一体化差分定位导航接收机

技术领域

本发明涉及差分定位技术领域，尤其是一种一体化差分定位导航接收机。

背景技术

随着差分定位技术的发展，全球导航卫星系统的定位精度有了很大的提高，应用场景迅速增多，成本大幅下降，近些年，在汽车自动驾驶、农机自动化及工程机械无人化等领域有着广泛应用。

差分定位技术主要基于差分定位导航接收机实现，目前的差分定位导航接收机主要有两种使用模式：一种是将差分定位导航接收机作为移动站和基站配合使用，作为基站的接收机接收差分数据，通过搭载的电台将解算后的数据信息发送至移动站，该使用方式灵活方便，但受电台传输距离的限制，且电台传输频带的合法性尚未有定论。另一种是将接收机作为移动站使用，以ntrip协议的方式，接收千寻等服务商提供的差分信号，该使用方式无需自有基站，但受限于4G网络信号和千寻等服务商基站信号覆盖影响。可见现有的使用模式都有一定的缺点，适用场景容易受到限制，不利于高精度差分定位的推广使用。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种一体化差分定位导航接收机，本发明的技术方案如下：

一种一体化差分定位导航接收机，该一体化差分定位导航接收机包括单片机、GNSS芯片、中心频率为2.4GHz的电台芯片和4G传输芯片，单片机分别通过串口连接GNSS芯片、电台芯片和4G传输芯片；

每个一体化差分定位导航接收机在工作时，通过GNSS芯片接入卫星系统获取卫星信号：

当一体化差分定位导航接收机通过4G传输芯片连接至网络基站且与网络基站之间的信号强度达到第一预定阈值时，一体化差分定位导航接收机切换至网络基站传输模式并作为移动站从网络基站获取网络基站差分信号结合卫星信号进行差分定位；

当一体化差分定位导航接收机未在网络基站覆盖范围内或与网络基站之间的信号强度未达到第一预定阈值时，一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过电台芯片或4G传输芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号结合卫星信号进行差分定位。

其进一步的技术方案为，当一体化差分定位导航接收机工作在网络基站传输模式下时，一体化差分定位导航接收机作为移动站通过4G传输芯片从网络基站获取ntrip协议下的网络基站差分信号。

其进一步的技术方案为，一体化差分定位导航接收机在切换至自有基站传输模式时：

当作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机之间的距离小于预定距离阈值时，作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机通过内置的电台芯片相连且电台通信强度达到第二预定阈值，则一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式中的电台传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过电台芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号；

否则，一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式中的网络数据传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过4G传输芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号。

其进一步的技术方案为，当一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式中的网络数据传输模式时，

作为移动站的一体化差分定位导航接收机和作为自有基站的一体化差分定位导航接收机分别通过内置的4G传输芯片连接网络服务器、并通过发布-订阅模式进行通信，作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取按mqtt协议将自有基站差分信号上传至网络服务器，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过订阅从网络服务器获取自有基站差分信号。

其进一步的技术方案为，每个一体化差分定位导航接收机还通过4G传输芯片连接网络服务器，上位机连接网络服务器，一体化差分定位导航接收机与上位机之间利用网络服务器通过发布-订阅模式进行通信，上位机对一体化差分定位导航接收机进行远程控制和/或远程从一体化差分定位导航接收机获取数据。

其进一步的技术方案为，每个一体化差分定位导航接收机包括机壳、内置在机壳内的PCB板以及安装在机壳上的外置天线，单片机、GNSS芯片、电台芯片和4G传输芯片集成在PCB板上并通过PCB板内置的线路相连，电台芯片还连接至外置天线。

其进一步的技术方案为，每个一体化差分定位导航接收机内的单片机为STM32芯片，电台芯片的型号为nRF24L01。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种一体化差分定位导航接收机，该接收机可以根据应用场景的不同在不同的传输模式下进行灵活选择切换，具有很强的环境适应性。在电台传输模式下，电台芯片的中心频率为2.4GHz，频段合法安全，没有隐患。而且基于该接收机的电路结构，无需到现场利用有线连接进行参数配置修改维护，可以利用上位机实现远程控制、维护升级和数据汇总，极大地提高了维护效率、降低了维护成本。

