CN106597512A - 一种室内伪卫星快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内伪卫星快速定位方法，包括以下步骤：S1、获取接收机在跟踪阶段的信噪比，并利用信噪比计算得到接收机的初始位置坐标；S2、根据初始位置坐标，通过惯性导航进行定位；S3、判断接收机是否输出伪距；S4、如果是，利用伪距进行定位，获取定位结果；S5、如果否，重复步骤S2。本发明通过惯性导航将伪卫星基于信噪比的定位方式和基于伪距的定位方式相结合，使定位系统既能够快速定位，又能够在之后进行精确定位；同时，在室内环境复杂、伪卫星信号易受遮挡时，该方法仍能发挥作用，达到持续定位的效果。

Description

一种室内伪卫星快速定位方法

技术领域

本发明属于伪卫星定位技术领域，具体涉及一种室内伪卫星快速定位方法。

背景技术

目前，室内定位技术广泛，但其中的室内伪卫星定位尚处于起步阶段，做的最为成熟的是locata系统。

对于伪卫星定位方案而言，其基本定位原理与卫星导航定位系统基本相同，都需要经过捕获、跟踪、位同步、帧同步、电文解析等诸多过程才能完成定位。在没有有效的卫星星历和历书的帮助下，完成这一过程需要约60秒的时间；即使接收机中保存有历书信息，定位时间也将在40秒左右。对于广阔的室外而言，40秒尚能忍受，但到了室内，40秒有可能走完一半的定位区域了。因此，减少首次定位时间十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室内伪卫星快速定位方法，该方法解决了现有室内伪卫星定位系统首次定位时间长的问题。

为达到上述要求，本发明的主要思路是将惯性定位和伪距定位相结合，在用户刚进入室内时，利用信噪比获取初始位置坐标，之后通过惯性导航进行后续定位，等到接收机能够输出伪距之后，在利用伪距进行定位。同时，在伪卫星信号受到遮挡，信号功率降低或不可用时，也可利用惯性导航进行持续导航，直到用户走过遮蔽区。

基于上述思路，本发明提供一种室内伪卫星快速定位方法，包括以下步骤：

S1、获取接收机在跟踪阶段的信噪比，并利用信噪比计算得到接收机的初始位置坐标；

S2、根据初始位置坐标，通过惯性导航进行定位；

S3、判断接收机是否输出伪距；

S4、如果是，利用伪距进行定位，获取定位结果；

S5、如果否，重复步骤S2至S3。

与现有技术相比，本发明具有的优点是：通过惯性导航将伪卫星基于信噪比的定位方式和基于伪距的定位方式相结合，在伪距输出之前先使用惯性导航，在伪距输出后使用伪距定位，使定位系统既能够快速定位，又能够在之后进行精确定位；同时，在室内环境复杂、伪卫星信号易受遮挡时，该方法仍能发挥作用，达到持续定位的效果；现有技术是直接根据初始位置坐标进行伪距定位，但是伪距的输出需要一段时间，这段时间有可能人也在行走，会导致定位不精确，因此在伪距输出之前先进行惯性导航，伪距输出后就切换成伪距定位，这样相结合的方式更精确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明三角定位的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施方式，提供一种室内伪卫星快速定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、获取接收机在跟踪阶段的信噪比(SNR)，并利用信噪比计算得到接收机的初始位置坐标；

S2、根据初始位置坐标，通过惯性导航进行定位；

S3、判断接收机是否输出伪距；

S4、如果是，利用伪距进行定位，获取定位结果；

S5、如果否，重复步骤S2至S3。

根据本申请的一个实施方式，步骤S1包括：

S11、获取接收机在跟踪阶段的信噪比，并将信噪比转换为信号强度；

信号强度的计算公式为：

P_R＝SNR*N₀*B_n

其中，P_R表示信号强度，N₀表示噪声频谱功率密度，B_n为噪声带宽。

S12、将信号强度转换为接收机到发射天线的距离；

接收机到发射天线距离的计算公式为：

其中，d表示接收机到发射天线的距离；A和n分别表示接收机距离天线1m处的信号强度与路径损耗指数，在定位前测得；P_R表示信号强度。

S13、选择信号强度最大的三颗伪卫星，根据接收机分别到三颗伪卫星发射天线的距离以及三颗伪卫星发射天线的位置坐标，使用三角定位算法得到接收机初始位置坐标。

如图2所示，假设图中三个圆的圆心A、B、C是对应的三个伪卫星天线的位置，其对应的坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)，三个圆的交点D即为待定位的接收机位置，坐标为(x,y)。接收机分别到三颗伪卫星发射天线的距离为d₁、d₂、d₃。

