CN102883393A - 基于gnss的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法 - Google Patents

基于gnss的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法 Download PDF

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Abstract

基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，涉及卫星定位导航技术领域，它解决了现有同时满足室内、室外两种环境下的定位服务，需要用户同时拥有两套体制下的接收机，从而产生室内、室外两种环境下的定位难以实现无缝切换的问题。本发明的定位方法在室内引入N个GNSS指纹定位节点；GNSS指纹定位节点的信息帧由定位用信息帧和LBS用信息帧组成；在定位过程中，当采用室外定位方式实现定位时，如果参与定位的可见卫星数量小于4个，则切换到室内指纹定位方式进行定位；当采用室内指纹定位方式实现定位时，如果判断用户离开室内环境，则切换到室外定位方式进行定位。适用于卫星定位导航领域。

Description

基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法
技术领域
本发明涉及卫星定位导航技术领域。
背景技术
随着人们对基于位置信息的服务LBS（Location Based Service）的需求逐渐提高，在未来的LBS中必然要求定位服务不会随着位置的变化而中断，这就要求对用户的定位服务可以在室内外两种环境下平滑的切换，以保证定位服务无缝覆盖。
目前的无线电定位技术主要根据应用环境不同而分为室内定位和室外定位两种。室外定位服务主要是由全球卫星导航系统GNSS（Global Navigation Satellite System）提供，目前已经相当成熟。在室内定位技术方面，已经有诸如组合导航、UWB定位、AGPS、高灵敏度GPS及WLAN定位等技术，但是这些定位方法都有局限性。组合导航技术主要是基于惯性导航，累积误差的存在和高昂的成本使其应用前景并不明朗；UWB系统在理论上具有最好的定位精度，但其信号的射频特性决定了其在复杂室内环境下无法应用；AGPS和高灵敏度GPS技术复杂，且仅能解决“浅室内环境”的定位问题。
目前比较主流的研究方向是在各类无线网络的体制下，如WLAN、蓝牙或ZigBee等，基于接收信号强度RSS（Received Signal Strength）的指纹定位技术。但该技术基于民用的WLAN系统，无法满足如军用，警用等特殊领域的需求。
现有同时满足室内、室外两种环境下的定位服务，需要用户同时拥有两套体制下的接收机，从而产生室内、室外两种环境下的定位难以实现无缝切换的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有同时满足室内、室外两种环境下的定位服务，需要用户同时拥有两套体制下的接收机，从而产生室内、室外两种环境下的定位难以实现无缝切换的问题，提供一种基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法。
基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，它包括具体过程如下：
在室内环境中设置N个GNSS指纹定位节点，N为大于1的整数；所述N个GNSS指纹定位节点向外广播的信号在调制特性上与相应的GNSS信号保持一致，N个GNSS指纹定位节点信号同样采用扩频通信体制，其采用的扩频序列是GNSS系统接口控制文档ICD中预留的扩频序列，保证与卫星信号扩频码同族但不重合；
GNSS指纹定位节点的信息帧由定位用信息帧和LBS用信息帧组成，定位用信息帧实现基本的定位服务，LBS用信息帧实现LBS与短信息的广播服务；
在定位过程中，当采用室外定位方式实现定位时，如果参与定位的可见卫星数量小于4个，则切换到室内指纹定位方式进行定位；当采用室内指纹定位方式实现定位时，如果判断用户离开室内环境，则切换到室外定位方式进行定位。
本发明所述的定位方法在定位过程中，室内环境和室外环境定位的切换包括室外卫星定位向室内指纹定位的过渡和室内指纹定位向室外卫星定位的过渡；室外卫星定位向室内指纹定位的切换条件是判断可见卫星数量是否小于4个，如果是，则进行室外卫星定位服务切换到室内指纹定位服务；否，则保持室外卫星定位服务。室内指纹定位向室外卫星定位的切换条件是根据定位信息的结果判断用户是否离开室内环境，如果是，则进行室内指纹定位服务切换到室外卫星定位服务；否，则保持室内指纹定位服务。
本发明使用户在室内、室外环境下用同一部接收机通过在室内环境用室内指纹定位、在室外环境用室外卫星定位，室内、室外的定位通过本发明的方法实现了室内、室外两种环境下的定位的无缝定位切换。现有的GNSS接收机仅需升级软件即可获得无缝定位能力。主要技术指标包括：室内与室外切换时间：小于1s，室内定位精度：小于3米。
附图说明
图1为本发明的方法实现无缝切换的示意图，1为GNSS卫星，2为GNSS指纹定位节点，3为GNSS系统定位的接收机，4为室内、室外实现无缝切换的位置示意；图2为室内定位节点信息帧的组成示意图，图3为本发明所述方法在定位过程中实现室内、室外定位的切换原理示意图；图4为具体实施方式三中公共信息广播服务的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，它包括具体过程如下：
在室内环境中设置N个GNSS指纹定位节点2，N为大于1的整数；所述N个GNSS指纹定位节点2向外广播的信号在调制特性上与相应的GNSS信号保持一致，N个GNSS指纹定位节点2信号同样采用扩频通信体制，其采用的扩频序列是GNSS系统接口控制文档ICD中预留的扩频序列，保证与卫星信号扩频码同族但不重合；
GNSS指纹定位节点2的信息帧由定位用信息帧和LBS用信息帧组成，定位用信息帧实现基本的定位服务，LBS用信息帧实现LBS与短信息的广播服务；
在定位过程中，当采用室外定位方式实现定位时，如果参与定位的可见卫星1数量小于4个，则切换到室内指纹定位方式进行定位；当采用室内指纹定位方式实现定位时，如果判断用户离开室内环境，则切换到室外定位方式进行定位。
本实施方式所述的定位方法中，在射频特性上，使GNSS指纹定位节点向外广播的信号在调制特性上与相应的GNSS信号保持一致，例如：当选用GPS提供室外定位服务时，则GNSS指纹定位节点信号频率为1.57542GHz，BPSK调制；当采用Galileo系统或北斗提供室外定位服务时，则GNSS指纹定位节点采用相应的BOC调制方式。
本实施方式所述的定位方法中，在编码方式上，GNSS指纹定位节点的信号编码符合GNSS系统ICD的要求，以便使接收机可以在同一信号体制之下分别完成室内和室外的定位任务，且不需要增加额外的硬件设备。接收机仅需要在原有的硬件基础上安装新的软件模块即可为满足室内定位的需求。
本实施方式使用户在室内、外环境下仅需要一部接收机便可实现无缝定位，现有的GNSS接收机仅需升级软件即可获得无缝定位能力。采用本实施方式所述的定位方法实现定位，室内与室外切换时间小于1s，室内定位精度小于3米。
GNSS指纹定位节点信号由于采用指纹定位技术，GNSS指纹定位节点不再需要传输卫星星历、历数和各类校正参数，在GNSS指纹定位节点的信息帧中，这些节省下的空间将用于满足场景地图、指纹图和短信息等数据传输的需求。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法的进一步限定，所述定位用信息帧包括烟火信号信息、电子地图传递信息和指纹图传递信息。
具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法的进一步限定，所述LBS用信息帧包括公共信息广播服务信息和短信息传递服务信息。
GNSS指纹定位节点的信息帧分为如下两类：第一类是用于基本的定位服务的定位服务帧，其中包括用于给接收机测量RSS值的短小的数据帧，它会像WLAN系统中的“烟火信号”一样，每隔一段时间广播一次；用于传递导航图和RSS指纹图的数据帧会有更大的长度，该数据帧会根据需要，被更多的安排由靠近室内场景入口处的指纹定位节点发送。第二类数据帧是为完成LBS业务和短信业务而设置的。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法的进一步限定，
所述烟火信号信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—1   指纹定位节点ID   校验位
；所述电子地图传递信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—2   指纹定位节点位置信息   电子地图传递信息   校验位
；所述指纹图传递信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—3   指纹图传递信息   校验位
。
节点广播各类数据帧的比例会根据不同应用场景有所不同，在商业应用中，用于LBS业务的数据帧将适当增多；而在公共场所，第一类数据帧将会更加频繁的广播；在军用领域，LBS业务帧将基本被用于短信发送的数据帧取代。
具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法的进一步限定，
所述公共信息广播服务信息的信息帧的格式为：
  同步头 帧类型-4   公共信息广播服务信息   校验位
；所述短信息传递服务信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—5   接收用户ID   短信息传递服务信息   校验位
。
节点广播各类数据帧的比例会根据不同应用场景有所不同，在商业应用中，用于LBS业务的数据帧将适当增多；而在公共场所，第一类数据帧将会更加频繁的广播；在军用领域，LBS业务帧将基本被用于短信发送的数据帧取代。

