卫星定位增强系统中的参考基站智能动态管理系统及方法与流程

本发明涉及全球导航卫星系统(GNSS），差分导航定位系统(DGNSS)，具体涉及一种卫星定位增强系统中的参考基站智能动态管理系统及方法。

背景技术：

在全球导航卫星定位系统中，对于增强定位系统而言，卫星导航参考站经常会由于各种原因而出现无法工作等故障，特别是卫星导航参考站处于复杂环境下，容易受到雷击、断电、断网、导航芯片故障和控制器芯片故障等，造成增强定位系统中的部分参考基站工作异常。异常的参考基站有可能会造成部分地区甚至整体系统中断提供增强定位服务,导航定位中需要高精度定位服务的用户终端的定位精度会大大下降，定位精度会从原来的分米级或者厘米级一下子下降到单点定位的7~10米精度，甚至会导致无法定位。

为了解决卫星导航参考基站故障异常，减轻故障参考基站对卫星定位增强系统的影响，本发明提出一种卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理方法。本系统建基于现有的固话宽带网络、移动网以及互联网，组成一个智能动态管理参考基站的定位增强系统。本发明所提出的卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理方法是在差分服务器上对卫星导航参考基站和连接差分服务器之间的网路等进行智能故障和异常工作的动态管理和解决操作，本质上改变了管理大规模参考站的方法，可以尽量避免卫星定位增强系统中的卫星导航参考基站故障维护和软件升级而导致基站附近的高精度服务中断的问题。当卫星导航参考站出现故障而工作异常时，差分服务器自主地根据卫星导航参考站的布网情况，动态将故障参考站附近的卫星导航参考站扩展覆盖范围，服务故障基站附近的用户，继续提供高精度定位。当需要升级卫星导航参考站时，本系统可以通过在差分服务器端上传升级版本，差分服务器智能和有序地远程遥控升级卫星导航参考站，在基站升级期间，动态利用附近持续工作的基站，为升级基站附近的用户提供不间断的服务。本发明所提出的差分服务器智能动态管理和自主管理升级功能，利用固话宽带网络、移动网以及互联网资源，自动管理众多参考站，智能检测参考站故障，在发现参考站故障时，自动安排附近正常工作的参考站提供用户差分服务，从而避免服务中断，并诊断故障基站的问题，提供给工程人员最佳解决方案。本发明有效地提高本系统工作效率，极大地降低了管理维护卫星导航参考站的成本，并提供不同区域、不同类型用户终端的高精度定位服务。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统。本发明可以尽量避免定位系统中的卫星导航参考站故障和维护过程中出现的高精度服务中断的问题。

本发明的另一目的在于提供一种卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理方法。本发明方便实用。

本发明的卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统，包括有卫星导航参考站、差分服务器和连接卫星导航参考站与差分服务器的网路，其中卫星导航参考站包括有卫星导航接收单元、参考站计算控制单元、通信收发单元、参考站存储单元和电源单元，参考站计算控制单元内设有还包含参考站系统诊断单元和固化软件升级单元，差分服务器包括有通信收发单元、服务器计算单元、服务器存储单元、服务器系统诊断单元、服务器升级控制单元、参考站数据库，差分服务器的服务器计算单元承载着卫星定位增强系统管理平台的运行，差分服务器的所有模块都通过服务器计算单元控制调用和输入输出，服务器系统诊断单元分析导航数据诊断卫星导航参考站以判断其是否出现故障以及检测故障原因，服务器计算单元安排维护修理情况，参考站计算控制单元内含参考站升级信息和序号，参考站计算控制单元发送相应升级指令到固化软件升级单元升级卫星导航参考站的软件和硬件模块;在卫星导航参考站中，卫星导航接收单元通过天线接收GNSS卫星信号，经过接收机导航定位算法解算出原始数据和参考站位置状态等信息，传输给参考站计算控制单元处理, 参考站计算控制单元将参考站的有效导航数据经过通信收发单元传送给差分服务器，在卫星导航参考站出现故障时通过参考站系统诊断单元及时解析异常问题并向差分服务器报告，在接收到升级指令后通过固化软件升级单元升级参考站的软件和硬件模块,电源单元保证在正常情况下卫星导航参考站的续电工作，一旦出现断电等电源异常情况，电源单元启用备用电源计划继续供电；若备用电源也出现异常情况无法正常工作或者是电源出现低电压时可发送信息给差分服务器, 参考站存储单元实时存储卫星导航参考站的信息，以备维护管理使用。

