测终端的自身位置和授时信息。由于使用了导航定位辅助增强系统信号，使得变形监测终端的定位授时信息更加准确，使得变形监测中心的变形监测结果和导航接收机的导航定位结果都更加准确。
在其中一个实施例中，利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
具体的，码分多址的方式，提高了数据调频广播信号的信息携带量，各变形监测终端采用码分多址方式广播分发自身高精度位置和时间信息时，由于同一建筑需要安装多个变形监测终端以达到变形监测的目的，在楼宇相对密集的区域，变形监测终端的分布也会十分密集，从而在码分多址方式下，需要数量庞大的伪码对各个变形监测终端的信号进行区分。传统GPS卫星信号的C/A码是采用1023长度的伪随机码，共存在1025个不同序列，足够分配给全部GPS卫星使用。
在本实施例中，变形监测终端采用码分多址的方式利用数据调频广播信号发送变形监测终端定位授时信息，在数据调频广播信号的基础上，利用码分多址的方式，进一步提高了数据调频广播信号的信息承载量，从而提高了变形监测终端的信息发送量，从而提高了变形监测中心的变形监测结果的准确率，也导航接收机的导航定位结果的准确率。
图4为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图，如图4所示的共生导航定位及变形监测方法，包括：
步骤S1，建立变形监测坐标系，所述变形监测坐标系为包括高度的三维坐标系。
具体的，对每一建筑按图7所示建立变形监测坐标系，其中x轴指向东，y轴指向北，z轴指向上空，构成右手直角坐标系，坐标可采用米为单位，精确到毫米。
步骤S2，接收并解调变形监测终端发送的数据调频广播信号，获取变形监测终端定位授时信息。
具体的，变形监测中心接收各个变形监测终端的高精度定位授时信息，按照不同建筑进行分类存储以便处理
步骤S3，将所述变形监测终端定位授时信息的坐标系转换为所述变形监测坐标系，获取转换变形监测终端自身位置。
具体的，对同一建筑上的所有变形监测终端的高精度位置信息，将ECEF坐标系或惯性坐标系下的位置坐标转换为变形监测坐标系下的位置坐标。采用变形监测坐标系的好处是可以较为直观地查看建筑在水平和垂直方向的形变。
步骤S4，根据所述转换变形监测终端自身位置，对所述变形监测终端所在的建筑物进行变形监测。
具体的，将转换了坐标系后的自身位置，通过自身位置在预设时间间隔内的变化情况，即可对建筑物进行变形监控。变形监测中心实时监测同一建筑上不同变形监测终端的位置变化，判定该建筑是否发生变形
在本实施例中，变形监测中心通过建立变形监测坐标系，将接收到的数据调频广播信号中携带的变形监测终端发送的定位授时信息，进行坐标系的转换后，对所有的变形监测终端所发送的位置信息进行统一坐标系下的分析，对建筑物进行变形监测。采用变形监测坐标系，使得变形监测中心对于数量众多的变形监测终端所发送的信息，能够进行归一化的分析，提高了信息处理的效率，也提高了信息处理的准确率。
在其中一个实施例中，根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的所述转换变形监测终端自身位置进行比较，获取第一差值，所述第一时间间隔小于第二事件间隔；当所述第一差值大于后等于变形门限值时，发送所述建筑物变形的警报。
具体的，对各变形监测终端的位置坐标，同时进行短期和长期监测：
1)短期监测：指对建筑物在一天内的形变监测。每经过一个设定的时间间隔△ts(此处指如10s、1min等较短的时间间隔)对所有变形监测位置进行处理，比较一段时间(如1h)以前的参考数据，当位置坐标变化超过预先设定的门限值(如5mm)时，发出快速变形警报信息，上报给相关部门或人员进行处理。
2)长期监测：指对建筑物在若干年内的形变监测。每经过一个设定的时间间隔Δtl(此处指1个月等较长的时间间隔)对所有变形监测位置进行处理，比较一段时间(如5年)以前的参考数据，当位置坐标变化超过预先设定的门限值(如10cm)时，发出缓慢变形警报信息，上报给相关部门或人员进行处理。
在本实施例中，变形监测中心根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的自身位置进行比较后获取差值的方法，对建筑物进行变形监测，通过设定第一时间间隔和第二时间间隔，可以对建筑物进行不同需求的短期监测或长期监测，从而满足不同建筑物的不同监测需求。
图5为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图，如图5所示的共生导航定位及变形监测方法，包括：
步骤S100，获取初始定位信息，获取导航接收机自身初始位置，所述初始定位信息包括卫星定位信息或移动网络定位信息。
具体的，当导航接收机可以通过GNSS卫星信号直接进行定位时，可采用该定位结果作为初始粗略位置；当导航接收机可以监测自身所在的移动通信蜂窝网络Cell ID时，可以采用该Cell ID对应的信号塔位置作为自身初始粗略位置。上述两种方法已有成熟方法可以实现。此外，导航接收机可以搜索附近小区管理中心信号，选择信号强度最大/信噪比最高的获取其位置信息，作为自身初始粗略位置。
步骤S200，捕获所述导航接收机自身初始位置所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息，由于确定了自身初始位置，可以根由针对性的对能够接收到的广播信号中携带的标识变形监测终端的位置信息进行筛选，接收一定区域范围内的广播信号，以提高自身导航定位的准确性。
具体的，所述导航接收机通过接收解调数据调频广播信号的方式，可以直接其所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息。
