CN111366958B - 一种高可用性的差分增强装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高可用性的差分增强装置，包括卫星导航天线、若干基准接收机模块、差分修正量生成模块、定位误差分析模块、配置模块和通信模块，通过多个接收机接收卫星信号，每个接收机利用其它接收机生成的差分修正量，生成差分定位结果及定位误差；再将定位误差与误差阈值进行比较，通过遴选规则，确定最终可用的接收机集合，生成最终的差分修正量。本发明通过多个接收机之间对各自产生的差分修正量进行差分定位误差校验，排除可能存在故障的接收机，选择出可用接收机集合，并生成最终的差分修正量增强信息。在个别接收机存在故障的情况下，仍然能够提供差分增强服务，并能够保证系统的定位精度。

Description

一种高可用性的差分增强装置
技术领域
本发明属于卫星导航技术领域，尤其是涉及一种高可用性的差分增强装置，属于地基增强系统的地面设备。
背景技术
差分定位技术是利用设置在坐标已知点（基准站设备）上测定的测量定位误差，来提高在一定范围内其它设备（移动站设备）的定位精度。利用基准站设备测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，移动站设备改正其观测值或定位结果。差分定位系统的构成如图1所示。
可用性是指设备或装置在能够满足特定条件的状态下运行时间占总时间的百分比，对于差分增强装置而言，可用性考核的是在满足定位精度的条件下的连续工作能力。现有技术中的差分增强装置的可用性不佳，急需一种高可用性的差分增强装置为移动设备提供差分增强服务。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高可用性的差分增强装置，通过核心组件的冗余设计、反向校验机制等方法，当某组件出现故障时能够及时将其排除，保证了其提供服务的可用性，从而使得移动端的定位精度不受影响。
本方案的核心思想是：通过多个接收机接收卫星信号，每个接收机利用其它接收机生成的差分修正量，生成差分定位结果及定位误差；再将定位误差与误差阈值进行比较，通过遴选规则，确定最终可用的接收机集合，生成最终的差分修正量。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高可用性的差分增强装置，包括：
若干基准接收机模块，每个基准接收机模块与一个卫星导航天线相连，卫星导航天线用于接收卫星信号；基准接收机模块用于根据卫星信号获取卫星观测量信息；其中，所述基准接收机模块的数量大于等于3；
配置模块，用于存储接收机的基准位置信息和预设的误差阈值；
差分修正量生成模块，用于接收所述卫星观测量信息，并结合所述配置模块存储的接收机基准位置信息，生成相应的差分修正量；
定位误差分析模块，结合所述卫星观测量信息与所述差分修正量进行差分定位解算，并将得到的定位误差与所述误差阈值进行比较，阈值范围内的若干基准接收机模块构成可用接收机集合，再交由所述差分修正量生成模块生成最终差分修正量信息；
通信模块，提供无线或有线的通信方式，输出端与天线或外部通信设备相连，输入端与所述差分修正量生成模块相连用于广播最终差分修正量信息。
进一步的，所述定位误差分析模块获得可用接收机集合的方法，包括如下步骤：
基准接收机模块的数量为n，通过所述差分修正量生成模块生成的差分修正量的个数也为n，则每个接收机生成n个差分定位结果，将n个接收机生成的n*n个差分定位结果形成差分定位矩阵，差分定位矩阵中的第i行的第j列的数据表示第i个接收机原始的卫星观测量信息与第j个接收机产生的差分修正量运算生成的差分定位结果；
将差分定位矩阵中的每一行数据与相应接收机的基准位置信息做差，即得到定位误差矩阵：再将定位误差矩阵中的每一项与误差阈值进行比较，若超出阈值则认为定位结果超限，排除相应接收机，得到可用接收机集合；
判断可用接收机集合是否为空，若可用接收机集合为空，则采用降级策略，保留最小的超限值对应的接收机，得到可用接收机集合。
进一步的，所述差分修正量生成模块生成最终差分修正量信息的方法为：将所述定位误差分析模块获得的可用接收机集合中所有接收机的差分修正量相加后求平均值，得到最终差分修正量信息。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
（1）本发明的差分定位增强装置，通过多个接收机之间对各自产生的差分修正量进行差分定位误差校验，排除可能存在故障的接收机，选择出可用接收机集合，并生成最终的差分修正量增强信息。该装置在个别接收机存在故障的情况下，仍然能够提供差分增强服务，并能够保证系统的定位精度。
（2）本发明在无法选择出可用接收机集合的情况下，通过降级策略仍然能够选择出最优的接收机集合，从而保证了该差分定位增强装置具备高可用性的性能指标。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为差分定位系统示意图；
图2为本发明实施例所述高可用性的差分增强装置的内部模块关系图；
图3为本发明实施例所述高可用性的差分增强装置的工作流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明为了提高差分定位系统的可用性，通过多个接收机的冗余设计，并且通过多个接收机之间相互校验定位误差来选出最优的接收机集合，再求平均值，从而获得高可用性性能指标。具体的，安装了多个接收机及卫星导航天线（大于等于3个）。每个接收机利用其它接收机生成的差分修正量，生成差分定位结果及定位误差。将定位误差与误差阈值进行比较，通过遴选规则，确定最终可用的接收机集合，生成最终的差分修正量。
