專利名稱：基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線定位技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，并在系統(tǒng)組網(wǎng)和試驗基礎(chǔ)上，逐步擴展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2000年以來，中國已成功發(fā)射了 4顆“北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星”，建成北斗導(dǎo)航試驗系統(tǒng)“北斗一號”(第一代系統(tǒng))。2007 年4月以來陸續(xù)發(fā)射北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，正組成北斗導(dǎo)航系統(tǒng)“北斗二號”(第二代系統(tǒng))。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成，空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站，用戶端由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯GL0NASS、歐洲GALILEO等其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端組成。 “北斗二號”定位原理類似于GPS。衛(wèi)星定位已經(jīng)技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛，但由于衛(wèi)星信號要經(jīng)過遠距離的傳輸，到達地球表面時強度微弱，因此對接收機靈敏度要求很高；而且在多有反射、阻擋和多徑效應(yīng)干擾的市區(qū)、室內(nèi)或地下室，衛(wèi)星定位精度大幅下降，很難完成定位。此外，電離層的干擾以及衛(wèi)星高速運動造成的多普勒效應(yīng)等多種因素也導(dǎo)致了定位精度的降低。地面數(shù)字電視信號發(fā)射功率大，傳輸距離相對衛(wèi)星信號短，故在傳輸功率方面具有衛(wèi)星信號無可比擬的優(yōu)勢；地面數(shù)字電視信號工作在較低頻率，具有穿透力，故在阻擋較多的市區(qū)、室內(nèi)或地下室環(huán)境中定位性能優(yōu)于衛(wèi)星信號。此外，電視發(fā)射塔位置固定，接收機不用實時更新位置信息，而且也沒有衛(wèi)星高速運動產(chǎn)生的多普勒頻移；同時，由于是地面?zhèn)鬏敚盘柌粫艿诫婋x層的各種不利影響。這些優(yōu)點可以降低利用數(shù)字電視信號定位的系統(tǒng)設(shè)計難度，降低定位算法的信號處理復(fù)雜度，使得利用地面數(shù)字電視的定位系統(tǒng)成為衛(wèi)星定位有力的輔助和補充手段。而且在使用范圍方面，基于衛(wèi)星信號和數(shù)字電視信號自身特點以及傳輸特性，使得信號覆蓋區(qū)域互補，北斗衛(wèi)星可主要用于開闊地帶室外定位，數(shù)字電視則可用于室內(nèi)和建筑物阻擋較多的室外定位。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種適應(yīng)多種環(huán)境、受到的定位干擾小、定位精度高的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，該方法包括步驟Si.在終端接收機檢測北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號并判斷信號強度；
S2.在終端接收機檢測中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號并判斷信號強度；S3.依據(jù)檢測判斷結(jié)果選擇定位模式；S4.從接收到的信號中提取定位參數(shù)；S5.在選定的定位模式下，根據(jù)定位參數(shù)以及輔助定位信息得出目標(biāo)所在位置并授時。其中，所述定位模式包括基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式；基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的獨立定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的有輔助的定位模式；中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。其中，在步驟S3中，在可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量少于4，而可見衛(wèi)星數(shù)量至少為4的情況下，選擇基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式，或基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式。其中，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星數(shù)量少于4，而可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量至少為4的情況下，選擇基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的獨立定位模式，或基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的有輔助的定位模式。其中，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星和可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量均少于4，且在衛(wèi)星系統(tǒng)與地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同步時二者總數(shù)量至少為4、不同步時總數(shù)量至少為5 的情況下，選擇中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。其中，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星和可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量均至少為4 的情況下，選擇中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。