步骤S300，根据所述变形监测终端定位授时信息进行导航定位。
具体的，根据所述定位授时信息中携带的定位信息和授时信息，进行导航接收机自身的导航定位。如8所示，虽然位于某一建筑顶端的变形监测终端信号很难向下穿透多层墙壁阻隔覆盖所有室内空间，但考虑多建筑聚集的场景，信号可以从侧面穿过一层相邻建筑墙壁到达室内，从而解决室内定位问题。现有技术中信号发射功率可以达到要求。
在本实施例中，导航接收机首先获取自身初始定位信息，在通过所述初始定位信息，获取其所在区域的变形监测终端发送的定位授时信息，进行导航定位。通过对自身初始定位信息的确定，能够更有针对性的接收变形监测终端发送的定位授时信息，从而使得导航定位的效率更高，速度更快，结果也更加准确。
图6为另一个实施例的共生导航定位及变形监测方法的流程示意图，如图6所示的共生导航定位及变形监测方法，包括：
步骤S210，向码数据管理中心发送所述导航接收机自身初始位置，并向所述码数据管理中心请求所述导航接收机自身初始位置所在区域的变形监测终端的伪码范围，所述码数据管理中心对变形监测终端进行编码管理。
具体的，所述码数据管理中心负责对变形监测终端进行编码管理，由于变形监测终端数量众多，对其进行入网、注销、编码管理以及数据的日常维护管理，都可以由码数据管理中心负责。所述码数据管理中心接收请求，以导航接收机粗略位置为圆心，以变形监测终端信号最远覆盖距离d为半径，从数据库中筛选圆形范围内的变形监测终端。
步骤S220，接收所述码数据管理中心发送的伪码范围。
具体的，码数据管理中心发送筛选出的变形监测终端的伪码范围。
步骤S230，根据所述伪码范围，捕获所述伪码范围内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息。
具体的，导航接收机根据接收到的伪码范围，可以更有针对性接收并解调变形监控终端发送的定位授时信息。
在本实施例中，导航接收机向码数据管理中心请求伪码范围，捕获自身初始位置所在范围内的变形监测终端发送的定位授时信息，可以使得导航接收机捕获到定位授时信息更加高效，更加准确，定位结果更加准确。
图9为另一个实施例的变形监测终端的结构示意图，如图9所示的变形监测终端，包括：
导航定位辅助增强系统信号接收模块10，用于接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号；
差分修正信息获取模块20，用于根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息；
卫星电文信号接收模块30，用于接收卫星电文信号；还用于根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置，包括历史定位位置或所述变形监测中心位置。
定位授时信息获取模块40，用于根据所述卫星电文信号获取变形监测终端定位授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；还用于根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号；根据所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息。
定位授时信息发送模块50，用于利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。还用于利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
在本实施例中，通过设置在建筑物不同位置的各变形监测终端，通过接收卫星电文信号获取自身位置信息和授时信息，获取变形监测终端定位授时信息，并利用数据调频广播信号将所述变形监测终端定位授时信息发送至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。本实施例中变形监测终端所发送的数据调频广播信号，可以供建筑物变形监测使用，同时也可以供导航接收机进行导航定位使用，同时本实施例中的信息传递方式为数据调频广播信号，可在提供广泛服务覆盖范围的基础上保持低成本的优势，提高系统的可靠性，导航信息发送的过程不需要通过移动通信网络，节约了大量的网络连接资源；此外，采用调频数据广播作为分发手段，数据传播速度快，保障了信息传递的实时性。在变形监测终端接收卫星电文信号之前，首先利用导航定位辅助增强系统信号获取卫星信号辅助信息和差分修正信息，在根据所述辅助信息和差分修正信息，和接收到的卫星电文信号，确定变形监测终端的自身位置和授时信息。由于使用了导航定位辅助增强系统信号，使得变形监测终端的定位授时信息更加准确，使得变形监测中心的变形监测结果和导航接收机的导航定位结果都更加准确。变形监测终端采用码分多址的方式利用数据调频广播信号发送变形监测终端定位授时信息，在数据调频广播信号的基础上，利用码分多址的方式，进一步提高了数据调频广播信号的信息承载量，从而提高了变形监测终端的信息发送量，从而提高了变形监测中心的变形监测结果的准确率，也导航接收机的导航定位结果的准确率。
图10一个实施例的变形监测中心的结构示意图，如图10所示的变形监测中心，包括：
变形监测坐标系建立模块1，用于建立变形监测坐标系，所述变形监测坐标系为包括高度的三维坐标系。
数据调频广播信号接收解调模块2，用于接收并解调变形监测终端发送的数据调频广播信号，获取变形监测终端定位授时信息。
坐标系转换模块3，用于将所述变形监测终端定位授时信息的坐标系转换为所述变形监测坐标系，获取转换变形监测终端自身位置。
