基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端[实用新型专利]

*CN202600801U*

(10)授权公告号 CN 202600801 U(45)授权公告日 2012.12.12

(12)实用新型专利

(21)申请号 201220224758.X(22)申请日 2012.05.18

(73)专利权人金采科技股份有限公司

地址851400 自治区拉萨市拉萨经济技

术开发区金珠西路1号(72)发明人王浩 李鉴海 赵怡

(74)专利代理机构湘潭市汇智专利事务所

43108

代理人颜昌伟(51)Int.Cl.

G07C 5/08(2006.01)G05B 19/418(2006.01)B60Q 9/00(2006.01)B60R 25/00(2006.01)

()实用新型名称

基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端(57)摘要

本实用新型公开了一种基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端。它包括用于接收北斗导航定位系统RNSS信号或/和GPS信号、收发北斗RDSS通信信号和短消息通信的定位通信一体机，用于车况、驾车状态和危险品监控数据采集的信息采集设备，用于显示信息、编辑发送指令、完成系统设置的操作终端和用于处理信息采集数据、定位数据和危险品监控数据的车辆信息采集集中终端。定位通信一体机、信息采集设备和显示操作终端分别通过各自接口分别与车辆信息采集集中终端相连。本实用新型有利于监控驾驶员的驾驶状态、所运输的危险品物资的状态、车辆自身的状态以及每台运输车辆所处位置的天气和路况信息，为危险品物资运输提供安全保障。

权利要求书 2 页 说明书 11 页 附图 2 页权利要求书2页 说明书11页 附图2页

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权 利 要 求 书

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1.一种基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：包括定位通信一体机、信息采集设备、显示操作终端、车辆信息采集集中终端，定位通信一体机、信息采集设备和显示操作终端分别通过各自接口分别与车辆信息采集集中终端相连接，定位通信一体机中的信号与信息处理模块根据接收到的RNSS导航信息和GPS导航信号进行精确定位。

2.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述定位通信一体机还包括用于接收RNSS导航信号和收发RDSS通信信号的北斗天线模块、用于接收GPS信号的GPS模块、用于信号变频、数字化处理的北斗射频模块和电源管理模块，北斗天线模块通过北斗射频模块与信号与信息处理模块连接并进行信号与数据双向传输，GPS模块与信号与信息处理模块连接且GPS模块把GPS信号传送给信号与信息处理模块，电源管理模块为定位通信一体机提供电源。

3.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述定位通信一体机分别设置外接电源和内置电源。

4.根据权利要求2所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述定位通信一体机的北斗射频模块将从北斗天线模块接收的RNSS导航信号变频放大成中频信号传送给信号与信息处理模块，将从信号与信息处理模块接收的数据进行数据调制和功率放大成RDSS通信信号传送给北斗天线模块。

5.根据权利要求4所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述信号与信息处理模块包括信号处理模块和信息处理模块，信号处理模块将射频模块输出的中频信号进行A/D变换、抗干扰处理、调制解调后进行时序和地址译码，并在处理完成后将RNSS导航和RDSS通信信息发送至信息处理模块，信息处理模块将数据信息进行解调、解扩处理，信息处理模块不仅处理来自信号处理模块的北斗RNSS导航和RDSS通信信息而且处理来自GPS模块的导航信息，数据通过外部接口实现与车辆信息采集集中终端的双向传输。

6.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述车辆信息采集集中终端包括主信息处理模块、输入信号转接模块、电源管理模块，其中输入信号转接模块接收信息采集设备的信号进行整型、放大、转换成标准信号并发送给主信息处理模块，主信息处理模块处理来自定位通信一体机、显示操作终端和输入信号转接模块的数据。

7.根据权利要求6所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述主信息处理模块得到输入信号转换模块传送的车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控数据后，根据危险情况设置优先级处理数据并通过接口向定位通信一体机和/或显示操作终端收发数据和操作指令，同时主信息处理模块还能通过显示操作终端接收数据和操作指令并进行相应分析和判断。

8.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述包括显示设备和操作设备，显示设备和操作设备通过相应接口与车辆信息采集集中终端连接，通过显示屏显示车辆信息、定位信息和短信息，通过操作设备发送开关机、紧急报警、内置短信、翻阅车辆信息指令。

