一种室内外状态判别方法、系统及电子设备与流程

本申请属于卫星定位技术领域，特别涉及一种室内外状态判别方法、系统及电子设备。

背景技术：

目前，大量手机app都需要获取用户实时位置信息，来提供一些基于位置的服务(locationbasedservice)，例如查找附近的出租车、附近的餐厅、附件的商场等。根据欧盟2017年gnss市场报告调研结果，超过90％的位置感知app都依赖于卫星定位，来获取用户的高精度位置。

在晴朗天气下，卫星定位能提供平均10米的定位精度。然而，卫星定位需要用户手机感知到足够多的可见卫星，通常只有在室外才能正常工作，提供定位位置。在室内状态(如办公室、商场、机场等)、或者遮挡比较严重的环境(如高架桥、隧道等)，手机无法获取到足够多的卫星，卫星定位会失败。为了获取一个准确有效的定位位置，用户通常需要手工切换定位来源，室外状态打开卫星定位(包括gps、北斗、伽利略、格洛拉斯等卫星)，选择定位精度高的卫星定位；室内状态没有卫星信号，需要关闭卫星定位，打开wifi传感器，选择wifi定位或者基站定位。但是，在一些过渡地带，例如高楼附近、树木较多的人行道上、家里阳台附近，用户并不清楚选择何种定位来源更为可靠。

文献[l.ravindranath,c.newport,h.balakrishnan,ands.madden.improvingwirelessnetworkperformanceusingsensorhints.nsdi,2011.]提出使用卫星定位结果来判断室内外环境，如果能定位成功就认为是室外，如果定位失败就认为是室内。该方法的缺点是，它依赖于卫星定位是否成功，但是首次卫星定位需要30秒以上时间，导致室内外判别时间太长，用户需要等待过长的时间。

文献[m.li,p.zhou,y,zheng,andz,li.iodetector:agenericserviceforindoor/outdoordetection.acmtransactionsonsensornetworks,2014,11(2),1-29.]统计了典型室内、室外状态的光强、基站信号强度、磁场强度，设计出一个分类器，来判断用户处于室内、还是室外状态。该方法的缺点是，它使用了固定的传感器值作为分类器的阈值，只能用于几个典型的室内状态、室外状态，对没有训练的新环境、新手机设备，算法的适应能力很差，室内外判别误差很大。

文献[v.radu,p.katsikouli,r.sarkar,andm.marina.asemi-supervisedlearningapproachforrobustindoor-outdoordetectionwithsmartphones.sensys,2014.]在典型环境采集各种传感器的数据样本，构造出该环境的数据库。用户实时采集自己的传感器数值，与数据库做匹配，来判断当前环境是室内、还是室外。该方法的缺点是，每个实验环境都需要长时间、人工采集大量的实验样本，事先形成一个训练数据库，而且室内外算法的复杂度很高，计算量很大。同样，该方法只能用于事先采集的有限个实验场景，遇到陌生环境，该方法的分类误差很大。

技术实现要素：

本申请提供了一种室内外状态判别方法、系统及电子设备，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种室内外状态判别方法，包括：

步骤a：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤b：建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤a中，通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目具体为：在捕捉阶段，每个卫星与卫星码元做一次相关操作，将卫星信号从时域变换到频域；如果卫星能被看到，相关操作的频域有一个脉冲峰值，如果卫星不能被看到，则相关操作的频域没有脉冲峰值；假设x是长度为n的卫星信号，x是它的频谱，如果y是x的时域混叠信号，且混叠窗口长度为n/α，数学关系上其中t＝0,1,…,n/α-1，那么y的频谱y就是x的子采样，并且采样步长为α。

本申请实施例采取的技术方案还包括：在所述步骤b中，所述建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别具体包括：

步骤b1：分别设定用于判断室内外状态的室外判定阈值和室内判定阈值；

步骤b2：判定检测到的卫星数目是否大于设定的室外判定阈值，如果检测到的卫星数目大于设定的室外判定阈值，则判定当前所处环境是室外状态；

步骤b3：判定检测到的卫星数目是否小于设定的室内判定阈值，如果检测到的卫星数目小于设定的室内判定阈值，则判定当前所处环境是室内状态。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别还包括：判定检测到的卫星数目是否在所述室内判定阈值和室外判定阈值之间，如果检测到的卫星数目在室内判定阈值和室外判定阈值之间，则使用动态快平均方法增强卫星信噪比，并进行多次室内外状态的判断；如果仍然无法判断，则利用过去时间内的历史室内外状态判断当前所处的室内室外状态。