根据几何关系可知:

将上式最后式减去前两式，可得：

由上式得到终端的位置坐标：

根据本申请的一个实施方式，步骤S2包括：

S21、利用陀螺仪获取用户方向；

S22、通过加速度计判断用户是否行走；

S23、如果是，根据用户方向和用户前一时刻的位置更新用户位置；

更新用户位置的公式为：

x_t+1＝x_t+l*sinθ_t

y_t+1＝y_t+l*cosθ_t

其中，(x_t+1,y_t+1)表示更新后的位置，(x_t,y_t)表示用户前一时刻的位置，l表示用户步长，θ_t表示通过陀螺仪获取的用户方向。

在第一次更新时，用户前一时刻的位置即为接收机的初始位置坐标。

S24、如果否，重复步骤S21至S22。

惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

本发明通过惯性导航将伪卫星基于信噪比的定位方式和基于伪距的定位方式相结合，使定位系统既能够快速定位，又能够在之后进行精确定位；同时，在室内环境复杂、伪卫星信号易受遮挡时，该方法仍能发挥作用，达到持续定位的效果。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (8)

1.一种室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取接收机在跟踪阶段的信噪比，并采用信噪比计算接收机的初始位置坐标；

S2、根据初始位置坐标，通过惯性导航进行定位；

S3、判断接收机是否输出伪距；

S4、如果是，利用伪距进行定位，获取定位结果；

S5、如果否，重复步骤S2至S3。

2.根据权利要求1所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11、获取接收机在跟踪阶段的信噪比，并将信噪比转换为信号强度；

S12、将所述信号强度转换为接收机到发射天线的距离；

S13、选择信号强度最大的三颗伪卫星，根据接收机到三颗伪卫星发射天线的距离以及三颗伪卫星发射天线的位置坐标，使用三角定位算法得到接收机初始位置坐标。

3.根据权利要求2所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S11中信号强度的计算公式为：

P_R＝SNR*N₀*B_n

其中，P_R表示信号强度，N₀表示噪声频谱功率密度，B_n为噪声带宽。

4.根据权利要求2所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S12中接收机到发射天线距离的计算公式为：

$d={10}^{\frac{A-P_R}{10n}}$

其中，d表示接收机到发射天线的距离；A和n分别表示接收机距离天线1m处的信号强度与路径损耗指数，在定位前测得；P_R表示信号强度。

5.根据权利要求2所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S13中接收机初始位置坐标的计算公式为：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right]=2{\left[\begin{array}{cc}{x}_1-x_3& y_1-y_3\\ x_2-x_3& y_2-y_3\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}{x_1}^2-{x_3}^2+{y_1}^2-{y_3}^2+{d_3}^2-{d_1}^2\\ {x_2}^2-{x_3}^2+{y_2}^2-{y_3}^2+{d_3}^2-{d_2}^2\end{array}\right]$

其中，(x,y)表示接收机初始位置坐标，(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)分别为三颗伪卫星发射天线的位置坐标，d₁、d₂、d₃分别为接收机到三颗伪卫星发射天线的距离。

6.根据权利要求1所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、利用陀螺仪获取用户方向；

S22、通过加速度计判断用户是否行走；

S23、如果是，根据用户方向和用户前一时刻的位置更新用户位置；

S24、如果否，重复步骤S21至S22。

7.根据权利要求6所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述S23中在第一次更新时，前一时刻的位置即为初始位置坐标。

8.根据权利要求6所述的室内伪卫星快速定位方法，其特征在于，所述步骤S23中更新用户位置的公式为：

x_t+1＝x_t+l*sinθ_t

y_t+1＝y_t+l*cosθ_t

其中，(x_t+1,y_t+1)表示更新后的位置，(x_t,y_t)表示用户前一时刻的位置，l表示用户步长，θ_t表示通过陀螺仪获取的用户方向。