CN103728646A - 一种基于a-gps和tdoa技术的混合定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，包括以下步骤：初始化设备；选择定位方式：A-GPS定位方式或TDOA定位方式；获得定位物体的经纬度坐标；进行地图匹配；输出定位结果。该一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法和现有技术相比，充分利用了TDOA定位方法覆盖范围广，测量时间短的优点，又利用了A-GPS测量精度高的优点，通过两种定位方法的优势互补实现在各种复杂环境下的精确定位需求，实用性强，适用范围广泛，易于推广。

Description

一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法

技术领域

本发明涉及智能交通技术领域，具体的说是一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和人们生活水平的不断提高，汽车作为一种主要的交通工具在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，但同时随着人类对汽车的过分依赖和汽车数量的不断增加，导致已有的道路远不能满足需要，道路负荷严重，交通拥挤、阻塞、交通事故、环境污染等问题也日益增多。交通状况的恶化给各国带来的损失是十分惨重的。

基于位置的服务（LBS，Location Based Service），也可以叫做移动位置服务（LCS，Location Service），它是互联网技术和通信技术融合的产物。它通过移动通信网络获取移动终端用户的位置信息，通常是经纬度坐标，然后在GIS***的支持下为用户提供相应的增值业务。使用位置服务，终端用户就可以方便地获知自己或他人目前所处的位置，并用终端查询其它相关信息，如：我在哪里、你在哪里、问路查询、公交换乘、紧急救助、老人跟踪、出租车调度管理等。基于位置业务的巨大魅力在于能在正确的时间、正确的地点、把准确的信息发送给信息需求方。

定位技术是实现智能交通和LBS的基础和前提条件。在我国，人口多，密度大，城市手机普及率高，手机定位技术具有移动通信网络在城市中基站之间距离近、覆盖广、投资小、定位精度相对较高等优点，在几年前就被移动通信公司推出。但是由于技术条件不成熟等原因，普及并不是很广泛。而GPS作为传统的定位方式，深得人心，但是一旦GPS信号被树木、高层建筑、山峰、桥梁等遮挡或者接收不到4颗及以上卫星信号时，GPS接收机就无法输出有效信息。对于固定的路网线路，不用考虑复杂路网交叉情况，地图匹配的结合应用能减小错误匹配，定位精度较单一定位明显提高。若将三者有效的结合起来，无疑丰富了当前定位的方式，使定位***的建立进一步改进和完善，定位***的定位性能更加优越。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法。

本发明的技术方案是按以下方式实现的，该一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，包括以下步骤：

1）初始化设备；

2）选择定位方式：A-GPS定位方式或TDOA定位方式；

3）获得定位物体的经纬度坐标； 

4）进行地图匹配；

5）输出定位结果。

所述定位方式首先选择A-GPS定位方式，当A-GPS定位失效的时候，即接收到的卫星数目小于4时，将定位方式切换为TDOA，一旦检测到接收到的卫星数目大于等于4，则切换回A-GPS定位方式。

在A-GPS子定位***中，A-GPS 整个定位过程如下：

首先终端接收机把本身的位置信息发送到位置服务器；

位置服务器把和该位置相关的GPS 信息、灵敏度辅助信息、工作状态信息、移动终端计算的辅助信息、修正数据、GPS 星历发送到网络；

终端接收机接收到位置服务器传输的信息，捕捉到卫星，接收GPS 原始信号并解调信号，计算接收机到卫星的伪距离；

通过网络或者终端算出终端的具***置。

在TDOA子定位***中，TDOA定位算法如下：

通过移动手机网络获得多个TDOA的测量值，即得到一组移动台与多个基站之间的距离差数值，并且构成一组关于移动台位置的双曲线方程组，求解它得到的结果即可得到移动台的位置估计。

所述步骤4）的地图匹配包括以下步骤：

4.1）接收定位信息即定位物体的经纬度坐标；

4.2）确定误差区域；

4.3）提取候选路段；

4.4）确定当前行驶路线；

4.5）确定定位物体在道路上的位置；

4.6）更新定位信息。

所述步骤4）根据步骤2）选择的定位方式，选择合适的地图匹配算法进行匹配：A-GPS子定位***采用圆修正地图匹配算法，TDOA定位子***采用椭圆修正地图匹配算法。

所述圆修正地图匹配算法包括以下步骤：找到定位物体当前行使的道路，或找到离定位物体点最近的公路线性图层中的一个线段对象；将当前A-GPS定位点投影到定位物体行使的道路上，即用点到直线的垂直点算法计算得到位于该线段上的点，即所求的校正点。

