一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法
【專利摘要】一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，屬于無線導(dǎo)航領(lǐng)域。所述的利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，包括以下步驟：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)之間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)；調(diào)頻廣播接收機(jī)接收多個(gè)所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播的無線信號RF(t)，解析出RF(t)中的導(dǎo)航電文；調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述導(dǎo)航電文和自身信號接收時(shí)刻進(jìn)行定位解算獲得自身位置。與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢：調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率大，與天基導(dǎo)航和天基導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)相比室內(nèi)覆蓋能力更強(qiáng)；調(diào)頻廣播的帶寬小，接收機(jī)復(fù)雜度低，因此成本低，易于推廣。
【專利說明】一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)航定位方法與系統(tǒng)，尤其是一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法與系統(tǒng)，屬于無線導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，全世界廣播電視的數(shù)字化過程已經(jīng)初步完成。數(shù)字地面電視、手機(jī)電視已進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展階段，而有線電視的數(shù)字化已商用多年。數(shù)字化帶來了更高質(zhì)的節(jié)目制作、發(fā)送與接收，同時(shí)，使得用戶享有了更優(yōu)質(zhì)的用戶體驗(yàn)。在電影、電視、手機(jī)多媒體等諸多傳媒的數(shù)字化取得顯著成果之時(shí)，音頻廣播的數(shù)字化顯得相對滯后，但這也帶來了一個(gè)發(fā)展契機(jī)，即音頻廣播領(lǐng)域的數(shù)字化大有可為。將數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于音頻廣播可以帶來高穩(wěn)定的接收效果和高保真的音質(zhì)，同時(shí)，可以支持文字信息、電臺節(jié)目信息、股票信息等諸多圖文并茂的廣播數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從而使音頻廣播行業(yè)獲得面貌一新的發(fā)展。
[0003]數(shù)字音頻廣播最重要的兩個(gè)部分是調(diào)頻(FM)頻段音頻廣播的數(shù)字化和調(diào)幅(AM)頻段音頻廣播的數(shù)字化。在美國，HD Radio技術(shù)已經(jīng)得到商用，而在歐洲，數(shù)字聲音廣播兩大標(biāo)準(zhǔn)DAB和DRM已經(jīng)推廣開來。
[0004]在FM頻段，可用頻譜資源為88?108Mhz，該頻段被進(jìn)一步劃分為IOOKhz的整數(shù)倍頻道，分配給每一個(gè)廣播電臺。在美國，每一個(gè)廣播電臺被分配了 400Khz的頻譜。在我國，每一個(gè)廣播電臺被分配了 200Khz頻譜。由于立體聲調(diào)頻信號實(shí)際帶寬在150Khz以內(nèi)以及廣播電臺之間的頻譜間隔縫隙，實(shí)際上，F(xiàn)M頻段的頻譜利用率并不高，有很多頻譜空洞資源可以被進(jìn)一步利用。美國的HDRadio就是利用FM頻譜空洞兼容傳統(tǒng)FM信號的同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻廣播的。
