应用于隧道内外无缝定位的卫星导航方法及终端接收机

1.本发明涉及一种应用于隧道内外无缝定位的卫星导航方法及终端接收机，属于卫星导航技术领域。


背景技术：

2.目前在铁路和公路隧道、地铁、矿井等室内导航卫星信号不可见的场所，无法使用已有的卫星导航接收机或者智能手机进行定位，只能借助rfid、wifi、uwb超宽带、伪卫星等技术进行定位，但是受制于室内复杂地形引起的多径效应和成本，上述室内定位技术都存在着不足，rfid、wifi、uwb超宽带定位不能帮助导航接收机定位，需要另建一套定位系统，伪卫星需要密集布设多个，而且远近效应、多径效应的影响严重。国内已有多个专利利用伪卫星实现隧道内定位导航，cn201810729390.4一种基于伪卫星的隧道内定位方法和cn201710617675.4 一种动态补偿的卫星导航定位增强系统及方法都是用伪卫星与室外真实卫星信号时间同步和星历同步后，在隧道内仿真多个区域位置，在此区域内的定位位置就是仿真的位置。这种伪卫星定位方法的误差不小，受制于成本，伪卫星仿真的区域位置不可能很密集，所以定位误差几十米到上百米，对于定位导航精度要求高的场合就不适用了。cn202010389587.5 室内虚拟卫星导航定位方法、系统及装置公开了一种利用漏缆两端播发与真实卫星时间和星历同步的虚拟卫星信号来实现室内定位的方法，由于信号沿着漏缆方向传播，漏缆插损小，因此漏缆下方的导航接收机受到的不仅有最上方的漏缆信号，还有两侧的漏缆信号，以及他们在周围墙壁反射引起的多径信号，经过实际试验测试发现，在沿着漏缆下方来回移动是，导航接收机信号容易失锁，如果把导航接收机的全向天线换成窄波束螺旋天线，则导航接收机在来回移动过程中就不会失锁。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种应用于隧道内外无缝定位的卫星导航方法及终端接收机，从而克服现有技术中的不足。
4.本发明的技术方案如下：本发明包括用于隧道外面接收真实卫星信号的全向接收天线与第一导航定位模块，还包括用于隧道里面接收漏缆播发的虚拟卫星信号的窄波束定向接收天线和第二导航定位模块；所述第一导航定位模块的定位数据、原始观测量和所述第二导航定位模块的定位数据和原始观测量数据均传输给所述定位数据融合模块，定位数据融合模块根据两组定位数据、原始观测量数据综合判断出目前终端接收机所处的区域位于隧道外面或者隧道里面，然后选择对应的定位数据输出。
5.进一步地，当第一导航定位模块的定位数据有效，且第二导航定位模块的原始观测量没有虚拟卫星数据时，说明当前位置处于隧道外面，此时定位数据融合模块选择第一导航定位模块的定位数据输出。
6.进一步地，当第一导航定位模块和第二导航定位模块的原始观测量均出现虚拟卫星数据时，说明当前位置处于隧道里面，此时定位数据融合模块选择第二导航定位模块的定位数据输出。
7.卫星导航终端接收机由全向接收天线、第一导航定位模块、窄波束定向接收天线、第二导航定位模块和定位数据融合模块构成；所述全向接收天线与第一导航定位模块相连，用于隧道外面接收真实卫星信号来定位；所述窄波束定向接收天线和第二导航定位模块相连，用于隧道里面接收漏缆播发的虚拟卫星信号来定位。
8.进一步地，所述全向天线是含有低噪放的有源天线。
9.进一步地，所述窄波束定向天线是无源天线或者是含有低噪放的有源天线。
10.进一步地，所述第一导航定位模块和全向天线设置成一体化结构，第二导航定位模块和窄波束定向天线设置成一体化结构；定位数据融合模块设置成单立结构，定位数据融合模块通过串口线和前两个一体化结构中的导航定位模块相连。
11.进一步地，所述全向天线、窄波束定向天线、第一导航定位模块、第二导航定位模块和定位数据融合模块也设置成一体化结构，一体化结构底部固定设置磁铁吸附块，用于安装在车顶本专利的有益效果是在不破坏原有高铁、地铁接收机安装的前提下，再在车顶安装一个窄波束定向天线和第二导航定位模块，并与原有的导航接收机定位数据进行融合，就能实现隧道内外无缝高精度连续定位，隧道里的信号捕获跟踪连续不失锁，因此定位的精度、可用性、连续性指标得到大幅度提高，非常有利于在高铁隧道、地铁和矿井内的应用。
附图说明
12.图1是卫星导航终端接收机组成。
13.图2是卫星导航终端接收机的实施例。图3是室内外无缝定位场景示意图。
具体实施方式
14.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1、2，对本发明实施例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，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
15.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
16.如图1所示，卫星导航终端接收机包括全向接收天线、第一导航定位模块、窄波束定向接收天线、第二导航定位模块和定位数据融合模块，所述全向接收天线与第一导航定位模块相连，用于隧道外面接收真实卫星信号来定位，所述窄波束定向接收天线和第二导航定位模块相连，用于隧道里面接收漏缆播发的虚拟卫星信号来定位，所述第一导航定位模块的定位数据、原始观测量和所述第二导航定位模块的定位数据和原始观测量数据均传输给所述定位数据融合模块，定位数据融合模块根据两组定位数据、原始观测量数据综合
判断出目前终端接收机所处的区域是在隧道外面或者隧道里面，然后选择对应的定位数据输出。
17.进一步地，第一导航定位模块的定位数据有效，且第二导航定位模块的原始观测量没有虚拟卫星数据时，说明当前位置处于隧道外面，此时定位数据融合模块选择第一导航定位模块的定位数据输出。
18.进一步地，第一导航定位模块和第二导航定位模块的原始观测量均出现虚拟卫星数据时，说明当前位置处于隧道里面，此时定位数据融合模块选择第二导航定位模块的定位数据输出。
19.所述全向天线是含有低噪放的有源天线，所述窄波束定向天线可以是无源天线，也可以是含有低噪放的有源天线。
20.所述第一导航定位模块和全向天线可以是一体化结构，第二导航定位模块和窄波束定向天线是一体化结构，定位数据融合模块单独做成一个结构，通过串口线和前两个一体化结构里面的导航定位模块相连。
21.所述全向天线、窄波束定向天线、第一导航定位模块、第二导航定位模块和定位数据融合模块也可以全部做成一体化结构，结构底部放置磁铁吸附块，便于安装在车顶。第一导航定位模块、第二导航定位模块可以采用商用成熟的模块，也可以用模块化的电路在一个板子上实现，如图2所示，包括低噪放、锁相环、两路混频器、放大和滤波、adc、数字下变频、捕获和跟踪、pvt解算。
22.图3为本发明专利实施例的室内外无缝定位场景示意图。如图所示，在隧道外，卫星导航终端接收机通过接收可见卫星信号进行定位解算，进入隧道内，卫星导航终端接收机接收漏缆辐射的模拟卫星信号，根据一路模拟卫星信号进行粗略位置定位数据解算，根据两路固定伪距的模拟卫星信号伪距观测值的差值变化来进行精确位置修正。
23.本专利的有益效果是在不破坏原有高铁、地铁接收机安装的前提下，再在车顶安装一个窄波束定向天线和第二导航定位模块，并与原有的导航接收机定位数据进行融合，就能实现隧道内外无缝高精度连续定位，隧道里的信号捕获跟踪连续不失锁，因此定位的精度、可用性、连续性指标得到大幅度提高，非常有利于在高铁隧道、地铁和矿井内的应用。