CN106767830A - 一种转发式室内定位设备及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转发式室内定位设备及定位方法，设备包括转发部分和用户接收机，转发部分包括至少4个转发单元，所述的转发单元通过无线与接收机连接。本发明根据室内用户的活动范围，建立几何精度因子（DOP）仿真模型，重点优化空间几何精度因子，指导转发单元的布设，使得该定位设备定位成本低，几何精度因子良好，定位精度高，高度方向定位精度提高，该定位方法实现简单，而且定位精度高。

Description

一种转发式室内定位设备及定位方法

技术领域

本发明属于导航定位技术领域，具体涉及一种转发式室内定位方法及定位设备。

背景技术

由于卫星导航系统本身的一些先天性因素制约，造成了一些难以克服的弱点。比如实际的卫星导航信号淹没在噪声信号中，本身很弱，当信号经过墙壁或者其他障碍物的遮挡时，信号就会更加微弱，普通的接收机就很难收到卫星信号，导致接收机就不能完成用户定位。一般的室内定位技术定位成本高昂而定位精度低。而卫星信号转发设备以其信号强、可以随意布设等特点，可以广泛应用于室内、地下停车场等场合。但是，当卫星信号转发设备应用于室内、地下停车场等场合时，由于布局受空间的限制，特别是高度方向，其几何精度因子很差，造成定位精度差，特别是高度方向定位精度更差。另外，现有的基于伪卫星基站、惯性导航和RSSI等技术的室内定位方法存在实现复杂、定位精度不高等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种转发式室内定位方法及定位设备，该定位设备定位成本低，几何精度因子良好，定位精度高，高度方向定位精度提高，该定位方法实现简单，而且定位精度高。

实现本发明的技术方案是：

一种转发式室内定位设备，包括转发部分和用户接收机，转发部分包括至少4个转发单元，所述的转发单元通过无线与接收机连接，

其中所述的转发单元，包括温度及气压传感器模块、GPRS发送模块、超宽带测距模块、卫星信号转发模块、定向接收天线、发射天线、测距天线和通信天线；温度及气压传感器模块与GPRS发送模块的信号输入端连接，GPRS发送模块的信号输出端与通信天线连接；超宽带测距模块与测距天线连接；卫星信号转发模块的信号输入端与定向接收天线连接，信号输出端与发射天线连接；

所述的接收部分为用户的接收机，包括顺序连接的下变频模块、信号捕获模块、信号跟踪模块、电文解码模块、中心位置解算模块、定位解算模块和定位显示模块，还包括温度及气压传感器模块、GPRS接收模块、超宽带测距模块、通信天线、测距天线和接收天线；接收天线与下变频模块连接；GPRS接收模块分别与温度及气压传感器模块、通信天线和定位解算模块连接；超宽带测距模块分别与测距天线、中心位置解算模块、定位解算模块和定位显示模块连接。

所述的用户接收机设在n个转发单元所构成的空间几何中心位置。

所述的n个转发单元，n≥4。

所述的温度及气压传感器模块，用于采集转发单元所处的温度和气压。

所述的超宽带测距模块，用于接收和发射超宽带信号，测量转发单元与活动范围内用户接收机间的距离。

所述的GPRS发送模块，将转发单元处的气压、温度和三维位置信息传输至用户接收机。

所述的定向接收天线，用于接收特定方向的导航卫星信号。

所述的卫星信号转发器模块，将定向天线接收到的信号放大。

所述的发射天线，用于发射卫星信号转发器模块的导航卫星信号。

所述的接收天线，接收4个以上的转发单元发送来的信号；下变频模块对接收天线接收到的信号进行下变频为基带信号；信号捕获模块对下变频模块送入的基带信号进行捕获；信号跟踪模块对信号捕获模块捕获到的信号进行跟踪；电文解码模块对信号跟踪模块跟踪到的信号进行电文解调，以获得转发设备处的温度、气压和三维位置信息；用户中心位置解算模块，根据转发的卫星导航信号的电文，超宽带测距模块测量出的转发单元到用户的距离，计算用户处于转发单元所述构成的空间的几何中心位置时的坐标，并作为基准点坐标；定位解算模块，当用户处于中心位置时利用超宽带测距和高程约束解算出中心坐标，当用户移动时，利用超宽带测距和高程约束定位解算出当前位置坐标，后者减去前者就是用户位移矢量。将基准点坐标加上用户位移矢量，计算结果转换到经纬高坐标系下表示；温度及气压传感器模块，采集用户测点处的温度和气压信息，并传输至GPRS接收模块；GPRS接收模块接收GPRS发送模块和温度及气压传感器模块发送的气压、温度、位置信息数据流；超宽带测距模块测量用户接收机至转发单元间的距离；定位显示模块分别与中心位置解算模块、定位解算模块、超宽带测距模块相连，用于将中心位置解算模块所解算的中心位置信息、定位解算模块所解算出的用户的三维位置信息和超宽带测距模块测量的转发单元到用户的距离进行显示。

