CN116736352A - 一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及差分定位技术领域，揭露了一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法。该系统中包括第一实时设备位置计算模块、载波频段相位值计算模块、第一北斗信号修正模块、第一实时设备位置更新模块及移动交通设备实时追踪模块，根据采集到的移动交通设备中的第一北斗信号计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；根据采集目标基站中的第二北斗信号计算信号差分值，根据信号差分值对第一北斗信号进行信号修正；根据第一北斗修正信号定位移动交通设备的第二实时设备位置，根据第二实时设备位置对第一实时设备位置进行实时位置更新；根据可视化实时设备位置对移动交通设备进行实时追踪。本发明可以提高移动交通设备追踪时的精确性。

Description

一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法

技术领域

本发明涉及差分定位技术领域，尤其涉及一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法。

背景技术

随着移动交通设备追踪在交通运输、物流和城市管理等领域具有广阔的应用前景，需要提高对移动交通设备的追踪过程中实时设备位置的精准度，需要通过北斗差分定位提高移动交通设备的实时位置，以此进行移动交通设备的实时追踪。

现有的移动交通设备追踪技术是通过接收卫星信号来确定设备的位置和运动轨迹，进而对移动交通设备进行实时追踪。实际应用中，移动交通设备接收信号会出现误差，仅通过卫星信号确定设备的实时位置，可能导致移动交通设备的定位不准确，从而导致对进行移动交通设备追踪时的精确性较低。

发明内容

本发明提供一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法，其主要目的在于解决进行移动交通设备追踪时的精确性较低的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述系统包括第一实时设备位置计算模块、载波频段相位值计算模块、第一北斗信号修正模块、第一实时设备位置更新模块及移动交通设备实时追踪模块，其中，

所述第一实时设备位置计算模块，用于采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；

所述载波频段相位值计算模块，用于采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值；

所述第一北斗信号修正模块，用于利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号；

所述第一实时设备位置更新模块，用于根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置，其中根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置时，具体用于：

利用预设的滤波器确定移动交通设备的先验设备位置；

将所述第二实时设备位置与所述先验设备位置进行位置融合，得到实时设备融合位置，其中所述实时设备融合位置为：

ρ＝((κ×(x₀+u₀))，(θ×(y₀+v₀)))

其中，ρ为所述实时设备融合位置，κ为第一位置权重，θ为第二位置权重，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(u₀,v₀)为所述先验设备位置；

将所述实时设备融合位置替换所述第一实时设备位置，得到实时更新设备位置；

所述移动交通设备实时追踪模块，用于将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。

可选地，所述第一实时设备位置计算模块在通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置时，具体用于：

根据所述信号传播时间戳计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的信号传播时间差；

根据所述信号传播时间差及预设的信号传播速度计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离；

利用所述三角定位算法根据所述传播距离及所述北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置，其中，所述三角定位算法为：

其中，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(x,y)为所述移动交通设备的初始实时设备位置，(x_i,y_i)为第i个北斗卫星的北斗卫星位置，d_i为所述移动交通设备与第i个北斗卫星之间的传播距离，e_i为第i个北斗卫星的距离误差。

可选地，所述载波频段相位值计算模块在根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段时，具体用于：

根据预设的信号中心点提取所述第二北斗信号的信号中心频率；

根据所述基准频段中的频段区间及所述信号中心频率对所述第二北斗信号中的频段进行频段筛选，得到目标信号频段；

根据所述目标信号频段对所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段。

可选地，所述载波频段相位值计算模块在通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值时，具体用于：

逐一提取所述划分信号频段中的信号误差因子；

利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度；

通过所述频段相位算法根据所述整周模糊度及所述信号误差因子计算所述划分信号频段的载波频段相位值，其中所述频段相位算法为：

其中，δ_k为第k个划分信号频段的载波频段相位值，λ_k为第k个划分信号频段的信号波长，r为所述信号误差因子中的基站接收钟差，g为所述信号误差因子中的星历误差，I为所述信号误差因子中的对流层延时，H_k为第k个划分信号频段的电离层延时，Z_k为第k个划分信号频段的整周模糊度，ε_k为为第k个划分信号频段的测量噪声。

