CN109828289A - 用于隧道的导航信息仿真系统 - Google Patents

Abstract

一种用于隧道的导航信息仿真系统，包括：至少一个卫星信号模拟器，用于生成仿真导航信号并通过漏缆发送至目标列车，其中，相邻两个所述卫星信号模拟器之间通过光纤线缆组连接；综合控制系统，用于通过光纤线缆向所述至少一个卫星信号模拟器发送启动仿真命令、星历信息与实时时间，实现在隧道内进行导航定位连续仿真，从而可以低成本地解决列车在隧道内的定位结果丢失和时间不连续的问题。

Description

用于隧道的导航信息仿真系统

技术领域

本申请涉及导航技术领域，尤其涉及一种用于隧道的导航信息仿真系统。

背景技术

目前铁路沿线具有很多长度较长的隧道，在隧道内部导航卫星信号不可见，列车进入隧道后会因接收不到导航卫星信号，造成接收机失锁，即，无定位结果和时间信息输出。

相关技术中，为了避免接收机失锁，通常采用WiFi定位或伪卫星定位等。但是，效果均不有理想，其中，WiFi定位不能帮助导航接收机定位，伪卫星则需要密集布设多个，而且受远近效应和多径效应的影响严重。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于隧道的导航信号仿真系统，能够实现在隧道内进行导航定位连续仿真，从而可以低成本地解决列车在隧道内的定位结果丢失和时间不连续的问题。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种用于隧道的导航信号仿真系统，包括：至少一个卫星信号模拟器，用于生成仿真导航信号并通过漏缆发送至目标列车，其中，相邻两个所述卫星信号模拟器之间通过光纤线缆组连接；综合控制系统，用于通过光纤线缆向所述至少一个卫星信号模拟器发送启动仿真命令、星历信息与实时时间。

根据本发明的一个实施例，所述的用于隧道的导航信号仿真系统，还包括：授时接收机，用于接收实际对天卫星信号，并解算出实时时间和卫星星历，所述授时接收机与所述综合控制系统通过串口相连，以将实时时间和卫星星历发送至所述综合控制系统。

根据本发明的一个实施例，所述授时接收机还通过光纤线缆组与所述卫星信号模拟器相连，以向所述卫星信号模拟器发送秒脉冲信号和频标信号，所述卫星信号模拟器根据所述秒脉冲信号生成所述仿真导航信号。

根据本发明的一个实施例，所述综合控制系统还用于：根据所述至少一个卫星信号模拟器的实际坐标获取每个卫星信号模拟器的秒脉冲信号修正值，并将所述实际坐标与所述秒脉冲信号修正值发送至所述至少一个卫星信号模拟器。

根据本发明的一个实施例，所述至少一个卫星信号模拟器还用于：根据所述实时时间、所述秒脉冲信号和所述秒脉冲信号修正值进行本地守时，以在对齐于所述授时接收机发送所述秒脉冲信号时生成所述仿真导航信号。

根据本发明的一个实施例，所述至少一个卫星信号模拟器，具体用于：根据所述实时时间和所述星历信息进行参数拟合获取卫星位置；根据所述实际坐标与误差模型获取伪距参数；根据所述卫星位置、所述伪距参数、导航信号功率参数以及导航电文生成仿真导航信号。

根据本发明的一个实施例，所述光纤线缆组将所述至少一个卫星信号模拟器连接成菊花链形式。

根据本发明的一个实施例，所述光纤线缆组包括第一光纤线缆组和第二光纤线缆组，所述第一光纤线缆组用于传输秒脉冲信号，所述第二光纤线缆组用于传输频标信号。

根据本发明的实施例的用于隧道的导航信号仿真系统，使得可以在不改变列车上导航接收机的前提下，实现在隧道内进行导航定位连续仿真，从而可以低成本地解决列车在隧道内的定位结果丢失和时间不连续的问题。

