CN110749904B - 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法 - Google Patents

一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110749904B
CN110749904B CN201911014518.XA CN201911014518A CN110749904B CN 110749904 B CN110749904 B CN 110749904B CN 201911014518 A CN201911014518 A CN 201911014518A CN 110749904 B CN110749904 B CN 110749904B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
satellite
virtual
signals
satellite navigation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911014518.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110749904A (zh
Inventor
宋茂忠
钟南
刘皓凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201911014518.XA priority Critical patent/CN110749904B/zh
Publication of CN110749904A publication Critical patent/CN110749904A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110749904B publication Critical patent/CN110749904B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/24—Acquisition or tracking or demodulation of signals transmitted by the system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明公开了一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法，它在隧道两端设置信号发射机，利用卫星导航信号模拟技术产生虚拟卫星信号，其虚拟卫星信号不同于室外的可见星信号、固定位置伪卫星信号和转发式伪卫星信号，它包含卫星运动的多普勒和伪距变化特性，虚拟卫星星座分布更有利于隧道内一维定位需求，并采用预补偿技术改正发射信号伪距，使接收机接到信号就像隧道延长线两端空中卫星发来的信号一样，实现了隧道内卫星导航接收机仍能连续定位测速功能，解决了隧道内卫星导航接收机不能定位跟踪的问题。

