CN103499821A - 一种gnss接收机模拟器 - Google Patents

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张涛
花向红
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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种GNSS接收机模拟器，包括服务器、GNSS接收机和客户端，所述的服务器与所述的GNSS接收机连接，用于实时从GNSS接收机获取卫星时间、观测数据以及卫星星历、历书数据，所述的服务器与客户端通过网络通讯。本发明实现的高精度GNSS接收机模拟器可以同时为成千上万个客户端服务，提供接近真实的观测量和接收机操作感受，而且没有损坏的风险，任由用户操作，极大地提高了GNSS相关课程的教学效果，同时也为GNSS数据处理人员提供了一个灵活的数据生成平台，可以节省大量的数据采集时间，大大提高了研发、验证的效率。

Description

一种GNSS接收机模拟器
技术领域
本发明属于GNSS卫星定位领域，特别是涉及一种GNSS接收机模拟器。
 
背景技术  
GNSS接收机模拟器的作用是模拟真正的GNSS接收机，按用户需求输出GNSS测量数据。其应用非常广泛，可用于卫星定位设备的测试、精密定位算法的测试以及接收机操作学习等方面。
从应用方面分，GNSS接收机可分为三大类，一类是民用导航用GNSS接收机，这类接收机的单点定位精度是米级，一般不具备差分定位功能，输出为NMEA0183格式的定位信息；第二类是高精度行业应用GNSS接收机，这类接收机的单点定位精度是米级，差分定位精度可以达到厘米级甚至毫米级；第三类GNSS接收机为特种（如军用）GNSS接收机，主要特性为高抗干扰以及高动态等。迄今为止，GNSS接收机模拟器只有民用导航型GNSS接收机模拟器，只能输出NMEA0183数据，无法与实时星历数据进行关联，无法用于精密定位算法测试以及高精度GNSS接收机操作学习的需求。
目前，高精度GNSS接收机的价格一般在万元以上；而且随着卫星的种类和数量在不断增多，为了能接受到新增卫星的数据，则需要不断购买高精度GNSS接收机。
高精度GNSS接收机模拟器之所以一直未见于世，主要原因是其实施有以下几点技术障碍：
（1）高精度GNSS接收机模拟器需要得到实时卫星星历，星历数据必须由卫星直接接收得到，而接收机模拟器是一个虚拟的接收机，无法获得星历数据；
（2）如果想获得实时卫星星历，必须有真正的接收机从卫星获得。而GNSS卫星的星历数据一般1-2小时就更新一次，且每台接收机在一个时间点上都只能接收到一部分卫星的星历数据（受可见卫星的限制），因此只靠一台接收机无法获得完整的、所有卫星的星历数据。
 
发明内容
    为了解决上述技术问题，本发明利用分布式卫星接收机技术和网络技术，提出了一种高精度GNSS接收机模拟器。
    本发明所采用的技术方案是：一种GNSS接收机模拟器，其特征在于：包括服务器、GNSS接收机和客户端，所述的服务器与所述的GNSS接收机连接，用于实时从GNSS接收机获取卫星时间、观测数据以及卫星星历、历书数据，所述的服务器与客户端通过网络通讯。
作为优选，所述的服务器和GNSS接收机均为四台，均匀设置在地球的四个点上，用于分别接收能看到的卫星的星历，然后通过网络进行数据交换，得到所有卫星的星历。
作为优选，所述的客户端至少一个。
作为优选，所述的客户端设置有输入模块和输出模块，所述的输入模块用于输入模拟的时间、地点、速度、方位角、输出速率场景信息，所述的输出模块用于将得到的模拟原始观测量输出到其他设备。
作为优选，所述的GNSS接收机模拟器还包括备用服务器。
本发明的特点：
（1）采用客户端、服务器模式，服务器端自动从GNSS接收机实时接收、更新星历，并传送给客户端，保证客户端生成的观测量数据更真实准确；
（2）服务器均匀分布在全球各地，之间自动进行数据交换，可以得到所有卫星的星历信息，保证为全球用户服务；
（3）输出的数据内容丰富，可以满足精密定位算法验证需求，以及高精度接收机操作学习需求；
（4）输出数据形式可以是文件（包括接收机自己的原始观测文件以及RINEX格式文件），也可以由输出模块直接输出，以连接其他的设备；
（5）服务器可以同时为多个客户端提供数据服务。
 
