专利名称：GPS-GPSOne双模切换方法及双模切换终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动终端定位技术，具体涉及一种在移动终端定位时运用的 GPS-GPSOne双4莫切换方法及基于CDMA IX的双才莫切换终端。
背景技术：
全球卫星定位系统(Global Positioning System-GPS )是美国从上世纪70 年代开始研制，历时20年，耗费200亿美元于1994年全面建成。GPS以全天 候、高精度、自动化、高效益等显著特点，贏得全世界广大用户的认同，是目 前世界上应用最成熟、定位服务覆盖范围最广的一种定位技术。
GPSOne是美国高通公司在GPS的基础上为基于位置业务开发的定位技 术，采用Client/Server方式。它将无线辅助AGPS和高级前向链路AFLT三角 定位法两种定位技术有机结合，实现高精度、高可用性和较高速度定位。
GPS是当前在导航系统中应用最广泛的定位技术之一，但GPS也有其自 身的不足。例如，当GPS终端在建筑密集的地方或在高架桥底下等恶劣的地 理位置时，定位信号比较容易丢失，往往难以获取有效的定位信息。由美国高 通公司开发的GPSOne定位模块，提供的定位信号是基于网络与蜂窝的定位技 术。即使在卫星信号不好的情况下，只要存在联通的网络信号，利用蜂窝定位 技术，就可以较容易地获得定位信号。
1985年，日本丰田在皇冠汽车上安装世界上第一台具有导航功能的定位 仪，成为汽车导航设配的鼻祖，在随后的二十多年时间里，汽车定位导航不断 推陈出新，从单纯的导航，到完整的车载信息终端；从GPS导航，到GPS+辅助 定位+移动整合服务。车载定位系统也随着全球汽车产业化的飞速发展而发展。
Navsys是最早从事这方面开发工作的国外公司之一 ，它于1994年把GPS和 蜂窝通信联系起来，设计了TIDGET系统，该系统中的车辆在街区上行驶时可 以把它们的位置发向中心站从而请求援助。Trimble和Motorola公司也加入开发 者的行列，将GPS与通信单元结合起来应用于多种领域，成为先驱者之一。 Trimble在1995年开发的Messenger系统将公司的六通道GPS接收机与公用蜂窝 网连接起来，并在船只管理市场中占据领导地位。Motorola^〉司则将其八通道OnCore接收机和Motorola的 一种无线电收发两用机联系起来，开发了 Motorola 蜂窝定位系统。国外的这类系统还有Ford的RESCU系统、Roekwell的ADT， ATX(SanAntonio， Texas)的OnGard系统等。他们设计的GPS车辆监控系统一般 都和蜂窝通信联系起来，通讯方面具有比较高的实用性。现在，愈来愈多的这 类系统通过测试，走入市场，而且功能走向多元化。如最近在美国华盛顿州安 装测试的一套名为Mayday的GPS报警处理系统，就以其强大和实用的功能获得 了华盛顿交通部门的高度评价。
国内这方面的开发工作开始也很早，从1994年开始。 一些从事GPS研究开 发的公司、科研单位结合国情进行了这类移动信息系统的设计和开发工作，如 清华大学电子工程系、北京航空航天大学202教研室、北京倾城公司、北京大 恒公司、北京维思斯特公司、西安大唐公司、云南无线电厂等都投入了大量的 人力、物力致力于该系统的开发与应用研究。
现有定位技术在实际使用中，任何一种单一的导航系统其精度和使用范围 都有一定的限制，如何将各种传感器的测量信息加以综合利用，既能克服无线 电导航系统定位间或失效的缺点，又能克服惯性导航、航位推算系统定位误差 随时间累积的缺点，最大限度地提取有用信息，保障车辆定位的全程连续性， 是现有技术不能解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的任何一种单一的导航系统其精度和使用范围 都有一定的限制，不能将各种传感器的测量信息加以综合利用、克服无线电导 航系统定位间或失效的缺点、克服惯性导航、航位推算系统定位误差随时间累 积的缺点，最大P艮度地提取有用信息，保障车辆定位的全程连续性等技术问题， 本发明提供了一种GPS-GPSOne双模切换方法。
为了解决现有技术中存在的任何一种单一的导航系统其精度和使用范围 都有一定的限制，不能将各种传感器的测量信息加以综合利用、克服无线电导 航系统定位间或失效的缺点、克服惯性导航、航位推算系统定位误差随时间累 积的缺点，最大P艮度地提取有用信息，保障车辆定位的全程连续性等技术问题， 本发明还提供了一种GPS-GPSOne双模切换终端。
