Gps室內(nèi)定位系統(tǒng)和基于gps室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)以及基于該 GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，GPS室內(nèi)定位技術(shù)主要包括以下三種技術(shù)方案。一、GPS信號轉(zhuǎn)發(fā)方案。該 技術(shù)方案是通過室外的GPS模塊接收GPS信號，并直接將接收到的GPS信號轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)GPS 模塊，以通過室內(nèi)的GPS模塊獲取定位數(shù)據(jù)。上述GPS信號轉(zhuǎn)發(fā)方案的缺陷在于：室內(nèi)的 GPS模塊通過轉(zhuǎn)發(fā)的GPS信號計算出的定位數(shù)據(jù)與室外GPS模塊的位置數(shù)據(jù)相同，該方案的 定位精度差，不能滿足用戶的高定位精度的要求。二、在室內(nèi)應(yīng)用高靈敏度GPS模塊的技術(shù) 方案。該技術(shù)方案是通過室內(nèi)的高靈敏度GPS模塊接收低信噪比的GPS反射信號，通過該 GPS反射信號計算位置數(shù)據(jù)以實現(xiàn)定位。該方案的缺陷在于：由于高靈敏度GPS模塊接收 到的GPS信號為低信噪比的GPS反射信號，該高靈敏度GPS模塊的定位精度遠低于室外GPS 模塊的定位精度，無法滿足用戶的高定位精度的需求。三、偽衛(wèi)星技術(shù)方案。該技術(shù)方案是 通過多個偽衛(wèi)星信號發(fā)生源在地面發(fā)射與GPS信號相似的無線電信號，并通過GPS模塊接 收該無線電信號，以實現(xiàn)定位。該方案的缺陷在于：所有偽衛(wèi)星信號源必保持高精度時間同 步；部分GPS模塊不能接收到偽衛(wèi)星信號發(fā)生源發(fā)射的無線電信號；該方案不適用于手機。
[0003] 因此，如何開發(fā)一款可實現(xiàn)室內(nèi)定位，并可達到較高的定位精度的方法和系統(tǒng)已 成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種可實現(xiàn)室內(nèi) 定位,并可達到較高的定位精度的GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)以及基于該GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi) 定位方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的 室內(nèi)定位方法，包括如下步驟：
[0006] Sl)接收室外GPS信號，將該室外GPS信號經(jīng)解調(diào)及調(diào)制所得到的GPS射頻信號通 過室內(nèi)的多個天線裝置轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)的移動終端；
[0007] S2)將由室外GPS信號得到的室外偽距觀測量D、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)S，以及室內(nèi)天線裝 置的位置數(shù)據(jù)K通過無線通信裝置發(fā)送至移動終端，移動終端根據(jù)所述GPS射頻信號、并結(jié) 合所述室外偽距觀測量D、衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)S、以及所述室內(nèi)天線裝置的位置數(shù)據(jù)K計算定位 數(shù)據(jù)。
[0008] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述方法還包括如下步 驟：
[0009] S0)設(shè)置用于接收、及發(fā)送指定的GPS射頻信號的多個天線裝置。
[0010] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述步驟SI具體包括如 下步驟：
[0011] Sll')通過室外GPS接收裝置接收來自多顆衛(wèi)星的室外GPS信號，并將所述室外 GPS信號發(fā)送到室內(nèi)的GPS信號調(diào)制解調(diào)裝置；
[0012] S12')通過所述GPS信號調(diào)制解調(diào)裝置將所述多個GPS信號進行解調(diào)處理，得到 包含多個用于對上述GPS信號進行識別的PRN碼、以及與該多個PRN碼--對應(yīng)的多組導(dǎo) 航電文的數(shù)字信號；
[0013] S13')通過所述GPS信號調(diào)制解調(diào)裝置對所述數(shù)字信號進行調(diào)制，得到多個包含 PRN碼以及與該PRN碼對應(yīng)的導(dǎo)航電文的GPS射頻信號；
