CN103238085A - 利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种位置测量系统以及其方法，所述系统在建筑物的内部、地下商场、隧道及地铁等难以到达卫星信号的阴影区域，向持有手机或导航仪等卫星信号接收终端的用户无需变更任何的硬件或软件，可自由地提供位置测量服务。本发明的利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统，包括：接收天线，其接收卫星信号；中央控制装置，其为计算实际所有卫星的实时卫星信息并能够更新的中央控制装置，从自所述接收天线接收的卫星信号提取卫星时间并进行同步，基于所述卫星时间信息，在所述所有实际卫星中选择可利用于测量位置的至少四个卫星号码；一个以上卫星信号发生装置，从所述中央控制装置获得卫星号码，并产生对应于从所述中央控制装置获得的卫星号码的卫星信号，基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少4个卫星号码的卫星信号，向室内卫星信号接收终端的使用者提供可测量自己的位置的环境。

Description

利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统及其方法，更具体而言，涉及一种在建筑物的内部、地下商场、隧道及地铁等难以到达卫星信号的阴影区域，向持有手机或导航仪等卫星信号接收终端的用户无需变更任何的硬件或软件，可自由地提供位置测量服务的位置测量系统及其方法。

背景技术

一般，位置测量系统从地上19，000～25，000km的卫星接收卫星信号后通过三角测量法等测量接收终端的位置的系统。

同时，位置测量系统具有只能从直接接收卫星信号的室外测量位置的局限性，而建筑物内部、地下商场、隧道及地铁等室内无法接收卫星信号，因此无法提供位置测量服务。

为了解决以上的局限性及问题，如现有的图1所示，提出了从屋顶接收卫星信号后，将所接收的卫星信号传输给室内的方案（以下简称“现有技术”）。

但是，以上现有技术具有如下问题。

第一，即便通过发送天线（TX ANT）接收再传输信号也被认为接收天线（RX ANT）的坐标，因此具有严重的垂直误差问题，以及安装接收天线的间隔成为水平误差的问题。为了改善水平误差，需要多个接收天线（RX ANT），因此导致制造及安装成本上升的而难以。

第二，安装在室外的接收天线的地点和对应的室内发送天线（TXANT）的地点必须正确匹配，由于屋顶的地形地势，在屋顶正确地安装多个接收天线，实际上非常困难。

第三，如图1所示的虚线，根据各电缆的导入距离，具有不同的损失率，因此安装时必须调好各天线终端的电场强度。

第四，根据接收天线的安装位置高低，具有接收不同坐标值的问题。这种问题对垂直误差率具有很大的影响。

第五，没有正确调好发送天线之间的射频功率（RF Power），终端持续接收射频功率高的发送天线的信号。

为此，本发明人发送与卫星信号具有相同信号结构的卫星信号为基础，从自接收天线接收的卫星信号提取卫星时间，基于该卫星时间，在实际所有卫星中选择适于测量位置的至少四个卫星号码，并分配给卫星信号发生装置，然后基于已计算的实际所有卫星的实时卫星信息，使卫星信号发生装置发生对应于该卫星号码的卫星信号，因此即将开发在室内也能与室外同样的环境下提供位置测量服务的系统。

发明内容

本发明的目的在于，构建一种无需改变使用者终端的硬件或软件，在室外位置测量环境和室内位置测量环境之间自由切换（Handover）的无缝（Seamless）位置测量系统环境。

而且，本发明提供一种根据安装空间的大小，可选择性地安装一个或多个卫星信号发生装置，并从已安装的卫星信号发生装置能够传输一个以上的卫星信号，从而，能够根据安装空间调节卫星信号发生装置的安装数量，因此可节省成本。

而且，本发明提供一种通过简单修改接收器的程序，不仅选择可视角内的卫星，还能选择脱离可视角轨道的卫星，并将该卫星的卫星信号可用于位置测量上，因此能大幅改善测量位置的准确性。

为达成所述目的，本发明的一实施例，提供一种位置测量系统，是利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统，其特征在于，包括:接收天线，其接收卫星信号；中央控制装置，其计算并更新实际所有卫星的实时卫星信息，从所述接收天线接收的卫星信号中提取卫星时间而进行同步化，基于所述卫星时间信息，在所述实际所有卫星中选择可用于位置测量的至少四个卫星号码；至少一个卫星信号发生装置，其从所述中央控制装置获得卫星号码，并产生对应于从所述中央控制装置获得的卫星号码的卫星信号，基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少4个卫星号码的卫星信号，向室内的卫星信号接收终端使用者提供可测量自己的位置的环境。

