一種用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國作為一個(gè)多山國家，隧道在縮短行車距離、提高車速、保護(hù)環(huán)境等方面發(fā)揮了積極的作用。但由于隧道視覺暗適應(yīng)效應(yīng)及其道路和交通環(huán)境的特殊性，隧道內(nèi)交通事故的發(fā)生也越顯突出。在隧道中，衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)被遮蔽，車載衛(wèi)星定位裝置無法正常工作，當(dāng)車輛出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)無法及時(shí)感知，存在嚴(yán)重的安全隱患。
[0003]對于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而言，隧道屬于相對封閉的空間，對隧道內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)可參考室內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。目前，研宄室內(nèi)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的國家主要包括美國、加拿大、日本、俄羅斯以及歐洲的國家等。其中，日本宇宙航空研宄開發(fā)機(jī)構(gòu)提出了 IMES(室內(nèi)信息系統(tǒng))，其基本原理是通過一些預(yù)置在室內(nèi)的信號(hào)發(fā)射器(MES發(fā)射機(jī))發(fā)出具有與GPS衛(wèi)星所發(fā)射信號(hào)結(jié)構(gòu)相同的信號(hào)，配合相應(yīng)的定位設(shè)備對該信號(hào)進(jìn)行接收，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的3維定位。但針對狹長的隧道空間，其長度遠(yuǎn)大于寬度，MES發(fā)射機(jī)只能近似分布在同一條直線上，這種幾何分布結(jié)構(gòu)不符合衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中對衛(wèi)星信號(hào)源的幾何分布要求，無法實(shí)現(xiàn)正常定位。因此，該系統(tǒng)并不適用于狹長的隧道空間。國外其他室內(nèi)導(dǎo)航相關(guān)產(chǎn)品采用了 “偽衛(wèi)星系統(tǒng)+專用車載終端”的方式，利用布設(shè)于室內(nèi)的偽衛(wèi)星發(fā)射類似GPS的信號(hào)，代替空中的GPS衛(wèi)星以實(shí)現(xiàn)車輛的定位，該方式的工作原理與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)相同。但是，這一方式需對車輛進(jìn)行改造，成本較高，不便于推廣應(yīng)用。
[0004]在隧道內(nèi)行車狀態(tài)檢測系統(tǒng)研制方面，國內(nèi)普遍采用磁感應(yīng)和視頻監(jiān)測技術(shù)，并依靠人工值班監(jiān)測隧道狀態(tài)，但由于監(jiān)控系統(tǒng)不便于覆蓋整個(gè)隧道區(qū)域且需要人工監(jiān)測，使得該方式存在“監(jiān)控盲區(qū)”大、無法自動(dòng)判別并實(shí)時(shí)上報(bào)事故等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的模擬系統(tǒng)，解決了長大隧道內(nèi)車輛的安全行駛和預(yù)警監(jiān)控問題，實(shí)現(xiàn)了隧道內(nèi)車輛運(yùn)行狀態(tài)等信息的實(shí)時(shí)獲取，為隧道事故應(yīng)急救援提供了信息保障，預(yù)防了二次事故，降低了隧道內(nèi)重大事故風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]本發(fā)明的用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)模擬系統(tǒng)，其包括:接收單元、數(shù)據(jù)仿真單元和信號(hào)生成單元；
[0007]接收單元，通過設(shè)置于隧道外的接收天線準(zhǔn)確接收真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，根據(jù)所述真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)得到原始電文流、系統(tǒng)時(shí)間、IPPS秒脈沖和1MHz基準(zhǔn)信號(hào)，并將原始電文流和系統(tǒng)時(shí)間送入數(shù)據(jù)仿真單元，系統(tǒng)時(shí)間、IPPS秒脈沖和1MHz基準(zhǔn)信號(hào)送入信號(hào)生成單元；
[0008]其中，原始電文流包括衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差、電離層參數(shù)及衛(wèi)星歷書；
[0009]數(shù)據(jù)仿真單元，通過串口接收真實(shí)的系統(tǒng)時(shí)間和原始電文流，從原始電文流解出衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差、電離層參數(shù)以及衛(wèi)星歷書，根據(jù)衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差、電離層參數(shù)以及衛(wèi)星歷書并以系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行仿真，生成觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航電文，并送入信號(hào)生成單元;
[0010]且數(shù)據(jù)仿真單元中要及時(shí)更新衛(wèi)星星歷，更新條件:真實(shí)的衛(wèi)星星歷發(fā)生更新或可見星的衛(wèi)星號(hào)或數(shù)目發(fā)生變化；
[0011]數(shù)據(jù)仿真單元在仿真時(shí)要獲取隧道中預(yù)設(shè)的信號(hào)生成單元中的發(fā)射端位置信息，并根據(jù)衛(wèi)星星歷獲取導(dǎo)航衛(wèi)星位置，利用導(dǎo)航衛(wèi)星位置、發(fā)射端位置信息、已知的電離層參數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境參數(shù)對空間環(huán)境延遲、偽距、載波相位及其高階變化量進(jìn)行仿真；