本发明解决现有技术问题所提供的技术方案为提供一种GPS- GPSOne 双模切换方法，所迷GPS-GPSOne双模切换方法包括步骤第一步、通过惯性准则和效率准则进行GPS- GPSOne双模间状态的切换判断；第二步、通过 速度阀值和信号阀值进行GPS或GPSOne定位方式的选择；第三步、对所述 GPS卫星星座与所述GPSOne基站的排序方式进行对比，选择定位模式；第四 步、进行所述GPS模式与所述GPSOne模式之间的切换。
根据本发明的一优选技术方案所述第一步中惯性准则通过函数Z(d， p, s)U B=r判断，所述函数Z表示程序p相对于功能规约s在信息数据集合d上 的功能完成充分度与变量B的并集。
根据本发明的一优选技术方案所述功能规约s指外界的干扰信息和条件， 包括天气情况、移动终端经过建筑群的高低对信号阻挡的情况和道路网的复 杂度；所述信息数据集合d表示当前阶段接收到的卫星或GPSOne基站定位的 数据情况；所述程序p是建立起所述功能规约s和所述信息数据集合d相互关 系的程序序列，所述变量B是一个在
区间的变量。
根据本发明的一优选技术方案所述第一步中效率准则是针对信息数据采 集情况及在响应时间下的相关功能完成情况来判断双模切换的必要性，其表达 式为C (Bo,,) :TxDxS—V;式中参数B(u是针对经济效益和客观利益要素设 置的区间值；D为信息数据集合；S为功能规约；T为时间范围。
根据本发明的一优选技术方案所述第二步中所述速度阀值是通过移动终 端的行驶速度来进行所述GPS或所述GPSOne定位方式的选择。
根据本发明的一优选技术方案所述速度阀值用Vc表示，所述Vc代表 移动终端的运行速度在某一定义域区间的映射判定，Vc的映射形态是由路况 L、标准速度V和路网复杂程度F(d)共同决定的非线性函数Vc=[ V+F(d)]/L。
根据本发明的一优选技术方案所述第二步中所述信号阀值记录的是所述 GPS与所述GPSOne的信号强度的极限，通过计算两种待选方式信号的强弱程 度进行进行所述GPS或所述GPSOne定位方式的选择。
根据本发明的一优选技术方案所述信号阀值代表着移动终端接收定位信 号在某一定义域区间的映射判定，其映射形态由平面方里网高程H (m，d,h)， 以及信号窗口 W(W1,W2)来决定的非线性映射区间S=HxW，其中信号窗口 W中W1,W2分别代表两个模式(GPS， GPSOne)的信号窗口。
根据本发明的一优选技术方案在所述GPS- GPSOne双模切换方法中还 包括双模切换緩冲区的设置，所述双模切换緩沖区是针对切换瞬间左右的时间域建立緩冲区，保证所述GPS和所述GPSOne两种定位方式切换的顺利连接。 本发明还提供了一种GPS-GPSOne双模切换终端，所述GPS-GPSOne双 模切换终端包括主控单元、GPS接收单元、GPSOne #>收单元和CDMA IX通 讯单元，所述GPS接收单元、所述GPSOne接收单元和所述CDMA IX通讯 单元分别与所述主控单元连接。
本发明中所公开的技术方案，能有效的保障GPS定位模式和所述GPSOne 定位模式的灵活、快捷切换，既能克服无线电导航系统定位间或失效的缺点， 又能克服惯性导航、航位推算系统定位误差随时间累积的缺点，最大限度地提 取有用信息，保障车辆定位的全程连续性，稳定性。
图1.本发明GPS-GPSOne双模切换方法及双模切换终端中GPS-GPSOne 双模切换方法流程图2. GPS- GPSOne双模切换示意图3.速度阀值取值示意图4.信号阻隔与折射示意图5. GPS星座图及计算方式示意图6.理想的基站排列示意图7. GPSOne定位原理示意图8.本发明GPS- GPSOne双模切换方法及终端中GPS- GPSOne双模切 换终端模块结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明进行说明 在本发明的具体实施方式
中所述移动终端为车辆。
请参阅图1本发明GPS- GPSOne双模切换方法及终端中GPS- GPSOne双 模切换方法流程图；如图l所示，所述GPS-GPSOne双模切换方法包括步骤 第一步、通过惯性准则和效率准则进行GPS-GPSOne双模间状态的切换判断； 第二步、通过速度阀值和信号阀值进行GPS或GPSOne定位方式的选择；第 三步、对所述GPS卫星星座与所述GPSOne基站的排序方式进行对比，选择 定位模式；第四步、进行所述GPS模式与所述GPSOne模式之间的切换。
在本发明的技术方案中，所述第一步中惯性准则通过函数Z(d, p, s)UB=r判断，所述函数Z表示程序p相对于功能规约s在信息数据集合d上的功能完 成充分度与变量B的并集。其中，所述功能规约s指外界的干扰信息和条件， 包括天气情况、移动终端经过建筑群的高低对信号阻挡的情况和道路网的复 杂度；所述信息数据集合d表示当前阶段接收到的卫星或GPSOne基站定位的 数据情况；所述程序p是建立起所述功能规约s和所述信息数据集合d相互关 系的程序序列，所述变量B是一个在