Claims (5)

1.基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，其特征是,它包括具体过程如下：
在室内环境中设置N个GNSS指纹定位节点(2)，N为大于1的整数；所述N个GNSS指纹定位节点(2)向外广播的信号在调制特性上与相应的GNSS信号保持一致，N个GNSS指纹定位节点(2)信号同样采用扩频通信体制，其采用的扩频序列是GNSS系统接口控制文档ICD中预留的扩频序列，保证与卫星信号扩频码同族但不重合；
GNSS指纹定位节点(2)的信息帧由定位用信息帧和LBS用信息帧组成，定位用信息帧实现基本的定位服务，LBS用信息帧实现LBS与短信息的广播服务；
在定位过程中，当采用室外定位方式实现定位时，如果参与定位的可见卫星(1)数量小于4个，则切换到室内指纹定位方式进行定位；当采用室内指纹定位方式实现定位时，如果判断用户离开室内环境，则切换到室外定位方式进行定位。
2.根据权利要求1所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，其特征在于,所述定位用信息帧包括烟火信号信息、电子地图传递信息和指纹图传递信息。
3.根据权利要求1所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，其特征在于,所述LBS用信息帧包括公共信息广播服务信息和短信息传递服务信息。
4.根据权利要求2所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，其特征在于,所述烟火信号信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—1   指纹定位节点ID   校验位
；所述电子地图传递信息的信息帧的格式为：
  同步头  帧类型—2   指纹定位节点位置信息   电子地图传递信息   校验位
；所述指纹图传递信息的信息帧的格式为：
  同步头   帧类型-3   指纹图传递信息   校验位
。
5.根据权利要求3所述基于GNSS的指纹定位技术实现室内、外环境无缝切换的定位方法，其特征在于,所述公共信息广播服务信息的信息帧的格式为：
  同步头 帧类型-4   公共信息广播服务信息   校验位
；所述短信息传递服务信息的信息帧的格式为：
  同步头   帧类型-5   接收用户ID   短信息传递服务信息   校验位
。
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