可选地，所述载波频段相位值计算模块在利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度时，具体用于：

根据预设的目标初始中心构建所述划分信号频段的三维搜索空间，对所述三维搜索空间进行逐点搜索，得到基线向量；

根据所述基线向量及预设的系数矩阵生成整周模糊度目标函数，其中整周模糊度目标函数为：

Y＝Aa+Bb+s

其中，Y为目标观测值，A为第一系数矩阵，B为第二系数矩阵，a为整周模糊度，b为所述基线向量，s为观测噪声；

利用所述序贯最小二乘算法计算所述整周模糊度目标函数的模糊度浮点解及协方差矩阵；

根据所述模糊度浮点解及所述协方差矩阵生成整周模糊度最优函数，对所述整周模糊度最优函数进行求解，得到所述划分信号频段的整周模糊度，其中所述整周模糊度最优函数为：

其中，J为所述整周模糊度最优函数，min为最小值函数，为所述模糊度浮点解，Q为所述协方差矩阵，a为整周模糊度，T为转置符号。

可选地，所述第一北斗信号修正模块在利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值时，具体用于：

根据预设的三频段基数将所述载波频段相位值进行线性组合，得到组合载波相位值，其中所述组合载波相位值为：

χ＝cδ₁+dδ₂+lδ₃

其中，χ为所述组合载波相位值，c为第一组合系数，d为第二组合系数，l为第三组合系数，δ₁为第一频段的载波频段相位值，δ₂为第二频段的载波频段相位值，δ₃为第三频段的载波频段相位值；

利用如下的双重差分算法根据所述组合载波相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值：

φ＝χ_α-χ_β

其中，φ为所述信号差分值，χ_α为所述第二北斗信号中北斗卫星α的组合载波相位值，χ_β为所述第二北斗信号中北斗卫星β的组合载波相位值。

可选地，所述第一北斗信号修正模块在通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号时，具体用于：

根据所述第一北斗信号生成第一信号曲线；

通过所述多径信号修正算法对所述第一信号曲线进行多径分段，得到多径分段信号曲线；

将所述多径分段信号曲线中的信号值与所述信号差分值进行信号叠加，得到所述第一北斗修正信号。

可选地，所述第一实时设备位置更新模块在根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置时，具体用于：

根据所述第一北斗修正信号对所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离进行修正，得到修正传播距离；

根据所述修正传播距离及预设的卫星位置构建几何定位模型；

通过预设的三角定位算法根据所述几何定位模型中的几何属性定位所述移动交通设备的第二实时设备位置。

可选地，所述移动交通设备实时追踪模块在将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置时，具体用于：

对所述实时更新设备位置进行移动标签标记，得到可视化设备标签；

根据所述可视化设备标签确定所述可视化实时设备位置。

为了解决上述问题，本发明还提供一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪方法，所述方法包括：

采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；

采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值；

利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号；

根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置；

将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。

本发明实施例通过采集的第一北斗信号计算移动交通设备的第一实时设备位置，有利于在实时监控、导航和追踪等场景中能够及时反馈设备的准确位置信息；根据目标基站采集的第二北斗信号计算每个信号中的载波频段相位值，以确保信号的正确传输和解调，由此得到经过调节之后更加准确的差分信号；根据载波频段相位值计算第二北斗信号的信号差分值，进而根据信号差分值对第一北斗信号进行修正，有利于提高定位的准确性和精度，提供更准确和可靠的位置信息；根据第一北斗修正信号定位确定第二实时设备位置，进而根据第二实时设备位置对第一实时设备位置进行更新，得到实时更新设备位置，可以更精确地规划路径和导航，避免不必要的绕路或错位；将实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，进而根据可视化实时设备位置对移动交通设备进行实时追踪，助于实现更高效的交通管理。因此本发明提出的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法，可以解决进行移动交通设备追踪时的精确性较低的问题。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的运行方法的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

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，对本发明实施例中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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

实际上，基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统所部署的服务端设备可能是由一台或多台设备构成的。上述基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统可以实现为：业务实例、虚拟机、硬件设备。比如，该基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统可以实现为部署在云节点中的一个或多个设备上的一种业务实例。简单来说，该基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统可以理解为是部署在云节点上的一种软件，用于为各用户端提供基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统。或者，该基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统也可以实现为部署在云节点中的一个或多个设备上的一种虚拟机。该虚拟机中安装有用于管理各用户端的应用软件。或者，该基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统还可以实现为由众多相同或不同类型的硬件设备构成的服务端，设置一个或多个硬件设备用于为各用户端提供基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统。

在实现形式上，基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统和用户端相互适应。即，基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统作为安装于云服务平台的应用，则用户端作为与该应用建立通信连接的客户端；或实现基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统作为网站实现，则用户端作为网页实现；再或实现基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统作为云服务平台实现，则用户端作为即时通信应用中的小程序实现。

