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1 隧道内北斗卫星导航信号的覆盖方法
1.1 总体思路
隧道内环境不同于其他的交通环境，其具有高度
的封闭性，这一环境特点决定了其内部的卫星导航信号容易被屏蔽，成为卫星信号的盲区，由于信号被屏蔽，信息采集、接收受阻，无法满足实时定位需求。为此，在隧道中如何引入北斗信号成为热点议题，如
能顺利引入北斗信号，就可实现隧道内北斗定位，且使隧道内外部保持良好的联通性。目前，要在隧道内覆盖北斗卫星信号的总体思路是：实时模拟在轨导航卫星
的运动状态，在隧道内实时发送与北斗、GPS 等导航信号完全一致的伪北斗信号，以增强信号覆盖范围。
1.2 技术原理
结合上述总体思路，实现隧道内定位的北斗卫星导航技术系统主要包含运营管理站和融合。首先，有关人员需在隧道外部署运营管理站，使该站点投入使用后能顺利接收在轨卫星信号，生成高精度本地时间信号，与此同时采集实时星历；将在轨卫星信号、时钟信号、星历信息等编码为统一格式，借助光纤将编码后形成的信号传输给其他融合；在隧道内布置多个融合，相邻两之间距离为30 m ，由各个融合接收运营管理站所发送的信号；通过实时模拟在轨导航卫星的运动状态、传输链路的多普勒补偿编组导航电文，播发与北斗、GPS 等信号相一致的伪卫星信号，保障导航卫星信号在隧道内的覆盖；由终端接收融
隧道内定位中北斗卫星导航技术的应用
康 艳
（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）
摘要：
信息时代的到来，使导航技术的应用范围显著扩大，特别是北斗全球卫星导航系统正式开通并投入使用后，可为全球用户提供全天候定位服务。我国的交通网络中存在很多隧道，这些隧道的空间狭小、且整体封闭，传统的导航条件下一旦车辆进入隧道中，信号被削弱或者屏蔽，导致定位导航服务效果不佳。在技术高速发展的今天，北斗卫星导航技术在隧道内定位中凸显了其优势。基于此，文章重点分析了隧道内定位中北斗卫星导航技术的应用，以期助力推广该技术。
关键词：
隧道内定位；北斗卫星导航技术；应用doi：
10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.05.003中图分类号：
TN 967.1，U 453.7 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2023）05-0008-03Application of Beidou Satellite Navigation Technology in Tunnel Positioning
KANG Yan
(Fujian Academy of Metrology, Fuzhou 350003, China)
Abstract: After the arrival of the information era, the application scope of navigation technology has significantly expanded, especially after the Beidou Global Satellite Navigation System has been officially launched and put into use, it can provide round-the-clock positioning services for global users. There are many tunnels in China's transportation network, which are narrow in space and generally closed. Under traditional navigation conditions, once vehicles enter the tunnel, the signal is weakened or shielded, often resulting in poor positioning and navigation services. Today, with the rapid development of technology, Beidou satellite navigation technology highlights its advantages in positioning in tunnels. Based on this, this article focuses on analyzing the application of Beidou satellite navigation technology in tunnel positioning, with a view to promoting this technology.