变形监测模块4，用于根据所述转换变形监测终端自身位置，对所述变形监测终端所在的建筑物进行变形监测。用于根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的所述转换变形监测终端自身位置进行比较，获取第一差值，所述第一时间间隔小于第二事件间隔；当所述第一差值大于后等于变形门限值时，发送所述建筑物变形的警报。
在本实施例中，变形监测中心通过建立变形监测坐标系，将接收到的数据调频广播信号中携带的变形监测终端发送的定位授时信息，进行坐标系的转换后，对所有的变形监测终端所发送的位置信息进行统一坐标系下的分析，对建筑物进行变形监测。采用变形监测坐标系，使得变形监测中心对于数量众多的变形监测终端所发送的信息，能够进行归一化的分析，提高了信息处理的效率，也提高了信息处理的准确率。变形监测中心根据预设的第一时间间隔，将所述转换变形监测终端自身位置与第二时间间隔内上一个时间间隔的自身位置进行比较后获取差值的方法，对建筑物进行变形监测，通过设定第一时间间隔和第二时间间隔，可以对建筑物进行不同需求的短期监测或长期监测，从而满足不同建筑物的不同监测需求。
图11一个实施例的导航接收机的结构示意图，如图11所示的导航接收机，包括：
初始定位信息获取模块100，用于获取初始定位信息，获取导航接收机自身初始位置，所述初始定位信息包括卫星定位信息或移动网络定位信息；
变形监测终端定位授时信息获取模块200，用于捕获所述导航接收机自身初始位置所在区域内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息；还包括伪码范围请求单元，用于向码数据管理中心发送所述导航接收机自身初始位置，并向所述码数据管理中心请求所述导航接收机自身初始位置所在区域的变形监测终端的伪码范围，所述码数据管理中心对变形监测终端进行编码管理；伪码范围接收单元，用于接收所述码数据管理中心发送的伪码范围；定位授时信息获取单元，用于根据所述伪码范围，捕获所述伪码范围内的变形监测终端发送的变形监测终端定位授时信息。
导航定位模块300，用于根据所述变形监测终端定位授时信息进行导航定位。
在本实施例中，导航接收机首先获取自身初始定位信息，在通过所述初始定位信息，获取其所在区域的变形监测终端发送的定位授时信息，进行导航定位。通过对自身初始定位信息的确定，能够更有针对性的接收变形监测终端发送的定位授时信息，从而使得导航定位的效率更高，速度更快，结果也更加准确。导航接收机向码数据管理中心请求伪码范围，捕获自身初始位置所在范围内的变形监测终端发送的定位授时信息，可以使得导航接收机捕获到定位授时信息更加高效，更加准确，定位结果更加准确。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种共生导航定位及变形监测方法，其特征在于，所述方法包括：
接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号；
根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息；
根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置包括历史定位位置或变形监测中心位置；
根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号；
根据所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；
利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
2.根据权利要求1所述的共生导航定位及变形监测方法，其特征在于，所述利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，包括：
利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
3.一种变形监测终端，其特征在于，包括：
导航定位辅助增强系统信号接收模块，用于接收导航定位辅助增强系统信号，所述导航定位辅助增强系统信号包括：低轨卫星导航定位辅助增强系统信号或共生导航定位及变形监测定位辅助增强系统信号；
差分修正信息获取模块，用于根据所述导航定位辅助增强系统信号，获取捕获卫星信号辅助信息和卫星信号差分修正信息；
卫星电文信号接收模块，用于根据所述捕获卫星信号辅助信息和变形监测终端自身初始位置，获取卫星电文信号，所述变形监测终端自身初始位置，包括历史定位位置或变形监测中心位置；
定位授时信息获取模块，用于根据所述卫星信号差分修正信息，对所述卫星电文信号进行修正，获取修正卫星电文信号；根据所述修正卫星电文信号，获取变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息，所述变形监测终端定位授时信息包括：变形监测终端自身位置和变形监测终端授时信息；
定位授时信息发送模块，用于利用数据调频广播信号发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机，以使所述变形监测中心对变形监测终端所在建筑物进行变形监测，和/或使导航接收机进行导航定位。
4.根据权利要求3所述的变形监测终端，其特征在于，所述定位授时信息发送模块，还用于：
利用数据调频广播信号，采用码分多址的方式发送所述变形监测终端定位授时信息至变形监测中心和/或导航接收机。
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