参照图1所示，是本发明一实施例提供的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的功能模块图。

本发明所述基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统100可以设置于云端服务器中，在实现形式上，可以作为一个或多个服务设备，也可以作为一应用安装于云端(例如移动服务运营方的服务器、服务器集群等)上，或者也可以开发为网站。根据实现的功能，所述基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统100可以包括第一实时设备位置计算模块101、载波频段相位值计算模块102、第一北斗信号修正模块103、第一实时设备位置更新模块104及移动交通设备实时追踪模块105。本发明所述模块也可以称之为单元，是指一种能够被电子设备处理器所执行，并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在电子设备的存储器中。

本发明实施例中，基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统中，上述各个模块均可独立实现，且与其他模块调用。这里的调用可以理解为，某一模块可以连接另一类型的多个模块，并为其连接的多个模块提供相应服务。比如，分享评测模块可以调用同一信息采集模块，以获取该信息采集模块采集的信息基于上述特性，本发明实施例提供的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统中，无需修改程序代码，即可通过增加模块、并直接调用的形式来调整基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统架构的适用范围，实现集群式水平拓展，以便达到快捷灵活拓展基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的目的。实际应用中，上述模块可以设置在同一设备或不同设备中，也可以是设置在虚拟设备中，例如云端服务器中的服务实例。

下面结合具体实施例，分别针对基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的各个组成部分以及具体工作流程进行说明：

所述第一实时设备位置计算模块101，用于采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置。

本发明实施例中，所述第一北斗信号是指在移动交通设备中的配置的信号接收器所接收的北斗卫星的信号，即通过信号接收器采集移动交通设备中的第一北斗信号。

进一步地，通过移动交通设备采集到的北斗信号需要计算移动交通设备的实时位置，对于移动交通设备的实时定位非常重要，在实时监控、导航和追踪等场景中能够及时反馈设备的准确位置信息。

本发明实施例中，所述北斗卫星位置是指北斗卫星的经纬度；所述第一实时设备位置是指移动交通设备的所在的经纬度位置。

本发明实施例中，所述第一实时设备位置计算模块101在通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置时，具体用于：

根据所述信号传播时间戳计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的信号传播时间差；

根据所述信号传播时间差及预设的信号传播速度计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离；

利用所述三角定位算法根据所述传播距离及所述北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置，其中，所述三角定位算法为：

其中，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(x,y)为所述移动交通设备的初始实时设备位置，(x_i,y_i)为第i个北斗卫星的北斗卫星位置，d_i为所述移动交通设备与第i个北斗卫星之间的传播距离，e_i为第i个北斗卫星的距离误差。

详细地，所述信号传播时间戳包括移动交通设备接收北斗信号的接收时间，以及北斗卫星发送信号的发送时间，进而将信号接收时间减去信号发送时间得到移动交通设备与北斗卫星之间的信号传播时间差，从而根据信号传播时间差与信号速度进行相乘，得到移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离，其中信号传播速度为电磁信号在真空中的光速传播。

具体地，所述三角定位算法是指由移动交通设备与两颗北斗卫星之间所形成的三角几何形状对移动交通设备进行定位的算法，则根据两颗北斗卫星与移动交通设备之间的传播距离计算出移动交通设备的初始实时设备位置，但是由于在计算北斗卫星与移动交通设备之间的传播距离存在误差时，需要对移动交通设备的初始实时设备位置进行误差计算，则所述三角定位算法中的e_i为第i个北斗卫星的距离误差，即可根据卫星信号强度、传播距离确定北斗卫星的距离误差，其中距离设备较近的卫星测量误差可能较小，信号强度较强的卫星测量误差可能较小，则其距离误差e_i就越小，则重新根据距离误差计算得到移动交通设备的第一实时设备位置，以实现更加准确的移动交通设备的位置定位。

进一步地，对于北斗差分定位的精度容易受到大气层延时、接收机自身因素、几何因素等影响，为了减弱这些误差的影响，可以采用对信号频段组合的方式进行高精度的位置信息的解算。

所述载波频段相位值计算模块102，用于采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值。

本发明实施例中，所述第二北斗信号是指目标基站中接收的北斗卫星的信号，通过对目标基站中接收信号进行信号解码，以得到目标基站中接收的第二北斗信号。

进一步地，如果不同信号在相同频段上进行传输，可能会发生信号重叠和干扰，降低信号的质量和可靠性。通过将信号划分到不同的频段，可以确保信号之间的隔离和相互独立，减少干扰现象，提高通信质量，因此，需要对信号中的不同频段进行划分，避免不同信号之间的干扰。