其中，所述定位參數(shù)包括存儲于終端接收機中作為定位解算已知參數(shù)的中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中各發(fā)射塔的位置信息。本發(fā)明還提供了一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括終端接收機，用于接收北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號和/或中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號，以及輔助定位服務(wù)器發(fā)送的輔助定位信息并進行定位；輔助定位服務(wù)器，用于接收所述衛(wèi)星信號和/或電視信號，并根據(jù)所述衛(wèi)星信號以及電視信號向所述終端接收機發(fā)送輔助定位信息。其中，所述終端接收機包括信號接收模塊，用于將接收到的北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號以及中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號由射頻轉(zhuǎn)換為中頻后送入檢測模塊；信號檢測模塊，用于捕獲、追蹤以及解調(diào)所述衛(wèi)星信號和/或電視信號，檢測所述衛(wèi)星信號和/或電視信號的信噪比，并根據(jù)檢測結(jié)果選擇定位模式，將代表定位模式的信號和處理后的衛(wèi)星信號和/或電視信號送入定位參數(shù)提取模塊；定位參數(shù)提取模塊，用于在選定定位模式下從接收信號中提取定位解算所需參數(shù)送入定位解算模塊；輔助信息處理模塊，用于在輔助定位模式下向定位參數(shù)提取模塊提供輔助定位信息；定位解算模塊，用于根據(jù)所述定位參數(shù)提取模塊提取的定位參數(shù)以及所述輔助信息處理模塊提供的輔助定位信息進行方程組解算，得到目標(biāo)位置信息。其中，所述輔助信息處理模塊還包括衛(wèi)星信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器，接收所述輔助定位服務(wù)器發(fā)送的包括終端接收機原始偽距測量值、時鐘及星歷數(shù)據(jù)的校正值、以及完好性數(shù)據(jù)的輔助定位信息，并發(fā)送至所述定位參數(shù)提取模塊；電視信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器，接收所述輔助定位服務(wù)器發(fā)送的包括終端接收機原始偽距測量值及時鐘的校正值的輔助定位信息，并發(fā)送至所述定位參數(shù)提取模塊。(三)有益效果本發(fā)明的方法及系統(tǒng)將北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)和中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)聯(lián)合，既可在電視信號無法覆蓋的野外開闊地帶利用衛(wèi)星信號定位，也可在阻擋、反射、多徑等干擾較多的衛(wèi)星信號檢測困難的市區(qū)、室內(nèi)和地下室利用電視信號定位，系統(tǒng)服務(wù)范圍得以擴展，實現(xiàn)真正意義上的無縫覆蓋，提升系統(tǒng)有效性；將與北斗時同步的地面數(shù)字電視發(fā)射塔作為路基偽衛(wèi)星，可增加可見星數(shù)量，利于選擇最佳星座，系統(tǒng)定位精度得以提高；多種定位模式切換，增加系統(tǒng)靈活性和抗打擊性。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法拓?fù)鋱D；圖2為依照本發(fā)明一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)終端接收機結(jié)構(gòu)框圖；圖3為依照本發(fā)明一種實施方式的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法流程圖；圖4為TDS-OFDM信號復(fù)幀結(jié)構(gòu)；圖5為TDS-OFDM信號疊加偽隨機序列以區(qū)分不同電視發(fā)射塔的時域示意圖；圖6為中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)與北斗標(biāo)準(zhǔn)時間進行同步的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)，結(jié)合附圖和實施例說明如下。地面數(shù)字電視信號發(fā)射功率大，傳輸距離相對衛(wèi)星信號短，故在傳輸功率方面具有衛(wèi)星信號無可比擬的優(yōu)勢；地面數(shù)字電視信號工作在較低頻率，具有穿透力，故在阻擋較多的市區(qū)、室內(nèi)或地下室環(huán)境中定位性能優(yōu)于衛(wèi)星信號。此外，電視發(fā)射塔位置固定，接收機不用實時更新位置信息，而且也沒有衛(wèi)星高速運動產(chǎn)生的多普勒頻移；同時，由于是地面?zhèn)鬏敚盘柌粫艿诫婋x層的各種不利影響。這些優(yōu)點可以降低利用數(shù)字電視信號定位的系統(tǒng)設(shè)計難度，降低定位算法的信號處理復(fù)雜度，使得利用地面數(shù)字電視的定位系統(tǒng)成為衛(wèi)星定位有力的輔助和補充手段。而且在使用范圍方面，基于衛(wèi)星信號和數(shù)字電視信號自身特點以及傳輸特性，使得信號覆蓋區(qū)域互補，北斗導(dǎo)航衛(wèi)星可主要用于開闊地帶室外定位，數(shù)字電視則可用于室內(nèi)和建筑物阻擋較多的室外定位，從而補充衛(wèi)星在此環(huán)境中定位的不足，實現(xiàn)真正意義上