优选，所述中央控制装置或所述卫星信号发生装置对所述选择的卫星号码，基于相应卫星号码的实际轨道坐标及对应卫星信号发生装置的已测量的位置坐标，计算实际卫星与对应卫星信号发生装置之间的距离，将其计算的距离除以光的速度来计算延迟传输时间。

更优选，根据权利要求2，所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选的卫星号码的卫星信号相当于从所述中央处理装置接收或自己计算的所述延迟传输时间。

最优选，所述卫星信号发生装置分配到四个以上的卫星号码，并产生与分配到的卫星号码相对应的卫星信号。

优选，所述中央控制装置基于所述卫星时间信息，在可视角（Visibility）内存在的实际所有卫星中选择至少四个可用于位置测量的卫星号码。

优选，所述中央控制装置，在实际所有卫星中选择存在于可视角内的一个卫星和，以其卫星为中心存在于维度与经度120度周边的至少三个卫星。

优选，所述卫星种类包括GPS、伽利略（Galileo）、全球导航卫星系统（GLONASS）。

根据本发明的另一实施例，提供一种室内位置测量方法，是利用卫星信号发生装置的室内位置测量方法，其特征在于，包括：通过接收天线接收卫星信号，并将该接收的卫星信号传输给中央控制装置的步骤；从所述所接收的卫星信号提取卫星时间，基于提取的卫星时间对系统进行同步化的步骤；基于实际所有卫星的实时卫星信息及所述卫星时间信息，在所述实际所有卫星中，选择至少四个可用于位置测量的四个卫星号码，将所述被选的卫星号码分配给卫星信号发生装置的步骤；对所述被选的卫星号码，基于该卫星号码的实际轨道坐标及对应的卫星信号发生装置的安装位置坐标，计算实际卫星与对应卫星信号发生装置之间的距离，将其计算的距离除以光的速度来计算延迟传输时间的步骤；使所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选的卫星号码的卫星信号相当于所述延迟传输时间的步骤；基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少四个卫星号码的卫星信号，测量室内卫星信号接收终端的使用者的位置的步骤。

根据本发明具有以下效果：

第一、构建一种无需改变使用者终端的硬件或软件，在室外位置测量环境和室内位置测量环境之间自由切换（Handover）的无缝（Seamless）位置测量系统环境。

第二、根据安装空间的大小，可选择性地安装一个或多个卫星信号发生装置，从已安装的卫星信号发生装置能够传输一个以上的卫星信号，从而，根据安装空间调节卫星信号发生装置的安装数量，因此，可节省成本。

第三、通过简单修改接收器的程序，不仅选择可视角内的卫星，还能选择脱离视角轨道的卫星，并将该卫星的卫星信号可用于位置测量上，因此可大幅改善垂直位置测量的准确性。

附图说明

图1是根据现有技术的室内位置测量系统的一例的示意图。

图2是根据本发明实施例的利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统的示意图。

图3是根据本发明实施例的用于说明考虑视角来选择卫星号码方法的示意图。

图4是实际卫星可视角的示意图。

图5是根据安装场所的大小安装根据本发明的卫星信号发生装置的一例的示意图。

图6是用于说明计算实际卫星与对应卫星信号发生装置之间距离，并计算延迟传输时间的方法的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图进一步详细说明本发明的优选实施例。

图2是根据本发明的室内位置测量系统的构造图。

根据图2，本发明的利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统，包括：接收天线，其接收卫星信号；中央控制装置，其为计算并能更新实际所有卫星的实时卫星信息，从自所述接收天线中接收的卫星信号提取卫星时间并进行同步，基于所述卫星时间信息，在所述所有实际卫星中选择可测量位置的至少四个卫星号码；一个以上的卫星信号发生装置，从所述中央控制装置分配到卫星号码，并产生与从所述中央控制装置分配到的卫星号码对应的卫星信号；

所述接收天线是为了从实际卫星中接收卫星信号而安装在室外的天线，具有从实际卫星接收卫星信号的功能。所述接收天线优选安装在安装有本发明的位置测量系统的建筑物等的屋顶。

所述中央控制装置周期性地更新并储存实际所有卫星，例如目前32个卫星的实时卫星信息（例如，实时轨道信息等），从所述接收天线中接收的卫星信号提取卫星时间，对卫星信号发生装置进行同步。而且，中央控制装置基于所述卫星时间信息及安装有本发明的系统的位置信息，在所述实际所有卫星中选择最适合位置测量的至少四个卫星号码。从而，中央控制装置将被选的卫星号码分配给卫星信号发生装置，将对应于被选的卫星号码的实际卫星的卫星信号信息传输给卫星信号发生装置。这种情况下，中央控制装置将每个卫星号码分配给多个已安装的卫星信号发生装置，不仅产生卫星信号，而且将至少四个卫星号码分配给一个卫星信号发生装置，使其产生卫星信号。

