CN110824523A - 基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置 - Google Patents

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CN110824523A
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陈建平
刘鑫
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    • 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
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement

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Abstract

本发明提供了一种基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置，其特征在于：包括与卫GNSS卫星连接的GNSS接收机，GNSS接收机通过GNSS模拟器连接到GNSS转发控制器，GNSS转发控制器通过光纤与隧道内的若干GNSS转发器串联。GNSS接收机接收卫星的信号，GNSS模拟器模拟产生各GNSS转发器位置的卫星定位数据，通过GNSS控制器下发给各GNSS转发器，隧道内GNSS转发器将其转换为标准的GNSS卫星信号，列车和定位终端GNSS接收机收到模拟卫星信号，实现隧道内列车和人员的定位。本发明通过模拟卫星定位信号，实现列车、手持终端在隧道内依靠北斗、GPS卫星定位，不需要更改既有车辆和人员的卫星定位终端，为铁路GNSS卫星定位系统全域覆盖定位提供一种有效手段。

Description

基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置
技术领域
本发明涉及隧道定位系统领域，具体是一种基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置。
背景技术
全球卫星定位导航系统GNSS（包括中国北斗、美国GPS、俄罗斯GLONASS等）在铁路和轨道交通行业得到广泛应用，基于GNSS卫星定位的下一代列车控制、基于位置的列车调度指挥系统、铁路施工和维护系统都需要卫星定位的支撑。由于卫星定位信号在隧道、室内车站区域无法接收，目前常规室内定位技术如蓝牙、WiFi、UWB等和GNSS卫星定位技术相对独立，既有卫星定位（北斗、GPS）终端无法直接在隧道、室内定位，成为掣肘北斗在铁路和轨道交通推广应用。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置，通过模拟卫星定位信号，实现列车、手持终端在隧道内依靠北斗、GPS卫星定位，不需要更改既有车辆和人员的卫星定位终端，为铁路GNSS卫星定位系统全域覆盖定位提供一种有效手段。
本发明包括与卫GNSS卫星连接的GNSS接收机，GNSS接收机通过GNSS模拟器连接到GNSS转发控制器，GNSS转发控制器通过光纤与隧道内的若干GNSS转发器串联，GNSS接收机接收卫星的信号，获取精确定位，以及定位数据信息，GNSS模拟器根据接收机提供的信息，模拟产生各GNSS转发器位置的卫星定位数据，通过GNSS控制器下发给各GNSS转发器，隧道内GNSS转发器收到属于自己的卫星定位数据，转换为标准的GNSS卫星信号，列车和定位终端GNSS接收机收到转发器发射的模拟卫星信号，实现隧道内列车和人员的定位。
为提高列车在隧道内定位精度，所述的每个GNSS转发器均连接有雷达等测距装置，雷达等测距装置测量列车到GNSS转发器的距离，根据GNSS转发器的固定坐标和铁路固定路线，计算出列车实时坐标，转发器把列车实际坐标数据发送到GNSS模拟器，由模拟器计算出GNSS卫星定位修正数据，下发给隧道的GNSS转发器，这时列车收到实时修正的卫星定位信号，实现列车在隧道内的准确定位，定位精度可控制在10米以内。
进一步改进，所述的GNSS转发器输出频率为BD2-BI 1561.098MHz；GPS-L11575.42MHz；信号精度为伪距：±0.1m，速度：±0.01m/s；信号质量为杂散≤-40dB；谐波＜-60dB；相位噪声：＜-75dBc；通道数为8路。
本发明有益效果在于：
1、 实现隧道内北斗BDS和GPS信号覆盖和终端定位。
2、 隧道内BDS/GPS信号与隧道外保持同步，实现车辆和人员进入隧道后无缝切换和定位。
