CN111812690B - 一种盲动态的卫星导航信号生成方法和系统 - Google Patents

一种盲动态的卫星导航信号生成方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及卫星导航领域，公开一种盲动态的卫星导航信号生成方法，包括S1：根据时间、预设轨迹、卫星导航系统的卫星星历，生成预设轨迹可视卫星及对应的观测数据；S2：将所述可视卫星分组，对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移；S3：生成多组射频导航信号，并发射。还提供一种盲动态的卫星导航信号生成系统，通过本发明盲动态的卫星导航信号生成方法，在隧道或地下停车场等室内环境下，无需检测多个不同移动速度的导航接收机的位置、速度，各个导航接收机均可捕获到相应的射频导航信号，从而提供多个移动载体的连续导航定位服务，为智慧交通奠定了基础。

Description

一种盲动态的卫星导航信号生成方法和系统
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及一种盲动态的卫星导航信号生成方法和系统。
背景技术
由于遮挡，卫星导航系统在以隧道为典型代表的地下空间无法使用。为了使导航设备在隧道内仍然可以使用卫星导航信号，在隧道内栅格化安装导航信号增强装置，导航信号增强装置采用的原理，每个装置可根据设定位置或轨迹发射至少一个导航系统、至少4个通道的卫星导航信号，导航终端接收所述信号即可实现定位。通常导航信号增强装置需要与真实卫星导航系统保持时间同步、频率一致及导航电文基本相同，便于发射的导航信号被导航终端快速接收。但是由于导航终端相对导航信号增强装置存在相对运动，将会带来额外的多普勒频移，如果相对运动的速度较大，使多普勒频移超出了导航终端捕获或跟踪环路的频率范围，则会导致导航终端无法捕获或跟踪信号，也无法在多个导航信号增强装置之间进行快速切换，使用户体验下降。
目前常规的改进方法有两种：1）改进现有导航终端的多普勒捕获范围；2）获取载体相对导航信号发射设备的相对速度并进行多普勒补偿，见中国专利公开号CN107219535A，通过设置测距仪，测速仪等检测运动载体与导航信号发射设备之间的相对位置，速度，从而对该相对速度进行一个多普勒补偿，再生一个针对该运动载体适宜的导航信号，无法满足隧道等室内中多个运动载体同时经过需要的导航信号。但是这两种方法在操作上均存在困难，对于第一种方法而言，修改现有导航接收终端需要重新定型，并替换原有设备中的终端芯片等，周期长，难度大；对于第二种方法而言，获取相对速度需要额外增加设备，相当于每个运动载体都要对应一个导航信号发射设备，且多普勒补偿不适用于多载体。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种卫星导航系统信号无法覆盖或信号较弱无法提供可靠定位的区域内，提供一种盲动态的卫星导航信号生成方法及系统，可以实现地面的各种运动状态的现有导航终端对导航信号增强装置发射信号的快速接收，且无需改动接收设备。本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种盲动态的卫星导航信号生成方法，包括以下步骤：
S1：根据时间、预设轨迹、卫星导航系统的卫星星历，生成预设轨迹可视卫星及对应的观测数据；
S2：对预设轨迹可视卫星进行分组，对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移；
S3：生成多组射频导航信号，并发射。
进一步地，在步骤S2中，所述对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移包括调整基准频率或调整所述观测数据。
进一步地，在步骤S3之后还包括步骤S4：对所述射频导航信号进行间隔式通断发射。
进一步地，在步骤S1中，所述卫星导航系统至少包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS、IRNSS及SBAS中的一个；所述预设轨迹可以为静态，也可随时间发生变化；所述观测数据用于驱动射频导航信号的生成，至少包括伪距，还可包括伪距速度和/或伪距加速度和/或伪距加加速度。
