专利名称：基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线定位技术领域，特别涉及一种基于卫星导航系统与地面数字电视单频网的联合定位方法及系统。
背景技术：
北斗导航系统是中国正在实施的自主研发、独立运行的三维卫星定位与通信系统，并在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。2000年以来，中国已成功发射了 4颗“北斗导航试验卫星”，建成北斗导航试验系统“北斗一号”(第一代系统)。2007 年4月以来陆续发射北斗导航卫星，正组成北斗导航系统“北斗二号”(第二代系统)。北斗导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GL0NASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。 “北斗二号”定位原理类似于GPS。卫星定位已经技术成熟应用广泛，但由于卫星信号要经过远距离的传输，到达地球表面时强度微弱，因此对接收机灵敏度要求很高；而且在多有反射、阻挡和多径效应干扰的市区、室内或地下室，卫星定位精度大幅下降，很难完成定位。此外，电离层的干扰以及卫星高速运动造成的多普勒效应等多种因素也导致了定位精度的降低。地面数字电视信号发射功率大，传输距离相对卫星信号短，故在传输功率方面具有卫星信号无可比拟的优势；地面数字电视信号工作在较低频率，具有穿透力，故在阻挡较多的市区、室内或地下室环境中定位性能优于卫星信号。此外，电视发射塔位置固定，接收机不用实时更新位置信息，而且也没有卫星高速运动产生的多普勒频移；同时，由于是地面传输，信号不会受到电离层的各种不利影响。这些优点可以降低利用数字电视信号定位的系统设计难度，降低定位算法的信号处理复杂度，使得利用地面数字电视的定位系统成为卫星定位有力的辅助和补充手段。而且在使用范围方面，基于卫星信号和数字电视信号自身特点以及传输特性，使得信号覆盖区域互补，北斗卫星可主要用于开阔地带室外定位，数字电视则可用于室内和建筑物阻挡较多的室外定位。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明所要解决的技术问题是提供一种适应多种环境、受到的定位干扰小、定位精度高的联合定位方法及系统。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，该方法包括步骤Si.在终端接收机检测北斗第二代导航系统的卫星信号并判断信号强度；
S2.在终端接收机检测中国地面数字电视单频网中的电视信号并判断信号强度；S3.依据检测判断结果选择定位模式；S4.从接收到的信号中提取定位参数；S5.在选定的定位模式下，根据定位参数以及辅助定位信息得出目标所在位置并授时。其中，所述定位模式包括基于北斗第二代导航系统的独立定位模式；基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式；基于中国地面数字电视单频网的独立定位模式；基于中国地面数字电视单频网的有辅助的定位模式；中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。其中，在步骤S3中，在可见中国地面数字电视发射塔数量少于4，而可见卫星数量至少为4的情况下，选择基于北斗第二代导航系统的独立定位模式，或基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式。其中，在步骤S3中，在可见卫星数量少于4，而可见中国地面数字电视发射塔数量至少为4的情况下，选择基于中国地面数字电视单频网的独立定位模式，或基于中国地面数字电视单频网的有辅助的定位模式。其中，在步骤S3中，在可见卫星和可见中国地面数字电视发射塔数量均少于4，且在卫星系统与地面数字电视单频网同步时二者总数量至少为4、不同步时总数量至少为5 的情况下，选择中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。其中，在步骤S3中，在可见卫星和可见中国地面数字电视发射塔数量均至少为4 的情况下，选择中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。其中，所述定位参数包括存储于终端接收机中作为定位解算已知参数的中国地面数字电视单频网中各发射塔的位置信息。本发明还提供了一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统，该系统包括终端接收机，用于接收北斗第二代导航系统的卫星信号和/或中国地面数字电视单频网中的电视信号，以及辅助定位服务器发送的辅助定位信息并进行定位；辅助定位服务器，用于接收所述卫星信号和/或电视信号，并根据所述卫星信号以及电视信号向所述终端接收机发送辅助定位信息。其中，所述终端接收机包括信号接收模块，用于将接收到的北斗第二代导航系统的卫星信号以及中国地面数字电视单频网中的电视信号由射频转换为中频后送入检测模块；信号检测模块，用于捕获、追踪以及解调所述卫星信号和/或电视信号，检测所述卫星信号和/或电视信号的信噪比，并根据检测结果选择定位模式，将代表定位模式的信号和处理后的卫星信号和/或电视信号送入定位参数提取模块；定位参数提取模块，用于在选定定位模式下从接收信号中提取定位解算所需参数送入定位解算模块；辅助信息处理模块，用于在辅助定位模式下向定位参数提取模块提供辅助定位信息；定位解算模块，用于根据所述定位参数提取模块提取的定位参数以及所述辅助信息处理模块提供的辅助定位信息进行方程组解算，得到目标位置信息。其中，所述辅助信息处理模块还包括卫星信号定位辅助数据处理器，接收所述辅助定位服务器发送的包括终端接收机原始伪距测量值、时钟及星历数据的校正值、以及完好性数据的辅助定位信息，并发送至所述定位参数提取模块；电视信号定位辅助数据处理器，接收所述辅助定位服务器发送的包括终端接收机原始伪距测量值及时钟的校正值的辅助定位信息，并发送至所述定位参数提取模块。(三)有益效果本发明的方法及系统将北斗第二代导航系统和中国地面数字电视单频网联合，既可在电视信号无法覆盖的野外开阔地带利用卫星信号定位，也可在阻挡、反射、多径等干扰较多的卫星信号检测困难的市区、室内和地下室利用电视信号定位，系统服务范围得以扩展，实现真正意义上的无缝覆盖，提升系统有效性；将与北斗时同步的地面数字电视发射塔作为路基伪卫星，可增加可见星数量，利于选择最佳星座，系统定位精度得以提高；多种定位模式切换，增加系统灵活性和抗打击性。
