一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，属于伪卫星室内定位技术领域。该方法能够为室内/地下等GNSS信号遮挡环境下的人/车/物提供精准定位。该系统具体实施包括两个步骤。首先，在待定位室内环境下部署安装伪卫星定位系统，并标定各个天线的位置坐标以及参考点坐标。然后，初始化定位算法并设置起始位置后，通过计算伪距相似性来实现用户的实时定位跟踪。所提出的定位算法避免了传统的求解整周模糊度以及时间同步等难题，能够在伪卫星定位系统覆盖范围内实现优于1m的定位，同时该系统播发的兼容室外导航卫星的信号，为室内外无缝定位提供可能。为室内外无缝定位提供可能。为室内外无缝定位提供可能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法


[0001]本专利技术涉及伪卫星室内定位导航
，特别是指一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法。

技术介绍

[0002]目前，基于全球卫星导航系统的定位方式已经基本满足了人们在室外环境下的定位导航。但是，在室内、地下等GNSS信号遮挡环境下，仍无法实现精准连续的定位。随着人们对室内基于位置的服务需求不断增加，越来越多的国内外学者及研究机构开始投入到室内定位技术研究中，而且近几年在该领域的文献量也在逐年增长。作为室外导航卫星的补充，伪卫星具有发射与导航卫星相同信号的能力，可以为室内环境提供稳定可靠的导航定位信号，使得基于现有智能手机硬件条件实现室内外无缝定位与导航成为可能，因此成为室内定位领域的研究热点。
[0003]但是，当前在伪卫星室内定位技术研究中，仍然面临着求解整周模糊度、时间同步等技术难题。基于伪距或载波相位平滑伪距的位置解算技术在室内定位精度较低，无法满足应用需求。而且由于室内环境较室外更复杂，信号衰落以及多径等因素对定位的影响较大，导致目前基于伪卫星的室内定位很难得到广泛应用。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，该方法能够在室内环境下提供优于1m的定位精度，具有较高的鲁棒性和连续性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，包括以下步骤：
[0007](1)在待定位的室内环境中搭建伪卫星定位系统，根据环境特征及实际室内建筑结构部署伪卫星天线，部署方式采用分布式或阵列式；
[0008](2)定义室内坐标系后标定伪卫星天线和参考点坐标，利用接收机获取伪卫星的载波相位数据并进行预处理；
[0009](3)初始化定位算法，利用预处理后的伪卫星载波相位数据进行接收机位置估计。
[0010]进一步的，步骤(1)的具体方式为：
[0011]在室内定位区域内搭设多通道伪卫星定位系统，每个通道部署一个伪卫星天线；在室内视距范围大于设定范围的区域，采用分布式的部署方式，在室内视距范围小于设定范围的区域，采用阵列式的部署方式，将伪卫星天线均匀部署在房间的顶部。
[0012]进一步的，步骤(2)的具体方式为：
[0013]首先根据室内定位需求定义坐标系，选择室内外统一的卫星导航系统坐标系或定义局部坐标系；然后通过全站仪标定伪卫星天线的坐标以及参考点坐标，并采用GNSS接收机接收伪卫星观测数据，对伪卫星观测数据进行周跳检测、载波相位历元差计算以及根据对应的数据统计特征进行可用星判别，剔除不可用卫星。
[0014]进一步的，步骤(3)具体实现方式为：
[0015](301)初始化用户的起始位置坐标P0、接收机高度h以及所有伪卫星天线的坐标S
n
，其中n∈SN，SN为天线个数；
[0016](302)初始化粒子群属性，具体包括粒子的移动步长l、移动方向θ、粒子数量N、粒子权重以及粒子的初始分布范围；
[0017](303)首次定位时，首先利用初始点坐标P0计算初始伪距D0(d1,d2,
…
d
n
)，此时的初始伪距即为观测伪距；
[0018]D0(d1,d2,
…
d
n
)＝||P0‑
S
n
||2ꢀꢀꢀ
(1)
[0019]其中，n∈SN，SN为天线个数，|| ||2为计算2范数，S
n
为各个伪卫星的天线坐标；
[0020]根据每个粒子k的初始位置坐标计算下一时刻粒子的位置坐标其中，k∈N；
[0021][0022]然后，利用计算与各个伪卫星天线的欧式距离，得到每个粒子k的测量伪距D0′
；
[0023]通过测量伪距D0′
和初始伪距D0计算伪距相似度
[0024][0025]然后，利用伪距相似度计算每个粒子的权重；
[0026][0027]其中，w
k
为第k个粒子的权重；
[0028]将所有粒子的权重进行权重归一化处理，并计算所有粒子坐标的加权平均值，得到接收机的位置；