附图说明

图1为本发明实施例的用于隧道的导航信号仿真系统的方框示意图；

图2为本发明一个实施例的用于隧道的导航信号仿真系统的方框示意图；

图3为本发明一个具体实施例的用于隧道的导航信号仿真系统的方框示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。除非在下文中特别指出，半导体器件中的各个部分可以由本领域的技术人员公知的材料构成。

下面结合附图来描述本发明实施例的用于隧道的导航信号仿真系统。

图1为本发明实施例的用于隧道的导航信号仿真系统的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的用于隧道的导航信号仿真系统100，包括：至少一个卫星信号模拟器10和综合控制系统20。

其中，至少一个卫星信号模拟器10用于生成仿真导航信号并通过漏缆发送至目标列车，其中，相邻两个卫星信号模拟器10之间通过光纤线缆组连接；综合控制系统20用于通过光纤线缆向至少一个卫星信号模拟器发送启动仿真命令、星历信息与实时时间TOD(TimeOf Day)。

需要说明的是，用于通过轨道列车(包括普通列车、动车和高铁等列车类交通工具)的隧道铺设有漏缆，电磁波在漏缆内部纵向传播同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到漏缆内部。

还需要说明的是，至少一个卫星信号模拟器10可在隧道内按照预设距离布设，例如，在一段2000米的隧道内，为了使定位结果误差小于20米，可布设100台卫星信号模拟器10，其中，第一台卫星信号模拟器10距隧道口10米，其余各卫星信号模拟器10之间间隔20米，相邻两个卫星信号模拟器10之间通过光纤线缆组连接。应当理解的是，由于漏缆的长度有限，因此，在2000米的隧道内，还可布设100根漏缆，其中，每根漏缆对应一台卫星信号模拟器。

也就是说，本发明实施例通过在隧道内布设一个综合控制系统20，然后综合控制系统20通过光纤线缆向至少一个卫星信号模拟器10发送启动仿真命令、星历信息与实时时间，至少一个卫星信号模拟器10通过光纤线缆接收启动仿真命令，并在接收到启动仿真命令后，根据星历信息与实时时间生成仿真导航信号，再通过漏缆发送至目标列车。

由此，卫星信号模拟器通过电磁波将仿真导航信号发送至漏缆，再由漏缆将仿真导航信号发送至目标列车，使得可以在不改变列车上导航接收机的前提下，通过利用隧道内已有的漏缆，实现在隧道内进行导航定位连续仿真，从而可以低成本地解决列车在隧道内的定位结果丢失和时间不连续的问题。

进一步地，光纤线缆组将至少一个卫星信号模拟器连接成菊花链形式。更进一步地，光纤线缆组包括第一光纤线缆组和第二光纤线缆组，第一光纤线缆组用于传输秒脉冲信号1pps，第二光纤线缆组用于传输频标信号。其中，在本发明实施例中，频标信号为10MHz频标信号。

也就是说，任意相邻的两个卫星信号模拟器之间连接有两根光纤线缆，分别属于第一光纤线缆组和第二光纤线缆组，具体地，两根光纤线缆分别用于传输秒脉冲信号1pps和10MHz频标信号。其中，秒脉冲信号1pps每秒钟生成一个，用于指示整秒的时刻，而该时刻通常是通过秒脉冲信号1pps的上升沿进行表示。应当理解的是，在本发明实施例中，至少一个卫星信号模拟器通过秒脉冲信号1pps统一发送仿真导航信号的时间。

具体地，综合控制系统20还用于：根据至少一个卫星信号模拟器10的实际坐标获取每个卫星信号模拟器10的秒脉冲信号修正值，并将实际坐标与秒脉冲信号1pps修正值发送至至少一个卫星信号模拟器10。

应当理解的是，至少一个卫星信号模拟器10的实际坐标可在设置卫星信号模拟器10时进行获取，例如，可根据隧道内的位置走势、每个卫星信号模拟器10与前一个卫星信号模拟器10之间的间距等信息，在获取到每个卫星信号模拟器10的实际位置信息后可保存在综合控制系统20，以在综合控制系统20每次向卫星信号模拟器10发送启动仿真命令时发送至每个卫星信号模拟器10。