卫星导航参考站的通信收发单元一方面接收卫星导航参考站的数据，另一方面通过网络将数据发送到差分服务器中。

差分服务器将参考站导航数据生成高精度定位需求的校正数据，此类校正数据包括伪距离差分数据、位置差分数据、载波相位差分数据和VRS虚拟参考站信息。

参考站系统诊断单元分析导航数据诊断卫星导航参考站以判断其是否出现故障以及检测故障原因，服务器计算单元管理平台安排维护修理情况。

参考站存储单元实时将卫星导航参考站的所有处理记录和运行数据保存在参考站存储单元中，判断基站的好坏，将信息及时反馈给服务器计算单元，服务器存储单元存储差分服务器的数据。

连接卫星导航参考站与差分服务器的网路为固网或者移动网络的一种。

7、根据权利要求1所述的卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统，其特征在于移动网络为GSM网络、GPRS网络、CDMA网络、3G网路、4G网络或者5G网络的一种。

定位增强系统中的卫星导航参考站形成Delaunay三角形网，采用Voronoi图方法来区分卫星导航参考站的辐射区域，每一个卫星导航参考站最终拥有一个多边形的服务范围。

本发明的卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统的管理方法，包括有如下内容：

1）当卫星导航参考基站出现异常时，差分服务器会提供不间断定位服务智能快速地补偿出现故障的卫星导航参考站功能，保证所有区域内参考站的高精度定位功能可以继续使用；

2）当卫星导航参考基站出现故障时，系统诊断单元及时解析异常问题并向差分服务器报告，在接收到升级指令后通过固化软件升级单元升级参考站的软件和硬件模块；电源单元保证在正常情况下卫星导航参考站的续电工作；参考站存储单元实时存储参考站的信息，以备维护管理使用；

3）当卫星导航参考站发生突发故障而无法正常工作时，无法提供高精度定位时，卫星导航参考站中的异常触发单元获得系统的控制权，立即识别异常的情况，将一个或多个参考站发送过来的信息进行多线程处理，将参考站序号等有关信息通过发送单元发送给差分服务器。

本发明卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统包括有3个组成部分：卫星导航参考站、差分服务器和连接参考站-服务器的网路。当卫星导航参考基站出现故障以及在软件、硬件升级中导致卫星导航参考站工作异常和工作中断，本发明中的差分服务器会根据出现故障的卫星导航参考站周围的卫星导航参考站布局情况，及时利用附近正常工作的卫星导航参考站扩大覆盖范围并覆盖故障卫星导航参考站的服务区域，智能快速地补偿出现故障的卫星导航参考站功能，使故障参考站附近的高精度用户终端得以继续正常使用高精度定位。另外，当卫星导航增强系统需要升级卫星导航参考站时，差分服务器可以根据设定好的智能有序动态地升级卫星导航参考站，并保证所有区域内的高精度定位功能可以继续使用；本发明可以尽量避免定位系统中的卫星导航参考站故障和维护过程中出现的高精度服务中断的问题。

附图说明

图1是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法的整体框架图。

图2是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法的网络架构图。

图3是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法增加参考站网络架构图。

图4是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法参考站异常处理网络架构图。

图5是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法的升级操作方法流图。

图6是本发明一种动态管理参考站增强定位系统及方法的参考站异常处理方法流图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理系统及方法，可以尽量避免定位系统中的卫星导航参考站故障和维护过程中出现的高精度服务中断的问题。一种卫星定位增强系统中的参考站智能动态管理方法及系统，主要有3个组成部分：卫星导航参考站、差分服务器和连接参考站-服务器的网路。当卫星导航参考基站出现故障以及在软件、硬件升级中导致卫星导航参考站工作异常和工作中断，本发明中的差分服务器会根据出现故障的卫星导航参考站周围的卫星导航参考站布局情况，及时利用附近正常工作的卫星导航参考站扩大覆盖范围并覆盖故障卫星导航参考站的服务区域，智能快速地补偿出现故障的卫星导航参考站功能，使故障参考站附近的高精度用户终端得以继续正常使用高精度定位。另外，当卫星定位增强系统需要升级卫星导航参考站时，差分服务器可以根据设定好的智能有序动态地升级卫星导航参考站，并保证所有区域内的高精度定位功能可以继续使用。