9.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述显示操作终端还包括语音提示装置。

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权 利 要 求 书

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10.根据权利要求1所述的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端，其特征在于：所述信息采集设备包括CAN总线信息采集设备、驾驶室烟雾感应器、危险品罐体信息采集设备、驾驶员酒精浓度检测设备、雷达测距设备。

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说 明 书

基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端

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技术领域

本实用新型涉及一种危险品运输车辆监控终端，特别是一种基于北斗RDSS信道

的危险品运输车辆监控终端。

[0001]

背景技术

随着我国国民经济建设的不断繁荣发展和对能源需求的爆炸性增长，我国易燃易

爆危险品的运输越来越频繁，当前，正在运营的危险品运输车辆就达55万辆之多。近年来，危险品运输事故的日渐增加以及对人们生命和财产造成的巨大损失提醒人们，所运输的物资虽然给人们的生产生活带来了很多便利，但同时它带来的巨大威胁更是不容忽视。[0003] 正是因为危险品运输潜在的威胁性，我国的相关部门以及各级地方均制定了很多关于危险品运输方面的法律文件来规范危险品运输市场。以保证有效地预防危险品运输事故的发生，以及对潜在的危险品运输事故做到及时预警，让人们能够及时排除隐患，做到最大程度地降低危险品运输事故发生的概率，同时使我国的危险品运输市场规范有序。

[0004] 目前出现的危险品运输监控系统主要用于监控危险品是否发生泄漏，通过GPS报告发生的情况，对驾驶员驾车状态、车辆运行状况的监控缺乏。此外，危险品运输监控系统定位精度低。

[0002]

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种定位精度高，易于采集车辆运行状况和驾驶员状态并对危险品进行有效监控的基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端。

[0006] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案是：包括定位通信一体机、信息采集设备、显示操作终端、车辆信息采集集中终端，定位通信一体机、信息采集设备和显示操作终端分别通过各自接口分别与车辆信息采集集中终端相连接，定位通信一体机中的信号与信息处理模块根据接收到的RNSS导航信息和GPS导航信号进行精确定位。[0007] 上述基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端中，所述定位通信一体机包括用于接收RNSS导航信号和收发RDSS通信信号的北斗天线模块、用于接收GPS信号的GPS模块、用于信号变频、数字化处理的北斗射频模块、用于导航定位数据分析的信号与信息处理模块和电源管理模块，北斗天线模块通过北斗射频模块与信号与信息处理模块进行信号与数据双向传输，GPS模块把GPS信号传送给信号与信息处理模块，电源管理模块为定位通信一体机提供电源。

[0008] 上述基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端中，所述北斗射频模块将从北斗天线模块接收的RNSS导航信号变频放大成中频信号传送给信号与信息处理模块，将从信号与信息处理模块接收的数据进行数据调制和功率放大成RDSS通信信号传送给北斗天线模块。

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说 明 书

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上述基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端中，所述信号与信息处理模

块包括信号处理模块和信息处理模块，信号处理模块将射频模块输出的中频信号进行A/D变换、抗干扰处理、调制解调后进行时序和地址译码，并在处理完成后将RNSS导航和RDSS通信信息发送至信息处理模块，信息处理模块将数据信息进行解调、解扩处理，信息处理模块不仅处理来自信号处理模块的北斗RNSS导航和RDSS通信信息而且处理来自GPS模块的导航信息，处理好的数据通过外部接口实现与车辆信息采集集中终端的双向传输。此外，信息处理模块包括存储单元，存储单元内置常用短信。优选外部接口为串口。[0010] 上述基于北斗RDSS信道的危险品运输车辆监控终端中，所述定位通信一体机收发信号工作原理：接收信号时，射频模块将卫星天线模块接收的RNSS导航和RDSS通信信号变频、放大成中频信号，中频信号从射频模块的中频输出端子输出送入信号与信息处理模块采样成数字信号，数字信号通过信号与信息处理模块进行解调、解扩等信息处理；GPS天线将接收到的GPS卫星信号输出至GPS模块进行处理，处理完成后按照规定协议格式将GPS数据发送给信号与信息处理模块；信号与信息处理模块将处理好的信息通过串口通信发送给车辆信息采集终端。[0011] 发射信号时，车辆信息采集终端将发送数据通过串口通信发送给信号与信息处理模块，信号与信息处理模块将处理后的数据送给射频模块，射频模块将发射数据调制和功率放大成RDSS通信信号，送给卫星天线模块，由卫星天线模块将信号通过辐射方式发送监控中心。

