CN111060929A - 基于pxi可扩展的连续运行参考站以及gnss地基增强系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于全球导航卫星系统技术领域，提供了一种基于PXI可扩展的连续运行参考站以及GNSS地基增强系统，连续运行参考站包括：机箱以及，在机箱中的主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡；电源管理板卡用于提供直流电源；主控数据处理板卡通过GNSS板卡收集观测数据，通过光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡传输数据，并对光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及GNSS板卡进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。本发明中，将各设备集成在机箱中，能够减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。

Description

基于PXI可扩展的连续运行参考站以及GNSS地基增强系统
技术领域
本发明属于全球导航卫星系统技术领域，尤其涉及一种基于PXI可扩展的连续运行参考站以及GNSS地基增强系统。
背景技术
目前国内智能驾驶、无人机、精准农业、物联网等平台建设正在如火如荼的开展，各类系统应用都离不开精确的空间地理位置信息。能否及时准确地获得空间位置信息是一个城市能否有效提升管理水平的关键，而连续运行的卫星定位服务系统正是提供空间位置信息的重要基础设施，不仅是静态的，而且是动态的、全天候的、实时的、高精度的。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)地基增强系统是区域或城市空间数据基础设施的重要组成部分。连续运行参考站(Continuously Operating ReferenceStationS，CORS)的稳定性是差分定位服务的关键。
传统CORS参考站系统的核心是接收机，还包括各种网络设备以及不间断电源(Uninterruptible Power System，UPS)设备。接收机中基集成高精度定板卡(即GNSS板卡)，同时具有数据处理和现实控制功能。外围设备主要是供通信和供电。CORS参考站要保证7*24h不间断工作、收取卫星观测数据良好、输出上传网络正常，出现故障之后维修迅速。参考站系统不间断无故障运行对各个节点的稳定可靠直接相关。因此UPS电源需要给所有的设备供电，市电断了可以继续保持供电。各个设备的供电方式有差别，有的是直流有的是交流，需要用逆变器输出交流给交流供电的设备供电。
接收机不能直接接入光纤，需要用到光纤收发器，转网口之后方能接入。也不兼容4G无线网络，需要采用外部4G路由器设备。由于网络设备的增加由又需要添加交换机，实现局域网交互。于是这种CORS参考站系统会变得比较复杂，设备较多且都是独立供电运行，设备间级联复杂，暂用空间大，故障点多，不好管理。
传统CORS参考站系统设备级联较为复杂，也存在很多冗余的设备，通常为了满足一个接口转换的功能要增加一个独立设备，既占据空间也增加了成本，每个单独的设备都需要外接电源适配器，需要用结构件固定在机箱或者机柜里面，对统一管理更加困难。
传统CORS接收机中GNSS板卡单一。CORS参考站接收机通常集成一块GNSS板卡，主要完成卫星导航原始观测数据的接收，并形成观测量，由数据处理单元处理后通过网络上传到数据处理中心。而一块GNSS板卡有数据质量完好性上有缺陷。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于PXI(Peripheral Component Interconnectextensions forInstrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)可扩展的连续运行参考站以及GNSS地基增强系统，旨在解决现有技术的由于为了满足一个接口转换的功能要增加一个独立设备造成设备冗余、成本增加的问题。
一种基于PXI可扩展的连续运行参考站，包括：机箱以及在所述机箱中的主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡；
所述电源管理板卡用于提供直流电源；
所述主控数据处理板卡通过所述GNSS板卡收集观测数据，通过所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡传输数据，并对所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。
优选地，所述机箱为标准3U的PXI机箱。
优选地，所述主控数据处理板卡、所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡可以进行热插拔替换。
优选地，所述连续运行参考站还包括以太网交换机电路，设置在所述PXI机箱的背板上。
