CN202189145U - 一种特征参数采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种特征参数采集装置，属于导航领域。所述特征参数采集装置包括CMMB射频芯片、基带FPGA模块和处理器模块；本实用新型通过基于L波段广播网获取当前位置的特征参数，因而能够获取到该特征参数采集装置位于室内外时的特征参数。另外，能够建立包括特征参数和位置信息建立对应关系的特征参数数据库，在后续接收机接收到一特征参数时，通过在对应关系中查找位置信息实现准确定位。

Description

一种特征参数采集装置

技术领域

本实用新型涉及导航领域，特别涉及一种特征参数采集装置和定位系统。 

背景技术

地理位置信息是与人们生活息息相关的重要信息，随着现代生活节奏的加快，地理位置信息发挥着越来越大的作用。地理位置信息能够用于人员调度、资产管理、安全监控、安全调度、智能交通、地图导航、出行指南等诸多方面，特别是在应对紧急救助与应急指挥调度时，获取地理位置信息更是尤为重要。 

现有获取地理位置信息的方式，主要有通过卫星定位，如GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、WLAN定位、基于室外移动通信基站定位。其中，卫星定位由于信号强度弱，易受遮挡和室内等环境因素干扰，一般仅局限在室外，难以在室内进行定位；WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网络)、WSN(wireless sensor network，无线传感网络)等室内定位系统覆盖区域有限，不利于全域推广；基于地面移动通信基站定位，可实现大区域室内外定位，但是基站时间同步精度、NLOS(Non Light of Sight，非视距)、码片宽度、多径等影响，现有移动通信网定位精度较低，约50-150米。 

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题： 

现有技术一般只在室外或室内时能够定位出准确的地理位置信息，但是若从室外移动到室内或从室内移动到室外的情况下，定位效果并不明显。 

实用新型内容

本实施例提供了一种特征参数采集装置，用于采集室内外环境参数，以实现定位。所述技术方案如下： 

一种特征参数采集装置，所述装置至少包括CMMB(China MobileMultimedia Broadcasting，中国移动多媒体广播)射频芯片、基带FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)模块和处理器模块， 

所述CMMB射频芯片接收发射端发射的基于L波段广播网的CMMB信号，并发送给基带FPGA模块，所述CMMB信号中混有CDMA定位信号； 

所述基带FPGA模块，与CMMB射频芯片和处理器模块分别进行连接，用于在接收的CMMB信号中分离出CDMA定位信号，并对CDMA定位信号进行解扩处理，获取特征参数； 

所述处理器模块，接收基带FPGA模块发送的特征参数。 

其中，所述基带FPGA模块具体包括同步信道估计及CMMB信号调解单元、加权单元、CDMA定位信号检测解调单元、信噪比估计及多径检测单元和数据处理上传单元； 

所述同步信道估计及CMMB信号调解单元连接所述CMMB射频芯片，接收所述CMMB射频芯片发送的CMMB信号，并从该CMMB信号中分离出CDMA定位信号； 

所述加权单元，连接所述同步信道估计及CMMB信号调解单元，用于对每个路径的CDMA定位信号进行加权处理，并将处理结果相加合成一个输出数据输入到CDMA定位信号检测解调单元； 

所述CDMA定位检测解调单元，接收所述同步信道估计及CMMB信号调解单元发送的加权后的CDMA定位信号，并采用解扩码对每个CDMA定位信号进行解扩处理，并获取特征参数，将解扩后的CDMA定位信号发送给信噪比估计及多径检测单元； 

所述数据处理上传单元，将所述CDMA定位检测解调单元发送的特征参数传输给处理器模块。 

其中，所述装置还包括一气压测高芯片，用于获取所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的高程信息； 

相应地，所述基带FPGA模块还包括高程计算及修正单元，连接所述气压测高芯片，对所述气压测高芯片发送的高程信息进行处理，得到海拔高度信息；所述数据上传单元还将所述海拔高度信息传输给处理器模块。 

其中，所述装置还包括一坐标信息获取模块，连接所述处理器模块，用于获取所述特征参数采集装置所处的当前位置的坐标信息，并将所述位置信息发送给所述处理器模块。 

其中，所述坐标信息获取模块具体包括差分GPS芯片和外设单元， 

所述差分GPS芯片，用于当所述特征参数采集装置位于GPS覆盖区域时，获取所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的坐标信息； 

所述外设单元，用于当所述特征参数采集装置位于GPS无法覆盖区域时，向所述处理器模块输入所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的坐标信息。 