[0012] 由此可见，定位通信一体机可以完成双向RDSS无线数据通信，从而保证车辆轨迹监控的连贯性。

[0013] 定位通信一体机优选采用RS232串口通信标准对外连接。[0014] 此外，定位通信一体机可以分别设置外接电源和内置电源，在外接电源断电情况下应急工作。其中内置电源优选容量为容量2600毫安时的蓄电池。[0015] 定位通信一体机将卫星天线模块、射频模块、GPS模块以及信号与信息处理模块等部件集成在了一个密封结构中，通过串口和显示操作终端相连。这种集成封装结构使设备简单精炼，外接信号的种类和特性简单一致，提高了可靠性、降低了安装复杂度。[0016] 所述车辆信息采集集中终端包括主信息处理模块、输入信号转接模块、电源管理模块，其中输入信号转接模块接收信息采集设备的信息并发送给主信息处理模块，主信息处理模块处理来自定位通信一体机、显示操作终端和输入信号转接模块的信息。车辆信息采集集中终端主要完成车辆车况、驾驶员驾车状态、导航数据和危险品监控数据的处理，是整个系统的核心。

[0017] 所述主信息处理模块得到输入信号转换模块传送的车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控数据后，根据危险情况设置优先级处理数据并通过接口向定位通信一体机和/或显示操作终端收发数据和操作指令。同时主信息处理模块还能通过显示操作终端接收数据和操作指令并进行相应分析和判断。此外，主信息处理模块具有定期自检功能。[0018] 由于信息采集设备的输出信号不一定都是标准的远距离传输数据信号，所述输入信号转接模块将车辆信息采集设备传送的不标准信号进行整型、放大、转换成标准信号进行传输，以提高信号质量，增强信号抗干扰性能。[0019] 所述电源管理模块将外接电源经过整流、稳压、变换后输出给车辆信息采集集中

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终端、显示操作终端供电。所述车载电源可以采用9-36V直流电源，优选24V直流电源。此外，车辆信息采集集中终端具有内置电源，由电源管理模块对内置蓄电池进行充电。当车载电源停止供电后，车辆信息采集集中终端能通过蓄电池进行应急指挥和采取紧急状态控制。

[0020] 所述显示操作终端通过相应接口与车辆信息采集集中终端连接，包括显示设备和操作设备，通过显示屏显示车辆信息、定位信息和短信息，通过操作设备发送开关机、紧急报警、内置短信、翻阅车辆信息指令。

[0021] 显示操作终端还包括语音提示装置。通过语言提示装置可以对导航信息进行语音提示。

[0022] 所述信息采集设备包括CAN总线信息采集设备、驾驶室烟雾感应器、危险品罐体信息采集设备、驾驶员酒精浓度检测设备、雷达测距设备。[0023] 导航定位工作原理：当定制导航线路和查询定位信息时，显示操作终端向车辆信息采集集中终端的主信息处理模块传输导航和定位指令，主信息处理模块向定位通信一体机发出定位指令，并根据定位通信一体机发回的定位信息制定导航线路。

[0024] 定位通信一体机通过北斗天线模块接收到的RNSS导航和RDSS通信信号发送给射频模块，由射频模块将信号进行变频放大后转换成中频信号送入信号与信息处理模块来实现北斗定位功能；通过GPS天线将GPS导航信号发送GPS模块进行处理，GPS模块处理后按照NMEA0183协议将GPS信息通过串口送入信息处理模块来实现GPS定位功能；通过信息处理模块将接收到的RNSS导航信息和GPS导航信号用最小二乘法获得初始值，然后通过联邦卡尔曼滤波算法来进行计算，并结合PVT计算，利用双系统进行RAIM计算，实现双系统条件下的精确定位。