[0029](304)非首次定位时，利用t时刻的载波相位为和t
‑
1时刻的载波相位计算观测伪距变化量ΔD
t
；
[0030][0031]其中，ΔD
t
为t时刻的观测伪距变化量，λ为波长；
[0032]则观测伪距D
t
为：
[0033]D
t
＝D
t
‑1+ΔD
t
ꢀꢀꢀ
(6)
[0034]其中，D
t
‑1为t
‑
1时刻的观测伪距；
[0035]然后，计算t时刻各个粒子与各个伪卫星天线的欧式距离，作为测量伪距，并计算测量伪距和观测伪距的伪距相似度，利用伪距相似度计算每个粒子的权重；
[0036]最后，将所有粒子的权重进行权重归一化处理，并计算所有粒子的加权平均值，得到t时刻的接收机位置。
[0037](305)在有效粒子数量低于N/2时，通常采用轮盘法对粒子进行重采样。
[0038]本专利技术相比于现有技术所取得的有益效果为：
[0039](1)本专利技术提出了一种利用伪卫星高精度载波相位测量数据实现室内定位的方法，能够实现人/车/物在室内环境下亚米级的连续定位。
[0040](2)本专利技术提出的基于粒子滤波的定位算法，结合行人移动特征，避免了求解整周模糊度的难题，提高了定位结果的连续性和稳定性。
[0041](3)本专利技术所设计并提出的伪卫星定位系统能够播发兼容BDS/GPS的导航信号，为室内外无缝定位提供可能，同时也扩大了我国北斗导航定位系统的服务范围，具有一定的推广应用意义。
附图说明
[0042]图1为本专利技术实施例中定位系统的原理示意图。
[0043]图2为本专利技术实施例中定位算法流程图。
[0044]图3为本专利技术实施例中定位试验结果图。
[0045]图4为本专利技术实施例中定位误差分析图。
[0046]图5为本专利技术实施例中定位误差统计图。
具体实施方式
[0047]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的描述。
[0048]一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，包括离线系统部署和在线实时定位阶段。该方法中，伪卫星基站能够发送具有唯一码的导航信号，兼容GPS L1码和BDS B1码，各通道信号均同时由1PPS生成，保证时间同步。商业化的GNSS接收机即可接收伪卫星观测数据。
[0049](1)在离线阶段，首先在待定位的室内环境下，部署伪卫星定位系统，该系统由多通道伪卫星发射基站、发射天线、接收机、接收天线组成，如图1所示。然后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在待定位的室内环境中搭建伪卫星定位系统，根据环境特征及实际室内建筑结构部署伪卫星天线，部署方式采用分布式或阵列式；(2)定义室内坐标系后标定伪卫星天线和参考点坐标，利用接收机获取伪卫星的载波相位数据并进行预处理；(3)初始化定位算法，利用预处理后的伪卫星载波相位数据进行接收机位置估计。2.根据权利要求1所述的一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，其特征在于，步骤(1)的具体方式为：在室内定位区域内搭设多通道伪卫星定位系统，每个通道部署一个伪卫星天线；在室内视距范围大于设定范围的区域，采用分布式的部署方式，在室内视距范围小于设定范围的区域，采用阵列式的部署方式，将伪卫星天线均匀部署在房间的顶部。3.根据权利要求1所述的一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：首先根据室内定位需求定义坐标系，选择室内外统一的卫星导航系统坐标系或定义局部坐标系；然后通过全站仪标定伪卫星天线的坐标以及参考点坐标，并采用GNSS接收机接收伪卫星观测数据，对伪卫星观测数据进行周跳检测、载波相位历元差计算以及根据对应的数据统计特征进行可用星判别，剔除不可用卫星。4.根据权利要求1所述的一种基于伪卫星载波相位的高精度室内定位方法，其特征在于，步骤(3)具体实现方式为：(301)初始化用户的起始位置坐标P0、接收机高度h以及所有伪卫星天线的坐标S
n
，其中n∈SN，SN为天线个数；(302)初始化粒子群属性，具体包括粒子的移动步长l、移动方向θ、粒子数量N、粒子权重以及粒子的初始分布范围；(303)首次定位时，首先利用初始点坐标P0计算初始伪距D0(d1,d2,
…
d...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚保国，黄璐，李隽，张衡，梁晓虎，程建强，李雅宁，祝瑞辉，李爽，贾浩男，陈冲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：