CN114513745A - 基于cdma下行信号和数字电视信号的定位方法及系统 - Google Patents

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CN114513745A CN202111542852.XA CN202111542852A CN114513745A CN 114513745 A CN114513745 A CN 114513745A CN 202111542852 A CN202111542852 A CN 202111542852A CN 114513745 A CN114513745 A CN 114513745A
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刘振阳
李鹏程
冉一航
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Abstract

本发明提供了基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法及系统，包括：步骤1、提前下载不同城市的数字广播电视塔位置信息表到用户接收机上；步骤2、用户机接收数字电视信号，根据数字广播电视塔位置信息表获取所在城市的电视塔位置信息，并对数字电视信号进行帧头捕获，通过帧头获取不同电视塔信号帧头时序，并计算电视塔的传输时延；步骤3、用户接收机同时接收CDMA下行信号，对信号进行解调，提取各个基站时间时差信息和基站位置信息；步骤4、根据各个基站时间时差信息、基站位置信息结合电视塔传输时延与电视塔位置信息解算用户接收机所在位置。本方案能在现有卫星导航信号无法正常接收时，快速的实现城市楼宇密集环境或者卫星导航信号拒止环境下用户对导航定位的需求。

Description

基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法及系统
技术领域
本发明涉及导航定位领域，特别涉及一种基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法及系统。
背景技术
目前现有的导航定位技术主要利用的卫星导航定位信号，但是卫星导航信号到达地面的平均功率约为-125dBm(-155dBw)，而导航接收机工作带宽内的噪声信号平均功率约为-110dBm(-140dBw)，由此可知卫星导航信号到达地面接收机的接收天线时有用信号是被淹没在噪声以下，卫星导航接收机之所以能正确的捕获跟踪解调是因为卫星导航信号采用了扩频调制方式，民用导航信号的扩频增益有42dB以上，因此可以经过解扩得到正确的导航信息，但是当卫星导航接收机处于隧洞、地下车库、深山峡谷等地方或者周围环境中有强电磁信号干扰时，导航接收机无法完成视距内的卫星信号接收解调，从而使得卫星导航定位设备失效，无法进行导航定位。
现有的卫星导航定位方法存在以下缺陷：(1)信号达到电平极弱，极易受到阻断或干扰；(2)粗定位需要至少4颗以上的卫星能够正常接收，若需高精度定位则需要至少6颗卫星正常接收，城市楼宇密集处易出现收星数量不够的情况导致无法定位或定位精度下降。
发明内容
为了补充上述情况下卫星导航定位方法的缺陷，提出了一种基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法及系统，可以分别快速精确测量CDMA基站、数字广播电视台到用户接收机之间的伪距；在卫星导航定位设备不可用时提供准确的位置信息；获得较好的实时性，应用起来方便快捷。
本发明采用的技术方案如下：一种基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，包括以下过程：
步骤1、提前下载不同城市的数字广播电视塔位置信息表到用户接收机上；
步骤2、用户机接收数字电视信号，根据数字广播电视塔位置信息表获取所在城市的电视塔位置信息，并对数字电视信号进行帧头捕获，通过帧头获取不同电视塔信号帧头时序，并计算电视塔的传输时延；
步骤3、用户接收机同时接收CDMA下行信号，对信号进行解调，提取各个基站时间时差信息和基站位置信息；
步骤4、根据各个基站时间时差信息、基站位置信息结合电视塔传输时延与电视塔位置信息解算用户接收机所在位置。
进一步的，所述步骤2中，传输时延获取过程为：用户接收机通过天线接收并对信号进行帧头序列相关峰搜索及相关峰出现时刻的精确捕获，利用BPSK解调对帧头进行码相位精确估计，得出收到当前帧头起始边沿的本地时间偏移，本地时间偏移获得传输时延。
进一步的，所述步骤2中，传输时延的计算方法为：
dt电视i＝mod(t2,Ti)
其中，Ti为信息帧周期，t2为用户接收机接收到电视塔信号帧头的时刻。
进一步的，所述步骤3中，基站时间时差计算方式为：
dt基站i＝t基站i-t用户
其中，t基站i为基站i发送信号的时刻，t用户为用户接收机接收到信号的时刻。
进一步的，所述步骤4中，解算用户接收机所在位置的方法为：
Figure BDA0003414852190000021
其中，(X用户，Y用户，Z用户)为用户接收机所在位置；(X基站i，Y基站i，Z基站i)为第i个基站的位置信息,(X电视i，Y电视i，Z电视i)为第i个电台所在位置信息，dt基站i为第i个基站的时间时差信息，dt电视i为第i个电视塔的传输时延，i＝1,2,…,n；δTCDMA是CDMA系统时钟与用户时钟之间的钟差，δT电视是电视信号系统时钟与用户时钟之间的钟差，c表示光速；
在计算时，结合用户机接收到的多个基站的CDMA信号与多个电视塔信号信息完成对用户机所在位置求解。
本发明还提供了一种基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位系统，包括用户接收机以及N个CDMA基站以及N个数字广播电视塔，用户接收机同时接收CDMA基站的下行信号与数字广播电视塔的数字电视信号，并采用上述的基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位方法计算用户接收机的位置。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：该发方案弥补了现有卫星导航信号无法正常接收时导航定位的缺陷性，同时又借助了城市环境下基站信源的数量较多和数字电视信号的固定特性，可以方便快速的实现城市楼宇密集环境或者卫星导航信号拒止环境下用户对导航定位的需求。
