CN105824037A - 一种用于智能交通的行驶车辆精确定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种融合了卫星差分定位技术和无线宽带数据通信的精确定位方法，旨在为高速行驶中的车辆提供高精度的定位信息。本发明的目的是将伪距差分、RTK差分定位技术和宽带数据通信***融合，提供一种基于差分卫星定位技术和宽带数据通信网络的定位***，为高速行驶中的车辆提供实时稳定的亚米级到厘米级的精确位置、速度和时间信息，实现车辆在车道级别的定位跟踪。本发明的技术方案是：该***包括基准站部分和移动端部分，基准站部分安装在沿道路附近架设的基站上，由一个GNSS基准站接收***和无线宽带通信模块组成，移动端部分则安装在车辆上，由一个GNSS移动站接收***和无线宽带通信模块组成。

Description

一种用于智能交通的行驶车辆精确定位的方法
技术领域
本发明涉及一种融合了伪距差分、RTK差分技术和无线宽带数据通信的卫星差分定位方法，旨在为高速行驶中的车辆提供高精度的定位信息。适用于智能交通中的移动车辆实时输出精确位置、速度和时间信息。
背景技术
智能交通***将先进电子信息技术应用于交通运输中，实现高效增值的服务，其中很多业务都是以车辆位置信息为基础的，因此定位***是智能交通***中一个基础平台。智能交通***可以使用卫星定位导航***，通过天基卫星为地面车辆提供位置服务。目前，装配在车辆上的GNSS(卫星定位导航）接收机只能依靠自身接收卫星信号来完成单点定位（SPP），其位置信息精度通常在2米~10米之间。这种级别的精度可以用于普通导航以及对精度要求不高的业务。但是智能交通中越来越多的创新业务要求至少亚米级的定位精度，比如精细道路交通管理、安全辅助驾驶、车路协同、无人驾驶辅助导航等，目前使用的这种定位方法的定位精度就显著不足。
驾驶员在高速驾驶过程如果出现疲劳或者注意力不集中的情况，很容易发生事故。在安全辅助驾驶方面，如果能够提供移动车辆的在道路上的精确定位，将有助于更安全的驾驶行为，降低事故发生率。先进的智能交通***在车辆防碰撞提醒、变道危险提醒、车距危险提醒等安全辅助驾驶方面和自动驾驶辅助导航中有着越来越高的需求，而这些应用均要求能够稳定实时的获得至少亚米级以上精度的定位服务，所以目前车辆使用的SPP卫星定位平台无法达到安全驾驶方面的性能要求。
RTK（实时动态）技术是一种为动态终端提供精密定位的卫星差分定位技术，在本发明中，RTK指基于伪距或者载波相位测量值的一种相对定位的差分技术，能够获得高达厘米级的定位精度。伪距差分也是一种卫星差分定位技术，能够提供高达分米级的定位精度。在伪距差分中，基准站广播伪距差分校正量，移动站利用伪距差分校正量对本地接收机的伪距测量值进行校准，然后计算移动站的PVT（位置、速度和时间）信息。在RTK差分中，基准站广播伪距和载波相位测量值，而移动站利用这些数据，结合本地伪距或者载波相位观测量进行差分运算，从而获得移动站的高精度位置信息。
发明内容
本发明要解决技术问题是：针对上述智能交通中业务需求和现有不足，将伪距差分和RTK差分定位技术和无线宽带通信***融合，提供一种基于差分卫星定位技术和无线宽带通信网络的定位***，为高速行驶中的车辆提供实时稳定的亚米级到厘米级的精确PVT信息，实现车辆在车道级别的定位跟踪，并且为更高层的相关业务提供基础数据。
本作者查阅了现有发明专利以及技术文献资料，还没有出现类似本发明的技术方案。本发明所采用的技术方案是：一种融合了伪距差分、RTK差分卫星定位技术以及无线宽带通信网络的用于智能交通中行驶车辆的精准定位方法，其特征在于：该***包括基准站部分和移动端部分，基准站部分安装在沿道路附近架设的基站上，移动端部分则安装在车辆上，其中：
基准站部分包括一个GNSS基准站接收***和无线宽带通信模块，GNSS基准站接收***将差分数据发送给无线宽带通信模块，无线宽带通信模块负责把接收到数据广播出去；
移动端部分包括一个GNSS移动站接收***和无线宽带通信模块，无线宽带通信模块负责接收数据，并把数据转发给GNSS移动站接收***，GNSS移动站接收***接收差分信息，并完成车辆的伪距差分或者RTK差分定位；
所述基准站部分通过无线通信和移动端部分链接。
所述的基准站部分的GNSS基准站接收***已知本地基站的高精度位置信息，并配置成基准站工作模式，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航***卫星信号，基于本地已知的高精度位置信息计算出伪距差分校正量，也获得当前伪距、载波相位观测量信息，并将这些信息发送给无线宽带通信模块。