进一步地，所述分组为对所述预设轨迹内的全部可视卫星复制N次，形成N组可视卫星，对每组可视卫星进行不同的频率偏移。
进一步地，所述的分组为对所述预设轨迹的部分可视卫星进行复制，所述的分组为对所述预设轨迹的部分可视卫星进行复制后分组，每组的可视卫星数量大于/等于4颗，且每组可视卫星的DOP值小于预设阈值，每一组内的可视卫星互不相同。
进一步地，所述的分组为对所述预设轨迹内的可视卫星任意组合，每组的可视卫星数量大于/等于4颗，且每组可视卫星的DOP值小于预设阈值。
进一步地，所述频率偏移大小及卫星分组的数量可根据常规导航终端的捕获跟踪性能、载体的动态范围确定。
进一步地，在步骤S4中，所述信号通断可通过调节发射功率或开闭信号方式，所述信号通断的时间可调节。
本发明还提供一种盲动态的卫星导航信号生成系统，包括，所述包括依次连接的时频基准单元、数仿单元、信号生成单元及发射单元，还包括一个可视卫星分组模块，所述可视卫星分组模块与数仿单元连接。
进一步地，所述还包括一个射频导航信号通断单元，所述射频导航信号通断单元与发射单元连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
采用对预设轨迹可视卫星进行分组操作，分别对不同组可视卫星进行频率偏移，可调整基准频率也可以调整观测数据，根据调整后的不同组别的基准频率或者不同组的观测数据，生成多组射频导航信号，并发射，满足各种不同速度的车辆载体进行导航定位，尤其是对交通领域，现有车辆导航终端无需进行任何修改，无需给用户增加任何硬件成本，均可以在室内进行导航定位，可以实现用户从导航信号良好区域到非导航信号覆盖的无缝导航定位，为智慧交通奠定了基础。
附图说明
图1为本发明一种实施例所示的方法流程示意图；
图2为本发明一种实施例所示的方法流程示意图；
图3为本发明一种实施例所示的可视卫星分组示意图；
图4为本发明一种实施例所示的可视卫星分组示意图；
图5为本发明一种实施例所示的可视卫星分组示意图；
图6为本发明一种实施例所示的系统结构示意图；
图7为本发明一种实施例所示的系统结构示意图；
图8为本发明一种实施例所示的系统结构示意图；
图9为本发明一种实施例所示的系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。图1所示本发明方法流程示意图，本发明提供一种盲动态的卫星导航信号生成方法，包括以下步骤：
S1：根据时间、预设轨迹、卫星导航系统的卫星星历，生成预设轨迹可视卫星及对应的观测数据；
S2：将所述预设轨迹可视卫星分组，对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移；
S3：生成多组射频导航信号，并发射。
在本发明中，根据预设的或者已知的时间、预设轨迹、卫星导航系统的卫星星历，可以获得在预设轨迹可视卫星及对应的观测数据。预设轨迹可以是单点的目标位置，也可以是带有速度的预设轨迹，由于本应用场景中，未知载体或导航接收机的速度，无法预知导航接收机在一定速度的移动情况下，是否能有效接收导航信号，则对预设轨迹可视卫星进行2个及以上分组，每组可视卫星的数量大于或等于4颗，对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移，根据调整生成不同组别的射频导航信号并发射，以补偿由于运动引入的多普勒，各组可视卫星生成的射频导航信号分别对应不同速度的导航接收机，即多个不同速度的导航接收机可以捕获相对应的射频导航信号进行导航定位。因此，本发明可以满足多个不同移动导航接收机的导航定位要求，无需测量各个不同移动导航接收机的位置及相对速度，适用于地下停车场、隧道、地下室等各种隐蔽环境下，提供连续导航定位功能，提高用户体验度，同时还可拓展各类导航服务，为智慧交通奠定基础。
具体的，本发明一实施例，在步骤S2中，所述对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移包括调整基准频率或调整所述观测数据。对各组的可视卫星进行不同的频率偏移，叠加不同频偏值，可以通过调整基准频率或调整所述观测数据，比如设定存在3个分组，选择其中一组加上频偏值df=0，一组减去△df，一组加上△df，△df根据大小可以根据需求设置；△df可以调整在各组信号生成的基准频率上，也可以调整在各组的观测数据上，使用调整后的的基准频率或观测数据生成多组射频导航信号，并发射。
