[发明专利]一种基于转发节点的隧道定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于转发节点的隧道定位系统及方法，该系统包括均匀布设于隧道内的若干转发节点和布设于隧道外的数据处理中心，数据处理中心与各转发节点、以及各转发节点之间均信号连接；所述数据处理中心至少包括本地GPS/北斗接收机、时间同步模块和数据处理模块，用来将PPS秒脉冲信号和本地GPS/北斗接收机的解调数据发送给转发节点；所述转发节点用来根据数据处理模块发送的数据，实时推算GPS/北斗卫星信号在当前转发节点处的延迟和多普勒频移，并模拟在轨GPS/北斗卫星的运行轨迹，并将模拟的运行轨迹发射给车载导航接收终端。本发明设计简单，成本低廉，可在隧道内为车辆提供室内外一致的定位导航服务。

技术领域

本发明涉及隧道内用户实时定位监控应用，具体的为一种基于转发节点的隧道定位系统及方法。

背景技术

卫星导航定位技术在现代社会中的科技研究、交通运输、地质勘测、工农业发展以及日常生活等方面得到广泛应用。在室内、隧道、矿井等GNSS卫星信号受到严重遮挡的情况下，无法通过直接利用GPS/北斗系统进行定位，提供位置服务，伪卫星定位系统在这种情况下具有先天的优势和优点。因此伪卫星已成为当前导航领域研究中的一个新颖且具有广泛应用前景的研究热点。

基于转发节点的隧道定位系统是一种基于地面的能够传播类似GPS信号的简易信号发生器。而传统的伪卫星定位技术的应用模式分为三种：(1)伪卫星增强GPS系统：在可视GPS卫星数量受限时，通过在地表或空中增加一定数量的伪卫星，与GPS组合来进行定位，改善、增强GPS导航定位系统的性能；(2)独立伪卫星导航定位系统：在矿井隧道、地下掩体或者是遮挡严重的室内，GPS导航信号完全被遮挡，用户无法进行定位，利用伪卫星布设方便，位置灵活的特点，采用GPS的定位原理，伪卫星可以完全替代GPS卫星进行定位；(3)基于伪卫星的逆向定位系统：通过布设一系列位置已经精确确定的接收机阵列，给已安装了伪卫星发射器的移动物体进行定位。当前的伪卫星系统面临着远近效应、兼容与互操作、误差修正、多径效应等技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对已有伪卫星布设方案存在技术问题，提供一种基于转发节点的新隧道定位系统及方法。

本发明提供的一种基于转发节点的隧道定位系统，包括均匀布设于隧道内的若干转发节点和布设于隧道外的数据处理中心，数据处理中心与各转发节点、以及各转发节点之间均信号连接；

所述数据处理中心至少包括本地GPS/北斗接收机、时间同步模块和数据处理模块；其中：

本地GPS/北斗接收机用来实时接收并解调卫星信号获得报文信息；

时间同步模块用来驯服本地晶振，并输出PPS基准秒脉冲信号，以保证各转发节点与卫星时钟同步；

数据处理模块用来通过网络获取卫星星历，并结合解算的报文信息获得卫星的轨道信息和运行状态，即伪距信息，之后将报文信息、伪距信息以及PPS基准秒脉冲信号发送给各转发节点；

所述转发节点用来根据数据处理模块发送的数据，实时推算GPS/北斗卫星信号在当前转发节点处的延迟和多普勒频移，并模拟在轨GPS/北斗卫星的运行轨迹，并将模拟的运行轨迹发射给车载导航接收终端。

进一步的，所述转发节点至少包括顺次相连的ARM处理器、FPGA芯片和射频调制模块，ARM处理器和FPGA芯片通过FSMC接口通信；其中：

ARM处理器至少用来利用PPS基准秒脉冲信号进行时钟同步，并根据报文信息、伪距信息以及所在转发节点与卫星的相对距离，实时计算卫星信号的延迟和多普勒频移，以及推算卫星信号的频率、当前转发节点与本地GPS/北斗接收机之间信号的相位控制字，并将计算和推算出的导航电文发送给对应的基带单元；

所述FPGA芯片设计有与各GPS/北斗卫星分别对应的若干基带单元，所述基带单元用来将ARM处理器输出的导航电文与C/A码、P码调制生成基带信号，并发送至射频调制模块；