CN217980347U - 一种基于双天线的车辆计程检测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于双天线的车辆计程检测装置，主要包括GNSS双天线、信号功分器、信号转发器、GNSS双天线定位模组、惯性测量单元，GNSS双天线包括GNSS主天线和GNSS从天线；信号功分器用于将GNSS主天线捕获的GNSS信号分为同源的两路后分别传送至GNSS双天线定位模组和信号转发器；信号转发器用于通过无线方式转发同源GNSS信号至车辆计程终端；GNSS双天线定位模组还与GNSS从天线连接，用于生成卫星导航观测数据和车辆的航向角信息；惯性测量单元用于捕获惯性测量信息。本实用新型可通过双天线组合导航解算实现复杂环境下计程基准解算的准确性，通过信号功分和无线转发确保待检测车辆计程终端和计程基准计算设备所依据的GNSS信号的一致性。

Description

一种基于双天线的车辆计程检测装置和系统

技术领域

本实用新型属于车辆计程检测技术领域，具体涉及一种基于双天线的车辆计程检测装置和系统。

背景技术

随着互联网以及移动智能终端的普及应用，网约车逐渐成为公众出行的重要方式之一。网约车通过记录车辆服务过程的行驶距离和行驶时间实现用户乘车的计费，准确的计程是网约车合理收费和规范服务的重要保障。目前市场中网约车计程通常采用手机端定位服务，即采用手机内置的低成本定位模块和电子地图进行计程计时。由于手机定位通常采用消费级的导航定位模块，在城市环境中存在显著的导航定位不准问题，从而容易造成计程计时问题，对网约车的计程计时系统进行检测是规范其服务的迫切需求。

运动场景下的计程检测需要精度更高的检测基准，且需保证待检终端与基准系统在同一路径、同一观测环境下进行。目前国内外对于网约车计程的量化检测问题研究较少，主要包括道路环境RTK定位检测法和实验室模拟器检测法。现有的RTK检测法与网约车计程终端接收的卫星信号环境不同，可能导致信号质量和行驶路径的不同，此外在城市复杂环境下RTK 自身的计程解算也可能存在不准的情况；模拟器法通过场景库数据进行事后回放，但由于预先采集的场景库数据并非手机天线实时捕获的真实数据，可能造成手机计程精度过优的问题。为了实现网约车辆计程的客观检测，需保证复杂环境下计程基准解算的准确性，同时确保待检测车辆计程终端和计程基准计算设备所依据的GNSS信号的一致性。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的不足，本实用新型公开了一种基于双天线的车辆计程检测装置和系统，可通过双天线组合导航解算实现复杂环境下计程基准解算的准确性，通过信号功分和无线转发确保待检测车辆计程终端和计程基准计算设备所依据的GNSS信号的一致性。

具体技术方案包括：

方案一公开一种基于双天线的车辆计程检测装置，其主要包括GNSS双天线、信号功分器、信号转发器、GNSS双天线定位模组、惯性测量单元，其中，所述GNSS双天线包括GNSS主天线和GNSS从天线；所述信号功分器的输入端与GNSS主天线有线连接，输出端分别与GNSS双天线定位模组和信号转发器有线连接，用于将GNSS主天线捕获的GNSS信号分为同源的两路后分别传送至GNSS双天线定位模组和信号转发器；所述信号转发器用于通过无线方式转发同源GNSS信号至车辆计程终端；所述GNSS双天线定位模组还与GNSS从天线连接，用于将所述GNSS主天线捕获的GNSS信号进行模数转换得到卫星导航观测数据以及根据 GNSS主天线和GNSS从天线捕获的GNSS信号生成车辆的航向角信息；所述惯性测量单元用于捕获惯性测量信息，所述惯性测量信息包括加速度计检测的加速度数据和陀螺仪输出的角速度数据。

作为一种优选方案，所述GNSS主天线和GNSS从天线布置在车辆顶部时，其连线与车尾至车头方向保持一致。

作为一种优选方案，车辆计程检测装置还包括4G增强天线，所述4G增强天线布置在车辆顶部，并与GNSS双天线定位模组连接。

作为一种优选方案，车辆计程检测装置还包括解算模块，所述解算模块用于根据所述卫星定位观测数据、航向角信息和惯性测量信息进行组合定位解算获得计程基准。

作为一种优选方案，车辆计程检测装置还包括机箱，所述信号功分器、信号转发器、GNSS 双天线定位模组、惯性测量单元、解算模块均布置在机箱内部。使用时，机箱布置在车辆内部。

作为一种优选方案，所述惯性测量单元布置在机箱内底部，其几何中心与GNSS主天线在水平方向上保持一致。

作为一种优选方案，所述信号转发器布置在机箱内顶部，以将同源GNSS信号自上而下在机箱内播放。

方案二公开一种基于双天线的车辆计程检测系统，其主要包括上位机、车辆计程终端，以及方案一及其任意一项不具有解算模块的优选方案所述的车辆计程检测装置；所述上位机用于接收所述车辆计程检测装置上传的卫星定位观测数据、航向角信息和惯性测量信息，并根据所述卫星定位观测数据、航向角信息和惯性测量信息进行组合定位解算获得计程基准，以及将车辆计程终端上传的计程结果与计程基准进行比对，以实现计程检测。

