CN113514859A - 基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置、方法及共享单车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及共享单车维护设备领域，特别涉及一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置、方法及共享单车，其中，装置包括电路板，及设于电路板上的定位模块，所述定位模块包含用于接收北斗卫星信号进行位置坐标标定的定向天线、与定向天线连接用于捕获跟踪定向天线位置坐标的定位芯片，及与定位芯片连接用于位置坐标转换的单片机；所述定向天线包含放置于不同位置的至少两个卫星定向天线，每个卫星定向天线均连接有一个定位芯片，其中，定位芯片之间设置用于同步定位的相同时频基准。本实用新方法及共享单车方案中采用双天线双模组且采用时频同步基准进行定向，降低卫星测向在共享电单车场景下应用成本，提升定向稳定度，保障市民出行安全。
Description
技术领域
本发明涉及共享单车维护设备领域，特别涉及一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置、方法及共享单车。
背景技术
当前我国共享经济蓬勃发展，其中，共享电单车满足大众3～8公里的出行，具备便捷低碳的特点，年投放量不断增长，但共享单车、共享电单车的乱停乱放，严重影响了市容市貌。因此，行业内出现了基于卫星定位电子围栏的方法来规范停车行为，但停到电子围栏的车辆仍存在停放角度不一致，造成摆放不整齐等问题，行业内也存在基于卫星单天线定向、惯导器件、地磁传感器或卫星双天线RTK测向等装置来解决该问题，但这些装置或方法往往成本较高且受环境干扰，特别是短暂电磁干扰严重的缺点，进而影响其在共享单车上的运用实施。
发明内容
为此，本发明提供一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置、方法及共享单车，结构简单，设计科学、合理，提升市民出行安全。
按照本发明所提供的设计方案，一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，包括电路板，及设于电路板上的定位模块，所述定位模块包含用于接收北斗卫星信号进行位置坐标标定的定向天线、与定向天线连接用于捕获跟踪定向天线位置坐标的定位芯片，及与定位芯片连接用于位置坐标转换的单片机；所述定向天线包含放置于不同位置的至少两个卫星定向天线，每个卫星定向天线均连接有一个定位芯片，其中，定位芯片之间设置用于同步定位的相同时频基准。
作为本发明基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，进一步地，所述电路板上还设置有用于单片机与外界设备通信的通信模组。
作为本发明基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，进一步地，所述通信模组为NB-IoT或4G cat1无线网络通信模块。
作为本发明基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，进一步地，所述定位芯片采用集成射频收发器和基带处理器的集成芯片。
进一步地，本发明还提供一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，基于上述的装置实现，该实现过程包含如下内容：
卫星定向天线接收北斗卫星播发的B1I和B2A卫星信号，通过射频电缆把以B1I及B2A为中心频点、以相应带宽滤波放大的信号传送至定位芯片；
定位芯片分别利用对应卫星定向天线传送的卫星信号，采用相同时钟频率信号捕获跟踪处理载波环及码环，并采用相同时标信号对载波环和码环的观测量进行采样，获取空间直角坐标系下不同天线位置坐标；
单片机对不同天线位置坐标进行坐标系转换来获取统一坐标系下的定向数据。
作为本发明基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，进一步地，每个定位芯片的本地载波及伪随机码利用相同的本地时钟频率生成；以本地时钟频率进行分频获取时标信号，利用时标信号获取载波环和码环观测量。
作为本发明基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，进一步地，卫星定向天线分别设置于共享单车车体上不同位置，单片机通过与共享单车管理平台连接，利用共享单车管理平台电子围栏及单片机定向数据来判断车辆存放整体是否规范。
进一步地，本发明还提供一种共享单车，基于上述的装置实现，利用双卫星定向天线进行位置标定并通过双定位芯片实现时频同步定向。
作为本发明共享单车，进一步地，两个卫星定向天线分别设置于共享单车车头和车尾位置，用于通过接收北斗卫星播发的卫星信号来标定车头和车尾坐标位置。
作为本发明共享单车，进一步地，单片机通过通信模组与共享单车管理平台连接，其中，共享单车管理平台设置有用于判断共享单车存放是否规范的电子围栏。
本发明的有益效果：