如图3（a）所示，优选以现在的位置为准，在可视角内存在的实际所有卫星中选择适于测量位置的至少四个卫星号码。当然，随着时间流逝，当可视角内的卫星发生变化时，所述被选的卫星号码也变化。

例如，根据图4，在图4所示的可视角条件下，9点时被选的卫星为3、6、16、21，但是随着时间流逝，例如12点，变成3、11、19、24号卫星。

更优选，如图3（b）所示，可选择实际所有卫星中存在于可视角内的一个卫星和以该卫星为中心维度及经度120度周边至少三个卫星。即，根据本发明，同时选择存在于可视角内的卫星和脱离视角轨道的卫星，并将该卫星的卫星信号用于位置测量上，因此有利于大幅改善测量位置的准确性。

所述卫星信号发生装置，产生与从所述中央控制装置分配到的卫星号码对应的卫星信号，根据安装场所，可构成一个以上。根据图5，如服务面积较大的地下空间，安装多个卫星信号发生装置，安装空间相对狭窄的地上建筑物，安装一个卫星信号发生装置。在这种情况下，无需考虑根据安装空间的安装数量，一个卫星发生装置至少分配到四个卫星号码，并产生多个卫星信号。

一方面，所述中央控制装置，对所述被选的卫星号码，基于该卫星号码的实际轨道坐标及对应的卫星信号发生装置的安装位置坐标，计算实际卫星与对应的卫星信号发生装置之间的距离，并将该计算的距离除以光的速度来计算延迟传输时间，并传输给对应的卫星信号发生装置。当然，根据不同情况，所述卫星信号发生装置自行计算所述延迟传输时间后，将对应的卫星信号延迟传输相当于所述延迟传输时间。

延迟传输相当于延迟传输时间是因为实际卫星和卫星信号发生装置的导航定位数据包括同样的位置坐标值，但是卫星信号发生装置安装在地表面的固定坐标上，所以将传输时间延迟相当于实际卫星信号通过离子层、大气层所需的时间作为补偿。

对所述延迟传输时间的计算方法，可参考图6大致说明如下：

32个卫星中，在可视角范围内被选的任意一个卫星（SVｉ），将任意时间的维度、经度、高度用Xｊ、Yｊ、Zｊ（j值随着卫星绕轨道的时间而变化）来表示。

卫星信号发生装置中再现所述SVi卫星的卫星信号的装置用SSGi来表示，该坐标作为固定坐标，用X1、Y1、Z1表示，

所述SVi和SSGi的伪距用ρｉ来表示的话，

$\mathrm{\ρi}=\sqrt{{(\mathrm{Xj}-X1)}^2+{(\mathrm{Yj}-Y1)}^2+{(\mathrm{Zj}-Z1)}^2}$

最终延迟传输时间为。 $\mathrm{\ρiT}=\mathrm{\ρi}/c+\mathrm{Bu}$

此时，C为光的速度2.99792458X10⁸m/s，Bu为电缆长度、使用者时间误差、根据服务面积的延迟时间补偿值等未确定值。

因此，所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选的卫星号码的卫星信号相当于从所述中央处理装置接收的所述延迟传输时间，因此可补偿由于实际卫星与对应的卫星信号发生装置的安装位置之间的距离而产生的误差。

根据如上所述的本发明的位置测量系统，与室外环境相同，在室内也可以接收从所述卫星信号发生装置发送的对应于至少4个卫星号码的卫星信号，从而能够正确地测量室内卫星信号接收终端的使用者的位置。

以下说明根据本发明实施例的利用卫星信号发生装置的室内位置测量方法。

第一步骤、通过接收天线接收卫星信号，将该接收的卫星信号传输给中央控制装置。安装在室外的接收天线接收实际卫星的卫星信号，并将该接收的卫星信号实时传输给中央控制装置。

第二步骤、从所述接收的卫星信号提取卫星时间，基于提取的卫星时间，对系统进行同步。中央处理装置从接收天线接收的卫星信号提取卫星时间，将提取的卫星时间和卫星信号发生装置进行同步。

第三步骤、基于实际所有卫星的实时卫星信息及所述卫星时间信息，在所述实际所有卫星中选择至少四个适于测量位置的卫星号码，将所述被选的卫星号码分配给卫星信号发生装置。中央处理装置基于已计算及更新的实际所有卫星的实时卫星信息及所述提取的卫星时间信息，以目前安装位置为准，选择至少四个最适合测量位置的卫星号码，然后将被选的卫星号码分配给卫星信号发生装置。