[0025] 短消息通信功能工作原理：接收信号原理同北斗定位。发射信号时，用户通过外设发出通信申请命令，车辆信息采集集中终端将命令通过串口按照指定协议转发至定位通信一体机信号与信息处理模块中的信息处理模块，信息处理模块响应命令，将处理后的数据通过数据总线送给信号处理模块将数据进行处理后，经抗干扰处理以及D/A变换发送给北斗射频模块。北斗射频模块将发射数据调制和功率放大后，送给北斗天线模块，由北斗天线模块将信号发射出去。[0026] 采集车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控信息工作原理：当进行车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控信息处理时，输入信号通过各个信息采集设备送入车辆信息采集集中终端的输入信号转换模块，信号转换模块将输入信号转换成统一标准信号汇总至车辆信息采集集中终端的主信息处理模块，主信息处理模块收到信息后完成信号处理和打包并进行数据缓存。主信息处理模块通过串口通信配合定位通信一体机的RDSS双向通信信道完成远程监控功能。

监控中心远程查询车辆信息工作原理：当监控中心远程查询车辆信息时，车辆信

息采集集中终端的主信息处理模块收到查询命令后将相关车辆信息通过串口通信发送定位通信一体机，定位通信一体机将车辆信息发回监控中心。[0028] 实时监控工作原理：当车辆报警后需要实时监控时，主信息处理模块每隔一定时间将采集到的车况信息通过定位通信一体机发回监控中心，并车况信息实时送入显示操作终端，供驾驶员查阅。

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本实用新型的有益效果是：抗外界干扰能力强，定位精度高，不依赖移动通信网

络，能实现无盲区通信。

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。附图说明

图1是本实用新型的结构图。

[0032] 图2是本实用新型中双系统RAIM检测流程图。

[0031]

具体实施方式

[0033] 参见图1，图1是本实用新型的结构框图。本实用新型包括车辆信息采集集中终端，定位通信一体机，信息采集设备和显示操作终端。定位通信一体机、信息采集设备和显示操作终端分别通过各自接口将数据传送给车辆信息采集集中终端。车辆信息采集集中终端安装在车体内部，定位通信一体机安装在车顶，信息采集设备安装在车体、车仓和车外各处，显示操作终端安装在汽车CD卡座位置。

[0034] 所述定位通信一体机包括用于接收RNSS导航信号和收发RDSS通信信号的北斗天线模块、用于接收GPS信号的GPS模块、用于信号变频、数字化处理的北斗射频模块、用于导航定位数据分析的信号与信息处理模块和电源管理模块，北斗天线模块通过北斗射频模块与信号与信息处理模块进行信号与数据双向传输，GPS模块把GPS信号传送给信号与信息处理模块，电源管理模块为定位通信一体机提供电源。定位通信一体机采用集成封装结构，通过串口和显示操作终端相连。

[0035] 北斗射频模块将从北斗天线模块接收的RNSS导航信号变频放大成中频信号传送给信号与信息处理模块，将从信号与信息处理模块接收的数据进行数据调制和功率放大成RDSS通信信号传送给北斗天线模块。

[0036] 信号与信息处理模块包括信号处理模块和信息处理模块，信号处理模块将射频模块输出的中频信号进行A/D变换、抗干扰处理、调制解调后进行时序和地址译码，并在处理完成后将RNSS导航和RDSS通信信息发送至信息处理模块，信息处理模块将数据信息进行解调、解扩处理，信息处理模块不仅处理来自信号处理模块的北斗RNSS导航和RDSS通信信息而且处理来自GPS模块的导航信息，处理好的数据通过串口实现与车辆信息采集集中终端的双向传输。信号与信息处理模块存储单元内置100条常用短信。[0037] 此外，信息处理模块包括存储单元，存储单元内置常用短信。[0038] 接收信号时，射频模块将卫星天线模块接收的RNSS导航和RDSS通信信号变频、放大成中频信号，中频信号从射频模块的中频输出端子输出送入信号与信息处理模块采样成数字信号，数字信号通过信号与信息处理模块进行解调、解扩等信息处理；GPS天线将接收到的GPS卫星信号输出至GPS模块进行处理，处理完成后按照规定协议格式将GPS数据发送给信号与信息处理模块；信号与信息处理模块将处理好的信息通过串口通信发送给车辆信息采集终端。

