一种可用于室内的定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可用于室内的定位系统及定位方法，方法包括：第一步测定LBS基站坐标：利用室外环境可以使用GNSS信号定位的特点获取移动终端GNSS坐标，移动终端向定位服务中心发送定位请求报文，定位服务中心向移动终端发送定位报文，移动终端回复定位报文回文，计算定位报文回文，得到移动终端到LBS基站的伪距，利用伪距和移动终端的GNSS坐标计算LBS基站坐标；第二步计算移动终端坐标：移动终端发出定位请求报文，定位服务中心向移动终端发出定位报文，移动终端和WPS基站收到定位报文向定位服务中心发送定位报文回文，比较计算移动终端和WPS基站的定位报文回文得出移动终端到LBS基站伪距，利用移动终端到LBS基站伪距和LBS基站坐标，计算得出移动终端的坐标。

An Indoor Location System and Method

The invention discloses a positioning system and a positioning method which can be used in the indoor environment. The method includes: the first step is to determine the coordinates of LBS base station; the GNSS coordinates of mobile terminal can be obtained by using the characteristics of GNSS signal positioning in outdoor environment; the mobile terminal sends positioning request message to the positioning service center; the positioning service center sends positioning message to the mobile terminal; and the mobile terminal returns positioning message. The second step is to calculate the coordinates of mobile terminal: mobile terminal sends out positioning request message, positioning service center sends positioning message to mobile terminal, mobile terminal and WPS base station receive positioning message and send positioning message to positioning service center. Comparing the location message of mobile terminal and WPS base station, we can get the pseudo-range from mobile terminal to LBS base station. Using the pseudo-range from mobile terminal to LBS base station and the coordinates of LBS base station, we can calculate the coordinates of mobile terminal.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于室内的定位系统及定位方法
本专利技术涉及目标定位技术，具体涉及一种可用于室内的定位系统及定位方法。
技术介绍
人们出行越来越离不开电子地图、定位和导航服务。早期的无线电定位系统，如罗兰系统、子午仪导航系统，以及中国的长河系统等主要应用于海防和航运，目前早已经被全球卫星定位系统GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem)淘汰。目前可用的广域定位服务系统包括GPS、BDS、GLONASS、GALILEO、IRNSS和QZSS等6大卫星导航系统。GPS、BDS、GLONASS、GALILEO已经实现全球覆盖。GNSS定位过程中，终端同时跟踪多颗卫星，同时收到多颗卫星的定位报文，终端选择信号比较好的至少4颗星的信号进行解算，计算本地坐标。为了提高GNSS系统的定位精度，人们提出了差分定位方法，消除公共误差和公共参数达到提高定位精度的目的。GNSS定位过程中，存在着三部分误差。第一部分是对移动终端都存在的，如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为传播延迟误差，这部分误差不能由移动终端测量或由校正模型来计算；第三部分是移动终端固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和移动终端的距离，第三部分误差则无法消除。