如图1所示，卫星导航参考站包含卫星导航接收单元、控制计算单元、通信收发单元、存储器单元和电源单元等硬件模块。在控制计算单元的微处理器上，本系统还包含系统诊断单元和固化软件升级软件单元。差分服务器主要包含通信收发单元、计算控制单元、存储单元等硬件模块和差分增强系统单元、系统诊断单元、参考站升级控制单元、参考站数据库等软件模块。

在卫星导航参考站中，卫星导航接收单元通过天线接收GNSS卫星信号，经过接收机导航定位算法解算出原始数据和参考站位置状态等信息，传输给控制计算单元处理。控制计算单元将参考站的有效导航数据经过通信收发单元传送给差分服务器，另外，在参考站出现故障时通过系统诊断单元及时解析异常问题并向差分服务器报告，在接收到升级指令后通过固化软件升级单元升级参考站的软件和硬件模块。电源单元保证在正常情况下卫星导航参考站的续电工作，一旦出现断电等电源异常情况，电源单元启用备用电源计划继续供电；若备用电源也出现异常情况无法正常工作或者是电源出现低电压时可发送信息给差分服务器。存储器实时存储参考站的信息，以备维护管理使用。

在差分服务器中，服务器计算单元承载着卫星定位增强系统管理平台的运行，差分服务器的所有模块都通过服务器计算单元控制调用和输入输出。通信收发单元一方面接收卫星导航参考站的数据，另一方面通过网络将数据发送到差分服务器中。差分增强系统单元将参考站导航数据生成高精度定位需求的校正数据，此类校正数据一般包括伪距离差分数据、位置差分数据、载波相位差分数据和VRS虚拟参考站信息。系统诊断单元分析导航数据诊断卫星导航参考站以判断其是否出现故障以及检测故障原因，服务器计算单元管理平台安排维护修理情况。参考站升级控制单元内含参考站升级信息和序号，发送相应升级指令到固化软件升级单元升级参考站的软件和硬件模块。参考站数据库实时将卫星导航参考站的所有处理记录和运行数据保存在数据库中，判断基站的好坏，将信息及时反馈给服务器计算单元。存储单元存储差分服务器的数据。

图2为动态管理参考站的定位增强系统网络架构图，定位增强系统中的卫星导航参考站形成Delaunay三角形网，采用Voronoi图方法来区分卫星导航参考站的辐射区域，每一个卫星导航参考站最终拥有一个多边形的服务范围。因此，用户终端可以按照划分好的参考站服务区域享受最合理的高精度定位服务，而不会受到邻近参考站的影响。如果用户终端处于多个卫星导航参考站的服务范围重

叠区域，如用户3，当前情况下用户终端接收定位增强服务区域模糊，需运用虚拟参考站VRS技术，将多个卫星导航参考站导航数据经过融合处理得到一个在用户附近的虚拟参考站，直接修正定位误差获得高精度定位；否则，根据定位增强系统划分好的卫星导航参考站服务区域，选取几何距离最近的卫星导航参考站。

图3为增强定位系统增加参考站的网络架构图，当在尚未有高精度服务覆盖区域增加卫星导航参考站时，差分服务器中参考站升级触发单元根据增加了的参考站基本信息自动增加对此参考站的管理，将卫星导航参考站的覆盖范围纳入增强定位系统中，对新形成的Delaunay图三角形网采用Voronoi方法划分出标识出该参考站的服务范围，扩展服务区域。