一种转发式室内定位方法，具体包括如下步骤：

1)在用户活动范围内设置n个转发单元，测出n个转发单元的三维位置；

2)转发单元采集自身处的温度和气压信息，并将测得的温度和气压信息与步骤1)测得的转发单元的三维位置进行编号，通过GPRS发送模块发送至用户接收机；

3)转发单元将定向接收天线接收到的卫星导航信号经卫星信号转发模块，由发射天线发射至用户接收机；

4)将用户接收机设在与n个转发单元所构成的空间几何中心位置，用户接收机接收步骤3)中转发单元发送来的信号，并将这些信号经用户接收机的下变频模块变为基带信号；

5)用户接收机对步骤4)基带信号进行捕获、跟踪和电文解调，获得的伪距ρ_i，与转发单元至用户接收机距离r，计算接收机处于转发单元中心时的位置，并将定位解算的位置(x₀,y₀,z₀)信息保存，中心位置的解算原理方程为最小二乘法，其公式为：

6)用户接收机的GPRS接收模块接收到用户测点处的温度和气压信息，并根据步骤2)中转发单元发送来的温度、气压和三维位置信息，计算用户测点的高程，即：

(B)式中，h为用户测点的高程；k_i为加权系数，且满足k₁+k₂+…k_n＝1，加权系数k_i的大小决定于用户与转发单元的相对高度差，即用户与转发单元的相对高度差越大加权系数k_i越小；h_0i为第i个转发单元的高程，这些值事先测得；T_mi为第i个转发单元与用户之间大气层平均温度，T_mi＝(T_0i+T)/2，T_0i为第i个转发单元的温度，T是用户测点的温度；P_0i为第i个转发单元的气压，P为用户测点的气压；

7)用户接收机根据步骤6)中所计算出的用户测点的高程，及各转发单元的三维位置，完成用户的超宽带定位解算，其定位解算方程为：

式中，(X,Y,Z)为用户的三维位置；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个转发单元的三维位置；r_i为同一时刻利用超宽带测距测量到的第i个转发单元到用户的距离；a和b分别为地球基准椭圆的长半轴和短半轴；h_i为用户测点的高程；i＝1，2，.....，n；

8)当用户接收机偏离中心位置时，使用超宽带定位技术计算用户移动的距离矢量，再结合步骤5)中心位置的坐标计算出当前位置坐标，将当前位置坐标换算大地坐标系下的维度、经度和高度，

上述(D)式和(E)式中，(X₀,Y₀,Z₀)为利用超宽带定位解算出的中心位置点坐标，(X,Y,Z)为利用超宽带定位解算出的当前位置点坐标，(ΔX,ΔY,ΔZ)为用户移动的距离矢量，(x,y,z)为所求当前位置坐标。

经过上述步骤，准确定位用户的位置。

所述的n个转发单元，n≥4。

所述步骤1)中，还包括根据室内用户的活动范围，建立几何精度因子仿真模型，指导转发单元的布设，其中PDOP值的计算公式为：

其中，a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)是用户位置以线性化点指向第i个转发单元的单位矢量，三维位置精度因子PDOP值为：