附图说明
图1为本发明提出的基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位系统示意图。
图2为本发明一实施例中利用CDMA下行信号测距过程示意图。
图3为本发明一实施例中利用数字电视信号测距过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
实施例1
本实施例提出了一种基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，用户接收机接收来自CDMA基站发出的下行信号和数字无线广播电视塔发出的数字电视信号，对CDMA基站下发信号解调提取出时差信息和伪距，对数字电视信号进行帧头捕获同步得到时差信息和伪距，CDMA基站下发信息中携带的基站经纬度坐标确定接收机所在的城市，再从接收设备预先下载的数字电视塔坐标数据库中找到对应城市的数字电视塔的位置信息，最终通过定位方程解算接收机本地的位置。
其具体过程如下：
步骤1、提前下载不同城市的数字广播电视塔位置信息表到用户接收机上；
步骤2、用户机接收数字电视信号，获取电视塔位置信息，并对数字电视信号进行帧头捕获，通过帧头获取不同电视塔信号帧头时序，并计算电视塔的传输时延；
步骤3、用户接收机同时接收CDMA下行信号，对信号进行解调，提取各个基站时间时差信息和基站位置信息；
步骤4、根据各个基站时间时差信息、基站位置信息结合电视塔传输时延与电视塔位置信息解算用户接收机所在位置。
具体的，在步骤2中，直接查询数字广播电视塔位置信息表获得电视塔所在位置(X电视i，Y电视i，Z电视i)，同时能够获得不同电视塔发送的信号帧头时序ti；
用户接收机通过天线接收并对信号进行帧头序列相关峰搜索及相关峰出现时刻的精确捕获，利用BPSK解调对帧头进行码相位精确估计，得出收到当前帧头起始边沿的本地时间偏移，本地时间偏移获得传输时延。
由于帧头序列的起始时刻是整数倍的信息帧周期Ti，因此用户接收机通过t电视i对Ti的模，所得余就是传输时延dt电视i；具体的，假设电视塔i发出第n+1个信号帧头的绝对时间为t1＝n*Ti，经过时延dt电视i后，接收机在绝对时间为t2＝n*Ti+dt电视i的时刻接收到第n+1个信号帧头，由于电视塔信号传输电视塔可视最长距离所需要的传输时延远小于一个信息帧周期Ti，因此可以得到传输时延dt电视i＝mod(t2,Ti)。
在步骤3中，用户接收机同时接收不同CDMA基站的下行信号，对信号进行解调，提取时间时差信息dt基站i和基站位置信息(X基站i，Y基站i，Z基站i)；dt基站i＝t基站i-t用户；其中，t基站i为基站i发送信号的时刻，t用户为用户接收机接收到信号的时刻。
最后，根据步骤2、步骤3中获得的参数，计算用户接收机所在位置的方法为：
Figure BDA0003414852190000041
其中，(X用户，Y用户，Z用户)为用户接收机所在位置；(X基站i，Y基站i，Z基站i)为第i个基站的位置信息,(X电视i，Y电视i，Z电视i)为第i个电台所在位置信息，dt基站i为第i个基站的时间时差信息，dt电视i为第i个电视塔的传输时延，i＝1,2,…,n；δTCDMA是CDMA系统时钟与用户时钟之间的钟差，δT电视是电视信号系统时钟与用户时钟之间的钟差，c表示光速；
CDMA(IS-95标准)下行信号的传输频段为867MHz-880MHz之间，根据蜂窝信号的覆盖特点，处于城市中的任何一个位置都可以接收到不少于4个CDMA基站的下行信号。关于地面无线数字广播电视信号标准(GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].)中可知一个城市一般只能收到1个强广播电视塔信号和2～3个较强电视塔信号。结合两类信号可以保证接收到足够的信源，且可以提高定位精度。
在计算时，结合用户机接收到的多个基站的CDMA信号与多个电视塔信号信息完成对用户机所在位置求解。而在实际应用当中，由于单独采用CDMA信号计算得到的用户机位置在高度上有明显误差，而每个城市的电视塔数量有限，难以单独采用数字电视信号计算用户机位置，因此结合数字电视信号与CDMA信号获得的数据，联合构建用户接收机位置计算方程，计算得到准确的用户接收机位置。
实施例2
如图1所示，本实施例提供了一种基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位系统，包括用户接收机以及N个CDMA基站以及N个数字广播电视塔，用户接收机同时接收CDMA基站的下行信号与数字广播电视塔的数字电视信号，并采用实施例中的基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位方法计算用户接收机的位置。
如图2所示，用户接收机根据CDMA下行信号测距过程为：用户接收天线接收到CDMA下行信号并对信号进行导频序列相关峰搜索及相关峰出现时刻的精确捕获，记录最大相关峰出现位置的本地时刻t，对t进行去整留余，得到的余数就是CDMA信号从基站发出到用户位置所经过的传输时延，然后用传输时延乘以无线电信号在空间传输速度即得到基站到用户的距离。该过程不受蜂窝限制，能够同时获取所有基站位置。
如图3所示，用户根据数字电视信号测距过程为：用户接收天线接收并对信号进行帧头序列相关峰搜索及相关峰出现时刻的精确捕获，利用BPSK解调对帧头进行码相位精确估计，得出收到当前帧头起始边沿的本地时间偏移，将偏移对信息超帧周期做模运算，得到的余数就是传输时延，然后用传输时延乘以无线电信号在空间传输速度即得到广播电视塔到用户的距离。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (6)