Key words: positioning in the tunnel; Beidou satellite navigation technology; application
作者简介：康 艳（1975-），女，汉族，福建平潭人，高级工程师，本科，研究方向为电学无线电计量。
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合播发的伪卫星信号完成定位和导航[1]。技术原理如图1所示，隧道定位系统如图2所示。
围内。在这一功能下，路侧智能站与智能车载终端的
无线通信线路为增强信号传输介质。
（3）静态毫米级卫星导航定位增强。这一功能的服务面较窄，为重点桥隧、边坡基础设施，系统在提供这一功能时具有动态性、智能化特点，能达到全天候监控基础设施变形情况的目的。
2.2 定位可靠性增强功能
在隧道内定位中应用北斗卫星导航增强系统时，需通过监测卫星导航系统、局部路段北斗卫星导航增强系统、示范路段的卫星导航频段电磁干扰系统，使增强系统能兼具卫星导航完好性告警、增强服务性能可靠性告警等功能，减小定位偏差。
2.3 授时功能
现阶段我国构建了相对完善的交通网络，在路网工程中有授时功能需求，而在所设计的北斗卫星导航增强系统中，这一功能不可或缺，在实现基本的定位导航服务基础上，该系统能与卫星导航系统精准同步，减小时间误差。
2.4 扩展定位功能
隧道周围的环境条件相对复杂，在有地物遮挡的
部分区域内增强系统可凸显其扩展定位功能，但为实现该功能，需安装专业设备，就是复现式扩展定位设备，由该设备采集并发送信号。
3 系统建设方案
3.1 基准站网子系统
在北斗卫星导航增强系统中，基准站网子系统作为关键构成能在运行时动态监控、获取和存储卫星定位等数据，并及时对这些数据展开专业化处理，最后由中心根据处理结果来发送命令。基准站包含本工程的自建基准站、已建的外部接入基准站。基准站在运行过程中提供其工作区域内的卫星导航跟踪信号，此信号为源头信息，可通过相应的处理转换为增强信息。将外部接入基准站接入已建的基准站，并可将采集的数据转变为广域增强信息、完好性信息[3]。为发挥基准站在定位导航方面的作用，相关部门应立足实际情况来建设高可靠的一级基准站和一般可靠性的二级基准站。
一级基准站内包含的构成要素较多，主要为卫星导航信号接收天线、卫星导航信号接收机、供电设备、观测墩、避雷设备，每一种设备都在基准站内有其特殊的功能，通过相互之间的配合可保障基准站能采
集到完整的信号，并将信号传送出去。通常情况下，
为增
图1 隧道卫星导航信号覆盖技术原理图
图2 隧道定位系统
2 实现隧道内定位的北斗卫星导航增强 系统
2.1 高可靠的高精度定位增强功能
系统要实现精准定位增强的目标，除要采用特定的设计方式外，更需要配备特殊设备，如面对高精度定位增强需求，需同步配备市场上相对先进且符合本系统需求的卫星导航增强基础设施并规范安装这些设施。在系统进入工作状态后，这些设施可增强信号，当北斗卫星定位终端获取增强信号后，就能对信号进行一系列处理，得到被监测对象的经纬度、速度、方向等基本信息[2]，其功能具体表现在以下几点。（1）高速运动实时分米级精度增强。在高精度定位增强功能下，高速运动实时分米级精度增强为一大特，此功能可向车辆提供快速收敛、恢复、低延时的分米级精度增强、导航、交通状态感知等服务，系统在提供这些功能时，增强信号可经由路侧智能站、智能车载终端之间所布设的专用无线网传输。
（2）低速运动实时厘米级高精度增强。这一功能的服务对象不再为车辆，而是养护机械、测绘仪器，由于具备RTK 服务，即使在低速运动状态下也能提供定位服务，且可确保定位精度，将定位偏差控制在一定范
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强基准站的可靠性，一级基准站需配备三台监测接收设备，分别为主接收机、热备份、服务性设备。室外需配备不同类型和功能的设备，如为满足防雷要求的避雷器或者其他避雷设施；为满足定位、监测要求的GNSS 监测天线、高精度接收天线；为达到高效安全、通信目标的通信设施。为保持室内与室外的正常通信，需注意控制天线电缆长度，一般为30～50 m 。室外部分的构成简单，就是GNSS 天线和GNSS 观测墩，建立屋顶观测墩时有严格规定：屋顶观测墩高度一般需超15 m ，内部普通钢筋与主体承重钢筋由于承担着不同的作用，二者在焊接处理中应注意选择恰当的焊接工艺，并严格遵循焊接操作