如图2所示方法流程图，本发明另一实施例中，在步骤S3之后还包括步骤S4：对所述射频导航信号进行间隔式通断发射。通过间隔式通断播发，可以使得区域内的移动载体/导航接收机在无信号，收不到信号的情况下，扩大搜索范围，从而更容易在信号发射的时间内快速接收到该射频导航信号。
在本发明实施例中，在步骤S1中，所述卫星导航系统至少包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS、IRNSS及SBAS中的一种，本发明可根据各地的应用场景不一样，可以根据北斗、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS、IRNSS及SBAS中的任意一种或多种卫星星历生成所需的射频导航信号，以满足用户需求；所述观测数据用于驱动射频导航信号的生成，至少包括伪距，还可包括伪距速度，进一步还可包括伪距加速度和/或伪距加加速度。
优选的，在本发明实施例中，可视卫星分组为对所述预设轨迹的全部可视卫星复制N次，形成N组可视卫星，对每组可视卫星进行不同的频率偏移，如图3所示，比如可视卫星一共有6颗卫星，分别为01、02、03、04、05、06，将这6颗卫星复制为N组，如第一组命名为11、12、13、14、15、16，第二组命名为21、22、23、24、25、26，第N组命名为N1、N2、N3、N4、N5、N6。每组可视卫星都至少满足有4颗，以此类推，如果预设的可视卫星一共是4颗，则复制该4颗卫星即可，分组后，对各组的可视卫星进行不同的频率偏移，叠加不同频偏值△dfi(i = 1~N)，复制组数N和频率调整量△dfi是根据速度范围和/或导航接收机的捕获跟踪性能等因素确定；△dfi可以调整在各组的基准频率上，也可以调整在各组的观测数据上，对各组的基准频率或观测数据做一个相应调整，使用调整后的不同组的基准频率或不同组的观测数据生成多组射频导航信号，并发射。通常来讲，如果隧道内，限速90 km/h，则可以该限速为基础，比如第一组可视卫星适应0~30 km/h、第二组可视卫星适应30~60 km/h、第三组可视卫星适应60~90 km/h，还可以设置一组可视卫星适应90~120 km/h，总之，分组越多，可以速度的覆盖范围越广，可以适应多种速度下的导航接收机。同样适用于地停车场等室内环境下，多个不同速度的移动载体/车辆都能接受到对应的射频导航信号，获得导航定位服务。需要特别说明的是，本发明中实施例仅仅以常见的速度进行举例，其他速度均可以满足，都在本发明的权利要求范围内。
在本发明实施例中，可视卫星分组可以为对所述预设轨迹的部分可视卫星进行复制后分组，每组的可视卫星数量大于或等于4颗，每组卫星的DOP值小于预设阈值，每一组内的可视卫星互不相同。如图4所示，比如预设的可视卫星一共有7颗卫星，分别为01、02、03、04、05、06、07，则复制其中部分4颗可视卫星，命名为公共可视卫星：02、03、04、05，该4颗为公共可视卫星，当然也可以任意选一颗或多颗可视卫星为公共可视卫星，这组公共可视卫星可以与未复制的可视卫星进行组合，比如第一组，选用1颗未复制的可视卫星与公共可视卫星02、03、04搭配，可以构成第一组，如：11、02、03、04；也可以选02、03、04、16（图上未示出），也可以选用未复制的可视卫星与公共可视卫星03、04、05搭配，可以构成第二组，如：03、04、05、26；或者03、04、05、27（图上未示出），或其他组合，因为此实施例仅举例了7颗可视卫星，有可能12颗或16颗以上的可视卫星，以及根据组合原理，假设第N组为未复制的可视卫星与3颗公共可视卫星搭配，可以为02、03、04、N7或者其他的组合，只要满足每组至少4颗卫星即可，且非公共可视卫星只能出现一组中，不能重复出现在多组中。
同上述实施例一样，对可视卫星进行分组后，对每组可视卫星做不同的频率偏移，叠加不同频偏值，比如选择其中第一组加上频偏值△df1，第二组加上频偏值△df2，第N组加上频偏值△dfN，△dfi(i =1~N)根据速度范围等需要设置，可以调整在各组的基准频率上，也可以调整在各组的观测数据上，对各组的基准频率或观测数据做一个相应调整，使用调整后的不同组的基准频率或不同组的观测数据生成多组射频导航信号，并发射。