所述的转发单元的三维位置和高程，均由大地测量型卫星导航接收机测得。

所述步骤7)中的定位解算方程(3)式，采用牛顿迭代及其线性化方法求解。

所述的GPRS模块发送出去的数据，包含帧头、转发单元的编号、高度、温度、气压、X位置、Y位置、Z位置、帧尾。

本发明根据室内用户的活动范围，建立几何精度因子(DOP)仿真模型，重点优化空间几何精度因子，指导转发单元的布设，室内布设4个以上的转发单元，在转发单元配备气压测高传感器，转发单元的三维卫星位置事先采用高精度GNSS接收机精确测得，这些信息按照一定的格式进行编码，并通过GPRS发送模块发射出去。转发单元配置有气压测高传感器，转发单元转发定向天线接收到的卫星导航信号。用户端也同样配备温度和气压传感器，用户接收机接收转发单元转发的信号，经捕获、跟踪、电文解调和导航卫星参数提取，利用超宽带测距测量用户到转发单元的距离补偿伪距，计算用户在中心位置处的坐标。用户利用超宽带测距模块测量用户接收机到转发单元间的距离，并联合气压测高信息，利用高度约束方法计算用户的当前位置和中心参考位置，从而得到用户的位移矢量。由用户接收机定位的中心位置和位移矢量，可以得到用户的三维位置。与传统的室内定位方法相比，本方法实现简单，而且定位精度高。

说明书附图

图1：转发式室内定位结构框图；

图2：转发设备机构框图；

图3：用户接收机结构框图；

图中，1.第一转发单元 2.用户接收机 3.温度及气压传感器模块 4.GPRS发送模块 5.超宽带测距模块 6.卫星信号转发器模块 7.GPRS接收模块 8.下变频模块 9.信号捕获模块 10.信号跟踪模块 11.电文解码模块 12.中心位置解算模块 13.定位解算模块14.定位显示模块

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明限定。

实施例：

如图1、图2和图3所示，一种转发式室内定位系统，包括设置在活动范围内的4个转发单元和用户端的用户接收机2；四个转发单元通过无线与用户接收机2连接，其中：

所述的转发单元，包括温度及气压传感器模块3、GPRS发送模块4、超宽带测距模块5、卫星信号转发器模块6、定向接收天线、发射天线、测距天线和通信天线；温度及气压传感器模块3与GPRS发送模块4的信号输入端连接，GPRS发送模块4的信号输出端与通信天线连接；超宽带测距模块5与测距天线连接；卫星信号转发器模块6的信号输入端与定向接收天线连接，信号输出端与发射天线连接；

所述的用户接收机2，包括顺序连接的下变频模块8、信号捕获模块9、信号跟踪模块10、电文解码模块11、中心位置解算模块12、定位解算模块13和定位显示模块14，还包括温度及气压传感器模块3、GPRS接收模块7、超宽带测距模块5、通信天线、测距天线和接收天线；接收天线与下变频模块连接8；GPRS接收模块7分别与温度及气压传感器模块3、通信天线和定位解算模块13连接；超宽带测距模块5分别与测距天线、中心位置解算模块12、定位解算模块13和定位显示模块14连接。

所述的温度及气压传感器器模块3，用于采集转发单元所处的温度和气压；

所述的超宽带测距模块5，用于接收和发射超宽带信号，用于测量转发单元与活动范围内用户接收机间的距离；

所述的GPRS发送模块4，将转发单元处的气压、温度和三维位置信息传输至用户接收机；

所述的定向接收天线，用于接收特定方向的导航卫星信号；

所述的卫星信号转发器模块6，将定向天线接收到的信号放大；

所述的发射天线，用于发射卫星信号转发器模块6的导航卫星信号。

所述的接收天线，接收4个的转发单元发送来的信号；下变频模块8对接收天线接收到的信号进行下变频为基带信号；信号捕获模块9对下变频模块8送入的基带信号进行捕获；信号跟踪模块10对信号捕获模块9捕获到的信号进行跟踪；电文解码模块11对信号跟踪模块10跟踪到的信号进行电文解调，以获得转发单元的温度、气压和三维位置信息；用户中心位置解算模块12，根据转发的卫星导航信号的电文，超宽带测距模块5测量出的转发单元到用户的距离，计算用户处于中心位置时的坐标，并作为基准点坐标；定位解算模块13，当用户处于中心位置时利用超宽带测距和高程约束解算出中心坐标，当用户移动时，利用超宽带测距和高程约束定位解算出当前位置坐标，后者减去前者就是用户位移矢量。将基准点坐标加上用户位移矢量，计算结果转换到经纬高坐标系下表示；温度及气压传感器模块3，采集用户测点处的温度和气压信息，并传输至GPRS接收模块7；GPRS接收模块7接收GPRS发送模块4和温度及气压传感器模块3发送的气压、温度、位置信息数据流；超宽带测距模块5测量用户接收机至转发单元间的距离；定位显示模块14与定位解算模块13相连，用于将定位解算模块13所解算出的用户的三维位置信息进行显示。