图5是一种动态管理参考站增强定位系统及方法的参考站异常处理方法流图。当卫星导航参考站发生突发故障而无法正常工作时，例如遭受雷击等自然灾害导致参考站设施受损或者通信问题导致信号传输异常,一个或者多个参考站无法正常工作，无法提供高精度定位时，卫星导航参考站中的异常触发单元获得系统的控制权，立即识别异常的情况，将一个或多个参考站发送过来的信息进行多线程处理，将参考站序号等有关信息通过发送单元发送给差分服务器。差分服务器收到参考站的异常信息报告，根据出现故障的卫星导航参考站周围的参考站布局情况，根据通过智能补偿方法，利用正常工作中的定位参考站使用Voronoi方法重新分配服务区域，覆盖原卫星导航参考站的服务区域，继续为用户提供高精度定位。在智能补偿出现故障的卫星导航参考站的服务区域过程中, 差分服务器继续分析故障卫星导航参考站信息，首先在差分服务器端发送指令尝试对异常工作的参考站进行智能重启，测试参考站能否继续工作。如果发生工作异常的卫星导航参考站无法重启，那么服务器根据卫星导航参考站发送过来的异常信息进行分析，初步判断卫星导航参考站发生工作异常的原因。另外，差分服务器对卫星导航参考站的位置精度实时跟踪，一旦发现位置精度超过先决阈值立即判定该参考站异常。并将所有处理记录和运行数据保存在数据库中进行分析。

对于差分服务器对卫星定位异常工作的原因判断结果，如果是卫星导航参考站至差分服务器的上行通信传输链路出现问题，服务器可以检查网络通信模块，分析出通信问题所在；如果是由于卫星导航参考站出现断电情况，参考站将启动备用电源计划，继续支持参考站工作并发送断电信息给服务器处理，服务器管理平台记录断电情况，并通知相关人员检修电源电路。如果卫星导航参考站遭受如雷击、狂风等自然灾害而导致损坏，卫星导航参考站将故障情况列为最高级别指令发送给差分服务器，服务器端管理平台安排维护修理。如果是检测出网络断开，服务器和卫星导航参考站之间无法进行通信连接，可以通过卫星导航参考站附近连接的路由器不断访问定位增强系统来查看参考站的网络状况。

如图2、4、5所示，对于卫星导航参考站A出现故障而无法为原服务范围内的高精度定位用户提供高精度服务时，在图5中，差分服务器将A周围的卫星导航参考站重新规划服务区域，暂时建立一个没有参考站A的增强定位服务区域，按照Voronoi方法，卫星导航参考站A原来的服务区域被参考站B、C、E、G、H等分割覆盖。此时，用户1所代表的的高精度用户终端所在的服务范围从卫星导航参考站A切换到卫星导航参考站C。经过一系列快速的智能动态管理操作流程，高精度定位用户终端仍然处于定位增强系统的覆盖范围内，可以继续进行高精度定位。

图6是本发明一种动态管理参考站的增强定位系统及方法的升级操作方法流图，结合图1、2,当需要对卫星导航参考站升级时，差分服务器获取参考站的升级信息和参考站序号，按照既定算法智能生成一套卫星定位升级程序，按照升级要求采用卫星导航参考站逐个升级和批量空间交错升级的方法。卫星导航参考站接收到升级程序后按照既定程序进行模块化升级，在卫星导航参考站升级的整个过程中，差分服务器一直跟进升级情况，对正在升级的卫星导航参考站，和卫星导航参考站工作异常情况一样，采用周围参考站智能补偿服务范围方法；对更新后的参考站使用Voronoi图方法划分参考站服务区域，避免因为区域服务混乱引起的高精度定位服务误差。

本发明所述的连接参考站-服务器的网路为固网或者移动网络的一种,其中移动网络为GSM网络、GPRS网络、CDMA网络、3G网路、4G网络或者5G网络的一种。基站到差分服务器之间使用的网路不一定是移动网，可能是固网，价格便宜点。

本发明所述的方法能极大提高增强定位系统的资源利用效果，实现一种更加自主的动态管理方法，大大降低卫星导航参考站的管理难度和管理成本。另外更加关键的是，本发明所述方法可以实现高精度定位的持续服务，提高了增强定位系统的高精度定位效率和服务能力。