中的任何一个值，其中N可以考虑是重采样率对原低采样 率的比值。这种方式与真正进行重采样以获取新码相位基本等效，除了新码相位的不唯一 性。因此，需要利用每个新码相位重新计算中继器到接收机的距离，继而计算用户位置坐 标。然后再将位置坐标转化为经炜度和海拔高度表达，并将获得的用户海拔高度与建筑物 每层预先精确测量的海拔高度相比，以确定最接近真实值的码相位。这个方法不但可以减 少采样误差，同时也可以减少由其他误差源造成的测量误差。
[0038] 通过比较海拔高度，可以确定最接近真实值的码相位。但该码相位虽然可能最小 化海拔高度误差，但不一定能保证用户位置的经炜度误差最小(经炜度和海拔高度一起才 能确定用户位置）。因此需通过以下方法进一步提高用户位置精度：（1)接收机利用码相位 SCP(利用以较低频率采样后的信号获得，精度较低)计算出其至中继器的距离，并继而计算 得出用户位置(XQUZO)。将该位置(xonzo)转化为经炜度和海拔高度表达（％ΛΛ)， 其中衡，AQ，h()分别是炜度、经度和海拔高度。再将海拔高度ho与各楼层海拔高度比较，可以 确定用户所在楼层，继而确定其真实海拔高度ha。这样，用户位置(xonzo)的海拔高度误差 为:SM = hQ-ha。计算这个高度差对用户位置坐标的影响：
[0040]其中，a = 6378137，b = 6356752.31424518:
让(1^^，2^) = (1〇,7〇,2())-(5^5，，52)。这样，用户的真实位置坐标将接近(1;，7;，2〇。（2)利 用上述软采样方法获取多个新码相位后，再利用每个新码相位重新计算中继器到接收机的 距离，继而可计算得出一个新的用户位置^，71^ )〇。计算丫1{=||^^^)-^，7)1，2)〇|
。同时，接收机要将新位置坐标(XK，y K，ZK)转化为经炜 度和海拔高度表达j )，并计算海拔高度差Sh,K = hK-ha。这样，对于利用多组新码相 位获取的多个用户位置，其中能最小化sh,K和yk并同时保证φκ小于一个给定门限φ κ,0的用 户位置将作为用户的最终位置。φκ,0的大小将影响用户位置误差范围，但φ κ,0不能设得太 小，否则可能会导致用户位置无解。
[0041 ]本发明提出的基于GNSS中继器的室内定位方法，可以提高用户定位精度，同时在 实际应用时布署成本低且安装容易。
【主权项】
1. 一种基于GNSS中继器的室内定位方法，其特征在于，包括w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W上的GNSS中 继器，至少2颗导航卫星对运些中继器可见；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Δι，则要 求I Δ广Δ j I〉tc，i辛j ;tc是导航卫星信号所用扩频码的一个码片时间，且I Δ i I <min{lA·。， 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Cl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，运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Δ巧"，其中下标k表示运个时间是通过第k个 相关峰值对应的码相位计算得到的；Δ巧"表示为，C1) 其中，化.,..Η是信号从中继器r測室内接收机所需的时间；Stc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：(2)： (C)利用公式(2)，针对不同卫星信号，形成4个矩阵Mi，i = l，2,3,4，(3) (d) 考虑中继器ri，矩阵化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，即却￡ !l，2、3,4hC4) 通过比较矩阵Mi、Ms、M3和Μ4第一行中元素，ii，ji，ki，h被确定；A7；"UTf，Δ巧 3)，Δ巧 将分别是卫星SI，S2，S3，S4的信号从卫星发射后到中继器ri再转发到接收机所需要的时间； 类似，通过分别比较矩阵Ml、M2、M3和M4第二行、第Ξ行和第四行中的元素，确定而运些 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? J3和Γ4再转发到接收机所 需要的时间； (e) 利用公式(1)，得出(5) 让 ΔΓ,';,1')" = ΔΓ,,:,1) _ ΔΓ,,',',"，,"二 1，2 3,4 ;A7f已经通过上述方法获得，而 Δ7；,。