方案三公开一种基于双天线的车辆计程检测系统，其主要包括上位机、车辆计程终端，以及方案一中具有解算模块的优选方案所述的车辆计程检测装置；所述上位机用于接收所述车辆计程检测装置上传的计程基准和车辆计程终端上传的计程结果，并将所述计程结果与计程基准进行比对，以实现计程检测。

有益效果：

本实用新型通过双天线和与惯性测量单元的组合，实现复杂城市环境下计程基准解算的高采样率和解算结果的准确性，从而保证基准的可靠性；通过信号功分和无线转发设计，能够确保计程基准计算设备和待检测车辆计程终端信号的一致性，从而实现车辆计程终端检测。

附图说明

图1为基于双天线的车辆计程检测装置的组成框架示意图；

图2为双天线和车辆的安装结构示意图；

图3为双天线、惯性测量单元和车辆的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型：

结合图1至图3所示，实施例公开一种基于双天线的车辆计程检测装置，主要包括机箱 1、布置在机箱内的信号功分器2、信号转发器3、GNSS双天线定位模组4、惯性测量单元5 和解算模块6，以及布置在车辆顶部的GNSS双天线7和4G增强天线8。

GNSS双天线7用于接收GNSS信号(即卫星导航观测信号)，主要由GNSS主天线71和GNSS从天线72组成，GNSS主天线和GNSS从天线的连线与车尾-车头方向(即车身长度方向)保持一致，以便能够准确估算车辆行驶过程中的航向角。其中，GNSS主天线主要用于同源GNSS信号的捕获，GNSS从天线与主天线构成超短基线，能够快速解算出两个天线间准确的相对位置关系，从而可得到车辆的精确航向角信息，可用于辅助GNSS/惯性组合解算初始对准。

信号功分器2的输入端连接GNSS主天线71，输出端分别与GNSS双天线定位模组4和信号转发器3有线连接，将主天线接收的GNSS信号分为两路，一路传输至GNSS双天线定位模组4，另一路连接至信号转发器3，两路GNSS信号为同源信号。

信号转发器3固定在机箱1内顶部，以使得布置在机箱内底部的待检测网约车计程终端能够正常接收到向下播发的信号。信号转发器3的输入端与信号功分器2有线相连，输出端与车辆计程终端9无线连接。信号转发器3主要用于转发同源的GNSS信号，供车辆计程终端9无线接收。具体的，信号转发器3将同源信号通过无线的方式自上而下在装置内播发，以满足网约车计程终端接收无线信号条件的同时，也能保证计程基准计算所依据的GNSS信号和待检测网约车计程终端接收的GNSS信号为同源GNSS信号。检测过程中，信号转发器3固定在机箱1内顶部，网约车计程终端固定在机箱1内底部，由此可实现同源信号自上而上向下传播，使信号实现直线到达。其中，这里计算计程基准的设备(计程基准计算设备)主要是指由双天线模组、惯性测量单元、解算模块等组成的设备。网络车计程终端可以是常见的装有计程软件的智能手机、平板电脑、车载终端等移动设备。网络车计程终端在需要做计程检测或校准时，可置入机箱1内底部，接收信号转发器3无线转发的同源GNSS信号，在其它时间可以根据用户需求移动使用，不必置入机箱1。

4G增强天线8布置在车辆顶部，具体可以布置GNSS主天线71和GNSS从天线72之间，但也不限于此，只要布置在车辆顶部能起到增强通讯信号即可。4G增强天线8与GNSS双天线定位模组4相连，主要用于GNSS信号增强，以便捕获良好的通讯信号，确保GNSS差分观测信息的实时接收，保证检测过程中能够实时连续地接收到差分观测信息。在其它实施例中，如果GNSS双天线定位模组4具备较好的通讯能力，也可以不设置4G增强天线8。

GNSS双天线定位模组4分别与GNSS主天线71、GNSS从天线72和4G增强天线8相连，主要用于对GNSS主天线接收到的GNSS信号进行模数转换得到卫星导航观测数据，以及根据GNSS主天线71和GNSS从天线72捕获的GNSS信号生成航向角信息。其中，GNSS从天线72 与GNSS主天线71构成超短基线，利用该超短基线解算出两个天线间的相对位置关系，从而得到车辆的精确航向角信息。

惯性测量单元5主要用于捕获惯性测量信息，捕获惯性测量信息具体包括加速度计检测的加速度数据和陀螺仪输出的角速度数据。惯性测量单元主要是用于测量物体角速度及加速度的装置，通常，一个惯性测量单元(IMU)包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。如图 3所示，惯性测量单元布置在机箱内，与底部壳体固定连接，其几何中心与GNSS主天线在水平方向上保持一致，从而规避主天线和惯性测量单元几何中心之间的杆臂对计程结果的影响。