进一步地，综合控制系统20还进一步测量出每组光纤线缆组传输秒脉冲信号的延时时间，例如，在前述2000米的隧道内设置有100个卫星信号模拟器，则需要测量出100根光纤线缆传输秒脉冲信号的延时时间Ti(i＝1，2，…，100)，综合控制系统20根据延时时间Ti计算每台卫星信号模拟器10的秒脉冲信号延时修正值TNj(j＝1，2，…，100)，其中，THj＝T1+T2+…+Tj。

应当说明的是，在本发明实施例中，如图2所示，用于隧道的导航信息仿真系统100还包括授时接收机30，授时接收机30通过光纤线缆组与卫星信号模拟器10相连，以向卫星信号模拟器10发送秒脉冲信号1pps和10MHz频标信号，卫星信号模拟器10根据秒脉冲信号生成仿真导航信号。

也就是说，卫星信号模拟器10获取到的秒脉冲信号1pps由授时接收机30发出，换言之，初始秒脉冲信号1pps由授时接收机30提供，即，第一台卫星信号模拟器10接收由授时接收机30发送的秒脉冲信号1pps，然后再由第一台卫星信号模拟器10向第二台卫星信号模拟器10转发秒脉冲信号1pps，以此类推，直至最后一台卫星信号模拟器10。

根据本发明的一个实施例，至少一个卫星信号模拟器10还用于：根据实时时间TOD、秒脉冲信号1pps和秒脉冲信号修正值进行本地授时，以在对齐于授时接收机30发送秒脉冲信号1pps时生成仿真导航信号。

其中，秒脉冲信号延时修正值TNj的含义是传输到该卫星信号模拟器10的秒脉冲信号1pps上升沿之后与初始输出的秒脉冲信号1pps的上升沿TNj时间，该卫星信号模拟器10将接收到的秒脉冲信号1pps信号延迟1-TNj秒时间，然后将本地守时时间加上1秒，这样可以保证此台模拟器的秒脉冲信号1pps对齐于授时接收机30的秒脉冲信号，每台卫星信号模拟器10守时时间与授时接收机30输出的实时时间TOD时间一致。

进而，每台卫星信号模拟器10根据综合控制系统20发送的实时时间TOD和秒脉冲信号1pps后进行本地守时，具体地，在接收到综合控制系统20发送的启动仿真命令后，并在秒脉冲信号延时修正值TNj后的秒脉冲信号上升沿开始仿真导航信号并发送至漏缆。

根据本发明的一个实施例，授时接收机30还用于接收实际对天卫星信号，并解算出实时时间TOD和卫星星历，授时接收机30与综合控制系统20通过串口相连，以将实时时间TOD和卫星星历发送至综合控制系统20。

也就是说，授时接收机30可与卫星(例如北斗导航系统、GPS导航系统等)进行通信，以根据对天卫星信号解算出对应当前系统的实时时间TOD、卫星星历，并将实时时间TOD和卫星星历通过串口发送至设置于隧道内的综合控制系统20，再由综合控制系统20通过光纤线缆将实时时间TOD和卫星星历发送至每个卫星信号模拟器10。

根据本发明的一个实施例，至少一个卫星信号模拟器10，具体用于：根据实时时间TOD和星历信息进行参数拟合获取卫星位置，根据实际坐标与误差模拟获取伪距参数，根据卫星位置、伪距参数、导航信号功率参数以及导航电文生成仿真导航信号。

具体而言，卫星信号模拟器10由仿真控制系统和信号生成系统组成，其中，仿真控制系统用于根据真实的卫星导航信号动态特征的各种要素进行建模仿真，然后根据仿真时间和星历参数进行参数拟合得到卫星位置，再以自身坐标作为用户轨迹计算卫星到用户之间的几何距离，其中，用户为轨道列车，加入电离层模型和对流层模型等大气传播误差、卫星钟差一级地球自转效应等各种误差，计算得到伪距参数，连同导航信号功率参数和导航电文一起发送给信号生成系统。信号生成系统接收上述导航电文与各卫星信号通道的模型控制参数，生成中频导航信号，并上变到射频再输出。