区间的变量。所述第一步中效率 准则是针对信息数据采集情况及在响应时间下的相关功能完成情况来判断双 模切换的必要性，其表达式为C (B(u) :TxDxS—V;式中参数是针对经 济效益和客观利益要素设置的区间值；D为信息数据集合；S为功能规约；T 为时间范围。
在本发明的技术方案中，所述第二步中所述速度阀值是通过移动终端的行 驶速度来进行所述GPS或所述GPSOne定位方式的选择。所述速度阀值用Vc 表示，所述Vc代表移动终端的运行速度在某一定义域区间的映射判定，Vc的 映射形态是由路况L、标准速度V和路网复杂程度F(d)共同决定的非线性函数 Vc=[ V+F (d) ]/L。所述第二步中所述信号阀值记录的是所述GPS与所述 GPSOne的信号强度的极限，通过计算两种待选方式信号的强弱程度进行进行 所述GPS或所述GPSOne定位方式的选择。所述信号阀值代表着移动终端接 收定位信号在某一定义域区间的映射判定，其映射形态由平面方里网高程H (m,d,h)，以及信号窗口 W (W1,W2)来决定的非线性映射区间S-HxW，其 中信号窗口 w中W1，W2分别代表两个模式(GPS, GPSOne)的信号窗口。
以下对本发明技术方案进行展开说明
请参阅图2 GPS- GPSOne双模切换示意图，GPS是当前在导航系统中应 用最广泛的定位技术之一，但GPS也有其自身的不足。例如，当GPS终端在 建筑密集的地方或在高架桥底下等恶劣的地理位置时，定位信号比较容易丢 失，往往难以获取有效的定位信息。由美国高通公司开发的GPSOne定位模块， 提供的定位信号是基于网络与蜂窝的定位技术。即使在卫星信号不好的情况 下，只要存在联通的网络信号，利用蜂窝定位技术，就可以较容易地获得定位 信号。此信号可作为GPS信号丟失情况下的一种补偿信号。
本发明技术方案中所述惯性准则是指在非必要情况下，保持原有模式惯性 运行，不进行任何切换，以保证原有模式运行效率，避免切换过程带来的影响。度量函数形式的惯性准则模式转换的充分性Z是一个从收集信息数据集 合、被测程序及其功能规约和变量B到实数区间[O, l]的函数。Z(d， p， s)UB-r 表示程序p相对于功能规约s在信息数据集合d上的功能完成充分度与变量B 的并集为r。 r越大充分度越高。其中B为二进制变量，只有1,0两个值，可以 直接决定r的结果。
所述惯性准则中提出了尽量减少切换，在非必要的情况下，尽量遵循原有 模式，并给出了限制了双模切换的必要条件，即通过信息数据集，功能规约， 以及程序三方面来决定切换条件，利用其充分度决定双模切换行为的产生。其 中变量B是外界指定的强加条件，可以直接影响到双;f莫切换的充分度。如在车 辆报警、紧急定位等情况下，通过变量B，强制进行模式转换，提供定位。在 正常情况下，在车载定位硬件设计及软件运行过程中，双模的切换会带来时间、 算法等多方面的问题，所以为了保证准确性和系统运行效率，尽量减少切换是 基本准则。充分度r的临界值也可按所处行业的相关规范适当调整，并非越高 越好。
在所述惯性准则基础上，我们把切换准则定义为一个谓词，用以确定双才莫 数据必须具备什么性质才可以完成一个彻底的转换，即意p木着成功的转换所遵 守的必要原则。为此本发明技术方案中给出了双模切换的判断准则。
所述判断准则，是针对信息数据采集情况及在响应时间下的相关功能完成 情况来判断双模切换的必要性。
谓词形式的效率准则准则C是一个定义在TxDxS上的谓词，即 C:TxDxS— {true，false}。 C(t,d,s)=true表示获取定位信息数据集d，针对功能 规约s,在时间允许范围t内，来完成程序是充分的。C(t,d，s)=false则表示不充 分，需进行双模切换。
通过所述判断准则的描述，在理论上可以在满足该准则的情况下，完成双 模切换，但在实际的工程运行中，还要考虑到经济因素和紧急切换的情况，为 此，我们加入两个变量，对所述判断准则进^f亍了补充。
准则C是一个定义在TxDxS上的谓词在经济区间V[O, l]上的投影，即 C (Bo,。 TxDxS—V，当且仅当制动阀值B为真时，C— {true，false}。加入了 外部决定变量B,对外部接口的强制改变予以支持，同时将C的取值范围改成 在经济区间V上的招:影来决定其真假，进一步提高了所述判断准则的工程实用性。
当然，在具体的双模切换过程中，还涉及到多种情况的具体分析，在围绕 所述惯性准则和所述判断准则的基础上，本发明的技术方案中又进行了几个变
量的定义，详细确定几个常见情况下，双;f莫切换的标准。
一、 设置速度阀值区分两种模式。
