本发明专利技术属于电子、通信与自动控制领域，涉及到基于GNSS中继器的无法直接获取导航卫星信号环境下的用户定位。本发明专利技术提出的基于GNSS中继器实现室内定位的方法不需要GNSS中继器同步，也不需要中继器按序交换转发卫星信号及与同一个GNSS天线以固定长度电缆连接。在本发明专利技术方法中，每个GN SS中继器可连续转发导航卫星信号，且接收机可识别转发给定卫星信号的中继器。接收机利用测量的码相位计算每个中继器到接收机的距离，并利用识别的中继器及卫星坐标，进一步计算出其位置坐标。此外，本发明专利技术所提出的信号软采样方法可进一步提高用户位置精度。本发明专利技术在实际应用时布署成本低且安装容易，并可获得较高定位精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子、通信与自动控制领域，涉及到基于导航卫星的用户定位，特别涉 及到基于GNSS(全球卫星导航系统）中继器的无法直接获取导航卫星信号环境下的用户定 位。
技术介绍
在建筑物内或其它无法直接获取导航卫星信号的环境中，用户一般无法直接利用 导航卫星信号获取定位。目前有多种室内定位技术。基于GNSS中继器的室内定位方法主要 是利用中继器将导航卫星信号放大并转发后，提供给室内接收机进行导航定位。目前提出 的基于GNSS中继器的室内定位方法一般要求中继器之间实现同步，同时在转发信号时几个 中继器需要按序交换转发以避免中继器转发的信号互相干扰，也有利于接收机判断转发的 信号是来自哪一个中继器。另外所有中继器需要共同与一个室外GNSS天线连接。连接电缆 要求长度固定且精确测量。基于伪卫星的室内定位方法同样要求伪卫星之间实现同步。结 合伪卫星和GNSS中继器技术的室内定位方法利用两者优点，不需要同步，同时可以对中继 器到接收机之间距离实现精确测量。但该方法同样要求所有中继器分别用电缆与一个室外 天线连接，且电缆长度要求精确测量。通过测量由电缆长度不同导致的延迟来确定卫星信 号来自哪一个中继器。如果电缆长度测量不够精确，将导致中继器识别出现误判，从而导致 定位误差。另外该本法成本相对也较高。
技术实现思路
本专利技术所涉及的基于GNSS中继器实现室内定位的方法首先不需要GNSS中继器同 步，也不需要中继器按序交换转发及与同一个GNSS天线以固定电缆长度连接。在本专利技术方 法中，每个GNSS中继器可连续转发导航卫星信号，只是要求至少两个或两个以导航卫星对 中继器可见。在任一时刻，不论用哪个卫星信号测量，从一个中继器到接收机的距离是不变 的。利用这个特性，通过比较利用不同卫星信号测量的从一个中继器到接收机的距离，用户 接收机可以确定一个给定的卫星信号是从哪个中继器转发来的。中继器的位置坐标可提前 获取。这样，利用测量的指定中继器到接收机的距离及中继器位置坐标，接收机就可以计算 得出其自身位置，从而实现室内导航定位。 (1)用户位置坐标计算 本专利技术要求在建筑物顶部或其它开放环境(可直接接收到导航卫星信号）中布置4 个或4个以上的GNSS中继器，同时要求至少2颗导航卫星对这些中继器可见，也即所有GNSS 中继器可同时直接接收2个或2个以上的导航卫星信号。中继器将对接收到的导航卫星信号 进行放大并转发。每个中继器在转发信号前要对信号进行延迟，设中继器η对信号延迟时 间为，则要求| ArAdHji关j，tc是导航卫星信号所用扩频码的一个码片时间），且 AiKminU/f^ts}，其中fu是接收机位置更新频率，而ts是导航卫星信号所用扩频码的一个 码长时间。在接收机端，接收到的卫星信号与本地CA码(扩频码)进行相关操作。当与[六码匕 进行相关操作时，会得到4个较大的相关峰值及相应的码相位，而这4个较大的相关峰值分 别是4个中继器转发的卫星Sl的信号产生的。通过获得的码相位，接收机可计算得出卫星 Sl 信号从卫星81发出到中继器再转发到接收机所需要的时间，记为Δ7;(",其中下标k表示这个 时间是通过第k个相关峰值对应的码相位计算得到的。