一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统

1.本实用新型涉及室内定位技术领域，具体涉及一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统。


背景技术：

2.对于卫星定位系统而言，接收机只要在任意位置能够捕获到4颗以上的gps卫星信号，就能完成定位。但是，由于卫星信号的特性导致其信号很难完全穿透阻挡物，因此在一些封闭环境下，如地下停车场、隧道以及商场等室内场景中，gps接收天线被阻隔，往往只能捕获到微弱的信号，甚至跟踪不到4颗以上的卫星，这对定位的稳定性和精度都造成了巨大的影响。为此，室内定位技术是当前研究开发的热点，而目前在研发或投入使用的室内定位系统，大多是独立于卫星导航系统进行，如采用超宽带技术、rfid、蓝牙技术以及wifi定位等。但由于采用的技术与gps系统存在很大的差异性，因此室内定位往往会独立于卫星定位存在，这样带来的问题就是，当用户在活动中发生了室内外场景的转换时，不能够马上切换定位方式来应对新的场景，这在需要进行连续定位的应用中，会带来很多的问题。比如需要在多隧道地段对目标车辆进行实时监控，对车辆进入地下停车场的实时定位等，如果仅靠gps定位系统很难保证对室内环境下的定位稳定性和准确性；而在室内环境下采用其他系统单独定位，又很难保证定位的连续性和便捷性。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的是现有室内定位系统无法实现室内外的无缝定位的问题，提供一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统。
4.为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统，由伪卫星接收端即待定位用户、参考发射端、至少三个伪卫星模拟收发端、以及主控端组成；其中每个伪卫星模拟收发端均由卫星信号接收机和卫星信号模拟器组成；伪卫星模拟收发端和参考发射端分别设置在室内的不同位置上，且伪卫星模拟收发端和参考发射端的三维位置坐标已知；伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输入端与天上卫星连接，伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输出端与主控端的输入端连接，主控端的输出端连接伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输入端，伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输出端连接伪卫星接收端的输入端；参考发射端的输出端也连接伪卫星接收端的输入端；伪卫星接收端的输出端连接主控端的输入端。
6.上述系统中，伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机安置在室外，卫星信号模拟器安置在室内。
7.与现有技术相比，本实用新型改进了伪卫星系统的结构，通过将伪卫星发射端改为一个收发系统，可以在室内定位的同时接收外部卫星信号，使得室内定位和室外定位相结合，系统还新增了一个参考发射端，通过求得与室内目标的距离和夹角，从而辅助测算出
室外位置。本实用新型可以实现灵活的室内外定位切换，由于伪卫星电文和天上卫星高度相似，不影响接收机的正常捕获，无论定位目标在室内还是室外都能正常接收信号，因此不需要额外设计专用接收机且不用切换室内外模式，系统技术实现简单，且算法实现容易，可控性强。
附图说明
8.图1为一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统的位置示意图。
9.图2为一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统的原理框图。
10.图3为无缝定位原理图。
具体实施方式
11.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。
12.一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统，如图1和2所示，由一个伪卫星接收端(即待定位用户)、至少三个伪卫星模拟收发端、一个参考发射端以及一个主控端组成。为了定位需要，需要布置至少三个位置不同的伪卫星模拟收发端。当采用基于到达时间(toa)、接收信号强度(rss)和到达角度(aoa)的定位方法时，可以采用三个伪卫星模拟收发端，当采用基于到达时差(tdoa)的定位方法时，需要采用四个伪卫星模拟收发端。在本实施例中，系统配有四个伪卫星模拟收发端。每个伪卫星模拟收发端包括一个卫星信号接收机连接一个卫星信号模拟器，其中卫星信号接收机安置在室外，负责卫星信号接收，卫星信号模拟器安置在室内，负责信号的发射。伪卫星模拟收发端和参考发射端安置在不同位置上，且该位置的三维坐标已知。伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输入端与天上卫星连接，伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输出端与主控端的输入端连接，主控端的输出端连接伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输入端，伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输出端连接伪卫星接收端的输入端；参考发射端的输出端也连接伪卫星接收端的输入端；伪卫星接收端的输出端连接主控端的输入端。
13.上述系统的工作过程如下：
14.每个伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机分别接收天上卫星的卫星信号，并对该卫星信号进行捕获跟踪，并将捕获跟踪获得的载噪比传送回主控端。
15.主控端基于每个伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机所传送的载噪比，为每个伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器分配卫星号。
16.每组伪卫星模拟收发端收到各自卫星号后，仅解调该卫星信号，复制数据码结构，并计算得到伪卫星模拟收发端的伪距以及水平夹角(即仰角)；在复制的原星历基础上将获得的伪距和水平夹角值添加进去，并生成对应卫星号的伪码，经过bpsk调制后获得伪卫星信号并发射。
17.在已知位置安置一个参考发射端，主要生成模拟卫星信号，但不与其他模块进行数据交互，主要作用是用于室内水平夹角的测量。在信号调制中，需选用备用卫星号，以防止与实际捕获卫星信号相冲突。
18.伪卫星接收端同时接收四个伪卫星模拟收发端以及参考发射端的伪卫星信号，通
过捕获跟踪解调出各个发射位置(伪卫星模拟收发端或参考发射端)的观测数据，再将观测数据发送至主控端。
19.主控端利用伪卫星接收端所发送来的观测数据，通过余弦定理计算伪卫星接收端的真实位置，如图3所示。依附于本实用新型所设计的伪卫星系统结构，首先通过伪卫星模拟收发端解调卫星的星历电文获得原始伪距与水平夹角，伪卫星模拟收发端和参考发射端位置坐标固定且已知，可以计算得到各端点(伪卫星接收端和参考发射端)距离伪卫星接收端的伪距测量值，通过参考发射端的伪距辅助计算夹角，由余弦定理就可以计算出室内位置的真实距离。
20.本实用新型通过在室内布置类卫星信号的发射源，组成伪卫星组网，在伪卫星系统卫星信号模拟器的基础上新增一个卫星信号接收机来实时接收卫星信号，并在室内已知点位布置一个参考发射端用来计算目标点高度，几组接收数据结合来计算室内真实位置，在室内外场景切换时可以迅速的做出反应，而不影响实时定位解算，既可以保证室内定位的精确度，也可以保证定位的连续性。系统中如捕获跟踪、伪卫星信号调制等属于成熟技术，故不做过多阐述。
21.需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。