本申请实施例采取的另一技术方案为：一种室内外状态判别系统，包括：

存在性搜索模块：用于通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

状态判定模块：用于建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述存在性搜索模块通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目具体为：在捕捉阶段，每个卫星与卫星码元做一次相关操作，将卫星信号从时域变换到频域；如果卫星能被看到，相关操作的频域有一个脉冲峰值，如果卫星不能被看到，则相关操作的频域没有脉冲峰值；假设x是长度为n的卫星信号，x是它的频谱，如果y是x的时域混叠信号，且混叠窗口长度为m/α，数学关系上其中t＝0,1,…,n/α-1，那么y的频谱y就是x的子采样，并且采样步长为α。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述状态判定模块包括：

阈值设定单元：用于分别设定用于判断室内外状态的室外判定阈值和室内判定阈值；

室外状态判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否大于设定的室外判定阈值，如果检测到的卫星数目大于设定的室外判定阈值，则判定当前所处环境是室外状态；

室内状态判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否小于设定的室内判定阈值，如果检测到的卫星数目小于设定的室内判定阈值，则判定当前所处环境是室内状态。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述状态判定模块还包括：

块平均判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否在所述室内判定阈值和室外判定阈值之间，如果检测到的卫星数目在室内判定阈值和室外判定阈值之间，则使用动态快平均方法增强卫星信噪比，并进行多次室内外状态的判断；如果仍然无法判断，则利用过去时间内的历史室内外状态判断当前所处的室内室外状态。

本申请实施例采取的又一技术方案为：一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的室内外状态判别方法的以下操作：

步骤a：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤b：建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

相对于现有技术，本申请实施例产生的有益效果在于：本申请实施例的室内外状态判别方法、系统及电子设备通过建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，通过卫星存在性搜索方法快速判断可见卫星数目，实现室内外状态的快速判别，克服了现有方法存在的检测时间长、需要实现对各种环境进行训练的缺点，并利用动态块平均方法降低卫星数目判别误差。

附图说明

图1是本申请实施例的室内外状态判别方法的流程图；

图2为可见卫星的相关操作结果示意图；

图3为不可见卫星的相关操作结果示意图；

图4是原始卫星信号的时域、频域图；

图5是信号混叠后的时域、频域图；

图6是室外城市道路环境的可见卫星情况示意图，其中，图6(a)是室外城市道路环境示意图，图6(b)是手机app可以检测到的可见卫星示意图；

图7为室内办公环境的可见卫星情况示意图，图7(a)是是室内办公环境，图7(b)是手机app可以检测到的可见卫星示意图；

图8为走动过程中检测到的可见卫星数目示意图；

图9是本申请实施例的室内外状态判别系统的结构示意图；

图10是本申请实施例提供的室内外状态判别方法的硬件设备结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，是本申请实施例的室内外状态判别方法的流程图。本申请实施例的室内外状态判别方法包括以下步骤：

步骤100：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤100中，卫星定位api(applicationprogramminginterface，应用程序编程接口)函数可以获取可见卫星数目，该方法要对所有卫星各做一次精确搜索，来获取各个卫星的频率、相位等信息，从而获取最高的定位精度，但是存在响应时间长、定位能耗大的问题。因此，本申请通过卫星存在性搜索方法快速判断可见卫星数目。该方法只需要知道有多个卫星，而不需要知道各个卫星的频率、相位信息等，也不需要计算高精度的定位结果，从而减少响应时间，提高判断效率。

本申请实施例中，卫星存在性搜索方法具体包括：在卫星搜索过程中，捕捉阶段用于判断各个卫星的频率、相位等。在捕捉阶段，每个卫星需要与卫星码元做一次相关操作，将卫星信号从时域变换到频域。如果卫星能被看到，相关操作的频域就有一个脉冲峰值，如图2所示，为可见卫星的相关操作结果示意图。如果卫星被遮挡了，不能被看到，则相关操作的频域没有一个明显的脉冲峰值，只有一些噪声信息，如图3所示，为不可见卫星的相关操作结果示意图。因此，每个卫星相关操作的频域只有0个或1个脉冲峰值。如果在频域进行子采样，很大程度上仍然会保留这个脉冲峰值。

