一种高精度RTK-GNSS差分信号模拟器系统和基点部署方法

本发明涉及rtk差分信号模拟，具体涉及一种高精度rtk-gnss差分信号模拟器系统和基点部署方法。

背景技术：

1、全球卫星定位系统(gnss)已经成为现代定位导航的核心技术，目前主要有美国的gps、俄罗斯的glonass、欧洲的galileo和中国的北斗等四个卫星导航系统。这些系统都包括一组卫星、地面控制站和用户接收机。可以广泛应用于测绘、农业、建筑、地理信息系统等领域。然而，gnss信号在传播过程中会受到多种干扰，包括天气、地形、建筑物等,导致多径效应的出现。在到达接收机之前反射、折射或衍射多次，形成了多条信号路径，使得接收机接收到的信号来自多个信道。这些不同信道的信号之间存在相位差异，导致定位精度降低；还可能引起信号强度的突变，从而导致gnss定位的不稳定性，进而影响定位的精度和可靠性。为了解决上述问题，rtk技术应运而生。为实现高精度定位，rtk技术被应用于接收机中即rtk接收机，通过多个gnss信号的处理和消除多径效应，实现了高精度的定位。

2、随着技术的发展，rtk接收机已广泛应用于建筑、测绘、农业、交通运输等领域。未来，伴随着技术的不断更新和应用场景的不断拓展和复杂多样化，rtk接收机的性能和应用将进一步提高和扩大。因此rtk接收机需要结合不同的算法，满足在不同复杂环境下的高精度定位；在研发测试阶段，进行rtk技术性能评估和算法研究时，由于缺乏真实环境下的差分信号的支持，需要到户外测试，极大的延长了算法的研发进程。因此一台可以模拟真实的信号接收情况，提供更真实的实验环境的四大导航系统的rtk-gnss差分信号的模拟器显得尤为重要。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种高精度rtk-gnss差分信号模拟器系统和基点部署方法，提出一种多核多线程cpu+pcie+fpga的全新硬件架构，用于解决传统模拟器使用单核单线程架构无法实现gnss差分信号的生成；提出基于移动点运行轨迹的基点部署算法，解决基点部署问题；提出采用多核多线程高频处理器，可同时高速并行处理四星差分信号的数据，解决传统卫星信号模拟设备同时只能模拟少量频点和数据处理速度低效局限性；可在封闭场所提供全天候的全星全频点的卫星差分信号，解决了传统rtk差分定位设备测试环境局限性问题。

2、根据本技术实施例的一个方面，一种高精度rtk-gnss差分信号模拟器系统主要包括以下部分：

3、上位机控制模块：用于基点位置设定、移动点运动状态和位置的设定、rtk-gnss差分信号模拟器的四星星历的更换和制作、场景文件回溯和制作、基点数据编码协议设置、卫星功率设置以及基本的数据可视化等功能；

4、导航数据编码中心：导航数据编码中心具有多核性质可同时执行gnss系统中多个频点的r_gnss点可视卫星数字数据和b_gnss可视卫星的差分数据计算，并按照设置进行编码、反馈实时数据给上位机控制模块以及通过pcie与信号生成模块进行数据的交互；

5、信号生成模块：产生中断信号以及移动点的导航信号。

6、所述上位机控制模块和导航数据编码中心在不同的处理核中，数据交互采用ipc核间通信协议；当数据通过上位机下发到。

7、所述导航数据编码中心与上位机控制模块相连，导航数据编码中心连接信号生成模块和网络通信或串口模块，信号生成模块连接rf模块，rf模块连接发送天线。

8、在一个可能的实现方式中，所述上位机控制模块运行在其软件处理核，包括以下进程：场景文件制作进程包括信号频点设置、基点位置部署、移动点轨迹设置、差分信号模拟器仿真持续时间设置、基点的差分数据的编码格式设置、星历文件更替；信号功率设置进程、数据可视化进程以及场景文件选择进程；