一种转发式室内定位方法，具体包括如下步骤：

1)在用户活动范围内设置4个转发单元，测出这4个转发单元的三维位置；

2)转发单元采集自身处的温度和气压信息，并将测得的温度和气压信息与步骤1)测得的设备的三维位置进行编号，通过GPRS发送模块4发送至用户接收机；

3)转发单元将定向接收天线接收到的卫星导航信号经卫星信号转发模块6，由发射天线发射至用户接收机；

4)将用户接收机设在与4个转发单元所构成的空间几何中心位置，用户接收机接收步骤3)中转发单元发送来的信号，并将这些信号经用户接收机的下变频模块8变为基带信号；

5)用户接收机对步骤4)基带信号进行捕获、跟踪和电文解调，获得的伪距ρ_i，与转发单元至用户接收机距离r，计算接收机处于转发单元中心时的位置，并将定位解算的位置(x₀,y₀,z₀)信息保存，中心位置的解算原理方程为最小二乘法，其公式为：

6)用户接收机的GPRS接收模块7接收到用户测点处的温度和气压信息，并根据步骤2)中转发单元发送来的温度、气压和三维位置信息，计算用户测点的高程，即：

(2)式中，h为用户测点的高程；k_i为加权系数，且满足k₁+k₂+…k_n＝1，加权系数k_i的大小决定于用户与转发单元的相对高度差，即用户与转发单元的相对高度差越大加权系数k_i越小；h_0i为第i个转发单元的高程，这些值事先测得；T_mi为第i个转发单元与用户之间大气层平均温度，T_mi＝(T_0i+T)/2，T_0i为第i个转发单元的温度，T是用户测点的温度；P_0i为第i个转发单元的气压，P为用户测点的气压；

7)用户接收机根据步骤6)中所计算出的用户测点的高程，及各转发单元的三维位置，完成用户的超宽带定位解算，其定位解算方程为：

式中，(X,Y,Z)为用户的三维位置；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个转发单元的三维位置；r_i为同一时刻利用超宽带测距测量到的第i个转发单元到用户的距离；a和b分别为地球基准椭圆的长半轴和短半轴；h_i为用户测点的高程；i＝1，2，.....，n；

8)当用户接收机偏离中心位置时，使用超宽带定位技术计算用户移动的距离矢量，再结合步骤5)中心位置的坐标计算出当前位置坐标，将当前位置坐标换算大地坐标系下的维度、经度和高度，

式中，(X₀,Y₀,Z₀)为利用超宽带定位解算出的中心位置点坐标，(X,Y,Z)为利用超宽带定位解算出的当前位置点坐标，(ΔX,ΔY,ΔZ)为用户移动的距离矢量，(x,y,z)为所求当前位置坐标。

经过上述步骤，准确定位用户的位置。

所述步骤1)中，还包括根据室内用户的活动范围，建立几何精度因子仿真模型，指导转发单元的布设。

所述的转发单元的三维位置和高程，均由大地测量型卫星导航接收机测得。

所述步骤7)中的定位解算方程(3)式，采用牛顿迭代及其线性化方法求解。

所述的GPRS模块发送4出去的数据，包含帧头、转发单元的编号、高度、温度、气压、X位置、Y位置、Z位置、帧尾。

本实施例根据室内的服务范围，在室内布设4个转发单元，转发单元将把转发单元测出的高度和气压信息按照一定格式打包，将打包后的数据通过GPRS发送模块发送给接收机，定向天线接收到的卫星导航信号经卫星信号转发器后通过天线发射出去，用户接收机接收该信号，同时用户接收机也配置温度和压力传感器，用户终端的接收机通过对接收信号捕获、跟踪、解调和电文参数提取，当用户的接收机同时收到4转发单元的导航卫星信号，并根据超宽带测距进行伪距补偿，可以计算出用户的中心坐标位置，利用超宽带测距测量转发单元到用户接收机处的距离，并联合气压测高信息，就能实时得到用户的中心位置坐标和当前的位置坐标，上述两者相加得到用户由中心参考位置点到当前的位移矢量，再结合利用导航信号定位的中心位置，就可以实现用户的高精度定位。