所述椭圆修正地图匹配算法包括以下步骤：

已知手机定位点P（X,Y），得到这个位置的误差椭圆，该误差椭圆内的路段就是候选路段；

计算有几条路段与这个误差椭圆相交，如果没有路段与它相交，则以一定比例增加误差椭圆的长短轴长度，一直到有一条路段与它相交；

如果有路段与它相交，则转向模糊模式识别的路段选择地图匹配算法，然后进行具***置的识别。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法克服TDOA定位技术在某些情况下定位精度不高和A-GPS在室内等封闭空间无法精确定位的缺点，充分利用了TDOA定位方法覆盖范围广，测量时间短的优点，又利用了A-GPS测量精度高的优点，通过两种定位方法的优势互补实现在各种复杂环境下的精确定位需求，实用性强，适用范围广泛，易于推广。

附图说明

附图1为本发明应用于车辆定位的流程示意图。

附图2为A-GPS定位子***组成结构图。

附图3为TDOA定位子***组成结构图。

附图4为混合定位***组成框架图。

附图5为地图匹配流程图。

具体实施方式

下面结合附图以车辆定位为例对本发明的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法作以下详细说明。

本发明通过从车载移动端的移动手机发射的信号通过移动通信网络传输到相邻的基站，基站检测信号的到达时间，并将到达时间传送到定位中心。定位中心接收各个基站所检测到的信号到达时间，估计出信号到达相邻基站的时间差TDOA，解算出车辆位置点的经度、纬度等信息。然后，将获得的实时车辆位置数据，传送到地图匹配模块。把此坐标信息与电子地图匹配，即可实现车辆的位置显示、跟踪、查询。本发明提供一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，包括以下步骤：

（1）初始化设备

（2）选择定位方式

（3）获得定位物体的经纬度坐标 

（4）进行地图匹配

（5）输出定位结果

如图1所示，混合定位***的处理流程如下：首先初始化所有设备，首选 A-GPS定位方法。当 GPS 接收到4颗及以上卫星能正确导航时，采用 A-GPS 子定位***进行导航，否则采用TDOA子定位***导航定位，得到定位数据后用地图匹配算法修正。从车载移动端的移动手机发射的信号通过移动通信网络传输到相邻的基站，基站检测信号的到达时间，并将到达时间传送到定位中心。定位中心接收各个基站所检测到的信号到达时间，估计出信号到达相邻基站的时间差TDOA，解算出车辆位置点的经度、纬度等信息。然后，将获得的实时车辆位置数据，传送到地图匹配模块。把此坐标信息与电子地图匹配，即可实现车辆的位置显示、跟踪、查询。

如附图2所示的A-GPS定位子***，其结构包括由电源供电的GPS接收机，该GPS接收机通过串行通信及圆修正匹配算法连接导航手机，该GPS接收机还连接有GPS接收天线。

在该A-GPS子定位***中，A-GPS 整个定位过程如下：1．首先终端接收机把本身的位置信息发送到位置服务器。2．位置服务器把和该位置相关的GPS 信息，如GPS 定位辅助信息，灵敏度辅助信息，工作状态信息；移动终端计算的辅助信息，如GPS历书，修正数据，GPS 星历等发送到网络。3．终端接收机接收到位置服务器传输的信息，可以很快的捕捉到卫星，并可以接收GPS 原始信号并解调信号。计算接收机到卫星的伪距离。4．最后通过网络或者终端最后算出终端的具***置。值得注意的是A-GPS 依赖于GPS 而存在，和GPS 一样，都需要在终端接收机内增加GPS 芯片接收模块，并配备相应的GPS 天线才能够正常工作。

如附图3所示的TDOA定位子***，其结构包括移动手机、与移动手机双向通信的移动定位毛，通过人机交互显示的椭圆修正地图匹配。在该TDOA子定位***中，TDOA定位算法通过移动手机网络获得多个TDOA的测量值，相当于得到了一组移动台与多个基站之间的距离差数值，并且可以构成一组关于移动台位置的双曲线方程组，求解它得到的结果便可以得到移动台的位置估计。

如附图4所示的混合定位***框架，其根据步骤2）选择的定位方式，选择合适的地图匹配算法进行匹配：A-GPS子定位***采用圆修正地图匹配算法，TDOA定位子***采用椭圆修正地图匹配算法。

如图5所示，地图匹配算法包括以下几个步骤：

（4.1）接收定位信息即车辆的经纬度坐标

（4.2）确定误差区域

（4.3）提取候选路段

（4.4）确定当前行驶路线

（4.5）确定车辆在道路上的位置

（4.6）更新定位信息

两种子定位***的地图匹配算法具体实现如下：

A-GPS地图匹配算法可以解释为两个独立的过程：找到车辆当前行使的道路；将当前A-GPS定位点投影到车辆行使的道路上。具体机制为：找到离车辆点最近的公路线性图层中的一个线段对象，然后用点到直线的垂直点算法计算得到位于该线段上的点，也就是我们所求的校正点。算法流程如下：

step1，以车辆点为圆心、选取适当的值为半径画隐含的圆，判断该圆与公路图层中的对象是否相交，如果相交，则计算公路图层中有几个对象与该圆相交，如果找到多于一个对象，则适当减小圆半径，如果没有满足条件的公路图层对象，则适当加大圆半径，直到找到唯一一个满足条件的对象，取得该对象的公路名称字段。如果圆的半径大于某一门限，如15米，就认为此时车辆已经进入某一区域，如比较大的广场等，此时将圆心作为校正点，直接转step4。