优选地，所述连续运行参考站包括射频功分板卡，集成在所述机箱中，用于将GNSS天线的信号分成多路给至少两个所述GNSS板卡。
优选地，所述连续运行参考站包括3个GNSS板卡，所述射频功分板卡将所述GNSS天线的信号分成3路给3个所述GNSS板卡。
优选地，所述连续运行参考站还包括时钟功分板卡，集成在所述机箱中，用于将外部高精度参考时钟进行分路给至少两个所述GNSS板卡。
优选地，所述连续运行参考站还包括稳压电路板卡，集成在所述机箱中，用于实现交流转直流以提供电源。
优选地，所述连续运行参考站还包括电池设备，固定于所述机箱的插槽内，外部供电切断时自动切换到所述电池设备供电。
优选地，所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、以及所述GNSS板卡均通过本地局域网进行通信。
优选地，所述光纤接入板卡的光纤口、所述无线或有线网口板卡的有线网口和无线网口均以网络外设的方式受所述主控数据处理板卡的管理。
本发明还提供一种GNSS地基增强系统，包括连续运行参考站、GNSS卫星、数据处理中心以及用户终端；
所述连续运行参考站完成卫星导航信号的接收、存储和处理，并通过网络上传到所述数据处理中心，所述数据处理中心通过算法形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，通过互联网分发给所述用户终端；
所述连续运行参考站包括：机箱以及在所述机箱中的主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡；
所述电源管理板卡用于提供直流电源；
所述主控数据处理板卡通过所述GNSS板卡收集观测数据，通过所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡传输数据，并对所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。
本发明实施例中，将主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡集成在机箱中，不需要外接网络或者电源设备，减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的一种基于PXI可扩展的连续运行参考站的组成框架示意图；
图2为本发明第一实施例提供的一种基于PXI可扩展的连续运行参考站的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的一种GNSS地基增强系统的结构示意图。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，一种基于PXI可扩展的连续运行参考站，包括：机箱以及在所述机箱中的主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡；所述电源管理板卡用于提供直流电源；所述主控数据处理板卡通过所述GNSS板卡收集观测数据，通过所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡传输数据，并对所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一：
图1为本发明第一实施例提供的一种基于PXI可扩展的连续运行参考站的组成框架示意图，图2示出了本发明第一实施例提供的一种基于PXI可扩展的连续运行参考站的结构示意图。该连续运行参考站包括：机箱10以及在所述机箱10中的主控数据处理板卡11、光纤接入板卡12、无线或有线网口板卡13、防火墙处理板卡14、电源管理板卡15以及至少两个GNSS板卡16、17。
该连续运行参考站中各个设备模块化设计，将接收机设备、交换机设备、光纤收发器设备、防火墙设备、通信设备、稳压电源设备、电池设备等7个设备分别用独立的嵌入式硬件板卡来实现，如主控数据处理板卡11上集成有接收机设备，光纤接入板卡12上集成有光纤收发器设备，无线或有线网口板卡13上集成有通信设备等。本实施例根据实际应用需求研发功能和结构尺寸均是最优的专用嵌入式板卡，分别实现交换机、路由器、光纤收发器等设备的主要功能，集成在机箱中，不需要外接网络或者电源设备，减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。
所述电源管理板卡15用于提供直流电源。具体地，电源管理板卡15实现电池充放电管理，为连续运行参考站各个板卡提供各种直流电源。同时可接收外部直流电源输入为连续运行参考站供电。电源管理板卡15还支持对外输出直流，以为扩展设备供电。
在本实施例中，主控数据处理板卡11为连续运行参考站核心。所述光纤接入板卡12的光纤口、所述无线或有线网口板卡13的有线网口和无线网口均以网络外设的方式受所述主控数据处理板卡11的管理，以保证通信链路的畅通。无线网口用于接收3G、4G等无线信号。所述主控数据处理板卡11用于完成全球导航卫星系统板卡原始观测数据的收集、存储和处理，并将处理后的观测数据通过所述光纤接入板卡或所述无线或有线网口板卡上传至数据处理中心。