但产生这第k个相关峰值的信号是由 哪个中继器转发的需要进一步确定。可表示为，其中，為ρ是信号从中继器^到室内接收机所需的时间；δι是接收机时钟误差； 先w是信号从卫星到中继器再到接收机所经历的传播误差，而《,.;是信号在中继器的处理 时间（从信号到达中继器天线到处理完后离开天线所需的时间）。公式（1)可进一步整理为：利用公式(2)，针对不同卫星信号，可形成4个矩阵Mi，i = l，2,3,4， 对于某一个中继器〇来说，不同卫星信号传播误差之(/=1二3,4)可考虑近 似相等。另外，因为所有中继器都具有相同的硬件和软件，所以处理时间^^.对所有中继器 来说是相等的。当卫星81信号被4个中继器转发时，在接收机端信号与本地CA码匕进行相关 操作将会出现4个较大的相关峰值，而其中一个峰值将是由中继器^转发卫星81信号产生 的。在同一测量时刻，对于任何卫星的信号，只要是通过中继器^转发的，那么公式(2)右端 都是近似相等的。因为无论是哪个卫星的信号从中继器^转发到接收机，中继器到接收机 的距离都是不变的(夂.4亘定）。这样，考虑中继器η，矩阵仏第一行的某一个元素将与矩阵 Μ2第一行的某一个元素近似相等，也将与矩阵Μ3和矩阵Μ4第一行的某个元素近似相等。也就 是说，]Wi，人? e ， 通过比较矩阵和M4第一行中元素，h，夂沐1，11可以被确定。这样， ΔΤ^,ΔΤ^将分别是卫星S1，S2，S3，84的信号从卫星发射后到中继器=再转发到 接收机所需要的时间。类似，通过分别比较矩阵Mi、M 2、M3和M4第二行、第三行和第四行中的 元素，可以确定(ΔΓ,; 11，Arf,ΔΓ广ΔΓ,;41)、（ASUU'Arf,ΔΓ^)和(ACUC,21,ΔΓ: 而这些时间是卫星81，82,83,84的信号从卫星发射后分别到达中继器^^3和^再转发到接 收机所需要的时间。利用公式(1)，可以得出让 Δ Γ,.!ι)" = Δ Γ,,(ι) - Δ Γ?ι(,ν:，辨=1,2,3,4 :P AZ:f 已经通过上述方法获得，而 Δ7；.,;"是卫星81到中继器的距离，可以通过中继器和卫星81的坐标计算得出。这样， Δ<"" (/? = 1,23,4)可以表示如下： Δ2^"是通过卫星S1的信号测得的，其代表卫星S1信号从中继器5到接收机所需的 时间，包括传播误差、钟差和处理时间。类似，可以通过卫星S2, S3和S4的信号获得 Δ7；；2、ΔΓ?和ΔΖ；4),。为减少测量误差，信号从中继器~到接收机所需时间可以取平均这样，公式(6)可更新为：因为所有中继器相距较近，所以= U丄4)可以认为是相等的（如果存在较 小误差，可以考虑包含在Δ?；。的测量误差中）。此外，每个中继器的信号处理时间 < (./ = 1二3,4)也是相等的。因此，根据公式(7)，可进一步获得：让 4 =A【,，A(|W(j_=l，2,9，-? = =(xr:，.v,;,zj，其中 和(?% ,4)分别是用户接收机和卫星Sl的坐标。这样，公式⑶可以写成：f代表从中继器Γι到接收机的 距离。根据公式(9)，可以获得用户位置坐标(Xu，yu，zu)的闭式解。 因为1^(? = 1，2,3)可能为0,所以闭式解需要针对不同1^(? = 1，2,3)等于0的情况 进行讨论。一般情况下，如果h (i = 1，2，3)中某一个为0，或两个为0，或都为0，都可以通过 公式(9)解出(xu，yu，z u)。如果bi(i = l，2,3)都不为0,则(xu，yu，zu)闭式解如下： 首先让 其中，Xrj，yrj和Zrj是中继器rj的坐标。 再让其中，二if ~+% 十 1 >，沒二2.和C 二."，合「(挪「+ 辨；+ 。 zu可能有两个不等值ZU1和zU2，将(XU，y u，ZU1)和(xu，yu，zU2)分别转化为经炜度和海拔高度表 达，则海拔高度较低的那组数据将作为用户位置坐标。 (2)定位性能提尚方法对于多楼层的建筑物来说，每一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于GNSS中继器的室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)在建筑物顶部或其它直接接收到导航卫星信号地方中布置4个或4个以上的GNSS中继器，至少2颗导航卫星对这些中继器可见；中继器将对接收到的导航卫星信号进行放大并转发；每个中继器在转发信号前要对信号进行延迟，设中继器ri对信号延迟时间为Δi，则要求|Δi‑Δj|>tc，i≠j；tc是导航卫星信号所用扩频码的一个码片时间，且|Δi|<min{1/fu,ts}，其中fu是接收机位置更新频率,而ts是导航卫星信号所用扩频码的一个码长时间；(b)在接收机端，接收到的卫星信号与本地CA码进行相关操作；当与CA码Ci进行相关操作时，会得到4个较大的相关峰值及相应的码相位，这4个较大的相关峰值分别是4个中继器转发的卫星si的信号产生的；通过获得的码相位，接收机计算得出卫星si信号从卫星si发出到中继器再转发到接收机所需要的时间，记为其中下标k表示这个时间是通过第k个相关峰值对应的码相位计算得到的；表示为,ΔTk(i)=ΔTsi,rj+δtrj,u+δtc+δtsi,rj,u+δtrj,i,j=1,2,3,4---(1)]]>其中，是信号从中继器rj到室内接收机所需的时间；δtc是接收机时钟误差；是信号从卫星到中继器再到接收机所经历的传播误差，而是信号在中继器的处理时间；公式(1)进一步整理为：ΔTk(i)-ΔTsi,rj=δtrj,u+δtc+δtsi,rj,u+δtrj,i,j=1,2,3,4---(2)]]>(c)利用公式(2)，针对不同卫星信号，形成4个矩阵Mi,i＝1,2,3,4，Mi=ΔT1(i)-ΔTsi,r1ΔT2(i)-ΔTsi,r1ΔT3(i)-ΔTsi,r1ΔT4(i)-ΔTsi,r1ΔT1(i)-ΔTsi,r2ΔT2(i)-ΔTsi,r2ΔT3(i)-ΔTsi,r2ΔT4(i)-ΔTsi,r2ΔT1(i)-ΔTsi,r3ΔT2(i)-ΔTsi,r3ΔT3(i)-ΔTsi,r3ΔT4(i)-ΔTsi,r3ΔT1(i)-ΔTsi,r4ΔT2(i)-ΔTsi,r4ΔT3(i)-ΔTsi,r4ΔT4(i)-ΔTsi,r4;---(3)]]>(d)考虑中继器r1,矩阵M1第一行的某一个元素将与矩阵M2第一行的某一个元素近似相等，也将与矩阵M3和矩阵M4第一行的某个元素近似相等，即∃i1,j1,k1,l1∈{1,2,3,4},]]>ΔTi1(1)-ΔTs1,r1≈ΔTj1(2)-ΔTs2,r1≈ΔTk1(3)-ΔTs3,r1≈ΔTl1(1)-ΔTs4,r1---(4)]]>通过比较矩阵M1、M2、M3和M4第一行中元素，i1,j1,k1,l1被确定；将分别是卫星s1,s2,s3,s4的信号从卫星发射后到中继器r1再转发到接收机所需要的时间；类似，通过分别比较矩阵M1、M2、M3和M4第二行、第三行和第四行中的元素，确定和而这些时间是卫星s1,s2,s3,s4的信号从卫星发射后分别到达中继器r2、r3和r4再转发到接收机所需要的时间；(e)利用公式(1)，得出ΔTi1(1)=ΔTs1,r1+δtr1,u+δtc+δts1,r1,u+δtr1ΔTi2(1)=ΔTs1,r2+δtr2,u+δtc+δts1,r2,u+δtr2ΔTi3(1)=ΔTs1,r3+δtr3,u+δtc+δts1,r3,u+δtr3ΔTi4(1)=ΔTs1,r4+δtr4,u+δtc+δts1,r4,u+δtr4---(5)]]>让ΔTrm,u(1)=ΔTim(1)-ΔTs1,rm,m=1,2,3,4;]]>已经...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李秀魁，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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