其中，所述装置还包括一存储卡，连接所述处理器模块，用于存储所述处理器模块发送的数据。 

本实用新型实施例还提供了一种定位系统，所述系统包括特征参数采集装置、上位机和接收机， 

所述特征参数采集装置用于采集所测区域内的位置信息和所述位置信息对应的特征参数； 

所述上位机，连接所述特征参数采集装置，用于获取所测区域内的位置信息和对应的特征参数，并根据所述位置信息，建立包括所述位置信息与特征参数的对应关系的特征参数数据库； 

所述接收机连接所述上位机，将接收到的特征参数发送给上位机，以使上位机根据所述位置信息与特征参数的对应关系，定位出该特征参数对应的位置信息。 

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在广播网中混入CDMA定位信号，并根据CDMA定位信号获取当前位置的特征参数，因而能够获取到该特征参数采集装置位于室内外时的特征参数。另外，能够建立包括特征参数和位置信息建立对应关系的特征参数数据库，在后续接收机接收到一特征参数时，通过在对应关系中查找位置信息实现准确定位。 

附图说明

图1是本实施例1中提供的特征参数采集装置的结构示意图； 

图2是本实施例2中提供的特征参数采集装置的结构示意图； 

图3是本实施例2中提供的特征参数采集装置中扩频码填充示意图； 

图4是本实施例3中提供的定位系统的结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。 

实施例1 

参见图1，本实施例提供的一种特征参数采集装置，至少包括CMMB射频芯片101、基带FPGA模块102和处理器模块103， 

CMMB射频芯片101接收发射端发射的基于L波段广播网的CMMB信号，并发送给基带FPGA模块，所述CMMB信号中混有CDMA定位信号； 

基带FPGA模块102，与CMMB射频芯片101和处理器模块103分别进行连接，用于在接收的CMMB信号中分离出CDMA定位信号，并对CDMA定位信号进行解扩处理，获取特征参数； 

处理器模块103，接收基带FPGA模块102发送的特征参数。 

本实施例提供的装置，通过基于L波段广播网获取CDMA定位信号，因而能够获取到该特征参数采集装置位于室内外时的特征参数，实现了在室内外特征参数的获取，从而便于后续根据该特征参数实现定位。 

实施例2 

本实施例针对具体的应用场景，对本实用新型的技术方案进行详细说明，以使本领域技术人员清楚理解本实用新型的技术方案。 

参见图2，本实施例提出了一种特征参数采集装置，具体包括CMMB射频芯片201、基带FPGA模块202和处理器模块203， 

CMMB射频芯片201接收发射端发射的基于L波段广播网的CMMB信号，并将该CMMB信号发送给基带FPGA模块202，其中，CMMB信号中混有CDMA定位信号。 

具体地，本实施例中发射端为基站或直放站，特征参数采集装置为接收端，CMMB射频芯片会接收到基站或直放站发射的基于L波段广播网的CMMB信号，如特征参数采集装置在室外时，接收到基站发射的CMMB信号，特征参数采集装置在室内时，接收到直放站发射的CMMB信号。实际应用中，该CMMB信号是经过扩频处理的，特征参数采集装置对经过扩频处理后的CMMB信号进行解扩处理。 

其中，CMMB射频芯片201接收到CMMB信号后，可以对接收的CMMB 信号进行低噪声放大、下变频、滤波、中频放大、采样转换为数字基带信号后，发送给基带FPGA模块202。该CMMB信号中至少混有包括CDMA定位信号，还会包括CMMB广播信号等。 

基带FPGA模块202，与CMMB射频芯片201和处理器模块203分别进行连接，用于在CMMB信号中分离出CDMA定位信号，并对CDMA定位信号进行解扩处理，获取特征参数。 

其中，基带FPGA模块202具体包括同步信道估计及CMMB信号调解单元2021、加权单元2022、CDMA定位信号检测解调单元2023、信噪比估计及多径检测单元2024、高程计算及修正单元2025和数据处理上传单元2026； 

同步信道估计及CMMB信号调解单元2021连接CMMB射频芯片201，接收CMMB射频芯片发送的CMMB信号，并对该CMMB信号进行解调，分离出CDMA定位信号。 

加权单元2022，连接同步信道估计及CMMB信号调解单元2021，用于对每个路径的CDMA定位信号进行加权处理，并将处理结果相加合成一个输出数据输入到CDMA定位信号检测解调单元2022，以提高优于单路相关器的信号检测。 