附图说明
图1：是本发明的结构示意图。
 
具体实施方式
高精度GNSS 接收机的基本要求是要输出原始观测量，原始观测量至少包含每个卫星的伪距、载波相位、多普勒频移以及信噪比等信息。要想生成这些信息，所需要的条件是接收机的位置、速度、时间以及卫星星历或者历书。接收机的位置、速度、时间信息可以由用户输入，但是卫星星历是定期更新的（例如广播星历的更新周期为1-2小时），因此如果要得到正确的原始观测量，必须实时更新星历数据。最新的广播星历数据是由卫星播发的，必须由真正的GNSS接收机获取，而GNSS接收机模拟器本身无法接收星历。因此，本发明提出用客户端-服务器模式来实现GNSS接收机模拟器，由服务器端连接真正的GNSS接收机来获取最新的星历，客户端向服务器发出请求后，服务器会将客户端所需的星历数据传输到客户端。一台服务器可以同时为多台客户端提供服务。
由于在一个地点所接收到的卫星星历数目是有限的，仅能接收到可见卫星的星历，因此一台服务器所提供的有效服务范围不能覆盖全球，为使服务能够覆盖全球，***需要配置多台服务器，均匀分布在全球不同位置，实时接收所有卫星的星历，服务器之间进行数据交换，以得到所有卫星的星历。以GPS卫星为例，GPS卫星现在有24颗在运行，每个地点可以同时接收到的卫星约为6-10颗，因此只需在全球均匀分布四台服务器即可保证所有卫星星历的及时更新。
客户端在收到用户的需要模拟的时间、地点、速度、方位角、输出速率等场景条件信息后，根据本地已有的或者从服务器请求得到的对应的星历信息，就可以计算模拟器与每个卫星之间的伪距、载波相位、多普勒频移，进一步的，根据伪距值和天线特性等信息，可以估算卫星信号的信噪比，并将这些模拟出的原始观测量输出。
以下将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的发明。
请见图1，本发明所采用的技术方案是：一种GNSS接收机模拟器，包括服务器1、GNSS接收机2和客户端4，服务器1与GNSS接收机2连接，用于实时从GNSS接收机2获取卫星时间、观测数据以及卫星星历、历书数据，服务器1和GNSS接收机2均为四台，均匀设置在地球的四个点上，用于分别接收能看到的卫星的星历，然后通过网络进行数据交换，得到所有卫星的星历；客户端4至少一个；服务器1与客户端4通过网络通讯。客户端4设置有输入模块5和输出模块6，输入模块5用于输入模拟的时间、地点、速度、方位角、输出速率场景信息，输出模块6用于将得到的模拟原始观测量输出到其他设备。
为了提高本发明的可靠性，本发明还设置了备用服务器，在部分服务器1发生故障的时候可以保证***可靠运行。
本发明在工作时，服务器1一方面连接网络，另一方面连接一台GNSS接收机2，用于实时接收卫星星历、历书以及获得时间、观测量等数据，并在收到客户端4请求时，将客户端4所需要的星历、历书、时间等信息通过网络传输给客户端4。为保证模拟器在全球范围可以工作，需要在全球均匀分布数台服务器1，分别接收可见卫星的星历，然后互相交换星历数据，以得到全部卫星的星历。
客户端4与网络连接，自动或者在用户提出需求后，向服务器1提出更新数据的需求，用户可以通过输入模块5发送指令，例如输入需要模拟的时间、地点、速度、方位角、输出速率等场景条件信息。客户端4在收到指令后，根据对应时间的星历，实时计算生成NMEA0183格式的定位信息以及伪距观测量、载波相位观测量、多普勒频移等原始观测量等数据。输出的数据既可以以文件的形式保存，也可以通过输出模块6直接输出到其他设备。
本发明实现的高精度GNSS接收机模拟器可以同时为成千上万个客户端服务，提供接近真实的观测量和接收机操作感受，而且没有损坏的风险，任由用户操作，极大地提高了GNSS相关课程的教学效果，同时也为GNSS数据处理人员提供了一个灵活的数据生成平台，可以节省大量的数据采集时间，大大提高了研发、验证的效率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GNSS接收机模拟器，其特征在于：包括服务器（1）、GNSS接收机（2）和客户端（4），所述的服务器（1）与所述的GNSS接收机（2）连接，用于实时从GNSS接收机（2）获取卫星时间、观测数据以及卫星星历、历书数据，所述的服务器（1）与客户端（4）通过网络通讯。
2.根据权利要求1所述的GNSS接收机模拟器，其特征在于：所述的服务器（1）和GNSS接收机（2）均为四台，均匀设置在地球的四个点上，用于分别接收能看到的卫星的星历，然后通过网络进行数据交换，得到所有卫星的星历。
3.根据权利要求1所述的GNSS接收机模拟器，其特征在于：所述的客户端（4）至少一个。
4.根据权利要求1或3所述的GNSS接收机模拟器，其特征在于：所述的客户端（4）设置有输入模块（5）和输出模块（6），所述的输入模块（5）用于输入模拟的时间、地点、速度、方位角、输出速率场景信息，所述的输出模块（6）用于将得到的模拟原始观测量输出到其他设备。
5.根据权利要求1所述的GNSS接收机模拟器，其特征在于：所述的GNSS接收机模拟器还包括备用服务器。
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