根据信号处理理论，频域子采样等价于时域混叠。一般地，假设x是长度为n的卫星信号，x是它的频谱。如果y是x的时域混叠信号，且混叠窗口长度为n/α，数学关系上其中t＝0,1,…,n/α-1。那么y的频谱y就是x的子采样，并且采样步长为α。

图4是原始卫星信号的时域、频域图，图8是信号混叠后的时域、频域图。图5中的混叠稀疏为α＝11。对比可以看出，时域进行11倍混叠后，频域相当于做了11倍子采样，但仍然可以看到一个清晰的脉冲峰值，不影响卫星可见性的判断。在计算时间方面，时域混叠能降低信号长度，从而降低了信号相关操作到频域的计算量。假设混叠稀疏为α，则计算量近似降到原来的1/α。

步骤200：建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，根据室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别；

步骤200中，卫星信号与室内外状态的关系非常紧密，例如，室外状态可以检测到较多的卫星，室内状态检测到的卫星较少。如图6所示，是室外城市道路环境的可见卫星情况示意图，其中，图6(a)是室外城市道路环境示意图，图6(b)是手机app可以检测到的可见卫星示意图，图中inview卫星有16个，对应于16个柱状图，由于屏幕大小，手机只显示信号较强的12个卫星柱状图。图7为室内办公环境的可见卫星情况示意图，图7(a)是是室内办公环境，图7(b)是手机app可以检测到的可见卫星示意图，图中inview卫星有1个，对应于1个柱状图。因此，本申请通过引入新的指标——可见卫星数目，以适用于各种环境(包括事先没有训练的陌生环境)的室内外状态判别。

建立室内外状态与可见卫星数目之间关系的具体方式为：持一部智能手机，打卡卫星定位(包括gps、北斗、伽利略、格洛拉斯等卫星)给你，从室内走向室外，然后重新返回到室内，并记录走动过程中检测到的可见卫星数目，如图8所示，为走动过程中检测到的可见卫星数目示意图。可以看出，当用户在室内状态时，检测到的可见卫星只有0-2个；当用户在室外状态时，检测到的可见卫星数目大约有6-10个；而当用户在室内外过渡区域(例如阳台上，建筑口入口5米以内)时，检测到的可见卫星数目大约2-6个，介于室内和室外两者之间。因此，可以直接利用检测到的可见卫星数目来判断室内外状态，即：

1、分别设定用于判断室内外状态的室外判定阈值和室内判定阈值，判定检测到的卫星数目是否大于设定的室外判定阈值(本申请优选设定为6个，具体可根据实际应用进行设定)，如果检测到的卫星数目大于设定的室外判定阈值，则判定当前所处环境是室外状态；

2、判定检测到的卫星数目是否小于设定的室内判定阈值(本申请优选设定为2个，具体可根据实际应用进行设定)，如果检测到的卫星数目小于设定的室内判定阈值，则判定当前所处环境是室内状态；

3、判定检测到的卫星数目是否在室内判定阈值和室外判定阈值之间，如果检测到的卫星数目在室内判定阈值和室外判定阈值之间，则使用动态快平均方法增强卫星信噪比，并进行多次室内外状态的判断；如果仍然无法判断，则利用过去一定时间内的历史室内外状态来判断当前所处的室内室外状态。

上述中，针对一些遮挡较多、卫星信号较弱的环境(例如高楼附近等)，本申请通过使用动态块平均方法增强卫星信噪比，可以提高可见卫星数目的判断精度。具体地，传统卫星方法只是用一段卫星信号x来计算卫星频率、相位等，动态块平均方法则是使用连续m段信号x＝[x1,x2,…,xm]，然后再与卫星cdma(codedivisionmultipleaccess，码分多址)码元c做相关操作，计算频谱图，然后计算频谱均值。因此，动态块平均方法的相关结果为动态块平均的信噪比提高了m倍。在用于室内外状态判断时，如果能直接判断出室内外状态，则默认m＝1。否则逐步增大m直至能判断出室内外状态，或者m>10则认为判断失败，退出动态块平均方法。

请参阅图9，是本申请实施例的室内外状态判别系统的结构示意图。本申请实施例的室内外状态判别系统包括存在性搜索模块和状态判定模块。

存在性搜索模块：用于通过卫星存在性搜索方法快速判断可见卫星数目；本申请实施例中，卫星存在性搜索方法具体包括：在卫星搜索过程中，捕捉阶段用于判断各个卫星的频率、相位等。在捕捉阶段，每个卫星需要与卫星码元做一次相关操作，将卫星信号从时域变换到频域。如果卫星能被看到，相关操作的频域就有一个脉冲峰值，如果卫星被遮挡了，不能被看到，则相关操作的频域没有一个明显的脉冲峰值，只有一些噪声信息。因此，每个卫星相关操作的频域只有0个或1个脉冲峰值。如果在频域进行子采样，很大程度上仍然会保留这个脉冲峰值。