本发明实施例中，所述划分信号频段是指将第二北斗信号根据频段进行划分，可得到一个北斗信号中不同信号频段。所述基准频段是指每个频段中的划分频段依据，根据基准频段将信号划分为不同信号频段。

本发明实施例中，所述载波频段相位值计算模块102在根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段时，具体用于：

根据预设的信号中心点提取所述第二北斗信号的信号中心频率；

根据所述基准频段中的频段区间及所述信号中心频率对所述第二北斗信号中的频段进行频段筛选，得到目标信号频段；

根据所述目标信号频段对所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段。

详细地，所述信号中心点是指第二北斗信号中每个频段的划分中心点，进而根据信号中心点确定所述第二北斗信号中每个频段对应的信号中心点的信号中心频率，如在北斗信号中包括B1频段、B2频段、B3频段、而B1频段的中心频率为1561.098MHz，B2频段的中心频率为1207.14MHz，B3频段的中心频率为1268.52MHz，进而根据基准频段对应的频段区间基于信号中心频率对第二北斗信号的频段进行筛选，从而得到目标信号频段，如B1频段的基准频段中的频段区间为{1559.052MHz-1563.146MHz}，B2频段的基准频段中的频段区间为{1205.13MHz-1209.13MHz}，B3频段的基准频段中的频段区间为{1267.08MHz-1270.92MHz}，将以信号中心频率作为频段划分中心，以基准频段中的频段区间为目标信号频段的区间，以得到目标信号频段。进而将目标信号频段作为划分基准对第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段。

进一步地，为了更精确地计算北斗信号之间的差分值，需要根据划分信号频段计算不同频段的载波频段相位值，可以更好地利用频谱资源，避免不同信号之间的频带重叠和干扰。

本发明实施例中，所述载波频段相位值表示信号在频谱中的位置和相位信息，即信号在频域中的位置和变化规律。

本发明实施例中，所述载波频段相位值计算模块102在通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值时，具体用于：

逐一提取所述划分信号频段中的信号误差因子；

利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度；

通过所述频段相位算法根据所述整周模糊度及所述信号误差因子计算所述划分信号频段的载波频段相位值，其中所述频段相位算法为：

其中，δ_k为第k个划分信号频段的载波频段相位值，λ_k为第k个划分信号频段的信号波长，r为所述信号误差因子中的基站接收钟差，g为所述信号误差因子中的星历误差，I为所述信号误差因子中的对流层延时，H_k为第k个划分信号频段的电离层延时，Z_k为第k个划分信号频段的整周模糊度，ε_k为为第k个划分信号频段的测量噪声。

详细地，所述信号误差因子包括接收机钟差、星历误差、对流层延时及电离层延时，其中接收机钟差是指其内部的石英钟产生的时钟和北斗标准时产生的偏差；星历误差由卫星的实际位置坐标与由星历计算得到的卫星估算位置坐标的偏差。由于卫星在空间运行时会受到各种摄动力的干扰，导致实际运行轨道和星历计算的运行轨道存在差异，从而严重影响定位的精度；对流层延时分为干分量以及湿分量，即水蒸气以及氧气等导致信号传输延时；电离层延时是由总的电子数以及载波频率来决定，当卫星信号穿过电离层时，电离层将会影响其信号的传播。

具体地，为了计算划分信号频段的载波频段相位值，需要确定每个划分信号频段对应的整周模糊度，进而通过频段相位算法根据整周模糊度及信号误差因子计算每个划分信号频段的载波频段相位值。

本发明实施例中，所述整周模糊度是用来衡量接收机对于卫星信号接收过程中的整周相位的模糊程度。信号是通过卫星传输到接收机进行定位和导航。接收机通过测量信号的相位来确定接收机与卫星之间的距离。然而，由于信号在传输过程中会受到多路径传播、大气延迟等因素的影响，接收机在测量信号相位时会引入一个模糊项，即整周模糊度。

本发明实施例中，所述载波频段相位值计算模块102在利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度时，具体用于：