[0039] 发射信号时，车辆信息采集终端将发送数据通过串口通信发送给信号与信息处理模块，信号与信息处理模块将处理后的数据送给射频模块，射频模块将发射数据调制和功率放大成RDSS通信信号，送给卫星天线模块，由卫星天线模块将信号通过辐射方式发送监

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控中心。

定位通信一体机采用RS232串口通信标准对外连接，其中RS232数据接口包括接

收信号Rx、发送信号Tx、信号地GND。[0041] 此外，定位通信一体机设置有外接电源和内置电源，在外接电源断电情况下应急工作。其中内置电源容量为2600毫安时的蓄电池。[0042] 定位通信一体机将卫星天线模块、射频模块、GPS模块以及信号与信息处理模块等部件集成在了一个密封结构中，通过串口和显示操作终端相连。这种集成封装结构使设备简单精炼，外接信号的种类和特性简单一致，提高了可靠性、降低了安装复杂度。[0043] 所述电源管理模块将车辆提供的车载电源经过整流、稳压、变换后输出给车载控制台、定位通信一体机供电。所述车载电源可以采用9-36V直流电源，优选24V直流电源。此外，车辆信息采集集中终端具有内置电源。当车载电源停止供电后，车辆信息采集集中终端能应急指挥和采取紧急状态控制。

[0044] 所述车辆信息采集集中终端包括主信息处理模块、输入信号转接模块、电源管理模块，其中输入信号转接模块接收信息采集设备的信息并发送给主信息处理模块，主信息处理模块处理来自定位通信一体机、显示操作终端和输入信号转接模块的信息。车辆信息采集集中终端主要完成车辆车况、驾驶员驾车状态、导航数据和危险品监控数据的处理，是整个系统的核心。

[0045] 其中所述主信息处理模块通过多路RS232/RS485信号输入接口与输入信号转换模块相连采集车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控信息，并能根据危险情况设置优先级处理信息，将采集信息进行分析、判断、综合判读、打包分帧等操作后通过多路RS232/485信号输入/输出接口向定位通信一体机和/或显示操作终端发送数据和操作指令。同时主信息处理模块还能通过显示操作终端接收数据和操作指令并进行相应分析和判断。此外，主信息处理模块具有定期自检功能。

[0046] 由于信息采集设备的输出信号不一定都是标准的远距离传输数据信号，所述输入信号转接模块将车况信息采集传感器的不标准信号进行整型、放大、转换成标准RS232/422/485信号进行传输，以提高信号质量，增强信号抗干扰性能。[0047] 所述电源管理模块将车辆提供的车载电源经过整流、稳压、变换后输出给车辆信息采集集中终端、显示操作终端。所述车载电源采用24V直流电源，此外，车辆信息采集集中终端具有内置电源，由电源管理模块对内置蓄电池进行充电。。当车载电源停止供电后，车辆信息采集集中终端能通过蓄电池进行应急指挥和采取紧急状态控制。[0048] 所述显示操作终端通过相应接口与车辆信息采集集中终端连接，包括显示屏、操作键、触摸屏及输入键盘。其中，显示屏及操作键安装在汽车控制面板的CD卡座上，触摸屏及输入键盘安装在活动手柄上。通过显示屏和触摸屏滚动显示车辆工况信息、定位信息和来电信息；通过输入键盘和操作键发送开关机、紧急报警、内置短信、翻阅车况信息和系统设置指令；触摸屏支持手写识别，具备良好的人机交互界面并可以在紧急状态下进行操作。[0049] 显示操作终端还包括语音提示装置。通过语言提示装置可以对导航信息进行语音提示。

[0050] 信息采集设备包括CAN总线信息采集设备、驾驶室烟雾感应器、危险品罐体信息采集设备、驾驶员酒精浓度检测设备、雷达测距设备。

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CAN总线信息采集设备可从车辆自身的CAN总线上可以读出车辆的刹车气压、油