标准。二级基准站布设于公路示范路段，每个二级基准站都需配套1台接收机，由光纤有线通信链路、4G 无线通信链路完成不同设备之间的信号传输。在建设二级基准站时需要设置支架，其支架的底边应为等边或等腰三角形，严格将支架高度保持在0.6 m ，选用不锈钢材质的支架。
3.2 完好性监测系统
首先，在监测卫星导航服务性能时，系统具有技
术集成性特征，不同技术都有其特殊的作用，在这些技术的支持下，系统能实时采集监测对象和范围的信号、网络信息，可根据这些信息判定卫星导航系统、导航卫星的工作情况。其次，在增强系统服务性能监测方面，由5个监测接收机实时接收增强系统播发的差分数据，并同步回传导航定位数据，再由系统的数据处理模块分析数据，可得到以下几个方面的信息：一是差分数据延迟信息，这类数据为GNGGA 数据中的重要构成，系统可根据需求从中提取差分数据延迟数据；二是解状态数据，通过分析GNGGA 数据可准确获得解状态情况，主要有单点解、差分解、浮点解、固定解等几种；三是精度信息，利用已知的数据，套用相关公式得到接收机天线坐标信息，接收机接收差分数据并处理后可产生成果坐标，对比成果坐标与已知坐标，得到可靠结论[4]。
3.3 数据处理子系统
隧道内定位过程中利用北斗卫星导航增强系统产
生的数据量庞大，单纯采用人工管理的方式很难实现高效管理，也无法从海量的数据中提取和筛选出更有价值的数据。因此，在北斗卫星导航增强系统内，为满足数据处理的要求设计有数据处理子系统，该系统包含内部网络、数据处理软件、服务器，以光纤为传输介质，该子系统能与基准站进行可靠连接。数据处理子汽车gps导航
系统的功能多样，兼具基准站管理、数据通信、网络改正数据计算、差分数据服务等功能。卫星导航增强系统中的计算资源、存储资源、网络资源等数据处理子系统的部署需要同步配备操作系统和有关软件，以实现数据存储、专业化管理。但所配备的数据处理软件必须符合要求。一是网络RTK/RTD 服务软件系统，该系统需要兼容多种算法，以确
保在数据处理时各种算法都能发挥其作用[5]
。二是为与设计方案中系统日可用性99%的要求相一致，软件应具备以下特点：能长时间维持可靠运转；算法的稳健性较强，可在全天99%时间内正常工作；具备一定的容错能力，在运行中出现某一数据异常情况时软件可自动对异常数据加以处理，不需要中断数据服务来处理。
3.4 应用服务子系统
应用服务子系统由用户应用与系统安全保障两个部分构成。在用户应用系统中，其功能体现在用户验证
与用户计费管理、用户子系统设备配置方面。首先，从用户验证与用户计费管理功能着手，能在软件内登记用户信息，分发不同的系统登入的用户名、密码；根据数据播发格式、每个账户同时在线的用户数量等管理用户；以用户需求为前提进行严格的权限管理。其次，从用户子系统设备配置功能着手，GNSS 软件能进行数据修改，将此数据作为计算流动点RTK 数据的参考。系统安全保障是为了提高系统的安全性，就是强调相关人员在设计该系统时需注意网络安全，从外部网和内部网角度采取各种网络安全防护技术，如隔离技术、入侵检测技术等。
4 结束语
将北斗卫星导航技术引入到隧道内，可实现隧道内
的精准定位，这是北斗卫星导航技术的特殊体现，当前已取得了一定的发展效益，未来还有巨大的发展空间，相关人员需结合技术现状，持续优化和改进技术。■
参考文献
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隧道内定位方法[J]．西北工业大学学报，2021(3):624-632.
[2] 崔畅，宋茂忠．利用泄漏电缆实现的隧道内伪卫星定位方法[J]．物联网
技术，2021(6):26-28,31.
[3] 李新年，李清华，王常虹，等．美国地下领域无人系统发展现状及启示
[J]．导航定位与授时，2021(6):52-59.
[4] 张辰东，王兆瑞，金声震，等．基于SINS/RFID 的隧道列车高精度定位
方法[J]．北京航空航天大学学报，2022(4):632-638.
[5] 严峰，宋茂忠．利用模拟源伪卫星的隧道内虚拟中继定位算法[J]．计算
机测量与控制，2022(11):186-191.
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