根据预设的目标初始中心构建所述划分信号频段的三维搜索空间，对所述三维搜索空间进行逐点搜索，得到基线向量；

根据所述基线向量及预设的系数矩阵生成整周模糊度目标函数，其中整周模糊度目标函数为：

Y＝Aa+Bb+s

其中，Y为目标观测值，A为第一系数矩阵，B为第二系数矩阵，a为整周模糊度，b为所述基线向量，s为观测噪声；

利用所述序贯最小二乘算法计算所述整周模糊度目标函数的模糊度浮点解及协方差矩阵；

根据所述模糊度浮点解及所述协方差矩阵生成整周模糊度最优函数，对所述整周模糊度最优函数进行求解，得到所述划分信号频段的整周模糊度，其中所述整周模糊度最优函数为：

其中，J为所述整周模糊度最优函数，min为最小值函数，为所述模糊度浮点解，Q为所述协方差矩阵，a为整周模糊度，T为转置符号。

详细地，若接收机处在运动的状态，要实时解算出接收机的精确坐标，则必须实时确定整周模糊度。首先通过伪距差分确定目标初始中心的初始坐标，进而根据目标初始中心构建划分信号频段的三维搜索空间，并对三维搜索空间中的目标点进行逐点搜索，即在三维搜索空间的观测值域内作搜索，当目标点的残差平方和大于一定的阈值时，可判定该模糊度向量不符合要求，除去不符合要求的模糊度向量，即为正确的模糊度向量，则将正确的模糊度向量作为基线向量。其中模糊度向量通常表示为一个整数向量，其中每个元素对应于一个卫星的整周模糊度，例如，对于接收机同时接收到4颗卫星的信号，模糊度向量可能为[1,2,0,3]，这表示接收机在测量每个卫星的信号相位时，引入了分别为1、2、0和3的整周模糊度。

具体地，通过基线向量及预设的系数矩阵生成整周模糊度目标函数，则将整周模糊度目标函数表示为线性函数，进而通过序贯条件最小二乘法对整周模糊度目标函数进行计算，即计算F＝min‖Y-Aa-Bb‖²＝min(Y-Aa-Bb)^TQ^-1(Y-Aa-Bb)，其中Q表示协方差矩阵，系数矩阵A和B均为单位矩阵，则通过最小二乘法求解F函数，从而得到模糊度浮点解和/>即由此根据模糊度浮点解/>和协方差矩阵Q生成整周模糊度最优函数J，进而计算整周模糊度最优函数J的最小值得到划分信号频段的整周模糊度。

进一步地，根据每个划分频段的整周模糊度及信号误差因子中的误差因子值计算每个划分信号频段的载波频段相位值，通过载波频段相位值，以确保信号的正确传输和解调，由此得到经过调节之后更加准确的差分信号。

所述第一北斗信号修正模块103，用于利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号。

本发明实施例中，所述信号差分值是指目标基站中不同基站在同一时刻内对于接收到的北斗卫星的信号之间的差异或变化量。

本发明实施例中，所述第一北斗信号修正模块103在利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值时，具体用于：

根据预设的三频段基数将所述载波频段相位值进行线性组合，得到组合载波相位值，其中所述组合载波相位值为：

χ＝cδ₁+dδ₂+lδ₃

其中，χ为所述组合载波相位值，c为第一组合系数，d为第二组合系数，l为第三组合系数，δ₁为第一频段的载波频段相位值，δ₂为第二频段的载波频段相位值，δ₃为第三频段的载波频段相位值；

利用如下的双重差分算法根据所述组合载波相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值：

φ＝χ_α-χ_β

其中，φ为所述信号差分值，χ_α为所述第二北斗信号中北斗卫星α的组合载波相位值，χ_β为所述第二北斗信号中北斗卫星β的组合载波相位值。

详细地，为了更准确的计算第二北斗信号的信号差分值，需要将每个信号中的划分频段信号进行线性组合，以形成每个信号的全面信号，则通过三频段基数将每个信号划分为三个划分频段信号，进而将三个划分频段信号对应的载波频段相位值进行线性组合，得到组合载波相位值，其中组合载波相位值中的组合系数c、d、l是自定义设定的，则c+d+l＝1，可由组合公式计算组合系数的值，可以得到精确的结果，或者使用递推关系或动态规划计算组合系数。

具体地，将组合载波相位值作为每个信号的信号相位值，通过双重差分算法将两个北斗信号对应的组合载波相位值进行差分计算，从而得到接收的第北斗信号之间的信号差分值，进而根据信号差分值对移动交通设备接收到的第一北斗信号进行修正，从而实现更加准确的对移动交通设备的实时定位。

进一步地，根据信号差分值对信号进行修正可以有效地减小多径干扰对信号的影响，提高信号的稳定性和可靠性，可以提供更可靠的导航和定位服务。

本发明实施例中，所述第一北斗修正信号是经过预设的多径信号修正算法对移动交通设备接收的第一北斗信号进行修正后的北斗接收信号。

本发明实施例中，所述第一北斗信号修正模块103在通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号时，具体用于：