GPS接收装置在车载定位以及其它民用装置上的刷新频率是lHz, 4Hz，evenlOHz.在接受GPS信号进行定位时，如果车辆运行很慢，那么在电子 地图上显示的则是车辆静止。GPSOne是通过无线通讯网络对终端的反馈来获 取定位信息的，所以定位终端的位置是实时更新的，可以避免在地图上产生跳 跃或静止的点。因此第一个变量一速度(V)，需要记录在数据库中，不同的车 辆，不同的道路拥有相应的速度阀值。当速度接近阀值时，两种模式即可以开 始切换。变量V的详细定义为速度阀值(Vc), Vc代表着移动终端的运行 速度在某一定义域区间的映射判定。Vc的映射形态是由路况(L)，标准速度 (V),路网复杂程度F(d)共同决定的非线性函数Vc^V+F (d) ]/L。
请参阅图3速度阀值取值示意图，如图3所示，所述速度阀值并不是移动 终端的行驶速度这么简单。它是一个映射区间。在速度的坐标轴上，V处于双 模速度要求的中间带，路况L理论取值范围在[O， l]之间，但是在市区内运行 时，取值范围一般无限接近于1。对速度阀值的影响不大， 一般说来，在市区 内运行的车辆，无论是单行，双向，主道，辅道，对速度阀值的整体改变不大， 为了防止地图元素的跳跃，当车速过慢的时候，在速度阀值上的要求，就势必 会由GPS的定位模式切换到GPSOne。
标准速度V是在无干扰情况下市区内固定时间t下行驶路段长度s，所取得 的匀速速率。速度阀值的取得是在此理想速率下受路网复杂程度影响适当摆动 的值域。
F (d)是一个关于道路拓朴关系d的函数，详细的记录了路网的复杂程 度，当路网过于密集时，需要精度较大的定位方式，以确保定位的准确性。使 车辆不变道，不偏离，与此相比，元素在地图上的停滞和跳跃可在一定程度上 接受。
二、 设置信号阀值区分两种模式
现有技术中常用的GPS波频是1575.42 MHz,这个波段的光镨信号在地表能量很低，远远低于地表的噪声信号。同时受地表建筑影响会产生信号阻隔和
折射，如图4信号阻隔与折射示意图所示。因此，GPS信号必须不经过任何地 表障碍物的阻隔(如建筑物、树)，直线型到达接受装置。
GPSOne信号则可以穿过市区内障碍物，顺利到达接收端。信号阀值记录 的就是GPS与GPSOne的信号强度的极限，并且计算两种待选方式信号的强 弱程度进行选择。由于此方面没有前人提出相关理论，为此本发明技术方案中 借鉴遥感学方面的几个概念进行定义。
在遥感学领域，有一个大气窗口的概念，即太阳光从宇宙空间到达地球表 面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸 收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳 光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过 率较高的光语段称为大气窗口。在大气窗口概念的^出上，本发明技术方案中 引出了信号窗口的定义。
所述信号窗口 ，信号从发射端到达地球表面移动终端须穿过地球的大气层。 信号在穿过大气层时，会受到大气层以及建筑、地表覆盖物对信号的吸收和散 射影响，因而使透过信号能量受到衰减。我们把信号透过各种传输路径时透过 率较高的信号频段称为信号窗口 。
可以看到信号窗口是要受到地表大气层及地表菱盖物影响的，为此，我们 引入了一个平面方里网高程的概念。在此之前，我们先了解数字高程模型的是 什么，数字高程模型(Digital Elevation Model)，筒称DEM。它是用 一组有序数值 阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model,简称DTM)的一个分支。 一般认为,DTM是描述包括高程在内的各种地 貌因子，如;M、坡向、》A^变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分 布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如H、坡向及iH变 化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。在DEM基础上，我们提出了城市 平面方里网高程，考虑到城市地势的起伏小，建筑多的特点，将坡度，倾向等 要素改成了建筑标高，间距，材质等类型。
平面方里网高程，以每平方公里为单位，用一组有序数值阵列形式表示地 表地物高程的一种实体地面模型镜像，以组分像元内各地物的材质(m)，单 位像元的水平高程(h),及不同像元间的间距(d)三要素共同决定。在平面方里网高程有信号窗口的概念基础上，我们定义了信号阀值的概念。
