CN110632630A - 车载gnss信号补偿装置、定位系统及方法 - Google Patents

车载gnss信号补偿装置、定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车载GNSS信号补偿装置和车载GNSS信号补盲定位系统和方法。车载GNSS信号补偿装置，包括第一天线，接收来自定位基站的定位信号；定位信号收发模块，从第一天线接收来自定位基站的定位信号和/或产生定位信号以经由第一天线发射至定位基站，并记录发射和/或接收定位信号的时间信息；位置信息解算模块，接收时间信息以解算车辆的位置信息；GNSS信号仿真模块，获取车辆的位置信息以模拟出相应的GNSS仿真信号；以及第二天线，接收GNSS仿真信号并将其辐射至车辆内部的导航终端。本发明的技术方案实现了GNSS定位的无缝连接，并且易于推广，能够与现有的车载导航、手机导航相兼容，提升用户体验。

Description

车载GNSS信号补偿装置、定位系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种车载GNSS信号补盲定位装置、系统及方法。
背景技术
随着城市建设的快速发展，人们生活水平的不断提高，以及私家车辆保有量的日益增长，驾驶车辆到城市陌生路段及区域的场景越来越多见，导致了人们使用导航设备进行车辆导航的频率日益升高。现有的导航设备无论是车载导航设备还是手机等终端导航设备都是基于GNSS(Global Navigation Satellite System)卫星信号实现定位的，例如，美国的GPS卫星信号、俄罗斯GLONASS卫星信号、欧盟GALILEO卫星信号和中国的北斗卫星信号等。然而，在城市建筑密集区域、隧道、高架下方以及地下停车场等环境中，接收到的GNSS卫星信号会非常微弱甚至无法接收到GNSS卫星信号。此时，导航设备无法利用GNSS卫星信号实现导航和定位，这给驾驶员驾驶车辆带来了极大的不便。
现有技术中，具有在GNSS卫星信号无法覆盖的区域增设自建的定位系统以弥补GNSS无法定位的方案，例如，在地下停车场、商场、隧道等处集成基于UWB、Wifi、蓝牙、RFID、雷达、激光等信号体制的定位系统。在利用上述自建的定位系统进行定位及导航时，由于现有的车载导航或手机等终端没有集成能够适应所有信号体制的定位模块，因此需要使用者额外配备与定位系统中特定的信号体制相匹配的定位终端设备，例如，用户进入自建的定位系统的覆盖区域需要配发相应的定位终端设备，离开时再归还相应设备，这种操作会降低用户体验，且需要增设自建定位系统的额外运营成本。
因此，如何提供一种易于推广的、普适的能够在GNSS信号覆盖盲区实现定位，且不改变现有车载导航及手机导航配置的定位方法，成为了本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
依据本发明的一个方面，公开了一种车载GNSS信号补偿装置，包括：第一天线，接收来自定位基站的定位信号；定位信号收发模块，耦接至第一天线以接收来自定位基站的定位信号和/或产生定位信号以经由第一天线发射至定位基站，并记录发射和/或接收定位信号的时间信息；位置信息解算模块，耦接至定位信号收发模块以接收所述时间信息，并根据所述时间信息解算车辆的位置信息；GNSS信号仿真模块，耦接至位置信息解算模块以获取车辆的位置信息，并根据车辆的位置信息模拟出相应的GNSS仿真信号；以及第二天线，耦接至GNSS信号仿真模块以接收GNSS仿真信号，并将其辐射至所述车辆内部的导航终端。
依据本发明的另一个方面，公开了一种车载GNSS信号补盲定位系统，包括，多个定位基站、车载GNSS信号补偿装置，其中，GNSS信号补偿装置包括第一天线和第二天线，所述第一天线与所述多个定位基站交互定位信号；所述车载GNSS信号补盲定位系统记录发射和/或接收定位信号的时间信息，以解算车辆的位置信息；所述GNSS信号补偿装置根据所述车辆的位置信息生成与车辆位置信息相匹配的GNSS仿真信号，并通过第二天线发送至导航终端。
根据本发明的又一个方面，公开了一种车载GNSS信号补盲定位方法，包括：记录发射/和或接收定位信号的时间信息；利用所述时间信息和定位基站的位置信息获得车辆的位置信息；利用车辆的位置信息模拟与所述位置信息对应的GNSS仿真信号；将所述GNSS仿真信号传输至导航终端，以实现对车辆的定位和导航。