下面对发明进行进一步的阐述说明：

1.PDOP(三维位置精度因子)值计算：

本发明方法中，根据室内用户的活动范围，利用STK等软件建立几何精度因子(DOP)仿真模型，指导转发单元的布设；

其中PDOP值的计算公式为：

其中，a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)是用户位置以线性化点指向第i个转发单元的单位矢量，三维位置精度因子PDOP值为：

2.用户中心位置确定

由于本设备采用的是超宽带测距，且其距离能在显示器上显示出来，转发单元的中心位置在有4个转发单元组成的球体的球心，用户接收机到4个转发单元的距离相等，当显示设备上显示的用户到转发单元的距离大致相等时，说明用户就在本设备的中心位置。

3.用户气压测高

本发明方法中，按照在重力场内的大气压随高度增加而减小的原理，用户配置气压和温度传感器来测量气象参数，计算得到转发单元和用户的相对高度。由于转发单元的高度可以事先精确测量得到，用户可以通过无线数据传输设备中中获得，所以用户的绝对高度即能计算得到。按照在重力场内的大气压随高度增加而减少的原理，通过使用气压和温度传感器来测量气象参数，计算得到转发单元和用户的相对高度。

式中，P为用户测点的大气压；P₀为转发单元的大气压；T_m为P和P₀之间大气层中的平均温度，T_m＝(T₀+T)/2，T₀是转发单元的温度，T是用户测点的温度；h₀为转发单元的高程；h为用户所在的高程。

在上述过程中，用户如果能同时收到n个转发单元的气压、温度等信息，则可以得到n个高度求解方程

式中，h_0n为第n个转发单元的高程，这些值是由高精度大地测量型卫星接收机测得；T_m1～T_mn为n个转发单元与用户之间大气压平均温度；P₀₁～P_0n为n个转发单元的大气压。

对上式加权平均后得到用户测点的高程

h＝k₁h₁+k₂h₂+…+k_nh_n (8)

式中，k₁～k_n为加权系数，且满足k₁+k₂+…+k_n＝1。加权系数的大小决定于用户与转发单元的相对高度，相对高度差别越大加权系数越小。

(1)用户中心位置解算

设接收机接收到n个卫星的电文，利用电文中的星历参数，分别计算出的卫星坐标分别为(x_i,y_i,z_i,i＝1,2,…,n)，并设用户的待定中心坐标为(x,y,z),，用户终端钟差为Δt_u，C为电波传播速度，假定n个卫星时间统一，无相对时间误差，并在同一时刻测量到卫星到用户的伪距ρ_i，转发单元到用户的距离为r，其定位解算方程如下：

由上式可得用户中心位置坐标，以此位置作为基准点。

(2)用户位移矢量计算

设接收机收到的n个转发单元的位置信息为(X_i,Y_i,Z_i)，由于上述气压测高的精度高，为了提高三维定位精度，对上述方程加高程约束，则上述方程变为

(10)式中，a,b分别为地球基准椭圆的长半轴和短半轴，h为上述气压测高值。此公式求解一般采用牛顿迭代及其线性化方法。即可求得用户的三维位置(X,Y,Z)。设在中心位置时的三维位置坐标为(X₀,Y₀,Z₀)，移动后的位置为(X_i,Y_i,Z_i)，则用户位移矢量(ΔX,ΔY,ΔZ)为

(3)坐标转换计算

由于上述的位置计算都是在直角坐标系下进行的，而现实中一般用大地坐标显示。所以，需要进行坐标转换。设中心坐标为(x₀,y₀,z₀)，位移坐标为(x,y,z)，则

设在大地坐标系下的位置坐标为(B,L,H)其转换方程式为

式中，c＝a²/b为极点处的子午线曲率半径；为椭球的第一偏心率；为椭球第二偏心率。大地维度B需要迭代计算，一般迭代4次。大地高程H的精度可达1mm。

Claims (10)