所述信号阀值(s)，信号阀值代表着移动终端接收定位信号在某一定义域区间 的映射判定。其映射形态由平面方里网高程H (m,d,h)，以及信号窗口 W (Wl5W2)来决定的非线性映射区间S= HxW，其中信号窗口 W中W,，W2分 别代表两个模式(GPS, GPSOne)的信号窗口。 三、GPSOne基站与GPS星座排列
由于各城市所处经绵度的不同，在不同时间GPS卫星经过情况以及各地基 站布置情况的不同，因此定位模式的切换也要考虑到GPS星座和GPSOne基 站的排列。如图5GPS星座图及计算方式示意图所示，图5为GPS卫星星座图， 对于静止物体，三颗星即可以很好的进行定位，但交通工具是流动的，就要加 入一个时间变量，这样，只有当区域内可见卫星数量达到四颗时，才可以对车 辆进行精确的定位。
<formula>formula see original document page 12</formula>
因此，利用GPS定位，可见的卫星数量是精度的保证，也是其定位的前提 条件。由于城市中满足条件的情况不多，为了克服卫星数量的限制。2003年， Qu Shengbo通过轮子旋转距离修正信息，在少于四颗星的情况下进行辅助定 位，(Qu Shengbo et al.,2003); M. A. Quddus通过地图匹配算法进行了半自动的 推算定位(M. A. Quddus et al，2003),以及类似的地图辅助定位(U. Forssell et al，2002 )还有在此基础上提出的融合GPS和航位推测法数据的定位(A. Lahrech， et al.，2005), GPS緩沖算法(Jae-Hoon Rhee et al.,2006);以及一些数据融 合方法(J. Vermaak, et al,2005;T. Sch6n et al,2OO5;Fran9;ois Caron et al,2007),通 过添加一些约束^^件，完成了城市中卫星真空带的少量卫星定位。借荐以上一 些方法，我们设计了函数Fgps(H)，以卫星数量Ns为主要变量，在判断GPS星 座可见卫星数量的基础上，利用辅助条件来决定是否可以利用GPS定位。
同理，利用GPSOne基站进行定位，也存在误差，这主要取决于基站的位 置和其传输路径间的材质。请参阅图6理想的基站排列示意图。图6是理想化 的基站位置排列，在城市建设中，基站排列方式不可能如此规则，我们将实际的基站位置做为基准点，按彼此间存在各种干扰源的强弱进行加权，绘制区域 内信号等强线。
所述信号等强线，指的是信号传播图上信号强度相等的各点所连成的曲线。 换句通俗点的话说就是把区域内信号强度相同的点连成的近似闭合的曲线。垂 直投影到一个标准面上，并按比例缩小画在图纸上，就得到信号等强线。 一般 来说，在空旷区域，信号等强线是团绕着基站为中心的一个同心圆周线，但是 受城市建筑等阻碍，同时存在一些信号的真空带，这样就造成了信号等强线的 不闭合。
由图7GPSOne定位原理示意图可知，通过基站定位的方式是通过移动终 端到达各基站的距离来确定其所在位置的。如果我们4姿着信号等强线规划某一 特定区域时，在临界等强曲线的导数不为零时，F，GPSOne (H) , (N,为基站数 量)可以达到基站定位的准确性。
Fgps(Ns)xFGPsone(N^/C(h，12)，在信号阀值中，我们通过经纬度C ( 1!,12 )
做为一个主要参数，是为了对所处不同区域进行规划，在此基础上比较GPS 卫星星座情况与GPSOne基站的排列方式，从而进行定位模式的选择。 四、临界切换与緩冲区域
两种模式的切换，势必导致一种信号的中断，或者说是双模切换的过程造 成定位的真空带，以GPS和GPSOne两种定位方式的冷启动为例，GPSOne的 冷启动一般在6秒之内，普通的GPS接收装置需要几分钟甚至更长的时间。 这样，从GPS首次接换到GPSOne，需要6秒钟的时间进行模式转换，反过来， 从GPSOne首次接换到GPS需要几分钟的时间。这对于行驶中的车辆来说， 可能会造成几公里，甚至十几公里的真空定位状态，其误差程度不言而喻。
为了避免双模切换冷启动的时延，比较好的办法就是GPS与GPSOne定位 同时启动，时刻待命，这样可以解决切换过程中的时延问题，但是随之而来的 费用则是难以接收的，事半功倍，双倍的经济支出仅为了偶尔几次切换，难以 在工业角度推广使用。
算法切换在一定程度上带来定位的间断，出于经济因素又不可能同时启动 待命，为此，我们提出建立双模切换的算法连结緩冲区B (I,v，H)。在此之前， 需先确定一下惯性坐标网的积克念。
所述惯性坐标系惯性坐标系是指满足牛顿第一定律的坐标系，物体只有在不受外力或合外力为0的情况下才永远保持匀速直线运动或者静止状态。