根据所述第一北斗信号生成第一信号曲线；

通过所述多径信号修正算法对所述第一信号曲线进行多径分段，得到多径分段信号曲线；

将所述多径分段信号曲线中的信号值与所述信号差分值进行信号叠加，得到所述第一北斗修正信号。

详细地，根据所述第一北斗信号中的信号值可生成第一北斗信号对应的第一信号曲线，进而通过多径信号修正算法将第一信号曲线按照信号的曲线路径将第一信号曲线进行多径分段，得到第一信号曲线对应的多径分段信号曲线，进而在时域内按照相同时间将多径分段信号曲线上的信号值与预设的参考曲线作对比，进而根据信号比较值将多径分段信号曲线上的信号值与信号差分值进行叠加或者相减，以得到修正后的第一北斗修正信号。其中所述多径信号修正算法是一种差分技术，通过对接收到的信号进行差分操作，可以消除一部分多径干扰，提高信号质量和定位精度。

进一步地，根据所述第一北斗修正信号可重新计算移动交通设备的实时设备位置，从而提高定位的准确性和精度，提供更准确和可靠的位置信息。

所述第一实时设备位置更新模块104，用于根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置。

本发明实施例中，所述第二实时设备位置是指基于第一北斗修正信号中的时间戳重新计算移动交通设备的实时定位位置。

本发明实施例中，所述第一实时设备位置更新模块104在根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置时，具体用于：

根据所述第一北斗修正信号对所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离进行修正，得到修正传播距离；

根据所述修正传播距离及预设的卫星位置构建几何定位模型；

通过预设的三角定位算法根据所述几何定位模型中的几何属性定位所述移动交通设备的第二实时设备位置。

详细地，基于第一北斗修正信号中的时间戳重新计算移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离，进而根据重新计算之后的传播距离对原始得到的传播距离进行更新修正，得到移动交通设备与北斗卫星之间的修正传播距离，进而根据修正传播距离对应的北斗卫星的位置以及移动交通设备构建三角几何模型，从而通过三角定位算法根据三角几何定位模型中的几何属性确定移动交通设备的第一实时设备位置，其中几何属性包括北斗卫星的位置以及移动交通设备与北斗卫星之间的修正传播距离。

具体地，所述通过预设的三角定位算法根据所述几何定位模型中的几何属性定位所述移动交通设备的第二实时设备位置与所述利用所述三角定位算法根据所述传播距离及所述北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置步骤一致，在此不再赘述。

进一步地，根据第二实时设备位置对第一实时设备位置进行更新，可提高移动交通设备定位的准确性、实时响应能力和位置定位的可靠性，通过实时更新设备位置，可以更精确地规划路径和导航，避免不必要的绕路或错位。

本发明实施例中，所述实时更新设备位置是指不断对移动交通设备接收的信号进行不断修正，以此得到更加准确的实时设备位置。

本发明实施例中，所述第一实时设备位置更新模块104在根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置时，具体用于：

利用预设的滤波器确定移动交通设备的先验设备位置；

将所述第二实时设备位置与所述先验设备位置进行位置融合，得到实时设备融合位置，其中所述实时设备融合位置为：

ρ＝((κ×(x₀+u₀))，(θ×(y₀+v₀)))

其中，ρ为所述实时设备融合位置，κ为第一位置权重，θ为第二位置权重，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(u₀,v₀)为所述先验设备位置；

将所述实时设备融合位置替换所述第一实时设备位置，得到实时更新设备位置。

详细地，所述先验设备位置是指前一时刻设备的实时位置，即根据收集与移动交通设备相关的观测数据初始化滤波器的状态，包括设备位置、速度、加速度等状态变量，通过滤波器的动力学模型可以预测移动交通设备的先验设备位置，进而将第二实时设备位置与先验设备位置进行位置融合，得到更加准确的实时设备融合位置，其中实时设备融合位置中的第一位置权重κ及第二位置权重θ是考虑传感器的准确性、先验信息的可靠性和位置估计的误差等因素，对两个位置信息进行加权组合，以获得融合后的实时设备位置，通过层次分析法基于误差因素确定第一位置权重κ及第二位置权重θ。

进一步地，将实时设备融合位置替换第一实时设备位置，可得到准确性更高的移动交通设备的实时更新设备位置，随着时间的推移和新的实时位置信息的到来，不断更新融合位置以反映最新的设备位置，有助于实现移动交通设备更精确的位置定位和导航。