实际应用中，由于多径效应是定位系统的主要误差源，会显著降低定位精度并影响测量系统的性能，本实施例通过在采用多径处理技术，可以有效地利用多径分量，把多径能量收集起来，变矢量和为代数和，从而有效减小多径衰落的影响，从而在定位系统利用特征参数采集装置采集的特征参数进行定位时，能够很好的抑制多径干扰，改善误码性能，提高了定位系统定位的精确度。 

CDMA定位检测解调单元2024，接收同步信道估计及CMMB信号调解单元2021发送的加权后的CDMA定位信号，并采用解扩码对每个CDMA定位信号进行解扩处理，并获取特征参数，将解扩后的CDMA定位信号发送给信噪比估计及多径检测单元2025。 

实际应用中，由于移动台移动过程中，相邻基站或相邻直放站之间会有一定互相关干扰，相邻基站之间强信号与弱信号之差最大为17dB，该干扰可通过普通的解扩解调加以识别。 

由于本实施例在发射端，首先将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的扩频码(如高速伪随机码)进行调制，使原数据信 号的带宽被扩展，再经载波调制后，发送出去，如本实施例中发射端发送的CMMB信号就是经过扩频处理后的信号。因而，本实施例在CDMA定位检测解调单元使用完全相同的解扩码(如伪随机码)，对接收的带宽信号作解扩处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号。 

其中，本实施例的发射端对窄带信号的帧结构做了如下设计，如图4所示，将一帧(1s)分为40个时隙，每个时隙(25ms)中，利用同步信号与OFDM符号之前的闲置TXID填充扩频码。扩频码长1023(每段127，乘以8＝1016)/2047(视码设计而定)，分8/16段填充在TXID里。优选地，为了确保OFDM不会对CDMA信号产生干扰，本实施例对TXID的前部分进行填充，后部分作为保护间隔，不进行填充，如可以将TXID段分为两段，前25.4us填充127bit扩频码，后10.6us作为保护间隔，不进行填充，从而在扩频时由8/16段TXID拼接扩频。本实施例提供的对窄带信号进行填充扩频码的方式，既可以抑制互相关，又能达到较高的扩频增益。 

其中，由于扩频码或解扩码的选择，对互相关干扰有很大影响，本实施例中扩频码优先选择零互相关窗大于128的LAS码，可完全消去互相关干扰；也可以选择M序列或GOLD码，通过互相关减轻算法，抑制多址干扰。相应地，在CDMA定位信号检测解调中的解扩码也优先选择零互相关窗大于128的LAS码，也可以选择M序列或GOLD码完成解扩操作。 

信噪比估计及多径检测单元2023，接收CDMA定位信号检测解调单元2022发送的解扩后的CDMA定位信号，计算该解扩后的CDMA定位信号的信噪比和各个多径的时延长度，该单元为可选单元，其目的是能够获得接收机所在位置接收到各广播基站的信号的强度，并消除信号的多径传播所带来的特征参数误差。 

高程计算及修正单元2025，连接气压测高芯片205，对该气压测高芯片发送的高程信息进行处理，得到海拔高度信息。本实施例中不对处理高度信息的方式进行限定，该部分为现有技术，该单元与气压测高芯片相对应，若没有设置气压测高芯片，则该基带FPGA模块中也不需要设置高程计算及修正单元。 

数据处理上传单元2026，将接收的数据，传输给处理器模块203。其中，数据处理上传单元接收的数据包括特征参数和海拔高度信息。基带FPGA模块设置信噪比估计及多径检测单元时，数据处理上传单元接收信噪比估计及多径 检测单元发送的特征参数；若没有设置信噪比估计及多径检测单元时，数据处理上传单元接收CDMA定位信号检测解调单元发送的特征参数。基带FPGA模块设置了高程计算及修正单元时，该数据处理上传单元还接收高程计算及修正单元发送的海拔高度信息。 

本实施例通过在基带FPGA模块中采用互相关消除和多径处理技术，以提高特征参数精度，每秒至少可以解调出5组特征参数，从而在上位机208中建立的特征参数数据库更准确。 

其中，CDMA定位信号中还携带有导航电文，基带FPGA模块202可以根据导航电文解调基站信令，记录基站ID，将该基站ID通过处理器模块发送给上位机208，因而上位机中可以建立基站ID、特征参数和位置信息的对应关系。特征参数采集装置能够实地测量网格特征点处得多维特征参数，如信号到达时间、信号强度、基站ID、当前位置信息等。 