在车辆行驶过程中，如果短时间内不受外力影响，行驶路况基本相同的情 况下，可以短时认为车辆所做的是匀速直线运动，那么可以认为车辆是在惯性 坐标系下移动的。
惯性坐标网是指当物体在惯性坐标系(i)下移动时，参考当前地图的拓朴
结构F (d)，可以计算出在未来一段时间内，物体的运行轨迹和运行速度。将 惯系坐标系下，配合规划的地图拓朴轨迹的多维物理情景称为惯性坐标网。
緩冲区B (I,v,H)由当前的惯性坐标网I (i， F (d)),车辆行驶速度(v), 和平面方里网高程H(m，d,h)构成。在车辆行驶过中，通过平面方里网高程函 数判定可能出现的信号盲区，按车辆当前行驶速度估计经过盲区的时间，如在 允许范围内则不进行切换，否则，在到达盲区前，冷启动其它定位方式，并由 当前车辆行驶的惯性坐标网及当前车辆行驶速度，模拟未来时间内车辆进行方 式，进行定位显示。当然这里所做的只是在理想情况下，车辆匀速沿某一轨迹 运行的模拟，可以精确的显示定位信息。但实际过程中，如出现中途加速，转 弯等情况，则会出现偏差。但车辆在市区内行驶过程中，短时间内的加速和急 停发生情况较少，同时，冷启动后的其它定位方式的弥补，完全可以达到应用 的需要。
五、后期的处理
在车辆双模切换的实时定位过程中，接收到的定位信号是实时显示在软件 上的，即使经过以上一些操作可以在一定程度上减少误差，但其间难以避免出 现车辆偏移或者是切换过程中的闪烁，为了在其后的历史轨迹回放或其它操作 中使车辆运行流畅，在接收信号入库的过程中，我们要做一定的后期处理，配 合地图拓朴信息，将定位点移动到道路中心线位置，将距离偏移过大的点剔除， 并通过前后的定位点模拟剔除点信息，将运行轨迹平滑后入库。确保在后期使 用过程中不会出现问题。
综合以上的变量信息，可以顺利的完成双模切换状态的判断，为下一步的 切换算法工作打下了坚实的基础。
多模型方法的提出
许多工业控制过程在不同生产条件下的模型结构或参数往往不同，可视为 多模型系统.近年来，对非线性系统也往往用多个线性模型来逼近，多模型方法被视为处理非线性系统常用的方法.受工业控制上才莫型的启发，在本发明的
实施方案中把GPS与GPSOne抽象成两个非线性模型。
由于预测控制是基于一段时间内对系统输出预测的结果作出的滚动优化策 略，在预测方程步限矩阵中是预测步限内Diophantine方程的系数。当模型切 换时，预测模型也发生了变化，步限矩阵是与切换前后两个模型有关的。因而， 应用预测控制设计局部系统的控制器时，只是根据局部模型得到的。当切换模 型时，相当于控制器也在跳变，这样造成系统输出量的切换扰动。为此，针对 切换前后的两个局部模型，重新构造系统的步限矩阵，就可以克服了由于模型 切换造成的扰动。
广义预测控制的基本算法 用CRIMA模型描述一个具有非平稳噪声系统
<formula>formula see original document page 15</formula>
{y ( t) , u ( t) }分别为系统的输出和输入序列；》为零均值的白噪声序 歹'J;q-1为后移算子;A(q")、 B(q")和C(q力均为关于q"的多项式. 对式(l)作数学处理，用A乘等式两边，得
<formula>formula see original document page 15</formula>
式中
<formula>formula see original document page 15</formula>
为了使控制过程过渡平稳，采用柔化参考轨迹
<formula>formula see original document page 15</formula>
式中yr(t)为输出设定值；託[O，l)称为柔化因子.采用下列目标函数
<formula>formula see original document page 16</formula>
式中:N为最大预测长度， 一般应大于M ;M为控制长度；A:为大于零的 加权.广义预测控制问题归结为求出u (t), u (t-1),…，u (t- M -1),使目标函 数式(4)达到最小值的优化问题。
为了得到向前k步最优输出预测，解如下Diophantine方程
五遇=+ *f (5)<formula>formula see original document page 16</formula>
<formula>formula see original document page 16</formula>
注意到j〈k时，有gk,j-gj.当预测长度k取1 N时，其多步输出预测值 分别利用D iophan t ine方程求得
<formula>formula see original document page 16</formula>