根据信号处理理论，频域子采样等价于时域混叠。一般地，假设x是长度为n的卫星信号，x是它的频谱。如果y是x的时域混叠信号，且混叠窗口长度为n/α，数学关系上其中t＝0,1,…,n/α-1。那么y的频谱y就是x的子采样，并且采样步长为α。

状态判定模块：用于建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，根据室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别；其中，卫星信号与室内外状态的关系非常紧密，例如，室外状态可以检测到较多的卫星，室内状态检测到的卫星较少。因此，本申请通过引入新的指标——可见卫星数目，以适用于各种环境(包括事先没有训练的陌生环境)的室内外状态判别。

建立室内外状态与可见卫星数目之间关系的具体方式为：持一部智能手机，打卡卫星定位(包括gps、北斗、伽利略、格洛拉斯等卫星)给你，从室内走向室外，然后重新返回到室内，并记录走动过程中检测到的可见卫星数目，直接利用检测到的可见卫星数目来判断室内外状态。

具体地，状态判定模块包括：

阈值设定单元：用于分别设定用于判断室内外状态的室外判定阈值和室内判定阈值；

室外状态判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否大于设定的室外判定阈值(本申请优选设定为6个，具体可根据实际应用进行设定)，如果检测到的卫星数目大于设定的室外判定阈值，则判定当前所处环境是室外状态；

室内状态判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否小于设定的室内判定阈值(本申请优选设定为2个，具体可根据实际应用进行设定)，如果检测到的卫星数目小于设定的室内判定阈值，则判定当前所处环境是室内状态；

块平均判定单元：用于判定检测到的卫星数目是否在室内判定阈值和室外判定阈值之间，如果检测到的卫星数目在室内判定阈值和室外判定阈值之间，则使用动态快平均方法增强卫星信噪比，并进行多次室内外状态的判断；如果仍然无法判断，则利用过去一定时间内的历史室内外状态来判断当前所处的室内室外状态。本申请实施例中，针对一些遮挡较多、卫星信号较弱的环境(例如高楼附近等)，本申请通过使用动态块平均方法增强卫星信噪比，可以提高可见卫星数目的判断精度。具体地，传统卫星方法只是用一段卫星信号x来计算卫星频率、相位等，动态块平均方法则是使用连续m段信号x＝[x1,x2,…,xm]，然后再与卫星cdma(codedivisionmultipleaccess，码分多址)码元c做相关操作，计算频谱图，然后计算频谱均值。因此，动态块平均方法的相关结果为动态块平均的信噪比提高了m倍。在用于室内外状态判断时，如果能直接判断出室内外状态，则默认m＝1。否则逐步增大m直至能判断出室内外状态，或者m>10则认为判断失败，退出动态块平均方法。

图10是本申请实施例提供的室内外状态判别方法的硬件设备结构示意图。如图10所示，该设备包括一个或多个处理器以及存储器。以一个处理器为例，该设备还可以包括：输入系统和输出系统。

处理器、存储器、输入系统和输出系统可以通过总线或者其他方式连接，图10中以通过总线连接为例。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的处理方法。

存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理系统。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入系统可接收输入的数字或字符信息，以及产生信号输入。输出系统可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器中，当被所述一个或者多个处理器执行时，执行上述任一方法实施例的以下操作：

步骤a：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤b：建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例提供的方法。

本申请实施例提供了一种非暂态(非易失性)计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行以下操作：

步骤a：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤b：建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行以下操作：

步骤a：通过卫星存在性搜索方法判断可见卫星数目；

步骤b：建立室内外状态与所述可见卫星数目之间的关系，并根据所述室内外状态与可见卫星数目之间的关系进行室内外状态的判别。

本申请实施例的室内外状态判别方法、系统及电子设备通过建立室内外状态与可见卫星数目之间的关系，通过卫星存在性搜索方法快速判断可见卫星数目，实现室内外状态的快速判别，克服了现有方法存在的检测时间长、需要实现对各种环境进行训练的缺点，并利用动态块平均方法降低卫星数目判别误差。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本申请所示的这些实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。