[0012]以系統(tǒng)時(shí)間為基準(zhǔn)即根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間構(gòu)建數(shù)據(jù)仿真單元的時(shí)間系統(tǒng)，構(gòu)建方式:將系統(tǒng)時(shí)間加上協(xié)調(diào)世界時(shí)與導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間之間的跳秒，得到數(shù)據(jù)仿真單元的導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間；
[0013]信號(hào)生成單元，將接收單元輸出的1MHz基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行鎖頻得到10.23MHz基頻信號(hào)，利用IPPS秒脈沖作為時(shí)鐘參考，根據(jù)10.23MHz基頻信號(hào)、觀測數(shù)據(jù)和導(dǎo)航電文生成攜帶導(dǎo)航電文信息的射頻信號(hào)，并通過設(shè)置在隧道內(nèi)的發(fā)射端天線發(fā)送給隧道內(nèi)行駛到該發(fā)射端覆蓋范圍內(nèi)的行駛車輛上的用戶終端；
[0014]且信號(hào)生成單元需通過在偽距值上加入固定修正值來對導(dǎo)航系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與發(fā)射給用戶的信號(hào)所包含的授時(shí)時(shí)間之差進(jìn)行調(diào)節(jié)至授時(shí)時(shí)間之差為零。
[0015]有益效果:
[0016]本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有方法車輛改造成本高以及需要人工監(jiān)控的缺點(diǎn)，具有無需改造車輛，對人工的依賴性低，便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)長隧道內(nèi)實(shí)時(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的覆蓋。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的模擬系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的用于隧道內(nèi)的實(shí)時(shí)同步衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的模擬系統(tǒng)包括:接收單元、數(shù)據(jù)仿真單元和信號(hào)生成單元。其中:
[0019]—、接收單元
[0020]接收單元接收真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，從真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)中獲取原始電文流、系統(tǒng)時(shí)間、IPPS秒脈沖以及1MHz基準(zhǔn)信號(hào)，將其用于數(shù)據(jù)仿真單元及信號(hào)生成單元，以達(dá)到從信息同步和信號(hào)同步這兩個(gè)方面保證仿真系統(tǒng)與真實(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)之間的高精度同步的目的。
[0021]具體的，接收單元利用設(shè)置于隧道外的接收天線準(zhǔn)確接收真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)并進(jìn)行低噪聲放大，根據(jù)這一真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，利用設(shè)置于隧道內(nèi)的基于高精度銣原子鐘的高精度授時(shí)接收機(jī)來獲取原始電文流以及系統(tǒng)時(shí)間，并得到IPPS秒脈沖和1MHz基準(zhǔn)信號(hào)。其中，系統(tǒng)時(shí)間和原始電文流送入數(shù)據(jù)仿真單元，系統(tǒng)時(shí)間、IPPS秒脈沖和1MHz基準(zhǔn)信號(hào)一同給入信號(hào)生成單元。
[0022]原始電文流包括衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘差、電離層參數(shù)及衛(wèi)星歷書，利用其中的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，能夠保證衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)同步。同時(shí)，根據(jù)真實(shí)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)調(diào)整接收機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘源，使得授時(shí)接收機(jī)本地時(shí)鐘源輸出的時(shí)鐘信號(hào)與真實(shí)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)鐘同步，從而保證仿真系統(tǒng)產(chǎn)生的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)同步。
[0023]該接收單元設(shè)置的主要目的包含以下兩個(gè)方面。一是保證數(shù)據(jù)仿真單元所得到的模擬衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)與真實(shí)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確同步及時(shí)間精確同步。通過接收真實(shí)導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)并以此為數(shù)據(jù)仿真依據(jù)，能夠保證仿真所得到的電文與真實(shí)電文的一致性，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)同步；同時(shí)保證在進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真時(shí)，能夠獲得一個(gè)與當(dāng)前實(shí)際衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)嚴(yán)格同步的系統(tǒng)時(shí)間作為仿真時(shí)間依據(jù)。二是保證信號(hào)生成單元中信號(hào)的同步。在信號(hào)生成單元的信號(hào)生成層面，為保證信號(hào)的同步，需要以IPPS秒脈沖作為物理時(shí)鐘參考信號(hào)，并以1MHz為基準(zhǔn)通過鎖頻