式中
W - 1)]T
Am《f - 1) = [Am (f - h效悉)，A 《f - 打》& + 1) f ■ ■ ， A"" l》f
y(O =Ha).，...，》，《f)f
16<formula>formula see original document page 17</formula>
由式(6)可知，等式右边第一项为待求的未知项，第二项和第三项为系统
的已知部分，并令
f F.,O) + HA"卜1.) (7)
将式(6)代入式(4)，极小化目标函数，可得GPC的控制律为
A (》=《GTG+ AT ^TdT- /1 (8) 式中A= diag(励;f为系统的柔化设定值序列
GPS+GPSOne双模GPC算法的平滑切换
假设系统在t0时刻模型切换，t^tO时，系统模型为M 1; t> t0时，系统模 型为M2.从上述GPC算法的构成分析，在构成系统步限矩阵G、 H和F时， 与系统的预测步长有关，而在N步预测过程中，才莫型发生了变化，自然在构成 G、 H和F矩阵时，要考虑根据不同模型进行Diophantine方程的求解.分三 种情况考虑
(l)t+k<t0+l.这时输出的预测为
<formula>formula see original document page 17</formula>其中，G1、 HI和F1中的元素是按M1模型解Diophantine方程求得的, 这时仍按式(8)的GPC计算控制量.
(2) t+k=t0+ 1.这时要对输出进行预测，下一步的预测正是模型切换的时 刻，此时式(6)的计算不满足Diophantine方程的求解，为了避免引起控制量 的波动，控制量可取上一次的值不变，即在G、 H和F矩阵中的最后一行取常 数g'0、 h'0、 f'O.
(3) t0+Kt+k^t+N.这时模型虽然已切换到M2，但在G、 H和F中是 由N行元素组成的，在这段时间内，G、 H和F由两部分组成，可分别写成
<formula>formula see original document page 18</formula>其中Gl 、 HI和F 1按M ID iophan t ine方程求解；G2、 H 2和F 2按 M 2 D iophan t ine方程求解，这时的预测方程为
= G'A"(d + H 1》+F>(d
而控制律为<formula>formula see original document page 18</formula>
随着控制步限的递推，G'、 H'和F'中的元素是递变的，直到t+k〉tO + N 以后，有G'= G2， H '=H 2, F '= F 2。
在本发明GPS-GPS0ne双模切换方法中，在进行GPS-GPS0ne双模切换的 时候，还有一些信息是外界传来的比如说天气情况、移动终端经过建筑群的高 低对信号阻挡的情况和道路网的复杂度等。
本发明还提供了 GPS- GPSOne双模切换终端才莫块结构示意图，如图8所 示，所述GPS-GPSOne双模切换终端包括主控单元103、 GPS接收单元lOl、 GPSOne接收单元102、 CDMAIX通讯单元107、供电单元104、显示单元106 和语音通话单元105,所述GPS接收单元101与所述主控单元103连接，所述 GPSOne接收单元1Q2与所述主控单元103连接，所述CDMA IX通讯单元107 与所述主控单元103连接，所述供电单元104、所述显示单元106和所述语音通话单元105与所述主控单元103连接。
其中，所述GPS接收单元101用于接收GPS信号；所述GPSOne接收单 元102用于接收GPSOne信号，所述主控单元103可对GPS信号和GPSOne
信号进行预处理和传输，行驶记录数据采集和存储，实现无线遥控、信号的切 换和数据的传输。
所述显示单元106，用于文字信息显示、行驶状态显示和与监控中心的信 息交互。所述语音通话单元105,在本发明的技术方案中采用免提通话装置， 可以与监控中心语音通话。所述供电单元104负责为所述主控单元103供电。
本发明中所公开的技术方案，能有效的保障GPS定位模式和所述GPSOne 定位模式的灵活、快捷切换，既能克服无线电导航系统定位间或失效的缺点， 又能克服惯性导航、航位推算系统定位误差随时间累积的缺点，最大限度地提 取有用信息，保障车辆定位的全程连续性，稳定性。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不 能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替 换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述GPS-GPSOne双模切换方法包括步骤A通过惯性准则和效率准则进行GPS-GPSOne双模间状态的切换判断；B通过速度阀值和信号阀值进行GPS或GPSOne定位方式的选择；C对所述GPS卫星星座与所述GPSOne基站的排序方式进行对比，选择定位模式；D进行所述GPS模式与所述GPSOne模式之间的切换。