[0005]由于FM位于較低的頻段，因此，F(xiàn)M本身具有傳播距離遠(yuǎn)、繞射和傳輸能力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用FM的這一特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航或者導(dǎo)航增強(qiáng)就成為FM頻段的一個(gè)潛在新的應(yīng)用。對天基導(dǎo)航信號的增強(qiáng)方法中最常見的形式是地面?zhèn)涡l(wèi)星。偽衛(wèi)星與天基導(dǎo)航衛(wèi)星同步，并在天基導(dǎo)航衛(wèi)星所在的頻段以碼分多址的方式廣播定位信號。在接收機(jī)看來，偽衛(wèi)星就是另外一顆導(dǎo)航衛(wèi)星。此外，還有一些特色的導(dǎo)航技術(shù)，它們工作在專門的頻段，因此不同于傳統(tǒng)的偽衛(wèi)星，例子之一是Locata技術(shù)(http://www.locatacorp.com),它采用TDMA方式工作，所有地面導(dǎo)航發(fā)射機(jī)采用無線方式相互同步，同步后的發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射導(dǎo)航信號，導(dǎo)航接收機(jī)的定位原理與一般導(dǎo)航接收機(jī)相同。Locata技術(shù)本身也可以獨(dú)立于天基導(dǎo)航系統(tǒng)如GPS工作。另外一種導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)是利用低軌衛(wèi)星(如美國銥星)進(jìn)行導(dǎo)航增強(qiáng)，如美國專利 US7, 489，926 (LEO-based positioning system for indoor and stand-alonenavigation)所公開的技術(shù)，地面用戶接收機(jī)和參考接收機(jī)同時(shí)接收低軌衛(wèi)星導(dǎo)航增強(qiáng)信號，參考接收機(jī)產(chǎn)生參考載波相位并通過低軌衛(wèi)星的通信鏈路廣播給用戶接收機(jī)進(jìn)行糾正偽矩中存在的時(shí)鐘、電離層、對流層和低軌衛(wèi)星軌道等誤差，該節(jié)點(diǎn)類似GPS的地面段中的地面注入站是必須存在的節(jié)點(diǎn)，是傳統(tǒng)導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)在低軌衛(wèi)星上的擴(kuò)展。在數(shù)字地面無線電視廣播技術(shù)發(fā)展起來后，也有人提出了基于地面數(shù)字無線電視廣播進(jìn)行無線定位的方法，但是由于單路電視無法進(jìn)行定位，而電視信號較寬，同時(shí)接收多路來自不同發(fā)射塔的電視信號接收機(jī)代價(jià)較大，因此尚未能推廣。
[0006]本發(fā)明公開了一種新的導(dǎo)航定位的方法與系統(tǒng)，與已有技術(shù)的核心差別在于它利用調(diào)頻(FM)頻段尚未充分利用的頻譜或者數(shù)字廣播信號進(jìn)行導(dǎo)航信號和導(dǎo)航信息廣播，是一種新型導(dǎo)航系統(tǒng)。與已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)勢:
[0007](1)FM的發(fā)射功率大，與天基導(dǎo)航和天基導(dǎo)航增強(qiáng)技術(shù)相比室內(nèi)覆蓋能力更強(qiáng)；
[0008](2)FM的帶寬小，盡管直接偽矩測量的誤差稍大，但是接收機(jī)復(fù)雜度低，因此成本低，易于推廣。
[0009]由于使用調(diào)頻(FM)頻段尚未充分利用的頻譜或者數(shù)字廣播信號進(jìn)行導(dǎo)航信號和導(dǎo)航信息廣播，因此，本發(fā)明與其它導(dǎo)航技術(shù)相比，在偽矩的獲得方式、導(dǎo)航無線信號與傳統(tǒng)無線調(diào)頻信號共存的信號廣播方式方面也不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明公開了一種導(dǎo)航定位的方法與系統(tǒng)。本發(fā)明利用調(diào)頻頻段尚未充分利用的頻譜廣播導(dǎo)航信息，信號覆蓋范圍廣、室內(nèi)穿透能力強(qiáng)，可在天基導(dǎo)航系統(tǒng)和導(dǎo)航增強(qiáng)系統(tǒng)不可用時(shí)獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對用戶導(dǎo)航接收機(jī)的定位，或者與天基導(dǎo)航系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)對用戶導(dǎo)航接收機(jī)的定位。
[0011]所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，包括以下步驟:
[0012]步驟11)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)之間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步；
[0013]步驟12)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)；
[0014]步驟13)調(diào)頻廣播接收機(jī)接收多個(gè)所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播的無線信號RF(t)，解析出RF(t)中的導(dǎo)航電文；
[0015]步驟14)調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述導(dǎo)航電文和自身信號接收時(shí)刻進(jìn)行位置進(jìn)行定位解算獲得自身位置。