所述的基准站部分的GNSS基准站接收***和无线宽带通信模块之间的数据传输格式是RTCM、自定义格式或者其他标准格式。
所述的基准站部分的无线宽带通信模块配置有3G、4G或者宽带无线通信功能，用于完整播发来自GNSS基准站接收***的差分信息。
所述的移动站部分的无线宽带通信模块配置了和基准站相同的宽带无线通信功能，用于接收基准站播发的差分信息，并完整转发给GNSS移动站接收***。
所述的GNSS移动站接收***配置成移动站工作模式，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航***卫星信号，并结合基准站发送来的差分信息，实时计算出当前车辆的精确位置信息。
所述的GNSS移动站接收***的差分定位基于伪距差分或者RTK差分，当差分信息中包含有伪距、载波相位观测量时，采用RTK载波相位或者伪距差分定位；当伪距、载波相位等观测量信息不可用时，采用伪距校正量进行差分定位。
本发明的有益效果是：本发明融合伪距差分、RTK差分和无线宽带数据通信技术，能够实时稳定的为移动车辆提供亚米级或者厘米级的定位精度，为智能交通中越来越多的创新业务提供基础定位数据支持。
通过获得高精度的定位信息，能够将移动车辆定位到具体的车道。在安全辅助驾驶方面就能够实现基于车道级超速提醒、违规驾驶提醒、弯道减速提醒等应用；在智能精确导航方面就可以提供车道级导航、合理及时的变道提醒等应用；在自动驾驶和控制方面，能够实现车道级的速度控制、安全驾驶辅助控制等应用。
附图说明
图1为本实例的***部署图
图2为本实例的***框架
图3为移动端的GNSS接收***的***框架
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本实例的***部署图，基站1-1可以是3G/4G无线通信***的传统基站，也可以是为本***专门设计的特定基站。基站1-1固定并沿着道路旁设立，基站1-1之间的距离可从几百米到数公里不等，为保证定位精度，一般不超过10公里。基站1-1接收GNSS卫星信号，并负责广播伪距差分校正量、伪距和载波相位观测量等差分数据。移动端1-2安装在车辆上，移动端1-2接收GNSS卫星信号，同时接收基站1-1播发的差分数据，然后实时计算出移动车辆的当前精确位置、速度和时间信息。
图2展示了本实例的***框架，包括基准站部分2-1和移动端部分2-6。基准站部分2-1装在基站1-1上，包括一个GNSS基准站接收***2-2和无线宽带通信模块2-3，GNSS接收***2-2配置成基准站工作模式。本发明中的基准站工作模式是指GNSS接收***接收导航卫星信号，并负责计算出差分信息，并将差分信息向外发送。基准站2-1已经存储了本地基站1-1的高精度位置信息，此位置可以在部署时通过精密测量技术事先获取。
GNSS基准站接收机2-2可以是单频点或者多频点的多模卫星接收机。因为目前有GPS、GLONASS、北斗或者Galileo四种卫星***，如果是单频点单模接收机，则GNSS接收机2-2只能接收其中的的单个卫星***的信号。如果是多频点的多模接收机，GNSS接收机2-2可以接收到两个或者两个以上卫星***的信号。接收机2-2通过卫星接收天线2-4实时接收卫星信号，并根据实时接收到的卫星信号估算基站1-1的位置信息，同时计算出当前可见卫星的伪距和载波相位等观察量，其中伪距可以进一步由载波相位平滑。接收机2-2把基站1-1已知的精确位置信息和当前估算出来的位置做比较，计算出伪距差分校正量。接收机2-2将伪距差分校正量、伪距和载波相位观测量等数据发送为宽带通信模块2-3。需要说明的是，接收机2-2可以发送的差分数据并不仅限于上述几项，还可以发送卫星钟差校正量、电离层校正量等差分信息。
接收机2-2的数据输出格式采用RTCM标准。需要说明的是，接收机2-2和通信模块2-3之间的传输数据格式并不限于RTCM，也可以改用其他国际标准格式或者自定义数据格式。宽带通信模块2-3接收到这些差分数据后，将其视作一种业务数据打包，通过天线2-5广播出去。此宽带通信模块2-3使用3G或者4G通信网络的数据通道来广播这些差分信息。需要说明的是，宽带通信模块2-3也可以选择其他类型的宽带通信***用于数据播发。
移动端部分2-6安装在车辆上，包括一个GNSS移动站接收***2-8和无线宽带通信模块2-7。无线通信模块2-7配置有和通信模块2-3相同的通信***，通过天线2-9接收来自基准站2-1播发的包含有差分信息的业务数据，解包后获得RTCM格式的差分数据，并送入GNSS移动站接收***2-8。GNSS接收***2-8可以是单频点或者多频点的多模卫星接收机，配置成移动站工作模式。本发明中移动站工作模式是指GNSS接收***接收导航卫星信号，并同时接收差分信息，利用本地接收的卫星信号和差分信息共同计算移动端的高精度位置、速度和时间信息。GNSS接收***2-8接收来自通信模块2-7发送的差分数据，同时通过卫星天线2-10接收卫星信号。GNSS接收***2-8利用差分数据和卫星信号，实时计算出当前车辆的精确位置信息。