处理器模块203与基带FPGA模块201和上位机208分别进行连接，完成与基带FPGA模块和上位机之间的数据交互。处理器模块与基带FPGA模块和上位机之间可以采用无线或有线方式进行连接，如可以通过USB 2.0的数据线进行连接，该处理器模块用于提供人机界面，获取基带FPGA模块发送的定位特征参数，并传递至上位机208，完成特征参数采集装置与上位机之间的交互。 

进一步地，本实施例还包括CPT原子钟模块204，连接基带FPGA模块202，用于为基带FPGA模块202提供高精度的时钟，提高了特征参数采集数据的精度。 

进一步地，本实施例还包括气压测高芯片205，连接基带FPGA模块202，用于获取该特征参数采集装置所处的当前地理位置的高程信息，并将该高程信息发送给高程计算及修正单元2025，高程计算及修正单元2025将处理后的海拔高度信息传输给处理器模块。 

进一步地，本实施例还包括坐标信息获取模块206，连接处理器模块203，用于获取特征参数采集装置所处的当前位置的位置信息，并将该位置信息发送给处理器模块203，本实施例中坐标信息获取模块206包括差分GPS芯片2061和外设单元2062。 

差分GPS芯片2061，连接处理器模块203，用于当特征参数采集装置位于GPS信号覆盖区域，如室外时，获取特征参数采集装置所处的当前地理位置的 坐标信息，如经纬度等，并将当前地理位置的坐标信息发送给处理器模块。 

外设单元2062，连接处理器模块203，用于当特征参数采集装置位于GPS无法覆盖区域，如室内时，可以通过外设单元对特征参数采集装置进行操作，如通过LCD触摸屏、按键等，向处理器模块输入特征参数采集装置所处的当前地理位置的坐标信息。 

进一步地，本实施例还包括存储卡207，连接处理器模块203，用于存储处理器模块203输出的数据，如当前地理位置的特征参数和位置信息等，该位置信息包括坐标信息和海拔高度信息。 

本实施例提供了特征参数采集装置的多个应用场景： 

室外主干道特征参数采集：将特征参数采集装置置于地图公司的路测采集车上，启动该特征参数采集装置。由于特征参数采集速率大于5Hz，因此当采集车以60km/h行驶时，采集间隔可以小于3m。特征参数采集装置会自动将连续的特征数据、地理坐标信息(通过差分GPS得到)记录入存储卡。 

室外小区街道特征参数采集：采集人员手持特征参数采集装置，通过处理器模块提供的人机界面，向特征参数采集装置发送指令，在预定的逐个网格特征点处采集特征参数。特征参数采集装置会自动将连续的特征数据和位置信息记录入存储卡。可以在同一地点多次采集，通过后续离线数据处理，提高特征数据精度。 

楼宇室内特征参数采集：采集人员手持特征参数采集装置，通过处理器模块提供的人机界面，向特征参数采集装置发送指令，在预定的逐个网格特征点处采集特征参数。同时采集人员结合室内电子地图，通过处理器模块提供的人机界面，输入当前网格点在室内电子地图中的坐标。特征参数采集装置将特征参数和位置信息一同记录入存储卡。 

本实施例提供的特征参数采集装置，通过基于L波段广播网获取CDMA定位信号，根据该CDMA定位信号获取特征参数采集装置所处的当前位置的特征参数，由于在室内外均能获取到基于L波段广播网的CDMA定位信息，实现了在室内外特征参数的获取，从而便于后续根据该特征参数实现定位。 

实施例3 

本实施例提供的定位系统的定位原理为：广播基站或直放站发送CMMB信号，当用户位于某地点时，通过特征参数采集装置接收到CMMB信号，并解算出一系列特征参数，称为特征参数采集装置在该地点的特征参数。这些特征参数会随着用户位于地点的不同而变化，也就是说在不同的地点，获取到的特征参数会不同。为了实现定位，首先根据电子地图中的位置信息，存储不同特征参数与不同位置信息的对应关系，这样用户就能通过比对接收机得到的特征参数和位置信息的对应关系，来得到自己当前的位置。其中该特征参数采集装置可以设置为手持终端。 

参见图4，本实施例提供了一种定位系统，具体包括特征参数采集装置301、上位机302和接收机303； 

特征参数采集装置301用于采集所测区域内的位置信息和所述位置信息对应的特征参数；其中，该位置信息具体包括坐标信息和/或海拔高度信息。 

上位机302，连接特征参数采集装置301，用于获取所测区域内的位置信息和对应的特征参数，并根据所述位置信息，建立包括所述位置信息与特征参数的对应关系的特征参数数据库； 