9、所述场景文件制作进程，包括：

10、北斗、gps、glonass、galileo民用频点的选择；

11、所述的基点位置部署包括：

12、根据移动点的轨迹起点终点的大地地理位置坐标、最大差分距离以及瞬间位置计算出满足移动点运行轨迹的基点的部署分布坐标；

13、所述移动点运动轨迹部署包括：

14、需设置仿真持续时间，移动速度、轨迹起点终点的大地地理位置坐标以及最大差分距离；

15、所述基点的差分数据的编码格式设置包括：

16、可选择rtcm2、rtcm3、novatel oem6、novatel oem3、u-blox、superstar ii、hemisphere、skytraq、gw10、javad、nvs binr、binex、trimble rt17、septentrio、cmr/cmr+、tersus等编码协议；

17、所述卫星功率设置进程包括：

18、可实时更改当前所有频点信号的功率或单个频点指定卫星的频点；

19、所述场景文件选择进程，包括：

20、可回溯选择历史配置好的场景文件；

21、上位机软件可视化进程包括：

22、人机交互实时查看频点可视卫星分布、移动点状态等。

23、在一个可能的实现方式中，所述导航数据编码中心包括基点数据处理核(b核)、移动点数据处理核(r核)、基点数据编码核、移动点数据交互核以及信号生成设备定时更新中断；其中，信号生成设备定时更新中断模块并行连接1-n个b核和r核；1-n个b核连接基点数据处理核；1-n个r核连接移动点数据交互核；

24、所述的基点或移动点数据处理核包括：

25、在进行基点或移动点数据处理时，不同频点使用不同的核，数据处理完成后，通过ipc传递数据到对应的基点数据编码核和移动点数据交互核；所述数据处理包括以下进程和中断任务：导航数据更新进程、dds数据更新中断和导航电文子帧控制中断。

26、所述的导航数据更新进程包括：

27、执行轨迹更新线程、基点部署坐标更替线程、星历更新线程以及导航电文编码线程；

28、所述dds数据更新中断包括：

29、更新控制导航信号生成模块的载波频率控制字、码控制字等参数；

30、导航电文子帧控制中断包括：

31、更新导航电文第一子帧到第五子帧的编码顺序。

32、所述的基点数据编码核包括：

33、接收通过ipc核间通信由b核传递的数据，当外输数据输出中断被触发后，该核开始对不同频点的导航数据按照设置的编码协议格式进行编码，并把编码好的数据进行缓存，同时通过网络通信或者串口把编码后的数据传递给rtk差分平台；

34、所述的移动点数据交互核包括：

35、接收通过ipc核间通信由r核传递的仿真频点的数据，对不同频点的导航信号的dds数据和导航电文数据进行统一打包，通过pcie高速串行通信传递给信号生成设备，用于仿真信号的生成。

36、在一个可能的实现方式中，信号生成模块包括：

37、使用fpga作为并行处理器，负责生成多频点多通道的移动点的可视卫星中频信号，经rf模块产生导航信号；控制dds数据更新中断、导航电文子帧控制中断以及基点编码数据输出的中断信号的产生。

38、本发明还提供一种基点位置部署的方法，主要步骤如下：

39、步骤一：移动点的起点和终点的大地地理坐标转换成空间直角坐标；

40、步骤二：计算起点与终点的相对直线距离；

41、步骤三：根据最大差分距离对相对直线距离进行分组：

42、步骤四：计算起点与终点的空间直角坐标差；

43、步骤五：计算部署的每个基点坐标。

44、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

45、在rtk-gnss差分信号模拟器方面，提出了一种高精度rtk-gnss差分信号模拟器系统和基点部署方法，本发明提出rtk-gnss差分信号模拟器依赖于一种多核多线程cpu+pcie+fpga的全新硬件架构，支持真实环境下的gnss信号和rtk差分信号模拟生成，功能多样化；提出基于移动点运行轨迹的基点部署算法，支持运动设备的差分信号模拟；提出导航数据编码中心采用多核多线程高频处理器，支持高速并行处理民用频点的差分信号的数据，可同时提供丰富的模拟信号频点；在封闭场所提供全天候的民用频点的卫星差分信号，减少rtk差分定位算法和设备的研发周期，降低研发成本。