基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置与流程

本发明涉及列车卫星定位导航技术领域，更为具体地，涉及一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置。

背景技术

卫星导航系统，即“全球卫星导航系统”，主要采用最新gps技术在导航通讯领域的最新应用系统。卫星导航全球性大众化民用，刚刚开始，有百种应用类型。卫星导航的生命期至少还有50年，gps概念的提出已有三十年，真正应用只有十来年，现在gps现代化，gpsiii新阶段，延续到2020年。gps国际协会已统计出gps的117种不同类型的应用。蜂窝通信的集成和汽车应用还是当前最大的两个市场。卫星导航系统已经在大量应用中广泛使用，而且总的发展趋势是为实时应用提供高精度服务。随着中国的定位技术的发展，2017年11月5日，中国第三代导航卫星顺利升空，它标志着中国正式开始建造“北斗”全球卫星导航系统；如今，中国的北斗定位系统已在亚太地区全面部署，并在全球层面上逐步趋于成熟。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

但是，无论是哪一种的全球卫星定位系统，都存在着一定的精度需求和信号延续问题，尤其是在一些特定环境当中。比如：在室内定位过程当中，对于卫星定位而言就会接受不到卫星信号，从而使用不了卫星定位技术；在列车导航定位过程当中，如果列车经过多山地区或是穿越隧道时，或是达不到精度需求，或是在进入隧道之后因为接受不到卫星信号而只能放弃卫星定位技术，等等场景都对全球卫星定位系统造成了一定的影响。

由于目前的一些特定环境当中，通常因为卫星信号接受装置收到一定的环境限制，而无法取得多个卫星传来的讯号。在这种情况下，卫星导航定位技术将不能使用。比如下列情况：1、在地底位置；2、在建筑物、火车或其它有遮盖的车辆中；3、在任何其它金属或水泥屋顶结构下；4、在高建筑物之间或在茂密的树丛；5、靠近功率强的无线电或电视讯号发射塔；6、当卫星接受装置的天线受到遮盖时，或天线对着地面时；7、当室外温度超过卫星信号接受装置的操作限制，等等。即使在上述情况下可计算出位置信息，但所需的时间会比平常长，而估算的位置亦可能不够准确。以慢速行走或驾驶亦可能会大幅降低全球卫星定位技术的效能；即使可取得多个卫星传来的讯号，全球卫星定位技术功能会提供大概的位置，通常在几厘米至10米的误差范围内，但有时会比被监控的实际位置远。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置，以解决在隧道内列车的定位信号抗干扰能力差等问题。

本发明提供一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法，包括：

位于隧道出口的北斗卫星扩展装置将接收到的卫星信号进行处理，获取差分信息，并通过正交频分复用将编码后的卫星信号加载到铁道电路中；

将加载到所述铁道电路的卫星信号、所述差分信息传输至位于隧道内的扩展信号接收解码装置中；

所述扩展信号接收解码装置将接收到的信息进行处理，并将处理后的信息传输至北斗卫星信号接收装置；

所述北斗卫星信号接收装置对接收到的所述扩展信号接收解码装置的信息进行处理，获取列车的精确位置。

此外，优选的方案是，在隧道内设置有多个扩展信号接收解码装置，所有的扩展信号接收解码装置形成多基准站的分差定位系统，所述分差定位系统用于精准定位列车的位置。

此外，优选的方案是，所述卫星信号扩展装置和所述扩展信号接收解码装置均采用dsp56200芯片，所述dsp56200芯片用于正交频分复用、解码算法和运行智能自适应算法。

本发明还提供一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的装置，包括：卫星信号接收模块，用于接收列车的北斗定位的卫星信号；

卫星信号放大模块，用于将所述卫星信号接收模块接收到的卫星信号放大；

数字模拟转换器，用于将所述卫星信号放大模块放大的卫星信号由模拟信号转换为数字信号；

卫星信号正交频分复用模块，用于将所述数字信号进行编码，并编码后的信号传输至信号输出模块，以及，将所述数字信号进行解码，形成差分信号；

所述信号输出模块，用于将编码后的信号传输至轨道电路、扩展信号接收解码装置；

无线数传模块，用于将所述数字信号进行解码，形成差分信息传输至所述扩展信号接收解码装置。

此外，优选的方案是，还包括卫星信号接收天线、无线数传模块天线，其中，

所述卫星信号接收天线，用于将接收到的卫星信号传输至所述卫星信号接收模块；

所述无线数传模块天线，用于将所述无线数传模块的分差信息传输至所述扩展信号接收解码装置。

此外，优选的方案是，还包括电源模块，其中，

所述电源模块，用于对卫星信号扩展装置提供电源。

此外，优选的方案是，所述卫星信号接收模块采用的为gnss接收模块k700。

此外，优选的方案是，所述无线数传模块天线与所述卫星信号正交频分复用模块的dsp芯片采用pcie总线电连接。

从上面的技术方案可知，本发明提供的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置，通过拥有该装置的一个系统将北斗卫星的信号进行扩展，使得一些特定的环境中同样可以接受到信号而使用全球定位技术，同时通过该套系统可以有效的提高定位精度。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法流程示意图；

图2为根据本发明实施例的卫星信号扩展的组网系统简易示意图；

图3为根据本发明实施例的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的装置示意图；

图4为根据本发明实施例的卫星信号正交频分复用原理框图；

图5为根据本发明实施例的正交电信号载波高频卫星信号示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法，图1示出了根据本发明实施例的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法流程。

如图1所示，本发明提供的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法包括：

s110：位于隧道出口的北斗卫星扩展装置将接收到的卫星信号进行处理，获取差分信息，并通过正交频分复用将编码后的卫星信号加载到铁道电路中；

s120：将加载到铁道电路的卫星信号、差分信息传输至位于隧道内的扩展信号接收解码装置中；

s130：扩展信号接收解码装置将接收到的信息进行处理，并将处理后的信息传输至北斗卫星信号接收装置；

s140：北斗卫星信号接收装置对接收到的扩展信号接收解码装置的信息进行处理，获取列车的精确位置。

上述示出了本发明基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法，其中，结合图2所示，详细介绍了列车在隧道内的定位的卫星信号扩展方法，如图2所示，图2组成基本模型为：北斗卫星信号<＝>卫星信号扩展装置<＝>标准电路<＝>扩展信号接收解码装置<＝>北斗卫星信号接收装置。

即：第一：在隧道的入口处(或有卫星信号的环境中)放置北斗卫星信号扩展装置，并不止卫星信号接收天线，最后将装置的输出端接入到铁道电路中。

第二：通过装置内各个模块将信号调制，然后输出加载在电路上。

第三：扩展信号接收解码装置设置之后，接收到卫星信号即可，则系统组网成功。

如图1和图2共同所示，在本发明中，北斗卫星信号扩展装置使用的传输技术和正交频分复用(ofdm)类似，简单点明，就是把北斗卫星信号和电力信号叠加到一起在一起进行传输，然后在需要的环境当中再将电力信号中叠加的北斗卫星信号分离出来，进行扩大并传播。

由于平时用的电都是交流电，频率是50hz，电力猫就是在交流电的基础上叠加上互联网的信号；因为北斗卫星的信号频率都很高(民用大概在1561mhz左右)，基本属于超高频的信号频率，所以如果采用合适的手段，是不会对电力传输产生影响的。而且，在电路上的传输速度极快，这一部分产生的时钟误差也可以基本忽略，其中，图5示出了信号的叠加原理。

同时，对于铁路系统而言，不仅有轨道铁路可以利用，还可以利用隧道中的电路来使用该装置。目前，轨道电路均基本采用交流供电，称其为交流轨道电路；交流轨道电路的不仅种类很多，而且频带用得很宽，对于叠加一个超高频信号十分方便。对于隧道当中架设的电路而言，与平时使用的电差别也不大，因此也可以使用本专利当中的卫星信号扩展装置。

其中，类似最早使用的电话线adsl上网技术，就是在语音信号上叠加了一个更高频的互联网信号，由于频率太高，人类的耳朵是听不到的，所以语音通话会忽略这种信号，只有高频的收发设备才能分离这些信号并加以处理。

因此，在理论上说，这种传输方式是完全没有问题的，但因为家用电力网络，或是铁路上使用的各种电力网络里，有各种各样的干扰，开关电器或是电压不稳的时候都会对这种传输产生很大的干扰。并且如果卫星信号自身的频率太高，可能会一直在电路上产生很大的抗阻，所以这种传输方式并不是一种很稳定的解决方案，抗干扰能力很差。本发明的当中的智能北斗卫星信号扩展装置，在自身的芯片上使用了一定的智能自适应算法，通过自适应的调节降低自身产生的一些抗阻。

由于自身传输的一些不稳定因素，所以决定在使用智能北斗卫星信号扩展装置的系统当中使用差分定位技术；这样不仅可以对北斗卫星信号进行中转，同时自身也是一个差分定位基准站，如果在铁路、隧道、室内有多个智能北斗卫星信号扩展装置，这些在隧道或者室内的装置互相会形成一个多基准站的差分定位系统，大大地提高定位精度。

在发明的实施例中，如图4所示，本发明采用正交频分复用技术将北斗卫星信号加载在交流电路之上进行传输。在图4所示的实施例中，将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。即：在发送端，输入的高比特流的卫星信号通过调制映射产生调制信号，经过串并转换变成n条并行的低速子数据流，每n个并行数据构成一个ofdm符号；接收端将接收的信号进行处理，完成定时同步和载波同步，同时进行信道估计(依据插入的导频信号)，接着将信道估计值和fft解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每个子载波上的信息符号，最后通过反映射及信道译码恢复出原始的卫星信号比特流。

图5所示，将载波信号扩展出许多子载波序列，然后在载波信号上引入实传信号，正弦交流电上引入超高频卫星信号。

与上述方法相对应，本发明还提供一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的装置，图3示出了根据本发明实施例的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的装置结构。

如图3所示，本发明的提供一种基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的装置，包括：卫星信号接收模块，用于接收列车的北斗定位的卫星信号。

卫星信号放大模块，用于将卫星信号接收模块接收到的卫星信号放大。

数字模拟转换器，用于将卫星信号放大模块放大的卫星信号由模拟信号转换为数字信号。

卫星信号正交频分复用模块，用于将数字信号进行编码，并编码后的信号传输至信号输出模块，以及，将数字信号进行解码，形成差分信号。

信号输出模块，用于将编码后的信号传输至轨道电路、扩展信号接收解码装置。

无线数传模块，用于将所述数字信号进行解码，形成差分信息传输至所述扩展信号接收解码装置。

此外，在本发明中，于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展装置还包括卫星信号接收天线、无线数传模块天线和电源模块，其中，卫星信号接收天线，用于将接收到的卫星信号传输至所述卫星信号接收模块；无线数传模块天线，用于将所述无线数传模块的分差信息传输至所述扩展信号接收解码装置。电源模块，用于对卫星信号扩展装置提供电源。

其中，卫星信号接收模块采用的为gnss接收模块k700。无线数传模块天线与所述卫星信号正交频分复用模块的dsp芯片采用pcie总线电连接。

卫星信号扩展装置和卫星信号接收装置采用了gnss接收模块k700。

卫星信号扩展装置和扩展信号接收解码装置采用了dsp56200芯片，用于正交频分复用技术、解码算法和运行智能自适应算法。

在本发明的实施例中，在无线数传模块当中，差分运算在k700当中进行，差分信息的传输不使用正交频分复用进行电路加载，而是使用无线数传模块satelline-3as对差分信息传输。

通过上述实施方式可以看出，本发明提供的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置，通过拥有该装置的一个系统将北斗卫星的信号进行扩展，使得一些特定的环境中同样可以接受到信号而使用全球定位技术，同时通过该套系统可以有效的提高定位精度；同时，通过信号的不断转换而达到信号的有效扩展，同时，系统当中引入差分卫星定位技术进一步的提高有效定位精度。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于隧道内列车北斗定位的卫星信号扩展的方法和装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。