1.一种转发式室内定位设备，其特征在于，包括转发部分和接收部分，转发部分包括至少4个转发单元，所述的转发单元通过无线与接收部分连接，

其中所述的转发单元，包括温度及气压传感器模块、GPRS发送模块、超宽带测距模块、卫星信号转发模块、定向接收天线、发射天线、测距天线和通信天线；温度及气压传感器模块与GPRS发送模块的信号输入端连接，GPRS发送模块的信号输出端与通信天线连接；超宽带测距模块与测距天线连接；卫星信号转发模块的信号输入端与定向接收天线连接，信号输出端与发射天线连接；

所述的接收部分为用户接收机，包括顺序连接的下变频模块、信号捕获模块、信号跟踪模块、电文解码模块、中心位置解算模块、定位解算模块和定位显示模块，还包括温度及气压传感器模块、GPRS接收模块、超宽带测距模块、通信天线、测距天线和接收天线；接收天线与下变频模块连接；GPRS接收模块分别与温度及气压传感器模块、通信天线和定位解算模块连接；超宽带测距模块分别与测距天线、中心位置解算模块、定位解算模块和定位显示模块连接。

2.根据权利要求1所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的用户接收机设在n个转发单元所构成的空间几何中心位置。

3.根据权利要求2所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的n个转发单元，n≥4。

4.根据权利要求1所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的温度及气压传感器模块，用于采集转发单元所处的温度和气压；所述的超宽带测距模块，用于接收和发射超宽带信号，测量转发单元与活动范围内用户接收机间的距离；所述的GPRS发送模块，将转发单元处的气压、温度和三维位置信息传输至用户接收机；所述的定向接收天线，用于接收特定方向的导航卫星信号；所述的卫星信号转发器模块，将定向天线接收到的信号放大；所述的发射天线，用于发射卫星信号转发器模块的导航卫星信号。

5.根据权利要求1所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的接收天线，接收4个以上的转发单元发送来的信号；下变频模块对接收天线接收到的信号进行下变频为基带信号；信号捕获模块对下变频模块送入的基带信号进行捕获；信号跟踪模块对信号捕获到模块捕获到的信号进行跟踪；电文解码模块对信号跟踪模块跟踪到的信号进行电文解调，以获得转发单元处的温度、气压和三维位置信息；用户中心位置解算模块，根据转发的卫星导航信号的电文，超宽带测距模块测量出的转发单元到用户的距离，计算用户处于转发单元所述构成的空间的几何中心位置时的坐标，并作为基准点坐标；定位解算模块，当用户处于中心位置时利用超宽带测距和高程约束解算出中心坐标，当用户移动时，利用超宽带测距和高程约束定位解算出当前位置坐标，后者减去前者就是用户位移矢量。将基准点坐标加上用户位移矢量，计算结果转换到经纬高坐标系下表示；温度及气压传感器模块，采集用户测点处的温度和气压信息，并传输至GPRS接收模块；GPRS接收模块接收GPRS发送模块和温度及气压传感器模块发送的气压、温度、位置信息数据流；超宽带测距模块测量用户接收机至转发单元间的距离；定位显示模块分别与中心位置解算模块、定位解算模块、超宽带测距模块相连，用于将中心位置解算模块所解算的中心位置信息、定位解算模块所解算出的用户的三维位置信息和超宽带测距模块测量的转发单元到用户的距离进行显示。

6.一种转发式室内定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)在用户活动范围内设置n个转发单元，测出n个转发单元的三维位置；

2)转发单元采集自身处的温度和气压信息，并将测得的温度和气压信息与步骤1)测得的转发单元的三维位置进行编号，通过GPRS发送模块发送至用户接收机，其中GPRS发送模块发送出去的数据，包括帧头、转发单元的编号、高度、温度、气压、X位置、Y位置、Z位置、帧尾；

3)转发单元将定向接收天线接收到的卫星导航信号经卫星信号转发模块，由发射天线发射至用户接收机；

4)将用户接收机设在与n个转发单元所构成的空间几何中心位置，用户接收机接收步骤3)中转发单元发送来的信号，并将这些信号经用户接收机的下变频模块变为基带信号；

5)用户接收机对步骤4)基带信号进行捕获、跟踪和电文解调，获得的伪距ρⁱ，与转发单元至用户接收机距离r，计算接收机处于转发单元中心时的位置，并将定位解算的位置(x₀,y₀,z₀)信息保存，中心位置的解算原理方程为最小二乘法，其公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_1+r=\sqrt{{\left(x_1-x\right)}^2+{\left(y_1-y\right)}^2+{\left(z_1-z\right)}^2}+{\mathrm{C\Δt}}_u\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ {\mathrm{\ρ}}_n+r=\sqrt{{\left(x_n-x\right)}^2+{\left(y_n-y\right)}^2+{\left(z_n-z\right)}^2}+{\mathrm{C\Δt}}_u\end{array}\right.---\left(A\right)$