技术特征：
1.一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统，其特征是，由伪卫星接收端即待定位用户、参考发射端、至少三个伪卫星模拟收发端、以及主控端组成；其中每个伪卫星模拟收发端均由卫星信号接收机和卫星信号模拟器组成；伪卫星模拟收发端和参考发射端分别设置在室内的不同位置上，且伪卫星模拟收发端和参考发射端的三维位置坐标已知；伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输入端与天上卫星连接，伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机的输出端与主控端的输入端连接，主控端的输出端连接伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输入端，伪卫星模拟收发端的卫星信号模拟器的输出端连接伪卫星接收端的输入端；参考发射端的输出端也连接伪卫星接收端的输入端；伪卫星接收端的输出端连接主控端的输入端。2.根据权利要求1所述的一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统，其特征是，伪卫星模拟收发端的卫星信号接收机安置在室外，卫星信号模拟器安置在室内。

技术总结
本实用新型公开一种基于伪卫星技术的室内外无缝定位系统，通过将伪卫星发射端改为一个收发系统，可以在室内定位的同时接收外部卫星信号，使得室内定位和室外定位相结合，系统还新增了一个参考发射端，通过求得与室内目标的距离和夹角，从而辅助测算出室外位置。本实用新型可以实现灵活的室内外定位切换，由于伪卫星电文和天上卫星高度相似，不影响接收机的正常捕获，无论定位目标在室内还是室外都能正常接收信号，因此不需要额外设计专用接收机且不用切换室内外模式，系统技术实现简单，且算法实现容易，可控性强。可控性强。可控性强。


技术研发人员：邓洪高 漆奕午 纪元法 孙希延 郭宁 李晶晶 付文涛 吴传宇
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2021.08.31
技术公布日：2022/1/18