本发明实施例中，可视卫星分组根据所述预设轨迹可视卫星的任意组合，每组的可视卫星数量大于/等于4颗，且每组可视卫星的DOP值小于预设阈值。在可视卫星的分组情况中， DOP值越小，导航定位精度越高。例如，在本实施例中DOP的阈值定为6，则每组的可视卫星DOP都应该在6以内。此处举例仅作代表性说明，还可以举例1、2、3或者更为精确多个小数的DOP值，亦或者任意大于0的实数，都应该在本发明的权利要求范围内，同上述实施例一样，对可视卫星进行分组后，对每组可视卫星做不同的频率偏移，叠加不同频偏值比如选择其中第一组加上频偏值△df1，第二组加上频偏值△df2，第N组加上频偏值△dfN，△dfi(i = 1~N)根据速度范围等需要设置，可以调整在各组的基准频率上，也可以调整在各组的观测数据上，对各组的基准频率或观测数据做一个相应调整，使用调整后的不同组的基准频率或不同组的观测数据生成多组射频导航信号，并发射。
以上实施例中，各组可视卫星数量不一定相等，比如第一组为4颗可视卫星，第二组为5颗可视卫星，第三组为6颗可视卫星，或者第三组为4颗可视卫星，或者第N组为16颗可视卫星等，只要每组可视卫星数量大于或等于4颗即可。因此，通过本发明，各预设轨迹处，都有可能有多组射频导航信号，只是不同组射频导航信号对应不同速度的移动载体，导航接收机能根据4颗及以上可视卫星的观测数据获得导航位置信息，即导航定位服务。
在本发明实施例中，在不同时间，各个可视卫星的DOP也不相同，因此对于可视卫星的DOP的分组可以根据不同的时间来进行，又如预设轨迹也可以随着时间变化而变化，例如移动的海上舰船，或者移动的动车/列出/地铁上，都可以预设不同的可视卫星，移动载体上的导航接收机与可视卫星的DOP值不同，如在海上舰船/航空母舰上，对飞机的导航定位服务，或者各种送餐车，机修车的导航定位服务，以及在高铁/动车/地铁等列车上，各种有速度的餐车或者用户等的导航定位服务，通过本发明的实施方式，均可满足不论是静止的单点预设轨迹或者移动的预设轨迹，不论是静止状态还是移动状态下的载体导航接收机都能接收到射频导航信号进行定位，还可以拓展了类似交通救援，侦查、侦破案件、送餐、送件等各种服务。
在本发明实施例中，在步骤S4：对所述射频导航信号进行间隔式通断发射，所述射频导航信号的间隔式通断可通过调节发射功率或者开闭信号，暂停信号，恢复信号等方式实现，所述信号通断的时间可调节。调节信号发射功率的大小，或者开一下信号、关一下信号，或者暂停下信号、恢复下信号，还可以控制通断时间，功率大小的时间、开和关的时间均可以相同或者不同，只要满足能被载体或导航接收机快速获取到信号即可。如此，载体/导航接收机在无导航信号或者导航信号很弱的情况下，会主动增加导航信号搜索范围，反而能提高接收本发明的射频导航信号的能力，从而实现在室内的导航定位。在本发明中，间隔式通断发射信号可以是软件控制或者硬件模块控制，均在本发明保护范围内。
本发明还提供盲动态的卫星导航信号生成系统，包括，所述包括依次连接的时频基准单元、数仿单元、信号生成单元及发射单元，还包括一个可视卫星分组模块，所述数仿单元根据所述可视卫星分组模块的数据、时频基准单元的信息进行数仿，如图6所示，可视卫星分组模块与数仿单元连接，在另一实施例中，如图7所示，所述数仿单元包括可视卫星分组模块，可视卫星分组模块为数仿单元的一部分。，数仿单元根据时频基准单元提供的时频基准，以及可视卫星分组模块提供的不同组的可视卫星的信息，具体地，可根据不同组的基准频率或者不同组的观测数据，仿真预设轨迹射频导航信号的多组仿真数据，信号生成单元根据多组仿真数据生成多组射频导航信号，并通过发射单元进行发射，提供给多个导航接收机进行导航定位。以上实施例中，可视卫星分组模块可以是软件或者单独硬件模块，均在本发明保护范围内。本发明的盲动态的卫星导航信号生成系统，可以适用于隧道/地下车库/地下室等室内无卫星导航信号或者微弱的卫星导航信号环境下，对多个不同速度的移动载体提供连续导航定位服务。