附图说明

图1是本申请的一体化差分定位导航接收机的电路结构示意图。

图2是一体化差分定位导航接收机的传输模式的切换示意图。

图3是一体化差分定位导航接收机工作在网络基站传输模式下的通信示意图。

图4是作为移动站和自有基站的一体化差分定位导航接收机工作在电台传输模式下的通信示意图。

图5是作为移动站和自有基站的一体化差分定位导航接收机工作在网络数据传输模式下的通信示意图。

图6是利用上位机对一体化差分定位导航接收机进行远程控制和数据汇总时的通信示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种一体化差分定位导航接收机，请参考图1，该一体化差分定位导航接收机包括单片机、GNSS芯片、中心频率为2.4GHz的电台芯片和4G传输芯片，单片机分别通过串口连接GNSS芯片、电台芯片和4G传输芯片。在实际实现时，一体化差分定位导航接收机包括机壳、内置在机壳内的PCB板以及安装在机壳上的外置天线，单片机、GNSS芯片、电台芯片和4G传输芯片集成在PCB板上并通过PCB板内置的线路相连，电台芯片还连接至外置天线。可选的还包括安装在机壳上的若干个状态指示灯，状态指示灯通过GPIO连接单片机，单片机可以控制状态指示灯显示不同的内容从而指示该一体化差分定位导航接收机所处的工作状态或者传输模式。在本申请中，一体化差分定位导航接收机内的单片机为STM32芯片；电台芯片的型号为nRF24L01、中心频率为2.4GHz，频段合法安全。

每个一体化差分定位导航接收机在工作时，通过GNSS芯片接入卫星系统获取卫星信号，然后根据不同的应用场景选择相应的传输模式，模式切换示意图请参考图2。需要说明的是，实际也可以由用户执行采用的传输模式，则一体化差分定位导航接收机可以根据用户输入的指令选择工作在相应的传输模式：

1、接收机会通过4G传输芯片搜索网络基站信号并请求连接，当一体化差分定位导航接收机通过4G传输芯片连接至网络基站且与网络基站之间的信号强度达到第一预定阈值时，表示该接收机在网络基站的覆盖范围内且可以与网络基站进行有效通信。此时一体化差分定位导航接收机切换至网络基站传输模式并作为移动站从网络基站获取网络基站差分信号结合卫星信号进行差分定位，通信示意图请参考图3。在这种情况下，一体化差分定位导航接收机作为移动站通过4G传输芯片从网络基站获取ntrip协议下的网络基站差分信号。

2、当一体化差分定位导航接收机未在网络基站覆盖范围内或与网络基站之间的信号强度未达到第一预定阈值时，表示该接收机不在网络基站的覆盖范围内且，或者与网络基站之间的信号较弱、无法进行有效通信。此时一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过电台芯片或4G传输芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号结合卫星信号进行差分定位。

在这种情况中，不管接收机作为基站还是移动站，接收机的结构都如图1所示，且都通过内置的GNSS芯片接入卫星系统获取卫星信号。作为自有基站的一体化差分定位导航接收机对获取到的卫星信号进行解算产生自有基站差分信号，并通过电台芯片或4G传输芯片传输给作为移动站的一体化差分定位导航接收机。对应的，作为移动站的一体化差分定位导航接收机过电台芯片或4G传输芯片从自有基站处获取自有基站差分信号。在实际应用时，通常会有多个作为移动站的一体化差分定位导航接收机连接到同一个作为自有基站的一体化差分定位导航接收机。具体的：

(1)当作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机之间的距离小于预定距离阈值时，作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机通过内置的电台芯片相连且电台通信强度达到第二预定阈值，表示此时移动站与自有基站在电台传输的有效距离范围内，比如一般认为预定距离阈值为2km。

则此时一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式中的电台传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过电台芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号，通信示意图请参考图4。

(2)当作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机之间的距离超出预定距离阈值时，作为移动站的一体化差分定位导航接收机与作为自有基站的一体化差分定位导航接收机无法通过内置的电台芯片相连或者电台通信强度达不到第二预定阈值，表示此时移动站与自有基站无法进行有效的电台传输。

则此时一体化差分定位导航接收机切换至自有基站传输模式中的网络数据传输模式，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过4G传输芯片从作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取自有基站差分信号。具体的，作为移动站的一体化差分定位导航接收机和作为自有基站的一体化差分定位导航接收机分别通过内置的4G传输芯片连接网络服务器、并通过发布-订阅模式进行通信，作为自有基站的一体化差分定位导航接收机获取按mqtt协议将自有基站差分信号上传至网络服务器，作为移动站的一体化差分定位导航接收机通过订阅从网络服务器获取自有基站差分信号，通信示意图请参考图5。

另外，基于本申请公开的这种结构的一体化差分定位导航接收机，还可以利用上位机远程控制接收机或远程从接收机获取数据，则每个一体化差分定位导航接收机还通过4G传输芯片连接网络服务器，上位机连接网络服务器，一体化差分定位导航接收机与上位机之间利用网络服务器通过发布-订阅模式进行通信，上位机对一体化差分定位导航接收机进行远程控制和/或远程从一体化差分定位导航接收机获取数据。也即上位机可以发布远程控制指令/数据、接收机订阅获取相应的控制指令/数据实现远程的指令控制或维护升级，和/或，接收机可以发布远程汇总数据、上位机订阅相应的远程汇总数据实现远程的数据信息汇总的任务，通信示意图请参考图6。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。