[0016]所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，還包括一個(gè)位置已知的參考接收機(jī)，參考接收機(jī)接收所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)，并監(jiān)控廣播發(fā)射機(jī)之間的時(shí)鐘誤差；所述時(shí)鐘誤差通過專門的通信鏈路傳遞給所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，并以導(dǎo)航電文形式發(fā)給所述調(diào)頻廣播接收機(jī)；調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述時(shí)鐘誤差進(jìn)行偽矩修正。
[0017]所述的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)對應(yīng)的基帶信號形式是s(t) =?1(0+?(0，其中？11(0是傳統(tǒng)調(diào)頻信號的基帶形式，p(t)是附加數(shù)字廣播信號的基帶形式，在附加數(shù)字廣播信號上攜帶有導(dǎo)航電文。
[0018]所述的導(dǎo)航電文包括本調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的具體位置和附加數(shù)字廣播信號P (t)的發(fā)射時(shí)間。
[0019]所述的調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述導(dǎo)航電文和自身信號接收時(shí)刻進(jìn)行位置解算，實(shí)現(xiàn)自身定位的方法，其特征在于，當(dāng)調(diào)頻廣播接收機(jī)只能夠接收到來自三個(gè)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的無線信號RF(t)時(shí)，根據(jù)導(dǎo)航電文中調(diào)頻廣播接收機(jī)的高度坐標(biāo)來估算自身的高度。
[0020]所述的調(diào)頻廣播接收機(jī)根據(jù)導(dǎo)航電文中調(diào)頻廣播接收機(jī)的高度坐標(biāo)來估算自身高度的方法為h = (Hl+H2+H3)/3，其中h為估算自身的高度，H1、H2和H3是能夠接收到的調(diào)頻廣播接收機(jī)的高度。
[0021]所述的附加數(shù)字廣播信號p(t)是數(shù)字?jǐn)U頻導(dǎo)航信號，其一般表達(dá)式為:
【權(quán)利要求】
1.一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟11)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)之間實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步； 步驟12)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)； 步驟13)調(diào)頻廣播接收機(jī)接收多個(gè)所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播的無線信號RF(t)，解析出RF(t)中的導(dǎo)航電文； 步驟14)調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述導(dǎo)航電文和自身信號接收時(shí)刻進(jìn)行位置進(jìn)行定位解算獲得自身位置。
2.如權(quán)I所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，包括一個(gè)位置已知的參考接收機(jī)，參考接收機(jī)接收所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)，并監(jiān)控廣播發(fā)射機(jī)之間的時(shí)鐘誤差；所述時(shí)鐘誤差通過專門的通信鏈路傳遞給所述調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，并以導(dǎo)航電文形式發(fā)給所述調(diào)頻廣播接收機(jī)；調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述時(shí)鐘誤差進(jìn)行偽矩修正。
3.如權(quán)I所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)廣播攜帶導(dǎo)航電文并可用于測距的無線信號RF(t)對應(yīng)的基帶信號形式是S(t) =?1(0+?(0，其中？11(0是傳統(tǒng)調(diào)頻信號的基帶形式，p(t)是附加數(shù)字廣播信號的基帶形式，在附加數(shù)字廣播信號上攜帶有導(dǎo)航電文。