根据本发明的一个具体实施例，如图3所示，在一段2000米长的隧道内，要求仿真北斗B1频点信号和GPS L1频点信号，室内定位结果误差小于20米，满足轨道列车常用的B1/L1频点接收机，则在隧道内布置100台卫星信号模拟器10，其中，第一台卫星信号模拟器10距隧道口10米，其余各模拟器相距20米，另需要100根漏缆，200根光纤。

然后，隧道外放置一台授时接收机30，用于接收B1/L1实际对天卫星信号，并解算出实时时间TOD、GPS和北斗的卫星星历以及用户位置，并通过串口发送至设置于隧道内的综合控制系统20，同时通过光纤线缆组发送秒脉冲信号和10MHz频标信号至卫星信号控制器10。

隧道内的卫星信号模拟器10通过光纤线缆接收综合控制系统20发送的启动仿真信号以及星历信息和实时时间TOD，然后根据启动仿真命令进行本地守时，在于授时接收机30输出的实时时间一致时，向用户发送仿真信号。

在卫星信号模拟器10发送仿真信号过程中，调整卫星信号模拟器10的导航信号功率大小，保证隧道内导航信号接收机正常定位，载噪比在30到50之间。GPS导航系统每两小时更新一次星历，北斗导航系统每小时更新一次星历。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过现有技术中的各种手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替换和修改，这些替换和修改都应落在本发明的范围之内。

尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (8)

1.一种用于隧道的导航信号仿真系统，其特征在于，包括：

至少一个卫星信号模拟器，用于生成仿真导航信号并通过漏缆发送至目标列车，其中，相邻两个所述卫星信号模拟器之间通过光纤线缆组连接；

综合控制系统，用于通过光纤线缆向所述至少一个卫星信号模拟器发送启动仿真命令、星历信息与实时时间。

2.根据权利要求1所述的用于隧道的导航信号仿真系统，其特征在于，还包括：

授时接收机，用于接收实际对天卫星信号，并解算出实时时间和卫星星历，所述授时接收机与所述综合控制系统通过串口相连，以将实时时间和卫星星历发送至所述综合控制系统。

3.根据权利要求2所述的用于隧道的导航信息仿真系统，其特征在于，所述授时接收机还通过光纤线缆组与所述卫星信号模拟器相连，以向所述卫星信号模拟器发送秒脉冲信号和频标信号，所述卫星信号模拟器根据所述秒脉冲信号生成所述仿真导航信号。

4.根据权利要求3所述的用于隧道的导航信息仿真系统，其特征在于，所述综合控制系统还用于：

根据所述至少一个卫星信号模拟器的实际坐标获取每个卫星信号模拟器的秒脉冲信号修正值，并将所述实际坐标与所述秒脉冲信号修正值发送至所述至少一个卫星信号模拟器。

5.根据权利要求4所述的用于隧道的导航信息仿真系统，其特征在于，所述至少一个卫星信号模拟器还用于：

根据所述实时时间、所述秒脉冲信号和所述秒脉冲信号修正值进行本地守时，以在对齐于所述授时接收机发送所述秒脉冲信号时生成所述仿真导航信号。

6.根据权利要求1所述的用于隧道的导航信息仿真系统，其特征在于，所述至少一个卫星信号模拟器，具体用于：

根据所述实时时间和所述星历信息进行参数拟合获取卫星位置；

根据所述实际坐标与误差模型获取伪距参数；

根据所述卫星位置、所述伪距参数、导航信号功率参数以及导航电文生成仿真导航信号。

7.根据权利要求1所述的用于隧道的导航信号仿真系统，其特征在于，所述光纤线缆组将所述至少一个卫星信号模拟器连接成菊花链形式。

8.根据权利要求7所述的用于隧道的导航信号仿真系统，其特征在于，所述光纤线缆组包括第一光纤线缆组和第二光纤线缆组，所述第一光纤线缆组用于传输秒脉冲信号，所述第二光纤线缆组用于传输频标信号。