6)用户接收机的GPRS接收模块接收到用户测点处的温度和气压信息，并根据步骤2)中转发单元发送来的温度、气压和三维位置信息，计算用户测点的高程，即：

$h=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i{h}_i=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{k}_i\left\{h_{0i}+18410\×\[1+\frac{T_{mi}}{273.15}\]\×\lg \frac{P_{0i}}{P}\right\}---\left(B\right)$

(B)式中，h为用户测点的高程；k_i为加权系数，且满足k₁+k₂+…k_n＝1，加权系数k_i的大小决定于用户与转发单元的相对高度差，即用户与转发单元的相对高度差越大加权系数k_i越小；h_0i为第i个转发单元的高程，这些值事先测得；T_mi为第i个转发单元与用户之间大气层平均温度，T_mi＝(T_0i+T)/2，T_0i为第i个转发单元的温度，T是用户测点的温度；P_0i为第i个转发单元的气压，P为用户测点的气压；

7)用户接收机根据步骤6)中所计算出的用户测点的高程，及各转发单元的三维位置，完成用户的超宽带定位解算，其定位解算方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_i=\sqrt{{(X_i-X)}^2+{(Y_i-Y)}^2+{(Z_i-Z)}^2}\\ \frac{X^2+Y^2}{{(a+h)}^2}+\frac{Z^2}{{(b+h)}^2}=1\end{array}\right.---\left(C\right)$

式中，(X,Y,Z)为用户的三维位置；(X_i,Y_i,Z_i)为第i个转发单元的三维位置；r_i为同一时刻利用超宽带测距测量到的第i个转发单元到用户的距离；a和b分别为地球基准椭圆的长半轴和短半轴；h_i为用户测点的高程；i＝1，2，.....，n；

8)当用户接收机偏离中心位置时，使用超宽带定位技术计算用户移动的距离矢量，再结合步骤5)中心位置的坐标计算出当前位置坐标，将当前位置坐标换算大地坐标系下的维度、经度和高度，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}X=X-X_0\\ \mathrm{\Δ}Y=Y-Y_0\\ \mathrm{\Δ}Z=Z-Z_0\end{array}\right.---\left(D\right)$

$\left\{\begin{array}{c}x=x_0+\mathrm{\Δ}X\\ y=y_0+\mathrm{\Δ}Y\\ z=z_0+\mathrm{\Δ}Z\end{array}\right.---\left(E\right)$

上述(D)式和(E)式中，(X₀,Y₀,Z₀)为利用超宽带定位解算出的中心位置点坐标，(X,Y,Z)为利用超宽带定位解算出的当前位置点坐标，(ΔX,ΔY,ΔZ)为用户移动的距离矢量，(x,y,z)为所求当前位置坐标；

经过上述步骤，准确定位用户的位置。

7.根据权利要求6所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的n个转发单元，n≥4。

8.根据权利要求6所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述步骤1)中，还包括根据室内用户的活动范围，建立几何精度因子仿真模型，指导转发单元的布设，其中PDOP值的计算公式为：

$D={\left(H^{T}H\right)}^{-1}=\left[\begin{array}{cccc}{D}_{11}& D_{12}& D_{13}& D_{14}\\ D_{21}& D_{22}& D_{23}& D_{24}\\ D_{31}& D_{32}& D_{33}& D_{34}\\ D_{41}& D_{42}& D_{43}& D_{44}\end{array}\right]$

其中，a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)是用户位置以线性化点指向第i个转发单元的单位矢量，三维位置精度因子PDOP值为：

9.根据权利要求6所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述的转发单元的三维位置和高程，均由大地测量型卫星导航接收机测得。

10.根据权利要求6所述的转发式室内定位设备，其特征在于，所述步骤7)中的定位解算方程(C)式，采用牛顿迭代及其线性化方法求解。