箱油量、汽车胎压、发动机运转参数等信息。

[0052] 驾驶室烟雾感应器安装在驾驶舱内顶部，用于监视驾驶室内的烟雾情况，具有监控驾驶员吸烟和其他火灾隐患的效果。

[0053] 危险品罐体信息采集设备采集体真空度、罐体温度和罐体压力数据。[00] 酒精浓度检测设备安装在驾驶员座位左前方，用于检测驾驶员是否酒驾。在开始点火驾驶车辆前，驾驶员需通过酒精浓度检测设备检测才能点火驾驶车辆。[0055] 雷达测距设备安装在车大灯旁，用来探测车辆前端的障碍物，保证车辆罐体防撞。[0056] 当定制导航线路和查询定位信息时，显示操作终端向车辆信息采集集中终端的主信息处理模块传输导航和定位指令，主信息处理模块向定位通信一体机发出定位指令，并根据定位通信一体机发回的定位信息制定导航线路。

[0057] 定位通信一体机通过北斗天线模块接收到的RNSS导航和RDSS通信信号发送给射频模块，由射频模块将信号进行变频放大后转换成中频信号送入信号与信息处理模块来实现北斗定位功能；通过GPS天线将GPS导航信号发送GPS模块进行处理，GPS模块处理后按照NMEA0183协议将GPS信息通过串口送入信息处理模块来实现GPS定位功能；通过信息处理模块将接收到的RNSS导航信息和GPS导航信号用最小二乘法获得初始值，然后通过联邦卡尔曼滤波算法来进行计算，并结合PVT计算，利用双系统进行RAIM计算，实现双系统条件下的精确定位。

当进行短消息通信时，从监控中心接受短消息的接收原理和定位信号接收原理相

同。发射信号时，用户通过外设发出通信申请命令，车辆信息采集集中终端将命令通过串口按照指定协议转发至定位通信一体机信号与信息处理模块中的信息处理模块，信息处理模块响应命令，将处理后的数据通过数据总线送给信号处理模块将数据进行处理后，经抗干扰处理以及D/A变换发送给北斗射频模块。北斗射频模块将发射数据调制和功率放大后，送给北斗天线模块，由北斗天线模块将信号发射出去。[0059] 当进行车辆车况、驾驶员驾车状态和危险品监控信息处理时，输入信号通过各个信息采集设备送入车辆信息采集集中终端的输入信号转换模块，信号转换模块将输入信号转换成统一标准信号汇总至车辆信息采集集中终端的主信息处理模块，主信息处理模块收到信息后完成信号处理和打包并进行数据缓存。主信息处理模块通过串口通信配合定位通信一体机的RDSS双向通信信道完成远程监控功能。[0060] 当监控中心远程查询车辆信息时，车辆信息采集集中终端的主信息处理模块收到查询命令后将相关车辆信息通过串口通信发送定位通信一体机，定位通信一体机将车辆信息发回监控中心。

[0061] 当车辆报警后需要实时监控时，主信息处理模块每隔一定时间将采集到的车况信息通过定位通信一体机发回监控中心，并车况信息实时送入显示操作终端，供驾驶员查阅。[0062] （2）图2是本实用新型双系统RAIM检测流程图。可能引起完好性问题的主要根源有3种：卫星时钟、卫星星历的特殊问题和主控站。在GPS系统中，用于GPS完好性监视的两种办法是：定位通信一体机自主完好性监视(RAIM算法)和广域增强系统(W从S)。RAIM算法包含在定位通信一体机内，是利用卫星的余度信号，使得定位通信一体机能够判断是否存在故障星，若有，能在规定的时限内做出判断，发出警告，若没有故障星，使定位通信一

[0058]

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体机不会出现误警情况。在导航解算中，用5颗可见星可以检测故障，使用6颗或更多的可见星可以将故障星排除。[0063] 1、双星座卫星的故障检测算法与门限

[00] 由于双系统的观测方程可以表示为y＝Gx+ε，根据最小二乘算法，用户状态x的最小二乘解为

[0065] [0066] [0067]

用R∈Rkxl来表示残差向量，k为可见导航卫星数目和，则：

[0068]

RTR＝s·ε[0070] 从上式可知，向量R中包含了测距误差信息，可以用作判断有无故障卫星的依据。

[0069]

定义

[0071]