图1为依照本发明一种实施方式的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法拓扑图；图2为依照本发明一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统终端接收机结构框图；图3为依照本发明一种实施方式的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法流程图；图4为TDS-OFDM信号复帧结构；图5为TDS-OFDM信号叠加伪随机序列以区分不同电视发射塔的时域示意图；图6为中国地面数字电视单频网与北斗标准时间进行同步的示意图。
具体实施例方式本发明提出的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法及系统，结合附图和实施例说明如下。地面数字电视信号发射功率大，传输距离相对卫星信号短，故在传输功率方面具有卫星信号无可比拟的优势；地面数字电视信号工作在较低频率，具有穿透力，故在阻挡较多的市区、室内或地下室环境中定位性能优于卫星信号。此外，电视发射塔位置固定，接收机不用实时更新位置信息，而且也没有卫星高速运动产生的多普勒频移；同时，由于是地面传输，信号不会受到电离层的各种不利影响。这些优点可以降低利用数字电视信号定位的系统设计难度，降低定位算法的信号处理复杂度，使得利用地面数字电视的定位系统成为卫星定位有力的辅助和补充手段。而且在使用范围方面，基于卫星信号和数字电视信号自身特点以及传输特性，使得信号覆盖区域互补，北斗导航卫星可主要用于开阔地带室外定位，数字电视则可用于室内和建筑物阻挡较多的室外定位，从而补充卫星在此环境中定位的不足，实现真正意义上
的无缝覆盖。本发明的系统及方法将北斗第二代导航系统和中国地面数字电视单频网联合，实现无线定位，使定位服务范围得以扩展，并提高定位精度，增加系统灵活性和抗打击性。如图1所示，依照本发明一种实施方式的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统，包括多个北斗导航卫星102、104、106、108和地面数字电视发射塔112、114、116，终端接收机120，提供辅助定位信息的辅助定位服务器130，以及连接终端接收机120 和辅助定位服务器130的基站118。北斗导航卫星102、104、106、108广播带有导航信息的卫星信号，地面数字电视发射塔112、114、116广播电视信号。位于开阔地带的辅助定位服务器130接收到的卫星信号强度比终端接收机120接收的要高，基于此，辅助定位服务器130 可得出终端接收机120原始伪距测量值的校正值以及完好性数据等辅助定位信息，再将这些辅助定位信息通过基站118发射给终端接收机120。此外，辅助定位服务器130也可接收来自地面数字电视发射塔112、114、116的电视信号，将由此获得的电视信号定位辅助信息通过基站118发射给终端接收机120。终端接收机120接收卫星信号或/和电视信号计算用户位置，也可同时接收辅助信息，提高定位精度。中国地面数字电视单频网中各发射塔位置信息存储于终端接收机中作为定位解算的已知参数。如图2所示，依照本发明一种实施方式的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统的终端接收机120，包括卫星信号接收装置202、电视信号接收装置204、检测装置206、定位参数提取处理器208、卫星信号定位辅助数据处理器210、电视信号定位辅助数据处理器212、以及位置解算处理器214。在终端接收机120的卫星信号接收装置202中将接收到卫星信号由射频转为中频并送入检测装置206，在电视信号接收装置204中将接收到电视信号由射频转为中频并送入检测装置206。在检测装置206中有独立的模块分别捕获、追踪和解调卫星或/和电视信号，并检测卫星或/和电视信号信噪比SNR，依据检测结果选择定位模式，将代表定位模式的信号和处理后的卫星或/和电视信号送入定位参数提取处理器208。如图3所示，依照本发明一种实施方式的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，包括步骤Si.在终端接收机检测北斗第二代导航系统的卫星信号并判断信号强度；S2.在终端接收机检测中国地面数字电视单频网中的电视信号并判断信号强度；S3.依据检测判断结果选择定位模式；S4.从接收到的信号中提取定位参数；S5.在选定的定位模式下，根据定位参数以及辅助定位信息得出目标所在位置并授时。其中，定位模式包括以下五种基于北斗第二代导航系统的独立定位模式；基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式；基于中国地面数字电视单频网的独立定位模式；基于中国地面数字电视单频网的有辅助的定位模式；中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。其中，如果在可见中国地面数字电视发射塔数量少于4，而可见卫星数量至少为4 的情况下，例如在地势开阔的偏远郊区，选择基于北斗第二代导航系统的独立定位模式，或基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式。当系统进入基于北斗第二代导航系统的独立定位模式时，定位参数提取处理器 208处理解调后的卫星信号，提取导航信息，从中获取可见卫星位置，并根据星历得出信号发射时间计算伪距。在位置解算处理器214中利用下式计算获得终端接收机位置