的無縫覆蓋。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法將北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)和中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)聯(lián)合，實現(xiàn)無線定位，使定位服務(wù)范圍得以擴展，并提高定位精度，增加系統(tǒng)靈活性和抗打擊性。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)，包括多個北斗導(dǎo)航衛(wèi)星102、104、106、108和地面數(shù)字電視發(fā)射塔112、114、116，終端接收機120，提供輔助定位信息的輔助定位服務(wù)器130，以及連接終端接收機120 和輔助定位服務(wù)器130的基站118。北斗導(dǎo)航衛(wèi)星102、104、106、108廣播帶有導(dǎo)航信息的衛(wèi)星信號，地面數(shù)字電視發(fā)射塔112、114、116廣播電視信號。位于開闊地帶的輔助定位服務(wù)器130接收到的衛(wèi)星信號強度比終端接收機120接收的要高，基于此，輔助定位服務(wù)器130 可得出終端接收機120原始偽距測量值的校正值以及完好性數(shù)據(jù)等輔助定位信息，再將這些輔助定位信息通過基站118發(fā)射給終端接收機120。此外，輔助定位服務(wù)器130也可接收來自地面數(shù)字電視發(fā)射塔112、114、116的電視信號，將由此獲得的電視信號定位輔助信息通過基站118發(fā)射給終端接收機120。終端接收機120接收衛(wèi)星信號或/和電視信號計算用戶位置，也可同時接收輔助信息，提高定位精度。中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中各發(fā)射塔位置信息存儲于終端接收機中作為定位解算的已知參數(shù)。如圖2所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)的終端接收機120，包括衛(wèi)星信號接收裝置202、電視信號接收裝置204、檢測裝置206、定位參數(shù)提取處理器208、衛(wèi)星信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器210、電視信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器212、以及位置解算處理器214。在終端接收機120的衛(wèi)星信號接收裝置202中將接收到衛(wèi)星信號由射頻轉(zhuǎn)為中頻并送入檢測裝置206，在電視信號接收裝置204中將接收到電視信號由射頻轉(zhuǎn)為中頻并送入檢測裝置206。在檢測裝置206中有獨立的模塊分別捕獲、追蹤和解調(diào)衛(wèi)星或/和電視信號，并檢測衛(wèi)星或/和電視信號信噪比SNR，依據(jù)檢測結(jié)果選擇定位模式，將代表定位模式的信號和處理后的衛(wèi)星或/和電視信號送入定位參數(shù)提取處理器208。如圖3所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，包括步驟Si.在終端接收機檢測北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號并判斷信號強度；S2.在終端接收機檢測中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號并判斷信號強度；S3.依據(jù)檢測判斷結(jié)果選擇定位模式；S4.從接收到的信號中提取定位參數(shù)；S5.在選定的定位模式下，根據(jù)定位參數(shù)以及輔助定位信息得出目標(biāo)所在位置并授時。其中，定位模式包括以下五種基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式；基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的獨立定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的有輔助的定位模式；中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。其中，如果在可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量少于4，而可見衛(wèi)星數(shù)量至少為4 的情況下，例如在地勢開闊的偏遠郊區(qū)，選擇基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式，或基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式。當(dāng)系統(tǒng)進入基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式時，定位參數(shù)提取處理器 208處理解調(diào)后的衛(wèi)星信號，提取導(dǎo)航信息，從中獲取可見衛(wèi)星位置，并根據(jù)星歷得出信號發(fā)射時間計算偽距。在位置解算處理器214中利用下式計算獲得終端接收機位置
權(quán)利要求
1.一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，該方法包括步驟51.在終端接收機檢測北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號并判斷信號強度；52.在終端接收機檢測中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號并判斷信號強度；53.依據(jù)檢測判斷結(jié)果選擇定位模式；54.從接收到的信號中提取定位參數(shù)；55.在選定的定位模式下，根據(jù)定位參數(shù)以及輔助定位信息得出目標(biāo)所在位置并授時。
2.如權(quán)利要求1所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)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導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式；基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的獨立定位模式；基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的有輔助的定位模式；中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。
3.如權(quán)利要求2所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，在步驟S3中，在可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量少于4，而可見衛(wèi)星數(shù)量至少為4的情況下，選擇基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的獨立定位模式，或基于北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的有輔助的定位模式。