它表示各个伪距残差的平方和，是一个自由度与观测到的导航系统数目有关的χ2分布。这样，为了使设计的判决门限TD虚警概率不大于PFA，则TD就要满足如下概率等式：

[0072]

[0073]

对于二导航系统的组合，统一的等效测距误差σ＝10m，可见导航卫星总数k，n为

系统个数。根据不同用户要求的虚警率与采样间隔，可以求得相应的检测门限值。

[0074] [0075]

在应用中，通常采用

作为统计检测量，其中N为χ2分布的自由度，即

多模态系统的信息冗余度，由于采用统一的系统时，N＝n-5。在每次定位时将Tx与门限值TD比较，若Tx≥TD，有故障卫星；若Tx＜TD，无故障卫星。[0076] 2、双星座RAIM可用性算法[0077] 在进行RAIM检测时，必须考虑卫星相对用户几何分布的影响。当几何分布不好时，某颗较差的卫星尽管会产生较大的定位误差，单产生的观测量RTR却很小，这就会产生漏检情况。为保证RAIM的漏检概率尽可能小，必须在几何分布满足一定条件时，才能应用RAIM算法，否则不能使用RAIM进行故障检测。[0078] 由误差分布理论可知，如果n个随机变量εi(i＝1,2……n)均服从正态分布N(μi,σ2)，且相互，则

服从自由度为n的非中心化开放分布χ2(n,λ)，其非中

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心化参数

架设观测噪声向量ε＝e+b的均值为E{ε}＝b，且b≠0，则SSE/σ2服从非中

心化的χ2分布。因为SSE的均值为：E{SSE}＝E{RTR}＝bTsb，可得到非中心化参数为λ＝bTsb/σ2。

[0080] 当第i颗卫星出现故障，导致其伪距中存在偏差bi，而其他可见卫星均正常时，均值向量为b＝[0…bi…0]T，可以得到：

[0079] [0081] [0082]

式中：

代表第i颗卫星所引起的水平定位误差：A1i和A2i分

别代表定位计算矩阵A＝(GTG)-1GT中第1行第i列和第2行第i列元素；sii是投影矩阵s＝I-G(GTG)-1GT的第i行第i列元素。

[0083]

令可以看出，架设故障星i对应的值较大，则故障星i引

起的水平定位误差

也较大；如果故障星对应的sii值较小，则可得

也较小，即统计检测量SSE较小。如果这时，水平定位误差超过了完好性要求

的水平误差保护门限，而统计检测量小于检测门限，则发生漏检。这种情况是非常危险的，

因此，为了避免漏检概率超出完好性要求，需要根据统计检测量的卡方分布特性、完好性要求的漏检概率和不同航段的水平误差保护门限HAL，给

[0084] [0085]

限定一个最大值

定义

当进行可用性判断时，用求得的

值和对应的

相比较，若

大于对应

的

[0086]

则认为在当前几何分布下，RAIM方法不可用；反之，则可用。

3、双星座卫星RAIM计算流程[0087] 由于北斗、GPS两个系统的导航信号可以被同时接收用于导航定位，在完好性监测过程中，这两种观测信息可以融合起来提高监测性能。监测流程设计如下：[0088] 其监测过程为：

[00] (1)标准统一和归一化：

[0090] 在利用2个不同系统信息时，首先要统一观测数据的时间以及表示卫星和用户位置的坐标系，然后用观测到的所有可用信息构造观测方程。需要注意到不同系统的观测噪声水平不同，因此在使用观测方程时要进行归一化处理。[0091] (2)可用性判断：

[0092] 由于卫星与用户的相对几何分布的原因，可能会有定位误差超过极限值，而监测统计检测量却小于门限的情况发生，也就是漏检。如果在某一个监测环境下的漏检率超过MOPS规定的0.001，那么RAIM算法在这里就视为失效。因此在进行完好性检测之前，首先要进行可用性判断，即判断当前卫星几何分布是否适合做完好性检测。采用的可用性判断标准有ARP标准、标准等方法。

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(3)故障的检测与识别：

[0094] 单系统RAIM中的各种算法在用于双系统组合时，要注意解算组合观测方程中所需要的最小观测卫星数为5，只有观测到的卫星数大于5才能进行完好性监测，大于6才可以进行故障的识别。

