一种基于载波相位差匹配的室内伪卫星定位方法与流程

本发明涉及伪卫星导航领域，特别是伪卫星室内定位领域，采用自适应载波相位差向量匹配的室内定位技术实现室内的高精度导航与定位。

背景技术：

室内复杂环境下的高精度定位问题一直以来都是一个技术难题，受限于多径和室内复杂环境的影响，传统的室内定位方法都存在这样或那样的问题而无法实现高精度定位，如直接采用伪卫星进行数据解算定位，受多径影响，定位精度无法保证；wifi、蓝牙的能量定位方法受室内环境变化影响较大,定位精度无法保证，然而利用不同伪卫星之间的载波相位差指纹库可以实现室内的高精度导航定位，在商场、机场候机厅及火车站等大型室内建筑中有较好的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：基于伪卫星的定位方法解决室内复杂环境下的导航定位问题，提供一种基于载波相位差指纹库的室内定位方法，改善室内复杂环境下的导航定位精度。本发明提出的基于载波相位差指纹库的定位方法能够很好的解决现有方法室内多径环境下定位性能变差的问题，提升室内导航定位精度。

本发明采用的技术方案为：

一种基于载波相位差匹配的室内伪卫星定位方法，包括以下步骤：

(1)选取l个伪卫星，并将室内空间分成m×n的网格，在每个网格内采用高精度的测量型接收机接收伪卫星信号，获取每个伪卫星的载波相位，并求不同伪卫星之间的载波相位差，将载波相位差取余弦值，然后建立m×n×(l(l-1)/2)大小的室内伪卫星载波相位差的指纹库tmn，并将指纹库与室内地图匹配；

(2)任意终端进入室内后，下载指纹库，并接收伪卫星信号，根据接收的伪卫星信号识别出对应的伪卫星号并提取出伪卫星的载波相位；其中，接收的伪卫星数量为k，k≤l；

(3)选取当前伪卫星的最优几何构型，求选取的伪卫星之间的载波相位差，并将载波相位差按卫星号大小顺序进行排列，形成载波相位差向量a，a＝[a1,a2,…,ai],i≤k(k-1)，然后取载波相位差向量的余弦值；

(4)根据选取的伪卫星号，在指纹库中提取m×n个点分别对应伪卫星号的载波相位差余弦数据，逐点与载波相位差向量的余弦值做互相关处理，并做归一化处理，形成m×n个相关值；

(5)搜索m×n个相关值的最大值，最大值对应的坐标即为当前终端位置，再根据室内地图将最大值对应的坐标转换为真实位置在地图上显示；

完成基于载波相位差指纹匹配的室内伪卫星定位。

其中，步骤(4)中互相关处理具体为：将m×n个点分别对应伪卫星号的载波相位差余弦数据逐点与载波相位差向量的余弦值做互相关处理，得互相关系数qmn:

形成m×n个相关值，即：

其中，1≤m≤m,1≤n≤n，a为载波相位差向量的余弦值，tmn为第m行第n列网格的指纹库，norm表示求取矩阵的范数。

本发明相比现有技术的有益效果为：

本发明通过提取不同伪卫星之间的载波相位差，建立载波相位差指纹库，通过当前采集相位差和指纹库的比对来实现室内的高精度导航定位，本方法相对现有室内定位方法定位精度能够大幅提高，并且能够消除室内多径对定位的影响，为室内高精度定位问题的解决提供了新的思路。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。如图1所示为本发明实施例公开的一种基于载波相位差匹配的室内伪卫星定位方法，具体实现包括以下步骤：

步骤1.建立室内伪卫星载波相位差指纹库，设有l个伪卫星，编号为s1,s2,…,sl，则最多会形成l(l-1)/2个载波相位差，将室内空间分成m×n的网格，采用高精度的测量型接收机在每个网格内采集该点的载波相位，并求不同伪卫星之间的载波相位差，将载波相位差取余弦值，然后建立m×n×(l(l-1)/2)大小的室内伪卫星载波相位差指纹库tmn，并将指纹库与室内地图匹配；

步骤2：任意终端进入室内，可通过wifi下载室内指纹匹配数据库，并通过终端内置接收芯片接收伪卫星信号，假设接收的伪卫星数量为k(k≤l)，根据接收的伪卫星信号识别出对应的伪卫星号并提取出伪卫星的载波相位；

载波相位的提取过程可描述为：利用锁相环实现相位的锁定，锁相后接收机本地信号相位与gps载波信号相位相同，此时接收机本地信号相位与初始相位的差即为载波相位观测量。

步骤3：选取当前伪卫星的最优几何构型，求不同伪卫星之间的载波相位差，i表示收到伪卫星的下标，j表示与i不同另一颗伪卫星的下标，并将载波相位差按卫星号大小顺序排列，形成载波相位差向量然后取载波相位差向量的余弦值，即求

步骤4：根据选取的伪卫星号，在指纹库中提取m×n个点分别对应伪卫星号的载波相位差余弦数据，逐点与当前收到的数据做互相关处理，并做归一化处理，即求1≤m≤m,1≤n≤n，a为载波相位差向量的余弦值，tmn为第m行第n列网格的指纹库，norm表示求取矩阵的范数，形成m×n个相关峰值，得到二维矩阵：

步骤5：搜索m×n个相关值的最大值，找出最大值对应的行列坐标m_max，n_max，可通过逐个峰值比对的方式寻找，即：[m_max,n_max]＝max(qm×n)，最大值的行列坐标可根据参考真值点对应的经纬度坐标转化为真实的经纬度坐标，并在室内地图上进行显示。

完成基于载波相位差指纹匹配的室内伪卫星定位。