2. 根据权利要求1所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 步骤A中惯性准则通过函数Z(d, p, s)UB^判断，所述函数Z表示程序p相 对于功能规约s在信息数据集合d上的功能完成充分度与变量B的并集。
3. 根据权利要求2所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 功能规约s指外界的干扰信息和条件，包括天气情况、移动终端经过建筑群 的高低对信号阻挡的情况和道路网的复杂度；所述信息数据集合d表示当前阶 段接收到的卫星或GPSOne基站定位的数据情况；所述程序p是建立起所述功 能规约s和所述信息数据集合d相互关系的程序序列，所述变量B是一个在
区间的变量。
4. 根据权利要求1所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 步骤A中效率准则是针对信息数据采集情况及在响应时间下的相关功能完成 情况来判断双模切换的必要性，其表达式为C (Bo" :TxDxS—V;式中参数 B(u是针对经济效益和客观利益要素设置的区间值；D为信息数据集合；S为 功能规约；T为时间范围。
5. 根据权利要求1所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 步骤B中所述速度阀值是通过移动终端的行驶速度来进行所述GPS或所述 GPSOne定位方式的选择。
6. 根据权利要求5所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 速度阀值用Vc表示，所迷Vc代表移动终端的运行速度在某一定义域区间的 映射判定，Vc的映射形态是由路况L、标准速度V和路网复杂程度F(d)共同 决定的非线性函数Vc-[V+F (d) ]/L。
7. 根据权利要求1所述GPS-GPSOne双4莫切换方法，其特征在于所述步骤B中所述信号阀值记录的是所述GPS与所述GPSOne的信号强度的极限， 通过计算两种待选方式信号的强弱程度进行所述GPS或所迷GPSOne定位方 式的选择。
8.根据权利要求7所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于所述 信号阀值代表着移动终端接收定位信号在某一定义域区间的映射判定，其映射 形态由平面方里网高程H (m,d，h),以及信号窗口 W ( W1,W2)来决定的非线 性映射区间S=HxW，其中信号窗口 W中W1，W2分别代表两个模式(GPS, GPSOne)的信号窗口。
9.根据权利要求1所述GPS-GPSOne双模切换方法，其特征在于在所 述GPS-GPSOne双模切换方法中还包括双模切换緩冲区的设置，所述双模切 换緩冲区是针对切换瞬间左右的时间域建立緩冲区，保证所述GPS和所述 GPSOne两种定位方式切换的顺利连接。
10. —种GPS-GPSOne双模切换终端，其特征在于所述GPS-GPSOne双 模切换终端包括主控单元(103)、 GPS接收单元(IOI)、 GPSOne接收单元(102) 和CDMA 1X通讯单元(107)，所述GPS接收单元(101)、所述GPSOne接收单
全文摘要
本发明涉及一种在移动终端定位时运用的GPS-GPSOne双模切换方法及终端。GPS-GPSOne双模切换方法包括步骤第一步、通过惯性准则和效率准则进行GPS-GPSOne双模间状态的切换判断；第二步、通过速度阀值和信号阀值进行GPS或GPSOne定位方式的选择；第三步、对所述GPS卫星星座与所述GPSOne基站的排序方式进行对比，选择定位模式；第四步、进行所述GPS模式与所述GPSOne模式之间的切换。GPS-GPSOne双模切换终端，包括主控单元、GPS接收单元和GPSOne接收单元。本发明能有效的保障GPS定位模式和所述GPSOne定位模式的灵活、快捷切换，保障车辆定位的全程连续性，稳定性。
文档编号H04W88/06GK101408612SQ20081021745
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者张基宏, 梁永生, 湛邵斌, 项帅求 申请人:深圳信息职业技术学院