[0014] S14')通過室內(nèi)的多個天線裝置分別接收與之對應(yīng)的GPS射頻信號，并將接收到 的GPS射頻信號轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)的移動終端。
[0015] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S2具體包括如 下步驟：
[0016] S21')通過所述移動終端接收由所述多個天線裝置轉(zhuǎn)發(fā)的GPS射頻信號、以及接 收由所述室外GPS接收裝置經(jīng)所述無線通信裝置轉(zhuǎn)發(fā)的室外偽距觀測量d、衛(wèi)星的位置數(shù) 據(jù)S、多個天線裝置的位置數(shù)據(jù)K，對所述GPS射頻信號進行解調(diào)處理以計算室內(nèi)偽距觀測 量D;
[0017] S22')由移動終端根據(jù)所述室內(nèi)偽距觀測量D、所述室外偽距觀測量d、衛(wèi)星的位 置數(shù)據(jù)S、以及所述多個天線裝置的位置數(shù)據(jù)K計算定位數(shù)據(jù)，并顯示所述定位數(shù)據(jù)。
[0018] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述步驟Sll'還包括： 將接收到的多個GPS信號進行解調(diào)處理，得到與所述多個GPS信號一一對應(yīng)的多組導(dǎo)航電 文，根據(jù)所述多組導(dǎo)航電文計算室外偽距觀測量d、以及與所述多個GPS信號對應(yīng)的多顆 衛(wèi)星在太空的位置坐標(biāo)S，將所述室外偽距觀測量d、以及衛(wèi)星的位置坐標(biāo)S發(fā)送到室內(nèi)的 無線通信裝置，以進一步通過所述無線通信裝置將所述室外偽距觀測量d、衛(wèi)星的位置坐標(biāo) S、及其存儲的多個天線裝置的位置數(shù)據(jù)K轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)的移動終端。
[0019] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S21'還包括： 通過所述移動終端對所述多個GPS射頻信號進行解調(diào)處理，得到多組導(dǎo)航電文，根據(jù)所述 多組導(dǎo)航電文來計算所述室內(nèi)偽距觀測量D。
[0020] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，所述步驟S22'中所述 移動終端通過定位公式計算所述定位數(shù)據(jù)，移動終端位置定位數(shù)據(jù)可根據(jù)移動終端GPS模 塊的不同輸出方式進行計算；
[0021] 如移動終端GPS模塊的輸出方式為室內(nèi)偽距觀測量d輸出，則所述定位公式如下 所示：
[0022] X= (BtB)^1BtL;
[0023] 其中，X為移動終端的定位數(shù)據(jù)；
[0024] L= (D-d)；
[0025] D= (D1,D2, ......Dn)1;
[0026] d= Cd1,d2, ......dn)T ;
[0027] B為由室內(nèi)的多個天線裝置的位置數(shù)據(jù)K決定的系數(shù)矩陣；
[0028] D表示每一顆衛(wèi)星與移動終端之間的室內(nèi)偽距觀測量；
[0029] d表示每一顆衛(wèi)星與室外GPS接收裝置之間的室外偽距觀測量；
[0030] T表示矩陣轉(zhuǎn)置表示矩陣求逆；
[0031] 或者，移動終端GPS模塊輸出基于偽距觀測量D計算的位置結(jié)果
[0032] 則所述定位公式如下所示：
[0033] Xr= (AtA) ^1AtD；
[0034] 室外位置的影響改正如下：
[0035] Xm=Xr- (AtA) _1ATd；
[0036] 移動終端的定位數(shù)據(jù)為；
[0037] X=(C1Cr1C1L;
[0038] 其中，X為移動終端的定位數(shù)據(jù)；
[0039] L= (AtA)Xm ；
[0040] C=AtB；
[0041] D=CDijD2, ......Dn)1 ;
[0042] d=Cd1,d2, ......dn)T ;
[0043] A為由GPS衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)S決定的系數(shù)矩陣；
[0044] B為由室內(nèi)的多個天線裝置的位置數(shù)據(jù)K決定的系數(shù)矩陣；
[0045] D表示每一顆衛(wèi)星與移動終端之間的室內(nèi)偽距觀測量；
[0046] d表示每一顆衛(wèi)星與室外GPS接收裝置之間的室外偽距觀測量；
[0047] T表示矩陣轉(zhuǎn)置表示矩陣求逆。
[0048] 在本發(fā)明上述基于GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法中，在所述步驟SO之前還包 括對GPS室內(nèi)定位系統(tǒng)進行校正的步驟，所述校正步驟分為如下兩種校正方法：