如图8所示，本发明实施例中，还包括一个射频导航信号通断单元，所述射频导航信号通断单元与发射单元连接。射频导航信号的间隔式通断可通过调节发射功率或者开闭信号，包括暂停信号，恢复信号等方式实现，其间隔通断时间也是根据需要进行调节的。同理如上所述，如图9所示，当可视卫星分组单元与数仿单元为一体的时候，射频导航信号通断单元仍与发射单元连接，控制发射单元对射频导航信号的功率大小，或者信号开闭情况。在本发明中，射频导航信号通断单元可以是软件控制或者硬件模块控制发射单元，均在本发明保护范围内。如此，导航接收机在无导航信号或者导航信号很弱的情况下，会主动增加导航信号搜索范围，反而能提高接收本发明的射频导航信号能力，从而实现在各种室内环境下的导航定位。
综上，通过本发明采用对预设轨迹可视卫星进行分组操作，各组分别叠加不同的频偏，生成多组射频导航信号，并发射，不同速度的移动载体均可以捕获到相应的射频导航信号，满足各种不同速度的移动载体进行导航定位，尤其是对交通领域，现有车辆导航终端无需进行任何修改，无需给用户增加任何硬件成本，均可以在室内进行导航定位，可以实现用户从导航信号良好区域到非导航信号覆盖的无缝导航定位，为智慧交通奠定了基础。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据时间、预设轨迹、卫星导航系统的卫星星历，生成预设轨迹可视卫星及对应的观测数据；
S2：将所述预设轨迹可视卫星分组，对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移；
S3：生成多组射频导航信号，并发射。
2.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，在步骤S2中，所述对每一组可视卫星叠加不同的频率偏移包括调整基准频率或调整所述观测数据。
3.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，在步骤S3之后还包括步骤S4：对所述射频导航信号进行间隔式通断发射。
4.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，在步骤S1中，所述卫星导航系统至少包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo、QZSS、IRNSS及SBAS中的一种；所述观测数据至少包括伪距、和/或包括伪距速度、和/或包括伪距加速度和/或伪距加加速度。
5.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，所述分组为对所述预设轨迹内的全部可视卫星复制N次，形成N组可视卫星，对每组可视卫星进行不同的频率偏移。
6.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，所述的分组为对所述预设轨迹的部分可视卫星进行复制后分组，每组的可视卫星数量大于/等于4颗，且每组可视卫星的DOP值小于预设阈值，每一组内的可视卫星互不相同。
7.根据权利要求1所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，所述的分组为对所述预设轨迹内的可视卫星任意组合，每组的可视卫星数量大于/等于4颗，且每组可视卫星的DOP值小于预设阈值。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，所述频率偏移的大小及所述预设轨迹可视卫星分组的数量可根据导航接收机的捕获跟踪性能、载体的动态范围确定。
9.根据权利要求3所述的盲动态的卫星导航信号生成方法，其特征在于，在步骤S4中，所述信号通断可通过调节发射功率或开闭信号方式，所述信号通断的时间可调节。
10.一种盲动态的卫星导航信号生成系统，包括依次连接的时频基准单元、数仿单元、信号生成单元及发射单元，其特征在于，还包括一个可视卫星分组模块，所述数仿单元根据所述可视卫星分组模块的数据、时频基准单元的信息进行数仿，所述可视卫星分组模块与数仿单元连接，或者所述数仿单元包括可视卫星分组模块。
11.根据权利要求10所述的盲动态的卫星导航信号生成系统，其特征在于，还包括一个射频导航信号通断单元，所述射频导航信号通断单元与发射单元连接。
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