本发明结构简单，设计新颖、合理，采用双天线双模组且采用时频同步基准进行定向，降低卫星测向在共享电单车场景下的应用成本，并且提升产品的定向稳定度，提升车辆的规范停车，提升市民出行安全，保证市容市貌，具有较好的应用前景。
附图说明：
图1为实施例中基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置结构示意；
图2为实施例中坐标系转换原理示意。
具体实施方式：
下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。
本发明实施例，提供一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，包括电路板，及设于电路板上的定位模块，所述定位模块包含用于接收北斗卫星信号进行位置坐标标定的定向天线、与定向天线连接用于捕获跟踪定向天线位置坐标的定位芯片，及与定位芯片连接用于位置坐标转换的单片机；所述定向天线包含放置于不同位置的至少两个卫星定向天线，每个卫星定向天线均连接有一个定位芯片，其中，定位芯片之间设置用于同步定位的相同时频基准。采用双天线双模组且采用时频同步基准进行定向，降低卫星测向在实际场景下的应用成本，并且提升定向稳定度，提升车辆的规范停车。
作为本发明实施例中基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，进一步地，所述电路板上还设置有用于单片机与外界设备通信的通信模组。进一步地，所述通信模组为NB-IoT或4G cat1无线网络通信模块。便于与外界平台或设备的数据交互，提升产品应用范围。
作为本发明实施例中基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，进一步地，所述定位芯片采用集成射频收发器和基带处理器的集成芯片，体积小，集成度高，便于安装维护。
进一步地，本发明实施例还提供一种共享单车，基于上述的装置实现，利用双卫星定向天线进行位置标定并通过双定位芯片实现时频同步定向。采用双天线双模组且采用时频同步基准进行定向，降低卫星测向在共享电单车场景下的应用成本，并且提升产品的定向稳定度。
作为本发明实施例中共享单车，进一步地，两个卫星定向天线分别设置于共享单车车头和车尾位置，用于通过接收北斗卫星播发的卫星信号来标定车头和车尾坐标位置。
参见图1所示，车尾卫星定向天线安装于共享电单车的车尾，该天线可以接收北斗卫星播发的B1I,B2A卫星信号，通过射频电缆把以B1I及B2A为中心频点，以相应带宽滤波放大的信号传送至车尾定位模块，该天线主要用来标定车尾的坐标位置。车头卫星定向天线安装于共享电单车的车头，该天线可以接收北斗卫星播发的B1I,B2A卫星信号，通过射频电缆把以B1I及B2A为中心频点，以相应带宽滤波放大的信号传送至车尾定位模块，该天线主要用来标定车头的坐标位置。
车尾卫星卫星定位模块接收车尾卫星定向天线传送的卫星信号，经过下变频及滤波放大处理后，做为本地载波和伪随机码进行捕获及跟踪处理的基准，本地载波及伪随机码采用与车头卫星定位模块相同的本地时钟频率信号进行生成，以本地时钟频率进行分频获取时标信号，该时标信号用来对载波环和码环进行伪距、载波多普勒等观测量的获取，其中该时标信号也是用来进行卫星解算的时刻，即在每个时标的上升沿时刻，可以对车尾的天线进行一次定位解算。同理，车头卫星卫星定位模块接收车头卫星定向天线传送的卫星信号，经过下变频及滤波放大处理后，做为本地载波和伪随机码进行捕获及跟踪处理的基准，本地载波及伪随机码采用与车尾卫星定位模块相同的本地时钟频率信号进行生成，以本地时钟频率进行分频获取时标信号，该时标信号用来对载波环和码环进行伪距、载波多普勒等观测量的获取，其中该时标信号也是用来进行卫星解算的时刻，即在每个时标的上升沿时刻，可以对车尾的天线进行一次定位解算。
于车头卫星定位模块和车尾定位模块的基带部分采用了相同时钟频率信号，因此有本地时钟频率信号引起的噪声比较一致，减少了2个定位模块的本地钟差的差异；另外在天线周边环境出现短暂干扰时，卫星信号的载噪比出现劣变，在此情况下，不同的定位时刻卫星信号的载噪比不同，定位解算的偏差不同，由于两个定位模块采用相同时标采样信号，观测量获取的时刻一致，因此定位解算的时刻一致，因此避免了在此情况下因为定位时刻不同，造成定位解算的偏差不同，从而导致后续定向结果出现大的偏差，提升了定向结果的准确性。
经过车尾定位模块及车头定位模块的解算，可以获取车尾卫星天线及车头卫星天线的坐标，两点的连线即可在以地球质心为原点的空间直角坐标系下的一条向量，该向量的方向在坐标系中表明了车辆姿态，为了计算车辆具体的俯仰角和航向角，需要把车头天线的坐标变换到以车尾天线坐标为站心的站心坐标系中，坐标示意图如附图2所示，计算步骤如下：
步骤1：获取空间直接坐标系下，3轴的差值：
步骤2：获取以(X2,Y2,Z2)为站心的3轴偏差：
其中S为坐标转换矩阵
步骤3：计算俯仰角及航向角
作为本发明实施例中共享单车，进一步地，单片机通过通信模组与共享单车管理平台连接，其中，共享单车管理平台设置有用于判断共享单车存放是否规范的电子围栏。通信模块主要是用来把定向模组计算得到的定向结果通过无线网络上传至共享电单车管理平台，平台根据电子围栏的方向及车辆方向，判断车辆是否摆放整体，该通信模块可以是NB-IoT通信制式，也可以是4G CAT1 通信制式。