所述主控数据处理板卡11通过所述GNSS板卡16、17收集观测数据，通过所述光纤接入板卡12、所述无线或有线网口板卡13、所述防火墙处理板卡14传输数据，并对所述光纤接入板卡12、所述无线或有线网口板卡13、所述防火墙处理板卡14、所述电源管理板卡15以及所述GNSS板卡16、17进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。
本实施例中，将主控数据处理板卡11、光纤接入板卡12、无线或有线网口板卡13、防火墙处理板卡14、电源管理板卡15以及至少两个GNSS板卡16、17集成在机箱中，不需要外接网络或者电源设备，减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。
在本实施例的一个优选方案中，机箱10为标准3U的PXI机箱，机架安装，方便携带运输。机箱10的，在本发明其他实施方式中，用户可以根据需要设置机箱10的尺寸，在此不作限制。所述主控数据处理板卡11、所述光纤接入板卡12、所述无线或有线网口板卡13、所述电源管理板卡15以及所述GNSS板卡16、17可以进行热插拔替换。由于机箱10采用标准3U的PXI机箱，对于单个功能模块的方便维修，不需要替换整个设备。
所述连续运行参考站还包括以太网交换机电路18，设置在所述PXI机箱10的背板上。光纤接入板卡12、无线或有线网口板卡13、防火墙处理板卡14、GNSS板卡16、17均通过本地局域网进行通信，利用PXI机箱10背板上的以太网交换机电路18实现。
所述连续运行参考站包括射频功分板卡19，集成在所述机箱10中，用于将GNSS天线的信号分成多路给至少两个所述GNSS板卡16、17，保证各个GNSS板卡16、17接收信号的同源性。
所述连续运行参考站可以包括3个GNSS板卡16、17、20，所述射频功分板卡19将所述GNSS天线的信号分成3路给3个所述GNSS板卡16、17、20。主控数据处理板卡11完成3个GNSS板卡原始观测数据的收集和存储，同时将收集的数据进行处理，将处理之后的观测数据通过有线网络或者光纤网络或无线网络上传到数据处理中心。该连续运行参考站还可以包括多个GNSS板卡。硬件上集成3个GNSS板卡，为3个GNSS板卡同时运行提供基础，主控数据处理板卡11上运行GNSS观测数据处理算法，对3个GNSS板卡的观测数据进行分析和筛选，将各个GNSS卫星导航系统最优的观测量上传到数据处理中心，为差分服务数据质量的完好性提供基础。
所述连续运行参考站还包括时钟功分板卡21，集成在所述机箱10中，用于将外部高精度参考时钟进行分路给至少两个所述GNSS板卡，实现GNSS板卡的授时同步。连续运行参考站有3个甚至多个GNSS板卡时，时钟功分板卡21将外部高精度参考时钟分成多路给多个GNSS板卡，以保证该多个GNSS板卡授时同步。
所述连续运行参考站还包括稳压电路板卡22，集成在所述机箱10中，用于实现交流转直流以提供电源。稳压电路板卡22通过将交流转换成直流，为连续运行参考站供电。
所述连续运行参考站还包括电池设备23，固定于所述机箱的插槽内，外部供电切断时自动切换到所述电池设备23供电。该电池设备23可以根据用户需要定制，在此不作限制。
在其他实施例中，参见图2，连接光纤线缆的光纤口、连接网线的有线网口以及连接天线的无线网口也可以集成在1个板卡上，直流稳压电源也可以设置两个，分别集成在不同的专用嵌入式板卡上。
本实施例中，将主控数据处理板卡11、光纤接入板卡12、无线或有线网口板卡13、防火墙处理板卡14、电源管理板卡15以及至少两个GNSS板卡16、17集成在机箱中，不需要外接网络或者电源设备，减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。
其次，采用标准3U的PXI机箱，机架安装，各个板卡可以进行热插拔替换。
再者，硬件上集成3块GNSS板卡，为3块GNSS板卡同时运行提供基础，主控数据处理板卡11上运行GNSS观测数据处理算法，对3块GNSS板卡的观测数据进行分析和筛选，将各个GNSS卫星导航系统最优的观测量上传到数据处理中心，为差分服务数据质量的完好性提供基础。
第四，硬件上集成射频功分板卡，将GNSS天线的信号分成3路给3块GNSS板卡，保证3块GNSS板卡接收信号的同源性。
第五，硬件上集成时钟功分板卡，可以将外部高精度参考时钟进行分路再给3块GNSS板卡，用于实现3块GNSS板卡的授时同步。
实施例二：
如图3所示，为本发明第二实施例提供的一种GNSS地基增强系统的结构示意图，该GNSS地基增强系统包括：连续运行参考站、GNSS卫星、数据处理中心以及用户终端，该连续运行参考站的具体结构及工作原理可参照前述实施例一的描述，此处不再赘述。