[0049] 校正方法一：安裝校正
[0050] S001)將多個天線裝置放置于室內(nèi)的同一位置；
[0051] S002)通過室外GPS接收裝置接收來自多顆衛(wèi)星的多個GPS信號，并測量與所述多 個GPS信號對應(yīng)的室外偽距觀測量d，將所述室外偽距觀測量d發(fā)送到無線通信裝置；
[0052] S003)通過指定的室內(nèi)GPS接收裝置接收由所述GPS信號調(diào)制解調(diào)裝置進行調(diào)制， 且由室內(nèi)的多個天線裝置轉(zhuǎn)發(fā)的多個GPS射頻信號，測量與所述多個GPS射頻信號對應(yīng)的 室內(nèi)偽距觀測量D;
[0053] S004)通過所述第一GPS接收裝置接收由所述無線通信裝置提供的室外偽距觀測 量d，計算所述室內(nèi)偽距觀測量D與所述室外偽距觀測量d之間的差值A(chǔ)dl，將該Adl作 為上述多個GPS信號中的每一個GPS信號通過GPS信號傳輸通道到達室外GPS接收裝置及 該GPS信號通過GPS信號傳輸通道達到指定的天線裝置的通道時延的校正值，并通過所述 無線通信裝置將該校正值A(chǔ)dl發(fā)送到室內(nèi)的移動終端；
[0054] 校正方法二：實時校正
[0055] SOOl')將一GPS模塊放置在室內(nèi)一已知點（位置坐標(biāo)已知，P)，通過GPS模塊測 量該已知點的偽距觀測量Dci,該已知點的偽距觀測量Dci= (Dcil,Dci2,......Dcin)T ;
[0056] S002')根據(jù)室內(nèi)天線坐標(biāo)位置數(shù)據(jù)K與已知點坐標(biāo)P，計算該已知點到各個室內(nèi) 天線的距離R,該已知點到各個室內(nèi)天線的距離R= (A,r2, ???..，!")T;
[0057] S003')計算偽距觀測量Dtl與距離R的平均值M:
【主權(quán)項】
1. 一種基于GI^S室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括如下步驟： 51) 接收室外GI^S信號，將該室外GI^S信號經(jīng)解調(diào)及調(diào)制所得到的GI^S射頻信號通過室 內(nèi)的多個天線裝置（3)轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)的移動終端（5); 52) 將由室外GI^S信號得到的室外偽距觀測量t衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)S，W及室內(nèi)天線裝置 (3 )的位置數(shù)據(jù)K通過無線通信裝置（4 )發(fā)送至移動終端（5 )，移動終端（5 )根據(jù)所述GPS 射頻信號、并結(jié)合所述室外偽距觀測量cU衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)S、W及所述室內(nèi)天線裝置（3)的位 置數(shù)據(jù)K計算定位數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GI^S室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述方 法還包括如下步驟： SO)設(shè)置用于接收、及發(fā)送指定的GI^S射頻信號的多個天線裝置（3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GI^S室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步 驟S1具體包括如下步驟： S11')通過室外GI^S接收裝置（1)接收來自多顆衛(wèi)星的室外GI^S信號，并將所述室外GI^S信號發(fā)送到室內(nèi)的GI^S信號調(diào)制解調(diào)裝置（2 ); S12')通過所述GI^S信號調(diào)制解調(diào)裝置（2)將所述多個GI^S信號進行解調(diào)處理，得到 包含多個用于對上述GI^S信號進行識別的PRN碼、W及與該多個PRN碼一一對應(yīng)的多組導(dǎo) 航電文的數(shù)字信號； S13')通過所述GI^S信號調(diào)制解調(diào)裝置（2)對所述數(shù)字信號進行調(diào)制，得到多個包含PRN碼W及與該PRN碼對應(yīng)的導(dǎo)航電文的GPS射頻信號； S14')通過室內(nèi)的多個天線裝置（3)分別接收與之對應(yīng)的GI^S射頻信號，并將接收到 的GI^S射頻信號轉(zhuǎn)發(fā)到室內(nèi)的移動終端（5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GI^S室內(nèi)定位系統(tǒng)的室內(nèi)定位方法，其特征在于，所述步 驟