本发明公开的车载GNSS信号补偿装置、定位系统及方法，通过在GNSS信号遮挡区域自建定位系统，并车辆上加装GNSS信号补偿装置，根据利用自建的定位系统获得的车辆的位置信息模拟出相应的GNSS仿真信号，并传输至用户导航终端，以使用户导航终端UE在GNSS信号覆盖区和GNSS信号遮挡区都能够利用GNSS信号实现对车辆的定位和导航。解决了由于现有的用户导航终端UE没有集成能够适应所有信号体制的定位模块，进而需要使用者在进出自建定位系统区域时来回进行设备切换，带来的用户体验差的问题。实现了GNSS定位的无缝连接，并且易于推广，能够与现有的车载导航、手机导航相兼容，提升用户体验。
附图说明
图1给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补盲定位系统100的示意图；
图2给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补偿装置200的模块化示意图；
图3给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补盲定位方法300的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“连接”到另一元件时，它可以是直接连接或连接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补盲定位系统100的示意图。所述车载GNSS信号补盲定位系统100包括架设在GNSS信号遮挡区的多个定位基站BS、置于车辆上的GNSS信号补偿装置CD以及用户导航终端UE。其中，所述GNSS信号遮挡区包括城市建筑密集区域、隧道中、高架下方、地下停车场、室内区域等无法接收GNSS信号或接收的GNSS信号微弱的区域。在一个实施例中，所述GNSS信号补偿装置CD包括第一天线A1和第二天线A2，其中，第一天线A1与所述多个定位基站BS交互定位信号，车载GNSS信号补盲定位系统100记录发射和/或接收定位信号的时间信息，以解算GNSS信号补偿装置CD所在车辆的位置信息。在一个实施例中，所述定位信号为UWB(Ultra Wideband，超宽带)信号、Wifi信号、蓝牙信号、RFID信号、雷达信号或激光信号。GNSS信号补偿装置CD通过获得的车辆的位置信息生成与车辆位置信息相匹配的GNSS仿真信号，并通过第二天线A2发送至用户导航终端UE。用户导航终端UE中的相关应用程序利用所述GNSS仿真信号，在导航界面中准确显示车辆的位置信息，以使用户导航终端UE在GNSS信号覆盖区和GNSS信号遮挡区都能够利用GNSS信号实现对车辆的定位和导航。
在一个实施例中，定位基站BS至少为三个，且具有已知位置，以使车载GNSS信号补盲定位系统100记录发射和/或接收定位信号的时间信息后，利用定位基站BS的位置信息以及发射和/或接收定位信号的时间信息后采用TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)或TOA(Time of Arrival，到达时间)解算GNSS信号补偿装置CD所在车辆的位置信息。
在一个实施例中，所述GNSS信号补偿装置CD还利用运动状态信息获取装置，获得车辆的运动状态信息，以在车辆位于GNSS信号覆盖区和GNSS信号车档区的交界处，而自建的定位系统还没有开始正常工作时，利用所述运动状态信息估计车辆的位置信息，或在自建的定位系统已经开始工作后，利用所述运动状态信息修正测得的车辆的位置信息。所述运动状态信息获取装置包括加速度计、陀螺仪、磁力计中的一个或多个，所述运动状态信息包括车辆的速度、加速度、空间运动角度中的一个或多个。
在一个实施例中，车载GNSS信号补盲定位系统100解算的车辆的位置信息是基于经纬度的大地坐标，又在一个实施例中，所述车辆的位置信息时基于自建的坐标系，车载GNSS信号补盲定位系统100还需将所述基于自建坐标系的车辆的位置信息转换成基于经纬度的大地坐标，以使GNSS信号补偿装置CD能够模拟出与基于经纬度的大地坐标的车辆位置信息相适应的GNSS仿真信号。