3、隧道内GNSS转发器根据安装位置，为其覆盖范围内提供模拟的卫星定位信号。
4、 转发器可同时提供BDS-B1和GPS-L1双频点，每频点可提供6路以上模拟卫星信号。
5、根据雷达探测的物体距离，实时改变转发器的定位信号，使车辆或人员的定位数据与物体实际位置数据保持一致，误差控制在10米内。
6、每个转发器覆盖范围独立控制，可同时跟踪和定位多个终端。
7、相邻转发器应采用不同卫星信号，防止多径干扰。
8、自动校准功能，当线路、器件老化等产生定位数据偏差，通过隧道内监测站上传误差信息给模拟器，进行自动修正。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明结构如图1所示，包括与卫GNSS卫星连接的GNSS接收机，GNSS接收机通过GNSS模拟器连接到GNSS转发控制器，GNSS转发控制器通过光纤与隧道内的若干GNSS转发器串联，GNSS接收机接收卫星的信号，获取精确定位，以及定位数据信息，GNSS模拟器根据接收机提供的信息，模拟产生各GNSS转发器位置的卫星定位数据，通过GNSS控制器下发给各GNSS转发器，隧道内GNSS转发器收到属于自己的卫星定位数据，转换为标准的GNSS卫星信号，列车和定位终端GNSS接收机收到转发器发射的模拟卫星信号，实现隧道内列车和人员的定位。
为提高列车在隧道内定位精度，所述的每个GNSS转发器均连接有雷达等测距装置，雷达等测距装置测量列车到GNSS转发器的距离，根据GNSS转发器的固定坐标和铁路固定路线，计算出列车实时坐标，转发器把列车实际坐标数据发送到GNSS模拟器，由模拟器计算出GNSS卫星定位修正数据，下发给隧道的GNSS转发器，这时列车收到实时修正的卫星定位信号，实现列车在隧道内的准确定位，定位精度可控制在10米以内。
进一步改进，所述的GNSS转发器输出频率为BD2-BI 1561.098MHz；GPS-L11575.42MHz；信号精度为伪距：±0.1m，速度：±0.01m/s；信号质量为杂散≤-40dB；谐波＜-60dB；相位噪声：＜-75dBc；通道数为8路。
本发明技术要点如下：
1、隧道内采用一组GNSS转发器重新还原卫星定位信号，保证列车和人员在隧道内通过GNSS定位接收机实现定位；
2、GNSS模拟器根据转发器的位置，可以产生多个模拟GNSS卫星定位数据信息，由对应GNSS转发器还原成标准的卫星定位信号；
3、GNSS控制器通过光纤将GNSS模拟器产生的数据转发到隧道内各转发器，同时把转发器请求数据传送给GNSS模拟器，同时对转发器进行控制和管理；
4、采用雷达等测距装置和转发器绑定，准确测量出车辆和人员的位置坐标，不断并将坐标信息传送到GNSS模拟器进行重新计算，由GNSS转发器发射不断更新的卫星定位信号，实现车辆和人员的准确定位；
5、隧道内的GNSS监测站，对转发器提供的卫星定位信号进行校正，保证定位信号准确性和安全性。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置，其特征在于：包括与卫GNSS卫星连接的GNSS接收机，GNSS接收机通过GNSS模拟器连接到GNSS转发控制器，GNSS转发控制器通过光纤与隧道内的若干GNSS转发器串联，GNSS接收机接收卫星的信号，获取精确定位，以及定位数据信息，GNSS模拟器根据接收机提供的信息，模拟产生各GNSS转发器位置的卫星定位数据，通过GNSS控制器下发给各GNSS转发器，隧道内GNSS转发器收到属于自己的卫星定位数据，转换为标准的GNSS卫星信号，列车和定位终端GNSS接收机收到转发器发射的模拟卫星信号，实现隧道内列车和人员的定位。
2.根据权利要求1所述的基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置，其特征在于：所述的每个GNSS转发器均连接有雷达等测距装置，雷达等测距装置测量列车到GNSS转发器的距离，根据GNSS转发器的固定坐标和铁路固定路线，计算出列车实时坐标，转发器把列车实际坐标数据发送到GNSS模拟器，由模拟器计算出GNSS卫星定位修正数据，下发给隧道的GNSS转发器，列车收到实时修正的卫星定位信号，实现列车在隧道内的准确定位。
3.根据权利要求1或2所述的基于全球卫星定位导航系统的隧道定位装置，其特征在于：所述的GNSS转发器输出频率为BD2-BI 1561.098MHz；GPS-L1 1575.42MHz；信号精度为伪距：±0.1m，速度：±0.01m/s；信号质量为杂散≤-40dB；谐波＜-60dB；相位噪声：＜-75dBc；通道数为8路。
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