[0095] 在计算检测门限时，自由度的计算应为所有观测方程数减去5；同样在计算可用性参数λmin时，自由度也应为当前所有观测卫星数减去5。在其他涉及到与观测矩阵相关的分析时也要注意到其列秩为5，不再是4。[0096] 4、定位误差分析

[0097] 在基于码分多址的卫星导航定位系统中，系统定位精度计算公式是将用户定位误差σ等于等效距离误差UERE与位置精度因子的乘积，即：[0098] σ＝UERE×PDOP （式1）[0099] 如果单独考虑水平或垂直误差时，可将HDOP或VDOP。但是这种分析的前提是所有卫星方向的误差是一致的，实际情况并非如此。“北斗二号”系统采用由中高轨道卫星MEO，静止轨道卫星GEO和倾斜同步轨道卫星IGSO三种类型的卫星构成混合星座系统，与同质星座相比，混合星座中不同类型的卫星定轨精度会有明显差异，从而导致卫星的等效伪距误差不同，并且随时间而变，因此，用传统的PDOP来考虑是不合适的，须用加权解比较合理。

[0100]

与GPS分析类似，可以得到定位通信一体机收到n＝k,k≥4颗卫星的定位方程

为：

[0101] （式2）

式中，ρuj，j＝1,2,…k为用户所测得的用户至k颗卫星的伪距，为观测量；[0103] (xj,yj,zj),j＝1,2,…k为k颗卫星的位置坐标，可从导航电文中获得，为已知量；

[0104] (xu,yu,zu)为用户位置坐标，为所求量；[0105] laj＝cτaj，c为光速，τaj为信号传输过程中引入的附加时延，可从导航电文中获得，为已知量。

[0106] lu＝cΔtur，Δtur为定位通信一体机时钟与导航系统时钟的钟差，为所求量。[0107] lsj＝cΔtsj，Δtsj为卫星Sj的星上时钟与导航系统时钟的钟差，可从导航电文中获得，为已知量。[0108] 通过对式（4.5）测量方程中各变量进行全微分方法可推导得到定位误差的协方差为：

[0102] [0109] [0110]

(式3)

由此式可见，影响用户定位精度的误差源主要是用户测距误差

星历误差Cs，电

波传播修正误差和星钟改正误差

[0111]

在利用混合星座系统或兼容系统进行导航定位时，对PVT精度及精度评估

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可靠性要求不高的场合，如车辆导航，水上运输，可忽略测距误差不等的影响，所以，

可视为标量，即无加权的影响，所以，在本实用新型中可以采用(式3)对

(式2)进行估计。

[0112] 对(式2)的计算，需要计算UERE和PDOP值。UERE为用户等效距离误差，是在进行导航定位和授时过程中所有误差源的影响在用户至卫星的径向方向上投影之和。对UERE的影响主要包括：

[0113] 卫星星历误差，卫星钟钟差[0114] 定位通信一体机测量误差，通道误差[0115] 电离层、对流层的信号传播延迟，多路径效应[0116] 相对论效应、地球自转影响[0117] 其中，前三项是主要误差项。

[0118] GPS单频用户各误差源的误差分配表如下：[0119] 表1 GPS误差来源分布表

[0120]

误差项 卫星星历误差

卫星时钟误差及稳定性 电离层修正误差 对流层修正误差 多路径误差 伪距测量误差 用户等效距离误差UERE

[0121]

指标(1σ，m) 2.0 2.1 0.1 0.1 1.5 0.3 3.2

本实用新型在估算UERE时，其他误差项采用报告的公布，仅伪距测量误差作一修

改。伪距测量误差为本方案中捕获跟踪模块在信号强度为39db的实测结果。[0122] 表2北斗RNSS误差来源分布表

[0123]

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[0124]

在北斗二号系统中，目前采用的星座方式是5GEO+4MEO+3IGSO的方式，本方案通

过DOP仿真，在中国及周边国家在内，PDOP＝2.5（1σ），这是平均值，因此根据式（4.4），我们可得定位精度为8米，因此，本实用新型定位通信一体机在信噪比39db的条件下的定位精度能优于10米。

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图1

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图2

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