在一个实施例中，GNSS信号补偿装置CD中用于发射GNSS仿真信号的第二天线A2为定向天线，并将所述第二天线A2的辐射方向限定于该车辆内用户导航终端UE可能存在的位置，以避免其他车辆上的用户导航终端UE接收到GNSS仿真信号，对其执行定位功能造成干扰。
在一个实施例中，车载GNSS信号补盲定位系统100将GNSS信号补偿装置CD发射的GNSS仿真信号限定在一定的功率范围，例如，-60dBm～-150dBm，以避免GNSS仿真信号过大，对其他车辆上的用户导航终端UE执行定位功能造成干扰。
在一个实施例中，GNSS信号补偿装置CD在生成GNSS仿真信号前，车载GNSS信号补盲定位系统100需为其录入的GNSS卫星坐标信息、GNSS卫星星座，GNSS信号补偿装置CD利用上述信息实现对GNSS卫星信号的频点、星号、功率等信号的参数配置，同时对发送GNSS仿真信号的起始时间、发送周期、发送次数等进行控制。
在一个实施例中，所述GNSS信号补偿装置CD安装在车辆的透波区域内，以使其能够与定位基站BS之间实现定位信号的收发以及向用户导航终端UE发送GNSS仿真信号，所述透波区域包括车窗、鲨鱼鳍天线、扰流板、后视镜外壳等非金属部位。
图2给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补偿装置200的模块化示意图。如图2所示，所述车载GNSS信号补偿装置200示例性地包括第一天线201、定位信号收发模块202、位置信息解算模块203、GNSS信号仿真模块204，以及第二天线205。其中，所述第一天线201耦接至定位信号收发模块202，以接收来自定位基站BS的定位信号并传输至定位信号收发模块202，和/或接收定位信号收发模块202生成的定位信号并辐射至定位基站BS。所述定位信号收发模块202记录发射和/或接收定位信号的时间信息，并传输至位置信息解算模块203，以供位置信息解算模块203解算车辆的位置信息。在一个实施例中，位置信息解算模块203解算的车辆的位置信息是基于经纬度的大地坐标。又在一个实施例中，位置信息解算模块203还根据所述车载GNSS信号补偿装置200与车辆的位置关系补偿车辆的位置信息。位置信息解算模块203将获得的车辆的位置信息传输至GNSS信号仿真模块204，以使GNSS信号仿真模块204根据车辆的位置信息模拟出相应的GNSS仿真信号，并传输至第二天线205。第二天线205将所述GNSS仿真信号辐射至该车辆内的用户导航终端UE。在一个实施例中，所述第二天线A2为定向天线，并将所述第二天线A2的辐射方向限定于该车辆内用户导航终端UE可能存在的位置，以避免其他车辆上的用户导航终端UE接收到GNSS仿真信号，对其执行定位功能造成干扰。
在一个实施例中，所述车载GNSS信号补偿装置200还包括功率控制模块206耦接至GNSS信号仿真模块204，控制接收到的来自GNSS信号仿真模块204的GNSS仿真信号的发射功率，并传输至第二天线205，以避免GNSS仿真信号过大，对其他车辆上的用户导航终端UE执行定位功能造成干扰。
在一个实施例中，所述车载GNSS信号补偿装置200还包括运动状态信息获取模块207耦接至位置信息解算模块203，以获得车辆的运动状态信息，并传输至位置信息解算模块203，以令位置信息解算模块203在车辆位于GNSS信号覆盖区和GNSS信号车档区的交界处，而自建的定位系统还没有开始正常工作时，利用所述运动状态信息估计车辆的位置信息，或在自建的定位系统已经开始工作后，利用所述运动状态信息修正测得的车辆的位置信息。
在一个实施例中，所述车载GNSS信号补偿装置200还包括存储模块208耦接至GNSS信号仿真模块204，所述存储模块208存储GNSS卫星坐标信息、GNSS卫星星座，并将存储的上述信息传输至GNSS信号仿真模块204，以使GNSS信号仿真模块204利用上述信息实现对GNSS卫星信号的频点、星号、功率等信号的参数配置，同时对发送GNSS仿真信号的起始时间、发送周期、发送次数等进行控制。
图3给出依据本发明一种实施例的车载GNSS信号补盲定位方法300的流程图。所述车载GNSS信号补盲定位方法300包括如下步骤：
步骤301：记录发射/和或接收定位信号的时间信息；
步骤302：利用所述时间信息和定位基站的位置信息获得车辆的位置信息；
步骤303：利用车辆的位置信息模拟与所述位置信息对应的GNSS仿真信号；
步骤304：将所述GNSS仿真信号传输至用户导航终端，以实现对车辆的定位和导航。