4.如權(quán)利要求2所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星數(shù)量少于4，而可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量至少為4的情況下，選擇基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的獨立定位模式，或基于中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的有輔助的定位模式。
5.如權(quán)利要求2所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星和可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量均少于4，且在衛(wèi)星系統(tǒng)與地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同步時二者總數(shù)量至少為4、不同步時總數(shù)量至少為5的情況下，選擇中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。
6.如權(quán)利要求2所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，在步驟S3中，在可見衛(wèi)星和可見中國地面數(shù)字電視發(fā)射塔數(shù)量均至少為4的情況下，選擇中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為路基增強系統(tǒng)的聯(lián)合定位模式。
7.如權(quán)利要求1所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法，其特征在于，所述定位參數(shù)包括存儲于終端接收機中作為定位解算已知參數(shù)的中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中各發(fā)射塔的位置信息。
8.一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括終端接收機，用于接收北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號和/或中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號，以及輔助定位服務(wù)器發(fā)送的輔助定位信息并進行定位；輔助定位服務(wù)器，用于接收所述衛(wèi)星信號和/或電視信號，并根據(jù)所述衛(wèi)星信號以及電視信號向所述終端接收機發(fā)送輔助定位信息。
9.如權(quán)利要求8所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)，其特征在于，所述終端接收機包括信號接收模塊，用于將接收到的北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號以及中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號由射頻轉(zhuǎn)換為中頻后送入檢測模塊；信號檢測模塊，用于捕獲、追蹤以及解調(diào)所述衛(wèi)星信號和/或電視信號，檢測所述衛(wèi)星信號和/或電視信號的信噪比，并根據(jù)檢測結(jié)果選擇定位模式，將代表定位模式的信號和處理后的衛(wèi)星信號和/或電視信號送入定位參數(shù)提取模塊；定位參數(shù)提取模塊，用于在選定定位模式下從接收信號中提取定位解算所需參數(shù)送入定位解算模塊；輔助信息處理模塊，用于在輔助定位模式下向定位參數(shù)提取模塊提供輔助定位信息； 定位解算模塊，用于根據(jù)所述定位參數(shù)提取模塊提取的定位參數(shù)以及所述輔助信息處理模塊提供的輔助定位信息進行方程組解算，得到目標(biāo)位置信息。
10.如權(quán)利要求9所述的基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位系統(tǒng)，其特征在于，所述輔助信息處理模塊還包括衛(wèi)星信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器，接收所述輔助定位服務(wù)器發(fā)送的包括終端接收機原始偽距測量值、時鐘及星歷數(shù)據(jù)的校正值、以及完好性數(shù)據(jù)的輔助定位信息，并發(fā)送至所述定位參數(shù)提取模塊；電視信號定位輔助數(shù)據(jù)處理器，接收所述輔助定位服務(wù)器發(fā)送的包括終端接收機原始偽距測量值及時鐘的校正值的輔助定位信息，并發(fā)送至所述定位參數(shù)提取模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于北斗二代與中國地面數(shù)字電視的聯(lián)合定位方法及系統(tǒng)，該方法包括步驟S1.在終端接收機檢測北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星信號并判斷信號強度；S2.在終端接收機檢測中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中的電視信號并判斷信號強度；S3.依據(jù)檢測判斷結(jié)果選擇定位模式；S4.從接收到的信號中提取定位參數(shù)；S5.在選定的定位模式下，根據(jù)定位參數(shù)以及輔助定位信息得出目標(biāo)所在位置并授時。本發(fā)明聯(lián)合使用北斗第二代導(dǎo)航系統(tǒng)和中國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)進行定位，利于選擇最佳星座，提高系統(tǒng)定位精度；多種定位模式切換，增加系統(tǒng)的靈活性和抗打擊性；實現(xiàn)定位區(qū)域無縫覆蓋，提升系統(tǒng)有效性。
文檔編號G01S19/45GK102183775SQ20111004877
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者張彧, 戴凌龍, 楊知行, 王軍, 計曉媛 申請人:清華大學(xué)