[發(fā)明專利]一種室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量指紋匹配定位方法

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113311459A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王慶;張波;陽媛;郭靜;許九靖;嚴(yán)超
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/43;G01S19/37
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發(fā)明提出一種室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量指紋匹配定位方法，即利用接收機(jī)輸出的偽距、載波相位、載噪比等原始觀測量信息與室內(nèi)物理位置的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行定位。接收機(jī)觀測量在不同物理位置上的信號響應(yīng)通過定位前期離線采集階段在參考點(diǎn)上進(jìn)行樣本采集描述，提取定位各樣本參數(shù)的特征值并訓(xùn)練其與物理參考位置的函數(shù)映射關(guān)系，來構(gòu)建觀測量特征指紋數(shù)據(jù)庫。在定位階段，將待定位的接收機(jī)實(shí)時采集到的觀測量輸入到特征指紋庫匹配算法中進(jìn)行解算，得到定位結(jié)果。該方法定位精度依據(jù)觀測量特征指紋庫的采集點(diǎn)的密度決定，可實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的快速、高效定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量指紋匹配定位方法，屬于無線電導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

將類似于GNSS的偽衛(wèi)星定位方法引入到室內(nèi)定位環(huán)境中是近年來室內(nèi)定位領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題。偽衛(wèi)星的接收機(jī)可獲取的觀測量信息主要包括：偽距、載波相位、多普勒和載噪比等。目前常見的偽衛(wèi)星定位方法主要有測距碼測距定位法、載波相位測距定位法、多普勒定位法等方法。

1、偽衛(wèi)星測距碼測距定位法：偽衛(wèi)星的測距碼測距定位方法的原理與GNSS中偽距單點(diǎn)定位原理類似，均采用接收機(jī)測量的測距碼相位進(jìn)行偽距的測量，然后通過后方交匯方法來進(jìn)行坐標(biāo)解算。偽距法定位一般定位精度不高(測距碼定位誤差為10～20m)，但是具有定位速度快、無多值性問題等優(yōu)點(diǎn)。但是在室內(nèi)定位過程中，室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下偽衛(wèi)星信號多徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，導(dǎo)致偽碼測距非常不穩(wěn)定，通過測距碼測距得到的偽距定位誤差會進(jìn)一步放大。因此，偽碼測距定位方法并不能作為室內(nèi)偽衛(wèi)星定位的主要定位方法。

2、偽衛(wèi)星載波相位測距定位法：利用接收機(jī)測定載波相位觀測值或其差分觀測值，經(jīng)基線向量解算以獲得兩個同步觀測站之間的基線向量坐標(biāo)差的技術(shù)和方法。由于偽衛(wèi)星載波的波長僅為對應(yīng)測距碼碼元長度的1/100，其測量精度相對較高，所以在精密定位時通常使用載波相位測距定位方法。但是，載波信號是一種連續(xù)的周期性正弦信號，載波相位測量過程中，只能測定不足一個載波波長的部分，存在整周模糊度問題，還會產(chǎn)生整周跳變現(xiàn)象。室內(nèi)環(huán)境下的偽衛(wèi)星的偽距測量值精度很差，無法輔助整周模糊度固定，且室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，載波相位測量非常不穩(wěn)定，周跳現(xiàn)象發(fā)生頻繁，載波相位測距定位法無法持續(xù)的進(jìn)行室內(nèi)動態(tài)高精度定位。

3、室內(nèi)偽衛(wèi)星多普勒定位主要采用多普勒與載波相位的聯(lián)合雙曲線定位法，該方法擺脫了天線半波長的約束，可以覆蓋更大的范圍。但是同樣也存在一些問題，如只能為運(yùn)動狀態(tài)才能利用多普勒參數(shù)解算模糊度。

因此，基于偽衛(wèi)星的測距碼測距定位法、載波相位測距定位法、多普勒定位法均存在著很多問題，目前還無法滿足復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境定位的需求。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：為解決偽衛(wèi)星在室內(nèi)環(huán)境中的定位問題，本發(fā)明提供一種室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量指紋匹配定位方法。利用偽衛(wèi)星接收機(jī)獲取的觀測量信息指紋特征對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行區(qū)域劃分，形成觀測量特征與室內(nèi)坐標(biāo)位置對應(yīng)的觀測量特征指紋數(shù)據(jù)庫。然后根據(jù)觀測量特征匹配法完成終端的定位，可實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的快速、高效定位。

技術(shù)方案：本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的方法通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量指紋匹配定位方法，該方法包括如下步驟：

步驟一：偽衛(wèi)星觀測量選?。?/p>

步驟二：室內(nèi)偽衛(wèi)星觀測量離線數(shù)據(jù)采集；

步驟三：觀測量數(shù)據(jù)預(yù)處理；

步驟四：偽衛(wèi)星觀測量特征提取與指紋庫建立；

步驟五：偽衛(wèi)星觀測量特征指紋在線匹配定位。

進(jìn)一步地，步驟一中，將偽距差值矩陣、載波相位差值矩陣、載噪比作為指紋數(shù)據(jù)庫的輸入源，將多普勒測量值作為在線匹配定位時的誤差約束條件；

所述偽距差值矩陣是接收到的所有偽衛(wèi)星的偽距星間單差的集合，如式(1)：