Description

一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法
一、技术领域
本发明属于卫星导航领域，涉及隧道内卫星导航信号不能覆盖的信号增强技术。
二、背景技术
隧道定位一直是现代定位技术中的难点。目前有多种针对隧道定位的解决方法：超宽带定位系统、远距离无线定位系统LoRa(Long Range Radio)等系统要专门的用户接收机，无线局域网信号定位覆盖范围有限，不适于隧道环境，惯性导航定位存在累积偏差和校准问题，惯性与其它传感器组合存在组合复杂性问题，也不够普及。最普及的卫星导航接收机在隧道路内都接收不到卫星信号，无法定位。简单地在隧道内放置卫星导航模拟源，或用转发式伪卫星增强，也只有解决定点信号覆盖问题，接收机在信号覆盖区域内的定位位置是不变的，不能实现连续定位测速功能。然而，智能交通和现代物流的快速度发展，迫切需要解决隧道内用户定位跟踪等难题。
三、发明内容
1、发明目的
本发明的目的是提供一种隧道内卫星导航增强方法，解决隧道内普通卫星导航接收机无法定位跟踪的问题。
2、技术方案
为了达到上述发明目的，本发明包括下列步骤：
(1)虚拟卫星星座设计
为了使接收机与虚拟卫星信号发射机之间有正确的伪距信息，本发明将虚拟卫星的位置控制于隧道延长线方向附近位置运动，使虚拟卫星、隧道口发射机、接收机三点折线构成较大的钝角关系，虚拟卫星星座相对于隧道的几何分布如图1所示，隧道两端分别设置卫星导航信号模拟源发射机，模拟1、2和3、4颗卫星的信号并向隧道内发射，或对隧道路内的泄漏电缆激励，虚拟卫星的导航信号模拟了从卫星到达模拟源发射机的多普勒和伪距变化特性，接收机接收到的信号反映了发射点到接收点的距离和用户运动信息，但接收机测得伪距信号是卫星星历中卫星位置到接收机的距离加钟差。如果用真实卫星星座，卫星、模拟源发射机、接收机三点折线不成钝角关系，测得伪距与三点折线距离偏差太大，不能正确定位。因此，本发明提出采用虚拟卫星星座，使虚拟星座更适应于隧道路内的一维定位特殊需求。
为了使虚拟卫星、模拟源发射机、接收机三点构成折线的钝角尽量大，本发明利用卫星沿轨道运动具有周期性的特点，通过调整个别卫星轨道偏置时间的方法，提出了一种基于卫星位置搬移的任意时刻虚拟位置卫星导航电文的生成方法。步骤如下：①利用布设于隧道外的卫星导航接收机或网络获取当前时间和同步信息，接收真实卫星的时间参数和星历数据；②根据已知的隧道坐标和几何确定虚拟卫星位置，通过调整个别卫星星历参数，产生虚拟卫星星座；③修改备选卫星时间参数，解决星历中卫星间同步问题；④根据卫星导航系统标准接口文件格式生成虚拟导航电文。
(2)虚拟卫星信号模拟与发射
利用上述流程生成导航电文，产生虚拟卫星星座的导航信号，模拟由上述位置卫星发射的导航信号到达隧道口时的信号参数。由于卫星与模拟源发射机之间的相对运动，导航信号存在多普勒频偏，导航信号到达隧道两端点发射机的形成可表示为：
Figure BSA0000192748140000021
其中，PC为模拟的第j颗卫星信号的模拟源发射功率，C1(t)为C/A码数据序列，D(t)为导航电文数据，f1为GPS的L1信号频率，
Figure BSA0000192748140000022
为载波初相，j为卫星的标号，fd表示多普勒频移，τcode表示C/A码传输时延。由此可实现虚拟卫星导航信号的生成，并通过模拟源硬件发射，分别激励天线或隧道内的泄漏电缆。
(3)伪距偏差预补偿
与真实的卫星导航信号相比，虚拟卫星的信号传播路径由直线变成折线，本发明中虚拟卫星、隧道和接收机的相对位置关系如图2所示，A是虚拟卫星的位置，B和C是发射机所在的隧道口的两个端点，D为接收机在隧道中的位置，设AD长度为x，隧道BC长度为lt，虚拟卫星导航信号传播路径长度为l+x，其中l是硬件系统模拟路径，是根据隧道和虚拟卫星位置计算出的确定值，x是信号实际传输路径长度，p为接收机与虚拟卫星的伪距，是关于x的函数：
Figure BSA0000192748140000023
伪距偏差是信号传播路径与伪距的差：
E(x)＝l+x-p(x) (3)
由于l比隧道长度大得多，E(x)与x近似成线性关系，为使接收机在整个隧道内的最大定位误差尽量小，取隧道中点为补偿参考点，将中点处的偏差预补偿到信号伪距中，可以计算出特定隧道环境的伪距残差。
3、本发明具有的有益效果
(1)只需在隧道两出入口设置发射机，激励定向天线或泄漏电缆，普通卫星导航接收机即可实现隧道内的定位，隧道中无需安装参考设备或传感器；
(2)定位结果是接收机的实时定位，不只是某些位置的定点覆盖；
(3)采用虚拟卫星实现定位，不受真实卫星状态影响。
四、附图说明
图1虚拟卫星分布位置示意图
图2虚拟卫星、隧道口发射机和接收机的相对位置关系
图3预补偿后隧道不同位置的伪距残差图
图4隧道中卫星导航接收机接收到的虚拟卫星星座图
图5使用该增强方法的隧道中卫星导航接收机定位结果
图6使用该增强方法的隧道中卫星导航接收机的定位轨迹图
五、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，以下结合附图以及使用的硬件平台的实施实例，对本发明进一步进行详细说明。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。
工作流程如下：
1、输入隧道出入口经纬度坐标，分别为0°0′0″N，50°0′0″E与0°0′1.076″N，50°0′0″E(隧道长35米)，查询该位置不同时刻的可见星分布图，得知2019年5月5日17：00时G14，G21，G25卫星与2019年5月5日22：30时G22卫星符合上述位于隧道延长线方向且与隧道口、接收机成较大钝角的特性，因此下载相应RINEX文件后，修改星历参数，生成与该时刻的虚拟卫星导航电文；
2、读取步骤1中的导航电文，用模拟器硬件生成虚拟卫星信号，模拟信号到达隧道口时的信号状态；
3、进行伪距偏差预补偿：首先根据导航电文和隧道坐标，计算出图2中l＝24123.7546km，α＝163.4895°，减小模拟路径长度使
Figure BSA0000192748140000031
即为24123.7539km，对应信号时延的减少量为：
Δτ＝(24123.7546-24123.7539)/c≈2.33ns (4)
因此将信号延迟减小2.33ns并对信号相位做相应调整，完成伪距偏差的预补偿，计算预补偿后的隧道中不同位置的伪距残差大小如图3所示；
4、发射虚拟卫星导航信号，激励隧道两端天线；
5、在隧道内使用普通卫星导航接收机接收虚拟卫星的导航信号进行定位，对接收机通过隧道过程的定位结果进行记录，接收到的卫星星座图如图4所示，得到接收机在隧道中移动时的定位坐标如图5所示，隧道通行轨迹变化过程如图6所示。由此验证了该增强方法的隧道定位功能。

Claims (2)

1.一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法，其特征在于，在隧道内两端口设置预补偿的卫星导航模拟源发射机，向隧道内发射或对隧道内的泄漏电缆两端激励虚拟卫星导航信号，信号包含卫星运动的多普勒和伪距变化特性，采用预补偿技术改正发射信号伪距，补偿信号传播过程的虚拟卫星、发射机和接收机虚拟折线与卫星到接收机信号伪距不一致的偏差，使隧道中点处伪距偏差为零，实现了隧道内普通卫星导航接收机仍能连续定位测速跟踪功能。
2.如权利要求1所述的一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法，其特征在于，采用了虚拟卫星星座，它在隧道延长线方向设计了四颗或四颗以上虚拟卫星，均匀分布隧道出入两端，使接收机接到信号就像隧道延长线两端空中卫星发来的信号一样，更有利于隧道内一维定位需求。
CN201911014518.XA 2019-10-22 2019-10-22 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法 Active CN110749904B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911014518.XA CN110749904B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911014518.XA CN110749904B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110749904A CN110749904A (zh) 2020-02-04
CN110749904B true CN110749904B (zh) 2023-05-23