接收机303连接所述上位机302，将接收到的特征参数发送给上位机，以使上位机根据所述位置信息与特征参数的对应关系，定位出该特征参数对应的位置信息。 

本实施例给出一种通过特征参数采集装置采集特征参数和位置信息，在上位机中生成特征参数数据库的技术方案： 

将特征参数采集装置位于某地理位置，CMMB射频芯片对广播基站信号进行低噪声放大、下变频，滤波、中频放大、采样转换为数字基带信号，并发送给基带FPGA模块； 

基带FPGA模块对数字基带信号进行检测并解调，计算出各个基站CDMA定位信号路径时延、信号强度等信息；基带FPGA模块同时解调基站信令，记录基站ID，解算出当前地理位置的特征参数。 

特征参数采集装置位于GPS信号覆盖区域，如室外，通过差分GPS芯片获取当前地理位置的坐标信息，如经纬度等，并将该坐标信息发送给处理器模块，位于GPS无法覆盖区域，如室内，由操作人员结合电子地图，将当前地理位置的地图坐标输入到处理器模块；进一步地，还可以通过气压测高芯片获取当前 地理位置的高度信息，并将当前地理位置的高度信息输入到处理器模块。从而，处理器模块将获取到的当前地理位置的特征参数和位置信息，存入存储卡。 

将特征参数采集装置移动到网格中的其他地点，可以获取网格中各特征点的特征参数和位置信息，从而上位机处理特征采集装置采集得到的特征参数和位置信息，并进行优化，生成特征参数数据库。 

本实施例提供的系统，通过特征参数采集装置采集到当前地理位置的特征参数，并结合电子地图获取当前地理位置的位置信息，建立当前地理位置的特征参数和位置信息的对应关系，因而接收机接收到一特征参数时，通过在该对应关系中查找对应的位置信息实现定位；另，由于特征参数采集装置基于L波段广播网的CMMB信号获取特征参数并建立特征参数数据库，因而可以实现室内外的精确定位。 

以上该仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种特征参数采集装置，其特征在于，所述装置至少包括CMMB射频芯片、基带FPGA模块和处理器模块，

所述CMMB射频芯片接收发射端发射的基于L波段广播网的CMMB信号，并发送给基带FPGA模块，所述CMMB信号中混有CDMA定位信号；

所述基带FPGA模块，与CMMB射频芯片和处理器模块分别进行连接，用于在接收的CMMB信号中分离出CDMA定位信号，并对CDMA定位信号进行解扩处理，获取特征参数；

所述处理器模块，接收基带FPGA模块发送的特征参数。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基带FPGA模块具体包括同步信道估计及CMMB信号调解单元、加权单元、CDMA定位信号检测解调单元和数据处理上传单元；

所述同步信道估计及CMMB信号调解单元连接所述CMMB射频芯片，接收所述CMMB射频芯片发送的CMMB信号，并从该CMMB信号中分离出CDMA定位信号；

所述加权单元，连接所述同步信道估计及CMMB信号调解单元，用于对每个路径的CDMA定位信号进行加权处理，并将处理结果相加合成一个输出数据输入到CDMA定位信号检测解调单元；

所述CDMA定位检测解调单元，接收所述同步信道估计及CMMB信号调解单元发送的加权后的CDMA定位信号，并采用解扩码对每个CDMA定位信号进行解扩处理，并获取特征参数，将解扩后的CDMA定位信号发送给信噪比估计及多径检测单元；

所述数据处理上传单元，将所述CDMA定位检测解调单元发送的特征参数传输给处理器模块。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一气压测高芯片，用于获取所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的高程信息；

相应地，所述基带FPGA模块还包括高程计算及修正单元，连接所述气压 测高芯片，对所述气压测高芯片发送的高程信息进行处理，得到海拔高度信息；所述数据上传单元还将所述海拔高度信息传输给处理器模块。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一坐标信息获取模块，连接所述处理器模块，用于获取所述特征参数采集装置所处的当前位置的坐标信息，并将所述位置信息发送给所述处理器模块。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述坐标信息获取模块具体包括差分GPS芯片和外设单元，

所述差分GPS芯片，用于当所述特征参数采集装置位于GPS覆盖区域时，获取所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的坐标信息；

所述外设单元，用于当所述特征参数采集装置位于GPS无法覆盖区域时，向所述处理器模块输入所述特征参数采集装置所处的当前地理位置的坐标信息。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括一存储卡，连接所述处理器模块，用于存储所述处理器模块发送的数据。 

Images