所谓差分定位，工作原理就是通过在一定的区域范围内，在地面已知控制点上架设一个GPS基准站，GPS基准站实时的记录GPS定位信息，通过与地面已知控制点的实际坐标值做比对处理，以解算得到测区移动站的修正量，将这个修正量发给移动终端，修正移动终端的测量值以得到更精准的测量值。差分技术还包括单差法、双差法、三差法，根据基站发送的信息又可以分为位置差分、伪距差分、载波相位差分等，这些方法的目的都是为了消除前文所述三部分误差中的第一部分和第二部分误差，提高定位精度。除了GNSS系统，各国还开发出了辅助定位服务系统A-GPS，伪卫星定位、蜂窝网络定位(LBS，LocationBasedService)。由于室内定位不能直接使用卫星信号，各企业对具有定位系统的研发投入比较大，开发出了可用于局域定位的UWB定位、红外线(IR)定位、Bluetooth定位、RFID定位、ZigBee定位、WiFi定位、超声波定位等方法。这些方法各有优缺点：UWB在施工监控领域有很多优点：1).UWB技木抗干扰能力强，在室内、室外以及墙体附近的定位都变得切实可行；2).当有四个或者更多的不同高度的接收器时可以得到三维的精确定位，不同高度的接收器数量多，定位精度越高；3).UWB技术数据传输率高，定位的延迟时间远小于蓝牙定位、WiFi定位等其他的室内定位技术。UWB的缺点是：1).需要有完善的定位网络，而且在任何一个定位点上都需要有3个定位基站的支持，如果基站的数量降低会大大的影响定位的精度；2).不能有遮挡无线电发射的障碍物；3).UWB定位的基础是基站需要同步，即使轻微的网络不同步也会导致定位精度出现比较大的偏差。红外线技术室内定位具有相对较高的室内定位精度。但是，由于光线不能穿过障碍物，使得红外射线仅能视距传播，容易受其他灯光干扰，并且红外线的传输距离较短，使其室内定位的效果很差。蓝牙定位主要应用于小范围定位，例如：单层大厅或仓库。对于集成了蓝牙功能移动终端设备，只要设备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。不过，对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。RFID定位技术可以在几毫秒内得到厘米级定位精度的信息，且传输范围大、成本较低，设备相对稳定。RFID的缺点是如果需要达到同样的精度要求，相比UWB定位而言，RFID基站或者reader部署相对复杂，数量较多。ZigBee定位技术的优势是，功耗低、成本较低、延时短、高容量以及高安全，传输距离较长；可支持网状拓扑，树状拓扑和星型拓扑结构，组网灵活，可实现多跳传输；缺点是，传输速率低，定位精度对算法要求较高。超声波定位主要采用反射式测距法，整体定位精度较高，结构简单，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，且超声波频率受多普勒效应和温度影响，同时也需要大量基础硬件设施，成本较高。局域定位方法可以提供高精度的定位，比如前文所述的UWB、ZigBee、IR、RFID等方法可以提供厘米级的定位精度，但是覆盖范围一般在1～100米范围，适用于小范围工业场景，不适合大面积用和推广。目前主流WiFi定位采用基站侧信号强度RSSI(ReceivedSignalStrengthIndicator)定位原理，因此精度相对比较低。在室内的情况下，手机能搜索到很多WiFi基站的SSID信息，所有的WiFi终端在连接WiFi基站之前，都有发出一种ProbeRequest的帧，遍历空间所有信道，等待WiFi基站返回ProbeResponse帧。这个交互过程中，终端会在消息中广播自身的MAC地址，WiFi基站能够接受到携带手机MAC地址和信号强弱的消息包，WiFi基站完全获取了手机侧的信号强度值，从而可以采用RSSI等方式来定位；手机侧信号强度Rx(Receivedpower)定位与基站侧信号强度RSSI定位原理相同，手机同样收到WiFi基站测的携带WiFi基站MAC地址和信号强弱的消息包，采用RSSI等方式实现定位。WiFi定位方法进行定位计算的通常是基站或者后面的定位服务器上的定位引擎，最后获取相对的位置坐标。最简单的方式就是直接把WiFi基站的位置信息作为手机终端的位置信息，位置坐标的精准度在WiFi基站的信号覆盖范围以内。如果同时几个基站能收集到收集的指纹信息，可以进行一些根据RSSI场强的加权算法来计算相对位置，但是由于无线信号的传播模型在空间上场强是不断波动变化的，因为WiFi定位精度主要取决于WiFi基站的密度，定位算法上能够优化的余地非常的小。WiFi定位的主要缺陷就是精度很低，没有方位性。一般精度在5米左右，就是手机到WiFi基站的平均距离。缺乏方向性，是因为WiFi一般都是全向天线，所以很难判断一个用户如果靠着墙是在这个房间还是另外一个房间。所以WiFi定位无法用在有精确实时定位需求的环境中。其次，WiFi定位对位置地图的工作量比较大，WiFi定位是获取相对坐标，就是手机相对与WiFi基站的坐标，WiFi基站变动后都需要对地图进行修正。