CORS参考站类似于移动通信基站，需要按照一定的网格在各地部署。所述连续运行参考站完成卫星导航信号的接收、存储和处理，并通过网络上传到所述数据处理中心或者云平台。具体可以通过专线网络或者无线网络将观测数据上传到数据处理中心或者云平台。所述数据处理中心通过算法形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，通过互联网分发给所述用户终端。具体数据处理中心通过实时动态差分(networkreal-time kinematic，NRTK)算法形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，通过有线网或2G/3G/网络分发给用户终端。
本实施例中，将主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡集成在机箱中，不需要外接网络或者电源设备，减少系统功耗，降低成本，简化系统，减少故障点。
其次，采用标准3U的PXI机箱，机架安装，各个板卡可以进行热插拔替换。
再者，硬件上集成3块GNSS板卡，为3块GNSS板卡同时运行提供基础，主控数据处理板卡上运行GNSS观测数据处理算法，对3块GNSS板卡的观测数据进行分析和筛选，将各个GNSS卫星导航系统最优的观测量上传到数据处理中心，为差分服务数据质量的完好性提供基础。
第四，硬件上集成射频功分板卡，将GNSS天线的信号分成3路给3块GNSS板卡，保证3块GNSS板卡接收信号的同源性。
第五，硬件上集成时钟功分板卡，可以将外部高精度参考时钟进行分路再给3块GNSS板卡，用于实现3块GNSS板卡的授时同步。
专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种基于PXI可扩展的连续运行参考站，其特征在于，包括：机箱以及，在所述机箱中的主控数据处理板卡、光纤接入板卡、无线或有线网口板卡、防火墙处理板卡、电源管理板卡以及至少两个GNSS板卡；
所述电源管理板卡用于提供直流电源；
所述主控数据处理板卡通过所述GNSS板卡收集观测数据，通过所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡传输数据，并对所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡进行实现控制和状态监控，并对异常状态进行上报。
2.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述机箱为标准3U的PXI机箱。
3.根据权利要求2所述的连续运行参考站，其特征在于，所述主控数据处理板卡、所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述电源管理板卡以及所述GNSS板卡可以进行热插拔替换。
4.根据权利要求2所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站还包括以太网交换机电路，设置在所述PXI机箱的背板上。
5.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站包括射频功分板卡，集成在所述机箱中，用于将GNSS天线的信号分成多路给至少两个所述GNSS板卡。
6.根据权利要求5所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站包括3个GNSS板卡，所述射频功分板卡，集成在所述机箱中，用于将所述GNSS天线的信号分成3路给3个所述GNSS板卡。
7.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站还包括时钟功分板卡，集成在所述机箱中，用于将外部高精度参考时钟进行分路给至少两个所述GNSS板卡。
8.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站还包括稳压电路板卡，集成在所述机箱中，用于实现交流转直流以提供电源。
9.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述连续运行参考站还包括电池设备，固定于所述机箱的插槽内，外部供电切断时自动切换到所述电池设备供电。
10.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述光纤接入板卡、所述无线或有线网口板卡、所述防火墙处理板卡、以及所述GNSS板卡均通过本地局域网进行通信。
11.根据权利要求1所述的连续运行参考站，其特征在于，所述光纤接入板卡的光纤口、所述无线或有线网口板卡的有线网口和无线网口均以网络外设的方式受所述主控数据处理板卡的管理。
12.一种GNSS地基增强系统，其特征在于，所述GNSS地基增强系统包括如权利要求1-11所述的连续运行参考站、GNSS卫星、数据处理中心以及用户终端；
所述连续运行参考站完成卫星导航信号的接收、存储和处理，并通过网络上传到所述数据处理中心，所述数据处理中心通过算法形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，通过互联网分发给所述用户终端。
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