loop1：

if {圆}∩{公路图层中的对象}=Φ then

if 圆的半径>某一门限THEN

将读出的经纬度作为本次校正值

go to step4

else

增大圆的半径

go to loop1

end if

else if {圆}∩{公路图层中的对象}>1 then

减小圆的半径

go to loop1

else

go to step2

end if

step2，判断本次循环中公路对象的名称和上次循环中公路对象的名称是否相同，相同则表示两个点在同一条公路上，转到step3，如果不同，那么车辆很有可能是转弯了，但是我们不好判断车辆是向左转还是向右转，所以我们采取对这个点不进行处理的办法，跳过这个点，但仍记录和车辆点最近的公路对象的名称以备下次循环比较用。取下一个点，返回step1。

if 本次循环中公路对象的名称和上次循环中公路对象的名称相同

then

go to step3

else

记忆本次循环中公路对象的名称

go to step1

end if

step3，读出该公路对象上的所有拐点，计算出车辆点到相邻两点连成的线段的垂足以及车辆点与垂足之间的距离d，如果垂足在这相邻两点之间且距离d最小，则取该垂足作为校正点。

loop2：

读出该公路对象上的所有拐点

计算出车辆点到相邻两点连成的线段的垂足以及车辆点与垂足之间的距离d

if 垂足在相邻两点之间then

if m in{d} then

将垂足作为校正点

go to step4

else

go to loop2

end if

end if

step4，在求得的校正点上画一个标志。取下一个车辆点，返回转至loop1。

loop3：

在求得的校正点上画一个标志

go to loop1

TDOA子定位***的地图匹配算法流程如下：已知手机定位点P（X,Y），得到这个位置的误差椭圆。在该误差椭圆内的路段就是候选路段。计算有几条路段与这个误差椭圆相交。如果没有路段与它相交，则以一定比例增加误差椭圆的长短轴长度，一直到有一条路段与它相交；如果有路段与它相交，则转向模糊模式识别的路段选择地图匹配算法，然后进行具***置的识别。

以上所述仅为本发明的实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于包括以下步骤：

1）初始化设备；

2）选择定位方式：A-GPS定位方式或TDOA定位方式；

3）获得定位物体的经纬度坐标； 

4）进行地图匹配；

5）输出定位结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：所述定位方式首先选择A-GPS定位方式，当A-GPS定位失效的时候，即接收到的卫星数目小于4时，将定位方式切换为TDOA，一旦检测到接收到的卫星数目大于等于4，则切换回A-GPS定位方式。

3.根据权利要求2所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：在A-GPS子定位***中，A-GPS 整个定位过程如下：

首先终端接收机把本身的位置信息发送到位置服务器；

位置服务器把和该位置相关的GPS 信息、灵敏度辅助信息、工作状态信息、移动终端计算的辅助信息、修正数据、GPS 星历发送到网络；

终端接收机接收到位置服务器传输的信息，捕捉到卫星，接收GPS 原始信号并解调信号，计算接收机到卫星的伪距离；

通过网络或者终端算出终端的具***置。

4.根据权利要求2所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：在TDOA子定位***中，TDOA定位算法如下：

通过移动手机网络获得多个TDOA的测量值，即得到一组移动台与多个基站之间的距离差数值，并且构成一组关于移动台位置的双曲线方程组，求解它得到的结果即可得到移动台的位置估计。

5.根据权利要求1所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：所述步骤4）的地图匹配包括以下步骤：

4.1）接收定位信息即定位物体的经纬度坐标；

4.2）确定误差区域；

4.3）提取候选路段；

4.4）确定当前行驶路线；

4.5）确定定位物体在道路上的位置；

4.6）更新定位信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：所述步骤4）根据步骤2）选择的定位方式，选择合适的地图匹配算法进行匹配：A-GPS子定位***采用圆修正地图匹配算法，TDOA定位子***采用椭圆修正地图匹配算法。

7.根据权利要求6所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：所述圆修正地图匹配算法包括以下步骤：找到定位物体当前行使的道路，或找到离定位物体点最近的公路线性图层中的一个线段对象；将当前A-GPS定位点投影到定位物体行使的道路上，即用点到直线的垂直点算法计算得到位于该线段上的点，即所求的校正点。

8.根据权利要求6所述的一种基于A-GPS和TDOA技术的混合定位方法，其特征在于：所述椭圆修正地图匹配算法包括以下步骤：

已知手机定位点P（X,Y），得到这个位置的误差椭圆，该误差椭圆内的路段就是候选路段；

计算有几条路段与这个误差椭圆相交，如果没有路段与它相交，则以一定比例增加误差椭圆的长短轴长度，一直到有一条路段与它相交；

如果有路段与它相交，则转向模糊模式识别的路段选择地图匹配算法，然后进行具***置的识别。

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