再次，WiFi定位的缺陷是WiFi基站质量不稳定，导致定位的质量无法得到有效的保证。WiFi定位的优势主要是WiFi的部署广泛，目前作为最重要的无线传输手段，WiFi在各种室内场合都有着最大的部署量，因此WiFi无处不在，对精度要求不高的场合，WiFi的数据传输网络建设完毕后就可以通过假设定位引擎服务来开通WiFi定位功能。WiFi定位的第二个优势是成本低廉，WiFi的芯片模组2018年的价格已下降到10元左右，WiFi基站的价格都是百元以内，而且可以数据传输和定位的功能，所以能够满足低成本大规模扩展的需要。WiFi定位的第三个优势是可以利用手机终端，省略了终端部署的成本。因此，WiFi定位是前文所述几种室内定位方案中成本最为低廉的。目前Android9.0版本已本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可用于室内的定位方法，特征在于该方法利用移动终端、LBS基站、WPS基站和定位服务中心，采用了四个报文：定位请求报文、定位报文、定位报文回文和差分报文，采用间接测量法，包括两步，第一步定标过程，利用室外移动终端定位间接测定LBS基站的坐标；第二步定位过程，利用已知的LBS基站坐标测定室内目标“移动终端”的坐标。

【技术特征摘要】
1.一种可用于室内的定位方法，特征在于该方法利用移动终端、LBS基站、WPS基站和定位服务中心，采用了四个报文：定位请求报文、定位报文、定位报文回文和差分报文，采用间接测量法，包括两步，第一步定标过程，利用室外移动终端定位间接测定LBS基站的坐标；第二步定位过程，利用已知的LBS基站坐标测定室内目标“移动终端”的坐标。2.如权利要求1所述的定位方法，特征在于：定标过程包括移动终端接收卫星定位信号对自身进行定位，在有差分信号辅助可以进行高精度定位的条件下启用差分定位，自身进行精准定位，移动终端利用GNSS的时钟校准自身的时钟。3.如权利要求1所述的定位方法，特征在于定标过程中定位请求报文与定位报文回文合并，包括步骤：S102-302：移动终端选择LBS基站，向LBS基站发出定位请求报文和定位报文回文；S103-304：LBS基站发送定位请求报文和定位报文到定位服务中心；S104-306：判断移动终端是否已经注册，已注册则执行至步骤S109-311，未注册则执行至步骤S105-309；S105-309：定位服务中心进行鉴权和注册；S106-307：判断是否注册成功；S107-308：注册失败，放弃；S108-305：注册成功，定位服务中心启动服务进程，向LBS基站发送定位报文；S109-311：定位服务中心根据移动终端的定位报文回文和移动终端的GNSS坐标，计算LBS基站坐标；S110-312：定位服务中心向LBS基站发送定位报文；S111-310：LBS基站收到定位服务中心的定位报文，转发给移动终端；S112-303：移动终端收到定位报文和差分报文，优化本地坐标计算；S113：重复步骤S102-302，持续更新LBS基站坐标的坐标信息。4.如权利要求1所述的定位方法，特征在于定标过程中定位请求报文和定位报文不合并，包括步骤：S102-302：移动终端选择LBS基站，向LBS基站发出定位请求报文或者定位报文回文；S103-304：LBS基站发送定位请求报文或定位报文到定位服务中心；S104-306：定位服务中心判断是定位请求报文还是定位报文回文；S105-309：如果是定位请求报文，定位服务中心进行鉴权和注册；S106-307：判断是否注册成功；S107-308：注册失败，放弃；S108-305：注册成功，定位服务中心启动服务进程，向LBS基站发送定位报文；S109-311：如果是定位报文回文，定位服务中心根据移动终端的定位报文回文和移动终端的GNSS坐标，计算LBS基站坐标；S110-312：定位服务中心向LBS基站发送定位报文；S111-310：LBS基站收到定位服务中心的定位报文，转发给移动终端；S112-303：移动终端收到定位报文和差分报文，优化本地坐标计算；S113：重复步骤S102-302，持续更新LBS基站坐标的坐标信息。5.如权利要求1所述的定位方法，定位过程中定位请求报文与定位报文回文不合并，包括步骤：1.移动终端发出定位请求报文，到LBS基站；2.LBS基站转发定位请求报文到定位服务中心；3.1定位服务中心对移动终端1101进行鉴权，鉴权失败拒绝服务；3.2移动终端在鉴权过程中失败，不能使用定位服务中心的服务；4.移动终端鉴权成功，定位服务中心提供服务，发送定位报文到LBS基站；5.1LBS基站转发定位报文到移动终端；5.2LBS基站转发定位报文到WPS基站；6.1移动终端返回定位报文回文到LBS基站；6.2WPS基站返回定位报文回文到LBS基站；7.LBS基站转发WPS基站的定位报文回文和移动终端的定位报文回文到定位服务中心；8.定位服...

【专利技术属性】
技术研发人员：董孝峰，姜长龙，钟波，孙媌媌，
申请(专利权)人：博睿泰克科技宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33