权利要求
1.一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，该方法包括步骤51.在终端接收机检测北斗第二代导航系统的卫星信号并判断信号强度；52.在终端接收机检测中国地面数字电视单频网中的电视信号并判断信号强度；53.依据检测判断结果选择定位模式；54.从接收到的信号中提取定位参数；55.在选定的定位模式下，根据定位参数以及辅助定位信息得出目标所在位置并授时。
2.如权利要求1所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，所述定位模式包括基于北斗第二代导航系统的独立定位模式；基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式；基于中国地面数字电视单频网的独立定位模式；基于中国地面数字电视单频网的有辅助的定位模式；中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。
3.如权利要求2所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，在步骤S3中，在可见中国地面数字电视发射塔数量少于4，而可见卫星数量至少为4的情况下，选择基于北斗第二代导航系统的独立定位模式，或基于北斗第二代导航系统的有辅助的定位模式。
4.如权利要求2所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，在步骤S3中，在可见卫星数量少于4，而可见中国地面数字电视发射塔数量至少为4的情况下，选择基于中国地面数字电视单频网的独立定位模式，或基于中国地面数字电视单频网的有辅助的定位模式。
5.如权利要求2所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，在步骤S3中，在可见卫星和可见中国地面数字电视发射塔数量均少于4，且在卫星系统与地面数字电视单频网同步时二者总数量至少为4、不同步时总数量至少为5的情况下，选择中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。
6.如权利要求2所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，在步骤S3中，在可见卫星和可见中国地面数字电视发射塔数量均至少为4的情况下，选择中国地面数字电视单频网作为路基增强系统的联合定位模式。
7.如权利要求1所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法，其特征在于，所述定位参数包括存储于终端接收机中作为定位解算已知参数的中国地面数字电视单频网中各发射塔的位置信息。
8.一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统，其特征在于，该系统包括终端接收机，用于接收北斗第二代导航系统的卫星信号和/或中国地面数字电视单频网中的电视信号，以及辅助定位服务器发送的辅助定位信息并进行定位；辅助定位服务器，用于接收所述卫星信号和/或电视信号，并根据所述卫星信号以及电视信号向所述终端接收机发送辅助定位信息。
9.如权利要求8所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统，其特征在于，所述终端接收机包括信号接收模块，用于将接收到的北斗第二代导航系统的卫星信号以及中国地面数字电视单频网中的电视信号由射频转换为中频后送入检测模块；信号检测模块，用于捕获、追踪以及解调所述卫星信号和/或电视信号，检测所述卫星信号和/或电视信号的信噪比，并根据检测结果选择定位模式，将代表定位模式的信号和处理后的卫星信号和/或电视信号送入定位参数提取模块；定位参数提取模块，用于在选定定位模式下从接收信号中提取定位解算所需参数送入定位解算模块；辅助信息处理模块，用于在辅助定位模式下向定位参数提取模块提供辅助定位信息； 定位解算模块，用于根据所述定位参数提取模块提取的定位参数以及所述辅助信息处理模块提供的辅助定位信息进行方程组解算，得到目标位置信息。
10.如权利要求9所述的基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位系统，其特征在于，所述辅助信息处理模块还包括卫星信号定位辅助数据处理器，接收所述辅助定位服务器发送的包括终端接收机原始伪距测量值、时钟及星历数据的校正值、以及完好性数据的辅助定位信息，并发送至所述定位参数提取模块；电视信号定位辅助数据处理器，接收所述辅助定位服务器发送的包括终端接收机原始伪距测量值及时钟的校正值的辅助定位信息，并发送至所述定位参数提取模块。
全文摘要
本发明公开了一种基于北斗二代与中国地面数字电视的联合定位方法及系统，该方法包括步骤S1.在终端接收机检测北斗第二代导航系统的卫星信号并判断信号强度；S2.在终端接收机检测中国地面数字电视单频网中的电视信号并判断信号强度；S3.依据检测判断结果选择定位模式；S4.从接收到的信号中提取定位参数；S5.在选定的定位模式下，根据定位参数以及辅助定位信息得出目标所在位置并授时。本发明联合使用北斗第二代导航系统和中国地面数字电视单频网进行定位，利于选择最佳星座，提高系统定位精度；多种定位模式切换，增加系统的灵活性和抗打击性；实现定位区域无缝覆盖，提升系统有效性。
文档编号G01S19/45GK102183775SQ20111004877
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者张彧, 戴凌龙, 杨知行, 王军, 计晓媛 申请人:清华大学