图3展示了移动端的GNSS接收***的***框架。卫星接收模块3-1负责实时接收GNSS卫星信号，完成捕获、跟踪、同步以及电文解析等功能，所获得的观测量和导航电文等数据将被送入RTK定位模块3-5或者伪距差分定位模块3-6，用于实现差分定位的位置解算。无线宽带接收模块3-2负责接收来自基站的含有差分信息的业务数据包，解包后，将差分信息送入差分数据接收模块3-3，差分数据接收模块3-3负责对差分信息进一步解析和分离，包括分离出伪距差分校正量、伪距和载波相位观察量等信息。判决模块3-4负责判断接收到的差分信息中是否包含了可用的伪距或载波相位观测量。如果包含，则进入RTK定位模块3-5，如果没有包含，则进入伪距差分定位模块3-6。
RTK定位3-5使用基准站提供的伪距或者载波相位观测值以及卫星接收模块3-1送入的数据，采用双差或者三差方式解算出移动端的精确PVT信息。伪距差分定位模块3-6将伪距差分校正量补加到本地的伪距观察量，再利用差分校正后的伪距测量值完成PVT解算。
以上对本发明实施例所提供的一种基于差分卫星定位技术和无线宽带通信网络的定位***，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种融合了伪距差分、RTK差分卫星定位技术以及无线宽带通信网络的用于智能交通中行驶车辆的精准定位方法，其特征在于：该***包括基准站部分（2-1）和移动端部分（2-6），基准站部分（2-1）安装在基站（1-1）上，移动端部分（2-6）则安装在车辆上，其中：
基准站部分（2-1）包括一个GNSS基准站接收***（2-2）和无线宽带通信模块（2-3），GNSS基准站接收***（2-2）将差分数据发送给无线宽带通信模块（2-3），无线宽带通信模块（2-3）负责把接收到数据广播出去；
移动端部分（2-6）包括一个GNSS移动站接收***（2-8）和无线宽带通信模块（2-7），无线宽带通信模块（2-7）负责接收数据，并把数据转发给GNSS移动站接收***（2-8），GNSS移动站接收***（2-8）接收差分信息，并完成车辆的伪距差分或者RTK差分定位；
所述基准站部分（2-1）通过无线通信和移动端部分（2-6）链接。
2.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收***（2-2）已知本地基站（1-1）的高精度位置信息，并配置成基准站工作模式，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航***卫星信号，基于本地已知的高精度位置信息计算出伪距差分校正量，也获得当前伪距、载波相位观测量信息，并将这些信息发送给无线宽带通信模块（2-3）。
3.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收***（2-2）和无线宽带通信模块2-3之间的数据传输格式是RTCM、自定义格式或者其他标准格式。
4.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：无线宽带通信模块（2-3）配置有3G、4G或者宽带无线通信功能，用于完整播发来自GNSS基准站接收***（2-2）的差分信息。
5.根据权利1所述的移动站部分，其特征在于：无线宽带通信模块（2-7）配置了和无线宽带通信模块（2-3）相同的宽带无线通信功能，用于接收无线宽带通信模块（2-3）广播的差分信息，并完整转发给GNSS移动站接收***（2-8）。
6.根据权利1所述的移动站部分，其特征在于：GNSS移动站接收***（2-8）配置成移动站工作模式，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航***卫星信号，并结合基准站（2-1）发送的差分信息，实时计算出当前车辆的精确位置信息。
7.根据权利1所述的移动站部分，其特征在于：GNSS移动站接收***（2-8）的差分定位基于伪距差分或者RTK差分，当差分信息中包含有伪距、载波相位观测量时，采用RTK载波相位或者伪距差分定位；当伪距、载波相位等观测量信息不可用时，采用伪距校正量进行差分定位。
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