,： 是卫星S1到中继器的距离，通过中继器和卫星S1的坐标计算得出； (f) 么巧.>! = 1，2或4)可W表示如下：(6) (g) ,e是通过卫星S1的信号测得的，其代表卫星S1信号从中继器rm到接收机所需的时 间，包括传播误差、钟差和处理时间;类似，通过卫星％，S抑S4的信号获得Δ巧、Δ7：::^Δ7：;;.:; 为减少测量误差，信号从中继器rm到接收机所需时间取平均值，也即：同时，化根据公式(6)，获得：(i)让马=- Δ'?^"ι(y 二 1，2,3)，克:=沁，於，Z"),支C = (X,;，义；，Z,;)，其中（Xu，yu，zu)和 (Λ:,;，乂;，Z,;)分别是用户接收机和卫星Si的坐标;公式(8)写成：(9) 其中代表从中继器ri到接收机的距离； (j)根据公式(9)，获得用户位置坐标(xu，yu，zu)的闭式解；因为bi(i = l，2,3)可能为0， 所W闭式解需要针对不同bi(i = l，2,3)等于0的情况进行讨论，一般情况下，如果bi(i = l， 2,3)中某一个为0,或两个为0,或都为0,都通过公式(9)解出（xu，yu，zu);如果bi(i = l，2,3) 都不为0,则(xu，yu，zu)闭式解如下： 让(10) 其中，Xr/，和是中继器η的坐标； 再让其中，^ = -色,2:(其f +'gf +1)，巧=2['/而'一旬2:(巧用:,+皆1 巧。+'化和'C三:培 Zu可能有两个不等值Zul和Zu2，将(Xu，yu，Zul )和(Xu，yu，Zu2 )分别转化为经缔度和海拔高度表 达，则海拔高度较低的那组数据将作为用户位置坐标。2.通过权利要求1所述一种基于GNSS中继器的室内定位方法获取的用户位置进行精度 提高的方法，具体步骤如下： (a) 对于多楼层的建筑物，精确测量每一层多个位置点的海拔高度，并将运些位置点海 拔高度的平均值作为该层的海拔高度； (b) 接收信号一开始被W较低频率采样，与本地CA码进行相关操作后，获取码相位Sep ; 接收机利用该码相位Sep计算出其至中继器的距离，并进一步计算得出用户位置(xo,yo，zo); 将该位置坐标(ΧΟ,ΥΟ,ΖΟ)转化为经缔度和海拔高度表达(妍，'λο?，其中妍，λο,?ιο分别是缔 度、经度和海拔高度;再将海拔高度ho与各楼层海拔高度比较，确定用户所在楼层，继而确 定其真实海拔度ha;用户位置(XO,y〇，ZO)的海拔高度误差为：Sh,〇 = h〇-ha;计算运个高度差对 用户位置坐标的影响： (13) I、… / 其中，a = 6378137，b = 6356752.31424518(c) 让(Xξ，yξ，Zξ) = (xo，yo，zo)-(δχ,δy,δz)，用户的真实位置坐标将接近(xξ,yξ,zξ); W刷用软^样方法获取新的码相位^重新计算中继器到勘尉几的距离;觀样方法是指不对信 号进行的真的采样，也不进行相关操作获取新的码相位，而只是假设信号在内被W较高频率重新采样，新的码相位将会是中的任何一个 值，其中N考虑是重采样率对原低采样率的比值;利用获得的每个新码相位重新计算中继器 到接收机的距离，继而计算出一个新的用户位置(Χκ,Υκ,Ζκ);计算丫 k= II (Χξ，Κ，Ζ〇-(Χκ, yK，ZK川巧；同时，接收机将新位置坐标(XK，yK，ZK)转化 为经缔度和海拔高度表达(終，λκ，hi )，并计算海拔高度差Sh, K = ht-ha ; (e)对于利用多组新码相位获取的多个用户位置，其中能最小化和丫 k并同时保证 Φκ小于一个给定口限Φκ,日的用户位置将作为用户的最终位置；Φκ,日的大小将影响用户位 置误差范围，但Φ κ,Ο不能设得太小，否则可能会导致用户位置无解。
【专利摘要】本发明属于电子、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。
【IPC分类】G01S19/42
【公开号】CN105549052
【申请号】CN201510932905
【发明人】李秀魁
【申请人】大连理工大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月14日