本发明公开的车载GNSS信号补偿装置、定位系统及方法，通过在GNSS信号遮挡区域自建定位系统，并车辆上加装GNSS信号补偿装置，根据利用自建的定位系统获得的车辆的位置信息模拟出相应的GNSS仿真信号，并传输至用户导航终端，以使用户导航终端UE在GNSS信号覆盖区和GNSS信号遮挡区都能够利用GNSS信号实现对车辆的定位和导航。解决了由于现有的用户导航终端UE没有集成能够适应所有信号体制的定位模块，进而需要使用者在进出自建定位系统区域时来回进行设备切换，带来的用户体验差的问题。实现了GNSS定位的无缝连接，并且易于推广，能够与现有的车载导航、手机导航相兼容，提升用户体验。
如以上所提到的，虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但在不背离本发明的精神和范围的情况下，可进行许多改变。由此，本发明的范围不由优选实施例的公开所限制。而是，应当完全参考随后的权利要求来确定本发明。

Claims (11)

1.一种车载GNSS信号补偿装置，包括：
第一天线，接收来自定位基站的定位信号；
定位信号收发模块，耦接至第一天线以接收来自定位基站的定位信号和/或产生定位信号以经由第一天线发射至定位基站，并记录发射和/或接收定位信号的时间信息；
位置信息解算模块，耦接至定位信号收发模块以接收所述时间信息，并根据所述时间信息解算车辆的位置信息；
GNSS信号仿真模块，耦接至位置信息解算模块以获取车辆的位置信息，并根据车辆的位置信息模拟出相应的GNSS仿真信号；以及
第二天线，耦接至GNSS信号仿真模块以接收GNSS仿真信号，并将其辐射至所述车辆内部的导航终端。
2.如权利要求1所述的车载GNSS信号补偿装置，还包括功率控制模块，耦接至GNSS信号仿真模块以控制接收到的来自GNSS信号仿真模块的GNSS仿真信号的发射功率。
3.如权利要求1所述的车载GNSS信号补偿装置，还包括运动状态信息获取模块，耦接至位置信息解算模块以获得车辆的运动状态信息，并传输至位置信息解算模块以令位置信息解算模块利用所述运动状态信息估计车辆的位置信息。
4.如权利要求1所述的车载GNSS信号补偿装置，还包括存储模块，存储GNSS卫星坐标信息或GNSS卫星星座，并将GNSS卫星坐标信息或GNSS卫星星座传输至GNSS信号仿真模块，以使GNSS信号仿真模块对GNSS卫星信号的频点、星号或功率信号进行配置，并控制发送GNSS仿真信号的起始时间、发送周期或发送次数。
5.如权利要求1所述的车载GNSS信号补偿装置，所述第二天线为定向天线，并将所述第二天线的辐射方向限定于该车辆内的导航终端可能存在的位置。
6.一种车载GNSS信号补盲定位系统，包括，多个定位基站、车载GNSS信号补偿装置，其中，GNSS信号补偿装置包括第一天线和第二天线，所述第一天线与所述多个定位基站交互定位信号；
所述车载GNSS信号补盲定位系统记录发射和/或接收定位信号的时间信息，以解算车辆的位置信息；
所述GNSS信号补偿装置根据所述车辆的位置信息生成与车辆位置信息相匹配的GNSS仿真信号，并通过第二天线发送至导航终端。
7.如权利要求6所述的车载GNSS信号补盲定位系统，所述第二天线为定向天线，并将所述第二天线的辐射方向限定于该车辆内的导航终端可能存在的位置。
8.如权利要求6所述的车载GNSS信号补盲定位系统，将GNSS信号补偿装置发射的GNSS仿真信号限定在预设的功率范围内。
9.如权利要求6-8任一项所述的车载GNSS信号补盲定位系统，所述GNSS信号补偿装置安装在车辆的透波区域内以其能够与定位基站之间交互定位信号，以及向导航终端发送GNSS仿真信号，所述透波区域包括车窗、鲨鱼鳍天线、扰流板、后视镜外壳。
10.一种车载GNSS信号补盲定位方法，包括：
记录发射/和或接收定位信号的时间信息；
利用所述时间信息和定位基站的位置信息获得车辆的位置信息；
利用车辆的位置信息模拟与所述位置信息对应的GNSS仿真信号；
将所述GNSS仿真信号传输至导航终端，以实现对车辆的定位和导航。
11.如权利要求10所述的车载GNSS信号补盲定位方法，将GNSS信号补偿装置发射的GNSS仿真信号限定在预设的功率范围内。
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