进一步地，基于上述的装置，本发明实施例还提供一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，包含如下内容：
卫星定向天线接收北斗卫星播发的B1I和B2A卫星信号，通过射频电缆把以B1I及B2A为中心频点、以相应带宽滤波放大的信号传送至定位芯片；
定位芯片分别利用对应卫星定向天线传送的卫星信号，采用相同时钟频率信号捕获跟踪处理载波环及码环，并采用相同时标信号对载波环和码环的观测量进行采样，获取空间直角坐标系下不同天线位置坐标；
单片机对不同天线位置坐标进行坐标系转换来获取统一坐标系下的定向数据。
作为本发明实施例中基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，进一步地，卫星定向天线分别设置于共享单车车体上不同位置，单片机通过与共享单车管理平台连接，利用共享单车管理平台电子围栏及单片机定向数据来判断车辆存放整体是否规范。
本文中术语“和/或”表示可以存在三种关系。例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非现定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，包括电路板，及设于电路板上的定位模块，其特征在于，所述定位模块包含用于接收北斗卫星信号进行位置坐标标定的定向天线、与定向天线连接用于捕获跟踪定向天线位置坐标的定位芯片，及与定位芯片连接用于位置坐标转换的单片机；所述定向天线包含放置于不同位置的至少两个卫星定向天线，每个卫星定向天线均连接有一个定位芯片，其中，定位芯片之间设置用于同步定位的相同时频基准。
2.根据权利要求1所述的基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，其特征在于，所述电路板上还设置有用于单片机与外界设备通信的通信模组。
3.根据权利要求2所述的基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，其特征在于，所述通信模组为NB-IoT或4G cat1无线网络通信模块。
4.根据权利要求1所述的基于北斗三代双频双天线时频同步定向装置，其特征在于，所述定位芯片采用集成射频收发器和基带处理器的集成芯片。
5.一种基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，其特征在于，基于权利要求1～4任一项所述的装置实现，该实现过程包含如下内容：
卫星定向天线接收北斗卫星播发的B1I和B2A卫星信号，通过射频电缆把以B1I及B2A为中心频点、以相应带宽滤波放大的信号传送至定位芯片；
定位芯片分别利用对应卫星定向天线传送的卫星信号，采用相同时钟频率信号捕获跟踪处理载波环及码环，并采用相同时标信号对载波环和码环的观测量进行采样，获取空间直角坐标系下不同天线位置坐标；
单片机对不同天线位置坐标进行坐标系转换来获取统一坐标系下的定向数据。
6.根据权利要求5所述的基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，其特征在于，每个定位芯片的本地载波及伪随机码利用相同的本地时钟频率生成；以本地时钟频率进行分频获取时标信号，利用时标信号获取载波环和码环观测量。
7.根据权利要求5或6所述的基于北斗三代双频双天线时频同步定向方法，其特征在于，卫星定向天线分别设置于共享单车车体上不同位置，单片机通过与共享单车管理平台连接，利用共享单车管理平台电子围栏及单片机定向数据来判断车辆存放整体是否规范。
8.一种共享单车，其特征在于，基于权利要求1～4任一项所述的装置实现，利用双卫星定向天线进行位置标定并通过双定位芯片实现时频同步定向。
9.根据权利要求8所述的共享单车，其特征在于，两个卫星定向天线分别设置于共享单车车头和车尾位置，用于通过接收北斗卫星播发的卫星信号来标定车头和车尾坐标位置。
10.根据权利要求8所述的共享单车，其特征在于，单片机通过通信模组与共享单车管理平台连接，其中，共享单车管理平台设置有用于判断共享单车存放是否规范的电子围栏。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114488248A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-13 | 上海移柯通信技术股份有限公司 | 基于gnss的物体姿势检测系统、方法、设备及介质 |
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| CN114488248B (zh) * | 2022-01-24 | 2023-04-11 | 上海移柯通信技术股份有限公司 | 基于gnss的物体姿势检测系统、方法、设备及介质 |
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