具体的，本发明实施例提出的高可用性的差分增强装置，包括：卫星导航天线、基准接收机模块、差分修正量生成模块、定位误差分析模块、配置模块、通信模块，如图2所示。
若干基准接收机模块，每个基准接收机模块与一个卫星导航天线相连，卫星导航天线用于接收卫星信号；基准接收机模块用于完成卫星信号的跟踪、测量等，生成卫星测量量、星历等卫星观测量信息；
其中，本实施例中基准接收机模块的数量应大于等于3，这样当其中一个基准接收机模块出现故障时，可以通过另外多个基准接收机模块进行检验和排除；
配置模块，用于存储卫星导航天线的基准位置信息、预设的误差阈值等参数信息；
差分修正量生成模块，用于接收所述基准接收机模块的卫星观测量信息，并结合所述配置模块存储的接收机基准位置信息，生成相应的差分修正量；
定位误差分析模块，结合所述基准接收机模块的卫星观测量信息与所述差分修正量生成模块的差分修正量进行差分定位解算，并将得到的定位误差与所述配置模块存储的误差阈值进行比较，选择满足误差阈值的基准接收机模块，最终生成可用接收机集合，并交由所述差分修正量生成模块生成最终的差分修正量信息；
通信模块，提供无线或有线的通信方式，输出端与天线或外部通信设备相连，输入端与所述差分修正量生成模块相连，为移动设备提供差分增强服务。
其中，所述定位误差分析模块最终生成可用接收机集合，假设该差分增强装置中的使用的接收机数量为n，则通过差分修正量生成模块后生成的差分修正量的个数也为n，这样利用这些差分修正量信息每个接收机就可以生成n个差分定位结果，所以n个接收机一共可以生成n*n个差分定位结果，用如下差分定位矩阵表示：
Figure 263073DEST_PATH_IMAGE001
其中，aij表示第i个接收机的原始观测量与第j个接收机产生的差分修正量运算生成的差分定位结果。将差分定位矩阵中的每一行与相应接收机的基准位置做差，即得到如下定位误差矩阵：
Figure 546287DEST_PATH_IMAGE002
将定位误差矩阵中的每一项Δij与误差阈值进行比较，若超出阈值则认为定位结果超限，则将第i个和第j个接收机从可用接收机集合中排除。
若最后可用接收机集合为空，则采用降级策略，保留最小的超限Δij对应的接收机，得到可用接收机集合。
最后将可用接收机集合中接收机的差分修正量进行平均，作为最终的差分修正量增强信息。
装置使用前的准备工作：
将基准接收机模块的位置信息、定位误差阈值通过上位机写入本装置的配置模块的存储介质上，阈值的大小决定了该装置能够提供的定位精度。
选择所需的通信模块并连接相应的通信天线，或通过有线的方式连接外部通信设备，用于广播差分修正量信息，为移动站提供地基增强服务。
本方案的增强装置的工作流程如下：
1、装置上电，基准接收机模块通过卫星导航天线接收卫星信号，并开始生成测量量、星历等观测量信息。
2、差分修正量生成模块接收观测量信息，结合配置模块存储的接收机基准位置信息，生成差分修正量。
3、定位误差分析模块结合观测量信息和差分修正量信息进行差分定位解算，生成差分定位结果矩阵。然后，结合配置模块存储的接收机基准位置信息，生成定位误差。
4、将定位误差与配置模块存储的误差阈值进行比较，生成可用接收机集合。
5、判断可用接收机集合中接收机个数，若接收机个数小于1，则进行降级处理，直至可用接收机集合中至少包含一个接收机。
6、将可用接收机集合中接收机的差分修正量相加后平均，即获得最终的差分修正量增强信息。
7、将最终的差分修正量增强信息交由通信模块进行广播。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高可用性的差分增强装置，其特征在于，包括：
若干基准接收机模块，每个基准接收机模块与一个卫星导航天线相连，卫星导航天线用于接收卫星信号；基准接收机模块用于根据卫星信号获取卫星观测量信息；其中，所述基准接收机模块的数量大于等于3；
配置模块，用于存储接收机的基准位置信息和预设的误差阈值；
差分修正量生成模块，用于接收所述卫星观测量信息，并结合所述配置模块存储的接收机基准位置信息，生成相应的差分修正量；
定位误差分析模块，结合所述卫星观测量信息与所述差分修正量进行差分定位解算，并将得到的定位误差与所述误差阈值进行比较，阈值范围内的若干基准接收机模块构成可用接收机集合，再交由所述差分修正量生成模块生成最终差分修正量信息；
通信模块，提供无线或有线的通信方式，输出端与天线或外部通信设备相连，输入端与所述差分修正量生成模块相连，用于广播最终差分修正量信息；
所述定位误差分析模块获得可用接收机集合的方法，包括如下步骤：
基准接收机模块的数量为n，通过所述差分修正量生成模块生成的差分修正量的个数也为n，则每个接收机生成n个差分定位结果，将n个接收机生成的n*n个差分定位结果形成差分定位矩阵，差分定位矩阵中的第i行的第j列的数据表示第i个接收机原始的卫星观测量信息与第j个接收机产生的差分修正量运算生成的差分定位结果；
将差分定位矩阵中的每一行数据与相应接收机的基准位置信息做差，即得到定位误差矩阵：再将定位误差矩阵中的每一项与误差阈值进行比较，若超出阈值则认为定位结果超限，排除相应接收机，得到可用接收机集合；
判断可用接收机集合是否为空，若可用接收机集合为空，则采用降级策略，保留最小的超限值对应的接收机，得到可用接收机集合。
2.根据权利要求1所述的一种高可用性的差分增强装置，其特征在于：所述差分修正量生成模块生成最终差分修正量信息的方法为：
将所述定位误差分析模块获得的可用接收机集合中所有接收机的差分修正量相加后求平均值，得到最终差分修正量信息。
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