所述移动交通设备实时追踪模块105，用于将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。

本发明实施例中，所述可视化实时设备位置是可以通过地图或其他图形界面展示设备的实时位置，以直观地形式观察移动交通设备的实时位置。

本发明实施例中，所述移动交通设备实时追踪模块105在将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置时，具体用于：

对所述实时更新设备位置进行移动标签标记，得到可视化设备标签；

根据所述可视化设备标签确定所述可视化实时设备位置。

详细地，对所述实时更新设备位置进行图标标记，以得到可视化设备标签，则所述可视化设备标签是指对实时更新设备位置标记的图标标签，从而根据可视化设备标签可确定移动交通设备的可视化实时设备位置。

进一步地，根据可视化实时设备位置对移动交通设备进行实时追踪，可实时显示移动交通设备的位置、姿态和方向。通过可视化实时设备位置对移动交通设备进行实时追踪，可以提供实时监控、路线优化、事故处理、安全防盗、数据分析和决策支持等多种好处，有助于实现更高效的交通管理、车队运营和物流追踪，提高安全性，并为决策者提供更准确的信息支持。

本发明实施例通过采集的第一北斗信号计算移动交通设备的第一实时设备位置，有利于在实时监控、导航和追踪等场景中能够及时反馈设备的准确位置信息；根据目标基站采集的第二北斗信号计算每个信号中的载波频段相位值，以确保信号的正确传输和解调，由此得到经过调节之后更加准确的差分信号；根据载波频段相位值计算第二北斗信号的信号差分值，进而根据信号差分值对第一北斗信号进行修正，有利于提高定位的准确性和精度，提供更准确和可靠的位置信息；根据第一北斗修正信号定位确定第二实时设备位置，进而根据第二实时设备位置对第一实时设备位置进行更新，得到实时更新设备位置，可以更精确地规划路径和导航，避免不必要的绕路或错位；将实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，进而根据可视化实时设备位置对移动交通设备进行实时追踪，助于实现更高效的交通管理。因此本发明提出的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统及方法，可以解决进行移动交通设备追踪时的精确性较低的问题。

参照图2所示，为本发明一实施例提供的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的运行方法的流程示意图。在本实施例中，所述基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统的运行方法包括：

S1、采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；

S2、采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值；

S3、利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号；

S4、根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置；

S5、将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或系统也可以由一个单元或系统通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述系统包括第一实时设备位置计算模块、载波频段相位值计算模块、第一北斗信号修正模块、第一实时设备位置更新模块及移动交通设备实时追踪模块，其中，

所述第一实时设备位置计算模块，用于采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；

所述载波频段相位值计算模块，用于采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值；

所述第一北斗信号修正模块，用于利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号；

所述第一实时设备位置更新模块，用于根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置，其中根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置时，具体用于：

利用预设的滤波器确定移动交通设备的先验设备位置；

将所述第二实时设备位置与所述先验设备位置进行位置融合，得到实时设备融合位置，其中所述实时设备融合位置为：

p＝((κ×(x₀+u₀)),(θ×(y₀+v₀)))

其中，ρ为所述实时设备融合位置，κ为第一位置权重，θ为第二位置权重，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(u₀,v₀)为所述先验设备位置；

将所述实时设备融合位置替换所述第一实时设备位置，得到实时更新设备位置；

所述移动交通设备实时追踪模块，用于将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。

2.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述第一实时设备位置计算模块在通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置时，具体用于：

根据所述信号传播时间戳计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的信号传播时间差；

根据所述信号传播时间差及预设的信号传播速度计算所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离；

利用所述三角定位算法根据所述传播距离及所述北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置，其中，所述三角定位算法为：

其中，(x₀,y₀)为所述第一实时设备位置，(x,y)为所述移动交通设备的初始实时设备位置，(x_i,y_i)为第i个北斗卫星的北斗卫星位置，d_i为所述移动交通设备与第i个北斗卫星之间的传播距离，e_i为第i个北斗卫星的距离误差。

3.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述载波频段相位值计算模块在根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段时，具体用于：

根据预设的信号中心点提取所述第二北斗信号的信号中心频率；

根据所述基准频段中的频段区间及所述信号中心频率对所述第二北斗信号中的频段进行频段筛选，得到目标信号频段；

根据所述目标信号频段对所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段。

4.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述载波频段相位值计算模块在通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值时，具体用于：