第四步骤，对所述被选的卫星号码，基于该卫星号码的实际轨道坐标及对应的卫星信号发生装置的安装位置坐标，计算实际卫星和对应的卫星信号发生装置之间的距离，将其计算的距离除以光的速度而得出的延迟传输时间传输给对应的卫星信号发生装置。为了补偿与被选的卫星号码对应的实际卫星和产生与被选的卫星号码对应的发生卫星信号的卫星信号发生装置的最末端发送天线之间的距离差而产生的误差，以及服务面积大小或时间差等引起的误差，而计算卫星信号发生装置的卫星信号发生延迟时间。

第五步骤，使所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选的卫星信号的卫星信号相当于所述延迟传输时间。

第六，基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少四个卫星号码的卫星信号，测量室内卫星信号接收终端的使用者的位置。基于从所述卫星信号发生装置接收的卫星信号，根据其测量的位置，测量使用者终端的目前的位置。

以上的说明及参照附图说明的本发明的一实施例不得解释为限制本发明的技术思想尤其，此处的卫星可广泛理解为目前在韩国广泛使用的GPS卫星、在国外使用的伽利略（Galileo）、全球导航卫星系统（GLONASS）。一方面，本发明的保护范围只限于权利要求范围中所记载的事项，在本发明所属领域的技术人员可对本发明的技术思想变更为各种形态。因此，对本领域的技术人员来说这种改良及变更是自明的，皆属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种位置测量系统，所述系统是利用卫星信号发生装置的室内位置测量系统，其特征在于，包括：

接收天线，其接收卫星信号；

中央控制装置，其计算并更新实际所有卫星的实时卫星信息，从所述接收天线接收的卫星信号中提取卫星时间而进行同步化，基于所述卫星时间信息，在所述实际所有卫星中选定可用于位置测量的至少四个卫星号码；

至少一个卫星信号发生装置，其从所述中央控制装置分配获得卫星号码，并产生对应于从所述中央控制装置分配获得的卫星号码的卫星信号，

基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少4个卫星号码的卫星信号，向室内的卫星信号接收终端使用者提供可测量使用者自己的位置的环境。

2.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于，所述中央控制装置或所述卫星信号发生装置对所述选定的卫星号码，基于该卫星号码的实际轨道坐标及对应卫星信号发生装置的已测量的位置坐标，计算实际卫星与对应卫星信号发生装置之间的距离，将其计算的距离除以光的速度来计算延迟传输时间。

3.根据权利要求2所述的位置测量系统，其特征在于，所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选定的卫星号码的卫星信号，所述延迟相当于从所述中央处理装置接收或自己计算的所述延迟传输时间。

4.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于，所述卫星信号发生装置分配到四个以上的卫星号码，并产生与该分配到的卫星号码对应的卫星信号。

5.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于，所述中央控制装置基于所述卫星时间信息，在可视角（Visibility）内存在的实际所有卫星中选定至少四个可用于位置测量的卫星号码。

6.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于，所述中央控制装置，在实际所有卫星中选定存在于可视角内的一个卫星和，以该卫星为中心存在于纬度与经度120度角度周边的至少三个卫星。

7.根据权利要求1所述的位置测量系统，其特征在于，所述卫星种类包括GPS、伽利略（Galileo）、全球导航卫星系统（GLONASS）。

8.一种室内位置测量方法，所述方法是利用卫星信号发生装置的室内位置测量方法，其特征在于，包括：

通过接收天线接收卫星信号，并将该接收的卫星信号传输给中央控制装置的步骤；

从所述所接收的卫星信号提取卫星时间，基于该提取的卫星时间对系统进行同步化的步骤；

基于实际所有卫星的实时卫星信息及所述卫星时间信息，在所述实际所有卫星中，选定至少四个可用于位置测量的卫星号码，将所述被选定的卫星号码分配给卫星信号发生装置的步骤；

对所述被选定的卫星号码，基于该卫星号码的实际轨道坐标及对应的卫星信号发生装置的安装位置坐标，计算实际卫星与对应卫星信号发生装置之间的距离，将该计算的距离除以光的速度来计算延迟传输时间的步骤；

使所述卫星信号发生装置延迟产生对应于所述被选定的卫星号码的卫星信号，所述延迟相当于所述延迟传输时间的步骤；

基于从所述卫星信号发生装置传输的对应于至少四个卫星号码的卫星信号，测量室内卫星信号接收终端的使用者的位置的步骤。

Images