惯性测量单元5和GNSS双天线定位模组4组合应用，通过惯性测量单元5输出高采样的陀螺和加速度计的观测值，GNSS双天线定位模组4生成卫星导航观测数据，并将这两组数据共同汇集至解算模块6，用于高采样率的计程基准解算。同时，利用惯性测量单元5的航位推算能力，也能增强在高楼、林荫等GNSS信号局部遮挡时定位和计程计算的连续性。

解算模块6通常为装有处理器和存储器的计算模块，主要用于根据GNSS双天线定位模组4上传的卫星定位观测数据和航向角信息以及惯性测量单元5上传的惯性测量信息进行组合定位解算获得高采样率的计程基准。需要说明的是，解算模块6对接收到的卫星导航观测数据、航向角信息以及高采样的陀螺和角速度计的观测值的数据处理方式并非本申请所要保护的内容，只要能最终得到计程基准即可，通过本领域现有技术可实现。例如，本领域技术人员可参照公开号为CN113686351A，专利名称为“网约车计程检测方法、系统、装置及计算机可读存储介质”的专利申请中的算法进行计算并得到计程基准，或者采用其它算法计算亦可，此处不再赘述。在其它实施例中，也可以不设置解算模块6，直接由上位机来完成其工作。

机箱1可采用不锈钢材质制作，只要满足检测过程中刚体属性即可。通过机箱1可将信号功分器2、卫星信号转发器3、GNSS双天线定位模组4、惯性测量单元5、解算模块6和相关连接线进行封装。这里的封装主要是为了实现装置的一体化，使得各组成单元相对位置关系固定。

进一步，实施例中还公开一种基于双天线的车辆计程检测系统，包括上位机、网约车计程终端，以及上述实施例所述的车辆计程检测装置。网约车计程终端布置在机箱内底部，接收卫星信号转发器3转发的同源GNSS信号，计算得到计程结果。上位机根据车辆计程检测装置上传的计程基准和网约车计程终端上传的计程结果，将二者进行比对，以实现计程检测。

综上可见，本实用新型通过上述车辆计程检测装置可实现GNSS信号的接收和同源转发，在此信号基础上GNSS双天线定位模组和惯性测量单元将数据汇集至解算模块或直接上传至上位机进行组合定位解算，提供车辆的计程基准，由此可实现复杂城市环境下高采样率的计程基准解算，确保计程基准的可靠性，提升解算结果的准确性。车辆计程终端可通过信号转发器无线接收同源信号，生成相应的终端里程信息(即计程结果)，上位机接收车辆计程检测装置上传的计程基准和车辆计程终端上传的计程结果，通过将计程结果与计程基准对比实现计程检测，由此可实现网约车的车辆计程终端和计程检测装置接收的信号的一致性。

最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双天线的车辆计程检测装置，其特征在于，包括GNSS双天线、信号功分器、信号转发器、GNSS双天线定位模组、惯性测量单元，其中，所述GNSS双天线包括GNSS主天线和GNSS从天线；所述信号功分器的输入端与GNSS主天线有线连接，输出端分别与GNSS双天线定位模组和信号转发器有线连接，用于将GNSS主天线捕获的GNSS信号分为同源的两路后分别传送至GNSS双天线定位模组和信号转发器；所述信号转发器用于通过无线方式转发同源GNSS信号至车辆计程终端；所述GNSS双天线定位模组还与GNSS从天线连接，用于将所述GNSS主天线捕获的GNSS信号进行模数转换得到卫星导航观测数据以及根据GNSS主天线和GNSS从天线捕获的GNSS信号生成车辆的航向角信息；所述惯性测量单元用于捕获惯性测量信息，所述惯性测量信息包括加速度计检测的加速度数据和陀螺仪输出的角速度数据。

2.如权利要求1所述的车辆计程检测装置，其特征在于，所述GNSS主天线和GNSS从天线布置在车辆顶部时，其连线与车尾至车头方向保持一致。

3.如权利要求1所述的车辆计程检测装置，其特征在于，还包括4G增强天线，所述4G增强天线布置在车辆顶部，并与GNSS双天线定位模组连接。

4.如权利要求1所述的车辆计程检测装置，其特征在于，还包括机箱，所述信号功分器、信号转发器、GNSS双天线定位模组、惯性测量单元、解算模块均布置在机箱内部。

5.如权利要求4所述的车辆计程检测装置，其特征在于，所述惯性测量单元布置在机箱内底部，其几何中心与GNSS主天线在水平方向上保持一致。

6.如权利要求4所述的车辆计程检测装置，其特征在于，所述信号转发器布置在机箱内顶部，以将同源GNSS信号自上而下在机箱内播放。

7.一种基于双天线的车辆计程检测系统，其特征在于，包括上位机、车辆计程终端，以及如权利要求1至6任意一项所述的车辆计程检测装置；所述上位机用于接收所述车辆计程检测装置上传的卫星定位观测数据、航向角信息和惯性测量信息，并根据所述卫星定位观测数据、航向角信息和惯性测量信息进行组合定位解算获得计程基准，以及将车辆计程终端上传的计程结果与计程基准进行比对，以实现计程检测。

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