逐一提取所述划分信号频段中的信号误差因子；

利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度；

通过所述频段相位算法根据所述整周模糊度及所述信号误差因子计算所述划分信号频段的载波频段相位值，其中所述频段相位算法为：

其中，δ_k为第k个划分信号频段的载波频段相位值，λ_k为第k个划分信号频段的信号波长，r为所述信号误差因子中的基站接收钟差，g为所述信号误差因子中的星历误差，I为所述信号误差因子中的对流层延时，H_k为第k个划分信号频段的电离层延时，Z_k为第k个划分信号频段的整周模糊度，ε_k为为第k个划分信号频段的测量噪声。

5.如权利要求4所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述载波频段相位值计算模块在利用预设的序贯最小二乘算法计算所述划分信号频段的整周模糊度时，具体用于：

根据预设的目标初始中心构建所述划分信号频段的三维搜索空间，对所述三维搜索空间进行逐点搜索，得到基线向量；

根据所述基线向量及预设的系数矩阵生成整周模糊度目标函数，其中整周模糊度目标函数为：

Y＝Aa+Bb+s

其中，Y为目标观测值，A为第一系数矩阵，B为第二系数矩阵，a为整周模糊度，b为所述基线向量，s为观测噪声；

利用所述序贯最小二乘算法计算所述整周模糊度目标函数的模糊度浮点解及协方差矩阵；

根据所述模糊度浮点解及所述协方差矩阵生成整周模糊度最优函数，对所述整周模糊度最优函数进行求解，得到所述划分信号频段的整周模糊度，其中所述整周模糊度最优函数为：

其中，J为所述整周模糊度最优函数，min为最小值函数，为所述模糊度浮点解，Q为所述协方差矩阵，a为整周模糊度，T为转置符号。

6.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述第一北斗信号修正模块在利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值时，具体用于：

根据预设的三频段基数将所述载波频段相位值进行线性组合，得到组合载波相位值，其中所述组合载波相位值为：

X＝χδ₁+dδ₂+1δ₂

其中，χ为所述组合载波相位值，c为第一组合系数，d为第二组合系数，l为第三组合系数，δ₁为第一频段的载波频段相位值，δ₂为第二频段的载波频段相位值，δ₃为第三频段的载波频段相位值；

利用如下的双重差分算法根据所述组合载波相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值：

φ＝χ_α-χ_β

其中，φ为所述信号差分值，χ_α为所述第二北斗信号中北斗卫星α的组合载波相位值，χ_β为所述第二北斗信号中北斗卫星β的组合载波相位值。

7.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述第一北斗信号修正模块在通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号时，具体用于：

根据所述第一北斗信号生成第一信号曲线；

通过所述多径信号修正算法对所述第一信号曲线进行多径分段，得到多径分段信号曲线；

将所述多径分段信号曲线中的信号值与所述信号差分值进行信号叠加，得到所述第一北斗修正信号。

8.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述第一实时设备位置更新模块在根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置时，具体用于：

根据所述第一北斗修正信号对所述移动交通设备与北斗卫星之间的传播距离进行修正，得到修正传播距离；

根据所述修正传播距离及预设的卫星位置构建几何定位模型；

通过预设的三角定位算法根据所述几何定位模型中的几何属性定位所述移动交通设备的第二实时设备位置。

9.如权利要求1所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，所述移动交通设备实时追踪模块在将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置时，具体用于：

对所述实时更新设备位置进行移动标签标记，得到可视化设备标签；

根据所述可视化设备标签确定所述可视化实时设备位置。

10.一种基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，其特征在于，用于执行如权利要求1-9中任一项所述的基于北斗差分定位的移动交通设备追踪系统，所述方法包括：

采集移动交通设备中的第一北斗信号，通过预设的三角定位算法根据所述第一北斗信号的信号传播时间戳及预设的北斗卫星位置计算所述移动交通设备的第一实时设备位置；

采集目标基站中的第二北斗信号，根据预设的基准频段将所述第二北斗信号进行频段划分，得到划分信号频段，通过预设的频段相位算法计算所述划分信号频段的载波频段相位值；

利用预设的双重差分算法根据所述载波频段相位值计算所述第二北斗信号的信号差分值，通过预设的多径信号修正算法根据所述信号差分值对所述第一北斗信号进行信号修正，得到第一北斗修正信号；

根据所述第一北斗修正信号定位所述移动交通设备的第二实时设备位置，根据所述第二实时设备位置对所述第一实时设备位置进行实时位置更新，得到实时更新设备位置；

将所述实时更新设备位置转换为可视化实时设备位置，根据所述可视化实时设备位置对所述移动交通设备进行实时追踪。