4.如權(quán)3所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的導(dǎo)航電文包括本調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的具體位置和附加數(shù)字廣播信號P(t)的發(fā)射時(shí)間。
5.如權(quán)I所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的調(diào)頻廣播接收機(jī)使用所述導(dǎo)航電文和自身信號接收時(shí)刻進(jìn)行位置解算實(shí)現(xiàn)自身定位的方法，其特征在于，當(dāng)調(diào)頻廣播接收機(jī)只能夠接收到來自三個(gè)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的無線信號RF(t)時(shí)，根據(jù)導(dǎo)航電文中調(diào)頻廣播接收機(jī)`的高度坐標(biāo)來估算自身的高度。`
6.如權(quán)I所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的調(diào)頻廣播接收機(jī)根據(jù)導(dǎo)航電文中調(diào)頻廣播接收機(jī)的高度坐標(biāo)來估算自身高度的方法為h =(Hl+H2+H3)/3，其中h為估算的自身的高度，Hl、H2和H3是能夠接收到的調(diào)頻廣播接收機(jī)的高度。
7.如權(quán)3所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的附加數(shù)字廣播信號p(t)是數(shù)字?jǐn)U頻導(dǎo)航信號，其一般表達(dá)式為:
8.如權(quán)3所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，所述的附加數(shù)字廣播信號P (t)是正交多載波頻分復(fù)用(OFDM)信號。
9.如權(quán)8所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，當(dāng)P(t)是正交多載波頻分復(fù)用(OFDM)信號時(shí)的定位方法如下: 步驟91)調(diào)頻廣播接收機(jī)接收并分離OFDM信號P (t)與調(diào)頻信號FM(t)，解調(diào)出OFDM信號P(t)中的導(dǎo)航電文； 步驟92)調(diào)頻廣播接收機(jī)根據(jù)一般OFDM定位方法獲得OFDM信號的發(fā)射時(shí)間； 步驟93)調(diào)頻廣播接收機(jī)根據(jù)OFDM信號的發(fā)射時(shí)間和調(diào)頻廣播接收機(jī)本地時(shí)間獲得偽矩，并根據(jù)導(dǎo)航電文進(jìn)行偽矩修正； 步驟94)調(diào)頻廣播接收機(jī)將接收機(jī)中頻信號求平方，再以中頻信號的2倍頻作為中心進(jìn)行帶通濾波，利用鎖相環(huán)鎖定濾波輸出信號的頻率和相位，跟蹤并測量該載波相位獲得第一載波相位測量值； 步驟95)調(diào)頻廣播接收機(jī)將利用第一載波相位測量值進(jìn)行偽矩平滑，得到平滑后的偽矩； 步驟96)調(diào)頻廣播接收機(jī)利用平滑后的偽矩和OFDM信號P (t)中的導(dǎo)航電文進(jìn)行解算，獲得自身位置信息。
10.如權(quán)8所述的一種利用數(shù)字調(diào)頻廣播進(jìn)行導(dǎo)航定位的方法，其特征在于，調(diào)頻廣播接收機(jī)進(jìn)行組合導(dǎo)航定位的方法為: 步驟101)調(diào)頻廣播接收機(jī)定位獲得自身初始位置； 步驟102)調(diào)頻廣播接收機(jī)接收并分離OFDM信號P (t)與調(diào)頻信號FM(t)，解調(diào)出OFDM信號P(t)中的導(dǎo)航電文； 步驟103)調(diào)頻廣播接收機(jī)根據(jù)一般OFDM定位方法獲得OFDM信號的發(fā)射時(shí)間； 步驟104)調(diào)頻廣播 接收機(jī)根據(jù)OFDM信號的發(fā)射時(shí)間和調(diào)頻廣播接收機(jī)本地時(shí)間獲得偽矩，并根據(jù)導(dǎo)航電文進(jìn)行偽矩修正； 步驟105)調(diào)頻廣播接收機(jī)將接收機(jī)中頻信號求平方，再以中頻信號的2倍頻作為中心進(jìn)行帶通濾波，利用鎖相環(huán)鎖定濾波輸出信號的頻率和相位，跟蹤并測量該載波相位獲得第一載波相位測量值； 步驟106)調(diào)頻廣播接收機(jī)解調(diào)至少來自一個(gè)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的P (t)中導(dǎo)航電文所攜帶的載波相位修正信息，對所述第一載波相位測量值進(jìn)行載波相位修正獲得第二載波相位測量值； 步驟107)調(diào)頻廣播接收機(jī)利用第二載波相位測量值、自身初始位置和慣性導(dǎo)航單元的測量值獲得修正的位置并將其作為下一次位置解算的初始位置； 步驟108)輸出修正的位置為當(dāng)前位置。
【文檔編號】G01S19/29GK103630915SQ201210303350
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】陳曦, 柳寒冰, 張光華 申請人:陳曦