1.基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1、提前下载不同城市的数字广播电视塔位置信息表到用户接收机上；
步骤2、用户机接收数字电视信号，根据数字广播电视塔位置信息表获取所在城市的电视塔位置信息，并对数字电视信号进行帧头捕获，通过帧头获取不同电视塔信号帧头时序，并计算电视塔的传输时延；
步骤3、用户接收机同时接收CDMA下行信号，对信号进行解调，提取各个基站时间时差信息和基站位置信息；
步骤4、根据各个基站时间时差信息、基站位置信息结合电视塔传输时延与电视塔位置信息解算用户接收机所在位置。
2.根据权利要求1所述的基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，其特征在于，所述步骤2中，传输时延获取过程为：用户接收机通过天线接收并对信号进行帧头序列相关峰搜索及相关峰出现时刻的精确捕获，利用BPSK解调对帧头进行码相位精确估计，得出收到当前帧头起始边沿的本地时间偏移，本地时间偏移获得传输时延。
3.根据权利要求1所述的基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，其特征在于，所述步骤2中，传输时延的计算方法为：
dt电视i＝mod(t2,Ti)
其中，Ti为信息帧周期，t2为用户接收机接收到电视塔信号帧头的时刻。
4.根据权利要求1所述的基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，其特征在于，所述步骤3中，基站时间时差计算方式为：
dt基站i＝t基站i-t用户
其中，t基站i为基站i发送信号的时刻，t用户为用户接收机接收到信号的时刻。
5.根据权利要求1所述的基于CDMA下行信号和数字电视信号的定位方法，其特征在于，所述步骤4中，解算用户接收机所在位置的方法为：
Figure FDA0003414852180000011
其中，(X用户，Y用户，Z用户)为用户接收机所在位置；(X基站i，Y基站i，Z基站i)为第i个基站的位置信息,(X电视i，Y电视i，Z电视i)为第i个电台所在位置信息，dt基站i为第i个基站的时间时差信息，dt电视i为第i个电视塔的传输时延，i＝1,2,…,n；δTCDMA是CDMA系统时钟与用户时钟之间的钟差，δT电视是电视信号系统时钟与用户时钟之间的钟差，c表示光速；
在计算时，结合用户机接收到的多个基站的CDMA信号与多个电视塔信号信息完成对用户机所在位置求解。
6.基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位系统，其特征在于，包括用户接收机以及N个CDMA基站以及N个数字广播电视塔，用户接收机同时接收CDMA基站的下行信号与数字广播电视塔的数字电视信号，并采用权利要求1-5任一所述的基于CDMA下行信号和数字广播电视信号的定位方法计算用户接收机的位置。
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