Family

ID=69279637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911014518.XA Active CN110749904B (zh) 2019-10-22 2019-10-22 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110749904B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640835A (zh) * 2020-05-10 2021-11-12 张勇虎 室内虚拟卫星导航定位方法、系统及装置
CN112698370A (zh) * 2020-12-15 2021-04-23 南京航空航天大学 一种基于虚拟轨道卫星的室内卫星导航定位方法
CN113534196B (zh) * 2021-07-05 2024-04-19 阳光学院 基于虚拟gnss信号的室内二维高精度定位方法及系统
CN115220066B (zh) * 2022-09-20 2023-04-11 中移(上海)信息通信科技有限公司 一种伪卫星编号设计方法、装置、设备和可读存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012007205A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Astrium Gmbh Versorgung von Bereichen mit eingeschränktem Empfang von GNSS-Navigationssignalen
JP2015068768A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 日本電気株式会社 測位システムと装置と方法並びにプログラム
CN104570005A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种用于隧道内的实时同步卫星导航信号模拟系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686924A (en) * 1995-05-30 1997-11-11 Trimble Navigation Limited Local-area position navigation system with fixed pseudolite reference transmitters
EP1798564B1 (en) * 1996-03-08 2011-10-26 Snaptrack, Inc. An improved GPS receiver utilizing satellite position information for compensating Doppler
CN101203771B (zh) * 2005-03-10 2011-08-17 电视广播有限公司 使用卫星信号进行隧道内定位的系统
CN104133221B (zh) * 2014-07-24 2016-10-12 中国人民解放军信息工程大学 一种基于通用接收机的伪卫星定位系统
CN106595667B (zh) * 2016-12-07 2019-04-26 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于互同步的室内伪卫星双点定位系统及方法
CN106980122A (zh) * 2017-04-07 2017-07-25 湖南国科防务电子科技有限公司 室内环境下卫星导航定位增强系统及方法
CN109031377B (zh) * 2018-07-05 2019-06-04 格星微电子科技成都有限公司 一种基于伪卫星的隧道内定位方法
CN109738927A (zh) * 2018-12-14 2019-05-10 湖南卫导信息科技有限公司 隧道内外导航信号连续定位系统和方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012007205A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Astrium Gmbh Versorgung von Bereichen mit eingeschränktem Empfang von GNSS-Navigationssignalen
JP2015068768A (ja) * 2013-09-30 2015-04-13 日本電気株式会社 測位システムと装置と方法並びにプログラム
CN104570005A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京理工雷科电子信息技术有限公司 一种用于隧道内的实时同步卫星导航信号模拟系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110749904A (zh) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110749904B (zh) 一种基于虚拟卫星的隧道内卫星导航信号增强方法
CN109061677B (zh) 利用低轨卫星进行星基导航增强的方法
AU663490B2 (en) Vehicle tracking system employing global positioning system (GPS) satellites
JPS6140578A (ja) 衛星を用いる航行システム
CN109100746A (zh) 一种基于转发节点的隧道定位系统及方法
CN103562741A (zh) 利用巡回接收器启用非gps、第二pn＆t信号表征本地误差的差分校正系统增强
US6138074A (en) Monitoring station location determination for a satellite navigation system
JPH06213992A (ja) 衛星をベースとするナビゲーションシステムにおいて位置推定の精度を改善する方法及び装置
CN101221233A (zh) 基于北斗卫星的伪卫星定位系统及其测量方法
CN110412629B (zh) 基于gnss信号模拟节点的定位方法及定位系统
CN104133221A (zh) 一种基于通用接收机的伪卫星定位系统
US7511667B2 (en) Precise local positioning systems using ground-based transmitters
US20210318451A1 (en) High-accuracy satellite positioning method, positioning terminal, and positioning system
CN116324511A (zh) 用于提供gnss校正的系统和方法
JP2006112822A (ja) 移動局、ｄｇｐｓ基準局、ｄｇｐｓセンター局、及びｄｇｐｓ測位システム
JPH0961509A (ja) Ｇｐｓ測量方法およびその装置
CN114002939B (zh) 一种实现透明转发卫星授时的方法和系统
KR20180032300A (ko) Dgnss 의사거리 보정정보 생성장치 및 그 방법
CN1864077B (zh) 地理和空间定位系统和方法
CN103278836B (zh) 基于两次转发体制的飞行器定位方法
KR20190130398A (ko) Gps 보정 데이터 제공 방법 및 시스템
Zhang et al. 3D digital track map-based GNSS NLOS signal analytical identification method
CN112698370A (zh) 一种基于虚拟轨道卫星的室内卫星导航定位方法
EP0100324B1 (en) A system for localizing laid cables or pipes
KR20130107784A (ko) 위성항법 보정시스템의 보정정보 처리 장치 및 그 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant