一种北斗、GPS双模车载终端系统的制作方法

本发明涉及一种北斗、gps双模车载终端系统，涉及北斗/gps定位导航应用技术领域。

背景技术：

基于北斗、gps定位导航技术的车载终端需要提升定位精度和通信能力，降低功耗，优化性能和确保可靠性。现有的车载终端大多是基于gps导航定位系统的，对外通信必须通过移动通信网络，这使得在网络信号不好时车载终端无法与外界通信，收到的定位信息无法上报后台服务器，后台服务器无法得知车辆的位置，这使得车辆的安全问题无法保障。特别是在特种旅游和无人区开发领域，没有移动通信网络信号，相应的车载终端无法与外界进行通信，会产生巨大的安全隐患。同时，现有的车载终端多不具备定位增强功能，定位精度较低，一般在5-10m左右，整体的功能设计不完备，性能与可靠性设计上也亟待提高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种定位精度高、安全可靠的北斗、gps双模车载终端系统。

本发明的技术解决方案是：一种北斗、gps双模车载终端，该车载终端包括嵌入式微处理器、rnss定位模块、移动通信模块，其中：

嵌入式微处理器，将rnss定位模块发送的车载终端定位信息存储至定位信息缓冲区，按照预设的频率从缓冲区中提取车载终端定位信息发送至外部终端和移动通信模块；将伪距差分定位增强信息存储至增强信息缓冲区并转发给rnss定位模块；

rnss定位模块，实时接收北斗、gps卫星导航信号，对导航信号进行捕获、跟踪、解扩、解调获取导航电文和原始测量信息，根据原始测量信息计算卫星的伪距信息，接收嵌入式微处理器发送的伪距差分定位增强信息，采用伪距差分定位增强信息对卫星伪距信息修正，根据修正后的卫星伪距信息和导航电文解算出车载终端定位信息，并将车载终端的定位信息发送给嵌入式微处理器；

移动通信模块，将车载终端定位信息转发给定位服务器；从定位增强服务器获取差分定位增强信息并发送给嵌入式微处理器。

所述伪距差分定位增强信息包括时间戳、时间戳所对应的卫星伪距修正数和伪距修正数变化率，按周期发送，采用最新收到的伪距差分定位增强信息进行修正，rnss定位模块每隔周期δt获取伪距信息，并对伪距进行修正，具体的修正公式为：

式中，t0为最新收到的伪距差分定位增强信息中的时间戳，为t0时刻所对应的j号卫星伪距修正数，为t0时刻j号卫星伪距修正数变化率，j代表卫星号，α为伪距修正数变化率影响因子。

所述差分定位增强信息采用rtcm3.0协议编码。

所述定位信息缓冲区容量为2ⁿ，n为保证定位信息可靠传输的最小正整数，增强信息缓冲区为2^m，m为保证伪距差分定位增强信息可靠传输的最小正整数。

所述定位信息缓冲区容量或者增强信息缓冲区容量通过如下方法确定：

(1)、获取车载终端定位信息或者伪距差分定位增强信息的最大数据率，，取比最大数据率小，且最接近最大数据率的2的整数次方作为缓冲区容量的初始值，设置缓冲区容量；

(2)、对北斗、gps双模车载终端定位信息或者伪距差分定位增强信息的通信进行预设时间的测试验证，测试过程中无数据遗漏，则采用二份法缩小缓冲区容量，重新执行本步骤，直到测试过程中出现数据遗漏，此时，以上一次设置的缓冲区容量作为最终的缓冲区容量，所述预设时间不低于2小时。

所述移动通信模块通过预设身份认证信息完成身份验证，与定位增强服务器建立链接，实现通信。

所述预设身份认证信息由嵌入式微处理器按照指定的加密算法将车载终端唯一的设备号进行加密生成。

所述车载终端还包括北斗rdss定位通信模块，嵌入式微处理器将rnss定位模块发送的车载终端定位信息发送给北斗rdss定位通信模块，由北斗rdss定位通信模块通过北斗短报文通信方式发送至定位服务器。

所述嵌入式微处理器请求北斗rdss定位通信模块定位，获取北斗rdss定位通信模块反馈的rdss定位信息，发送至外部终端或者通过移动通信模块转发至定位服务器。

所述移动通信模块采用tcp/ip链路或者短信的通信方式向定位服务器发送定位信息；

当tcp/ip链路可用时，优先采用tcp/ip链路向定位服务器发送定位信息；

当tcp/ip链路不可用时，采用短信的通信方式向定位服务器发送定位信息。

所述双模车载终端包括两种工作模式，一种为低功耗工作模式，一种为正常工作模式，

所述嵌入式微处理器根据车载终端定位信息判断所处车辆运动状态，当车辆处于停车状态并超过一定时间时，嵌入式微处理器关闭北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，双模车载终端进入低功耗工作模式；当车辆处于行驶状态时，嵌入式微处理器打开北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，车载终端进入正常工作模式。

本发明相对与现有技术的有益效果：

(1)、本发明设计的北斗、gps双模车载终端系统，功能完备，具备移动互联网、移动通信网和北斗卫星通信网三网融合的通信方式；定位精度显著提升，采用伪距差分定位增强方法将车载终端的定位精度从5m提升至亚米级；功耗低，在车辆长时间停车时进入低功耗模式，功耗比正常工作模式时降低60％。

(2)、由于增强信息的更新频度低于定位频度，为了保证定位精度，本发明采用的伪距差分定位增强方法，相较于传统的伪距修正公式增加了伪距修正数变化率影响因子，随时间弱化伪距修正数变化率对伪距的影响，有效防止了发散现象，进一步提升了定位精度，保证了定位增强技术的稳定性。

(3)、本发明对嵌入式微处理器中的缓冲区容量采用基于最大信息率和二分法的最优化设计，既保证了模块之间信息交互的可靠性，又防止了因缓冲区容量过大导致的嵌入式微处理器内存浪费。

(4)、本发明设计的车载终端系统在定位增强服务器建立连接时，根据车载终端唯一的设备号按照指定的加密算法生成身份认证信息，确保了具备增强功能设备的合法性，保证了车载终端系统与定位增强服务器通信的安全性。

(5)、本发明设计的车载终端系统具有低功耗模式，在用户车辆长时间停车时，车载终端会根据定位信息中的速度参数进行判断，满足条件时切换到低功耗模式，该模式下功耗只有正常工作模式下的40％左右，大大节省了车辆能耗。

(6)、本发明设计的北斗gps双模车载终端系统，具备完备的功能，能够稳定可靠地运行，定位精度达到亚米级，可以适用于特种旅游与无人区探索领域。

附图说明

图1是本发明实施例北斗、gps双模车载终端的总体架构；

图2是本发明实施例车载终端上电运行的具体流程图。

具体实施方式

以下参照说明书附图对本发明的车载终端系统作如下详细说明。

如图1所示，本发明的一种北斗、gps双模车载终端包括嵌入式微处理器、rnss定位模块、移动通信模块和北斗rdss定位通信模块。其中：

(1)嵌入式微处理器

嵌入式微处理器控制整个车载终端系统的运行，其中包括:将rnss定位模块发送的车载终端定位信息存储至定位信息缓冲区，按照预设的频率从缓冲区中提取车载终端定位信息通过蓝牙或者串口发送至外部终端，同时对定位信息进行组帧和bcd压缩，发送给移动通信模块；定位信息包括时间信息(年月日时分秒)、经度、纬度、高度、速度；将伪距差分定位增强信息存储至增强信息缓冲区并转发给rnss定位模块；请求北斗rdss定位通信模块定位，获取北斗rdss定位通信模块反馈的rdss定位信息，发送至外部终端或者通过移动通信模块转发至定位服务器。

所述定位信息缓冲区容量为2ⁿ，n为保证定位信息可靠传输的最小正整数，增强信息缓冲区为2^m，m为保证伪距差分定位增强信息可靠传输的最小正整数。上述信息缓冲区容量根据通信数据量最大值，采用二分法逐次缩减方法确定。该方法优化设计了合理的数据缓冲区，确保不会漏掉数据，同时也避免了分配的缓冲区太大而浪费存储资源。具体实现步骤为：

(1)、获取车载终端定位信息或者伪距差分定位增强信息的最大数据率，，取比最大数据率小，且最接近最大数据率的2的整数次方作为缓冲区容量的初始值，设置缓冲区容量；例如最大信息量为1100，则取缓冲区初始值为1024。

(2)、对北斗、gps双模车载终端定位信息或者伪距差分定位增强信息的通信进行预设时间的测试验证，测试过程中无数据遗漏，则采用二分法缩小缓冲区容量，重新执行本步骤，直到测试过程中出现数据遗漏，此时，以上一次设置的缓冲区容量作为最终的缓冲区容量，所述预设时间不低于2小时。

(2)、rnss定位模块

rnss定位模块实时接收北斗、gps卫星导航信号，对导航信号进行捕获、跟踪、解扩、解调获取导航电文和原始测量信息，根据原始测量信息计算卫星的伪距信息，接收嵌入式微处理器发送的伪距差分定位增强信息，采用伪距差分定位增强信息对卫星伪距信息修正，根据修正后的卫星伪距信息和导航电文解算出车载终端定位信息，并将车载终端的定位信息通过串口发送给嵌入式微处理器。该模块输出的定位信息采用类nema0183协议，并按照使用需求对协议的信息进行了裁剪，删除不需要的参数信息。

所述伪距差分定位增强信息采用rtcm3.0协议编码，包括时间戳、时间戳所对应的卫星伪距修正数和伪距修正数变化率，按周期发送，采用最新收到的伪距差分定位增强信息进行修正，rnss定位模块每隔周期δt获取伪距信息，并对伪距进行修正，具体的修正公式为：

式中，t0为最新收到的伪距差分定位增强信息中的时间戳，t为当前时刻，为t0时刻所对应的j号卫星伪距修正数，为t0时刻j号卫星伪距修正数变化率，j代表卫星号，α为伪距修正数变化率影响因子，取值范围为0～1，该伪距修正数变化率影响因子，考虑到了随时间弱化伪距修正数变化率对伪距的影响，有效防止了发散现象，进一步提升了定位精度，保证了定位增强技术的稳定性。

将修正后的伪距代入北斗/gpsrnss定位通信模块求解坐标的方程中，可以得到：

式中xu(t)、yu(t)、zu(t)为接收机在t时刻的位置坐标，x^j(t)、y^j(t)、z^j(t)为j号卫星在t时刻的位置坐标，δt(t)为北斗/gpsrnss定位通信模块钟相对于参考站基站钟的钟差，c为光速。rnss定位模块求解修正后的方程组，得到亚米级精度的位置信息。

采用上述伪距差分定位增强方法，可以将定位精度提升至亚米级。

嵌入式微处理器还可以实时查询定位信息、报警状态，可实现超速提醒，自动报警功能。按照对应协议将报警状态进行编码和发送。

(3)、移动通信模块

将车载终端定位信息转发给定位服务器，从定位增强服务器获取差分定位增强信息并发送给嵌入式微处理器。

由于定位增强服务器需要密码才能访问。所述移动通信模块通过预设身份认证信息完成身份验证，与定位增强服务器建立链接，实现通信。所述预设身份认证信息由嵌入式微处理器按照指定的加密算法将车载终端唯一的设备号进行加密生成。

由于北斗rdss定位模块中北斗ic卡信息是唯一编码的，可以作为车载终端唯一的设备号，本发明实施例中，北斗rdss定位模块上电后，嵌入式微处理器提取北斗ic卡信息，采用base64加密算法生成增强定位服务器所需身份认证信息，发送给移动通信模块。

该移动通信模块根据不同应用场景选择通信方式，在网络信号良好，使用at指令查询移动通信模块发现tcp/ip链路可用时，采用tcp/ip链路上报信息，费用最低，在网络信号差，tcp/ip链路不可用时，at指令查询移动通信模块发现信号功率达到短信通信阈值时，使用短信上报信息。根据不同的上报信息方式，优化相应的上报信息频度：对于tcp/ip协议网络通信，成本低，功耗小，采用10s一次的频度上报信息；对于短信通信，采用1min一次的频度上报信息。这样可以保证用户的最低定位频度需求，同时，在移动网络信号良好时还可以提供更多定位信息。该模块与服务器交互的待发送消息按照特定编码方式对数据进行了bcd编码压缩，提高传输效率。

(4)、北斗rdss定位通信模块

北斗rdss定位通信模块通过bd短报文通信方式将嵌入式微处理器发发送过来的rnss定位信息发送至定位服务器。对于北斗rdss短报文通信，成本高，功耗大，采用2min一次的频度上报信息。在没有移动通信网信号时，选用北斗短报文通信可以增强车载终端系统的可靠性。

北斗rdss定位通信模块自身也具备定位功能，当rnss定位模块失效的情况下，嵌入式微处理器可以按照北斗2.1协议向北斗rdss定位通信模块请求定位信息。

为了灵活升级双模车载终端的功能，本发明实施例使用isp(in-system-programming)方法，由上位机通过串口更新嵌入式微处理器、北斗rdss定位模块和rnss定位模块中运行的程序。

由于车辆上的供电资源有限，因此，低功耗是车载设备的重要需求之一。本发明实施例的双模车载终端包括两种工作模式，一种为低功耗工作模式，一种为正常工作模式，具备长时间停车状态下自动切换低功耗模式的功能。

所述嵌入式微处理器根据车载终端定位信息判断所处车辆运动状态，当车辆处于停车状态并超过一定时间时，嵌入式微处理器关闭北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，双模车载终端进入低功耗工作模式；当车辆处于行驶状态时，嵌入式微处理器打开北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，车载终端进入正常工作模式。具体车辆运动状态通过如下方法判断：

根据定位信息判断车辆状态，设备会根据每秒收到的rnss定位信息的速度参数判断车辆是否进入长时间静止状态，当连续10分钟检测到速度参数低于某一阈值时，即连续600次接收到的定位信息速度参数小于某一阈值时，车载终端会关闭rdss定位模块和移动通信模块，进入低功耗待机模式。当车辆重新启动行驶时，即当接收到定位信息中的速度参数大于某一阈值时，会重新进入正常工作模式。

如图2所述，本发明实施例的具体实施步骤如下：

步骤1、车载终端启动后，可以根据需要，使用配套上位机通过串口更新北斗rdss定位通信模块和北斗/gpsrnss定位通信模块中运行的程序，更新后需重新启动设备。

步骤2、启动rnss定位模块，将接收到的定位信息通过串口转发给嵌入式微处理器，嵌入式微处理器将定位信息通过串口或者蓝牙发送给应用终端(如手机、电脑等)。

步骤3、启动北斗rdss定位通信模块，嵌入式微处理器读取设备内的北斗卡号，通过base64算法生成对应于北斗卡号的定位增强服务器身份认证信息。用户在需要进行主动定位与通信时，可以通过串口或者蓝牙来主动控制北斗rdss模块进行北斗rdss定位与通信。将定位信息通过串口发送到嵌入式微处理器，嵌入式微处理器将定位信息通过串口或者蓝牙模块发送到外部终端。

步骤4、启动移动通信模块，用tcp/ip协议连接定位监控服务器和伪距差分定位增强服务器。通信模块将定位增强服务器上接收的伪距差分定位增强信息，通过串口发送到嵌入式微处理器，嵌入式微处理器将增强信息通过串口转发给rnss定位模块。

步骤5、嵌入式微处理器定时查询从定位通信模块接收到的最新定位信息，更新有效的定位信息到对应的内存和非易失存储器中，用于通信和定位记录。嵌入式微处理器定时查询移动通信模块当前与定位服务器和定位增强服务器连接状态，断开后自动重连。嵌入式微处理器根据最新的有效定位信息中的速度参数和主动报警按钮的电平状态，判读当前是否存在超速、报警、长时间停车等情况。

步骤6、嵌入式微处理器提取当前的定位信息与报警情况，将他们用bcd码编码成待发送消息。

步骤7、在移动通信网网络状态良好的情况下，选择tcp/ip网络链路向服务器回传网络信息；在移动通信网信号比较差，但可以短信通信时，使用短信向服务器回传和北斗通信方式将待发送消息转发到服务器。

步骤8、如进入长时间停车状态，关闭北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，进入低功耗模式。车辆重新启动行驶时，离开长时间停车状态，打开北斗rdss定位通信模块和移动通信模块，进入正常工作模式。

本发明实现的车载终端系统，功能完备，具备高精度，低功耗与高可靠的特点，可以在特种旅游和无人区探索领域当中得到应用。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员的公知常识。