CN106842267A - 一种低功耗室内外定位无缝切换方法及*** - Google Patents

一种低功耗室内外定位无缝切换方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低功耗室内外定位无缝切换方法，包括定位终端根据定位历史数据和接收到的定位信号数据判断自身定位状态，并根据判断结果选择纯室内定位方法、纯室外定位方法或室内外无缝切换定位方法进行自身定位。本发明还提供了应用所述低功耗室内外定位无缝切换方法的***。本发明还公开了应用所述方法的***，包括定位终端、室外定位解算模块、室内定位模块热点和数据交互链路。本发明使用室外定位解算模块协同定位的方式，能够极大程度地降低定位终端的功耗，增大定位终端的使用寿命，并且能够及时追踪定位终端的室内室外状态，非常适用于室内外无缝切换定位的大规模应用。

Description

一种低功耗室内外定位无缝切换方法及***
技术领域
本发明具体涉及一种低功耗室内外定位无缝切换方法及***。
背景技术
卫星导航接收机是室外定位的关键技术，然而卫星导航接收机的功耗一直是制约其大规模长时间应用的关键因素。例如，目前智能手机在使用过程中，若开启GPS定位功能，则功耗会急剧增大，极大程度降低电池的使用时间。因此，提出低功耗的卫星导航接收机非常关键。与此同时，由于城市高楼环境的存在，而导致的多径效应，使得卫星导航信号接收存在很大的困难，不得不使用更多卫星信号体制和多频点的卫星接收机方式，然而，卫星信号体制和频点的增加无疑对卫星导航接收机的功耗要求更高。因此，设计面向城市高楼环境下的低功耗卫星导航接收机非常有必要。尤其在室内外来回切换的过程中，容易造成卫星信号的频繁失锁，使其无法有效地给出卫星导航接收机的精确定位结果。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种能够极大降低定位功耗、而且能够及时追踪定位终端的室内外状态、实现室内外定位无缝切换的低功耗室内外定位无缝切换方法。
本发明的目的之二在于提供一种应用所述低功耗室内外定位无缝切换方法的***。
本发明提供的这种低功耗室内外定位无缝切换方法，包括如下步骤：
S1.定位终端根据定位历史数据和接收到的定位信号数据，判断自身定位状态；
S2.定位终端根据步骤S1得到的判断结果，采用如下规则进行定位：
若定位终端处于室内，则采用纯室内定位方法进行自身定位；
若定位终端处于室外，则采用纯室外定位方法进行自身定位；
若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位。
所述的纯室内定位方法，具体为采用如下方法进行定位：
A.利用近距离无线通信技术，在室内布置室内定位模块热点；
B.室内定位模块热点接收定位终端发送的室内定位信号，并利用接收信号的强度进行定位终端的定位，并将定位结果发送定位终端。
所述的纯室外定位方法，具体为定位终端进行卫星导航接收和解算，实现定位终端的室外单点定位。
所述的室内外无缝切换定位方法，具体为采用如下方法进行定位：
(1)在室内与室外的进出口处布设室外定位解算模块，所述室外定位解算模块能够与室内模块热点进行近距离无线通信；
(2)室外定位解算模块捕获和跟踪卫星信号，获取不同卫星不同频点的伪码信息和载波相位信息；
(3)定位终端接收卫星导航信号，并将接收的卫星导航信号传送给室外定位解算模块；
(4)室外定位解算模块根据接收的定位终端的数据和自身接收的伪码信息进行矢量接收和解算，得到定位终端的粗定位结果和载波相位信息；
(5)室外定位解算模块再根据步骤(4)得到的定位终端的粗定位结果和载波相位信息，结合自身的载波相位信息和定位终端的载波相位信息，利用RTK快速模糊度解算方法对定位终端进行精确定位，并将定位结果发送给定位终端。
所述的若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位，具体包括纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换和纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换。
所述的纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
R1.当室内定位模块接收到的定位终端室内定位信号太弱，以致无法对定位终端进行定位解析时，定位终端将定位方法从纯市内定位方法切换至室内外无缝切换定位方法；
R2.当室外定位解算模块无法收到定位终端发送的采样数据且室外定位模块无法对定位终端发送的采样数据进行定位解算，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室内方向移动时，定位终端将定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室内定位方法。
所述的纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
r1.当室外定位解算模块能够不定时接收到定位终端发送的近距离通信信号，则定位终端将定位方法从纯室外定位方法切换到室内外无缝切换定位方法；
r2.当室外定位解算模块无法接收到定位终端发送的采样数据且室内定位模块热点无法根据定位终端发送数据进行定位解算时，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室外方向移动时，定位终端件定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室外定位方法。
所述的室外定位解算模块进行矢量接收和解算，具体包括如下步骤：
1)室外定位解算模块捕获自身卫星导航信号，并获取捕获的卫星号、卫星的频点以及伪码信息；
2)根据定位终端与室外定位解算模块之间的通信距离限制L，室外定位解算模块捕获卫星的伪距信息，前后偏移LL距离的码片对定位终端进行信号的引导跟踪，选定信号峰值最大的码片位置作为精确跟踪算法的输入，对定位终端信号实现小于一个码片距离的伪码和载波相位的精确跟踪，并得到定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息；所述的距离LL不小于L；
3)将步骤是)得到的定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息与室外定位解算模块的观测数据做差分，得到定位终端的精确位置并发送给定位终端。
所述的室外定位解算模块包括依次串接的卫星信号接收模块、信号放大模块、下变频模块、A/D变换与采集模块、控制器模块和通信模块；微信导航信号通过卫星信号接收模块接收后，依次通过信号放大模块进行信号放大，下变频模块进行下变频后，然后再通过A/D变换与采集模块进行AD变换和采集，从而输入控制器；控制器实现上述的定位算法，并将定位结果通过通信模块对外发送。
所述的定位终端同样包括依次串接的卫星信号接收模块、信号放大模块、下变频模块、A/D变换与采集模块、控制器模块和通信模块；微信导航信号通过卫星信号接收模块接收后，依次通过信号放大模块进行信号放大，下变频模块进行下变频后，然后再通过A/D变换与采集模块进行AD变换和采集，从而输入控制器；控制器将接收的数据通过通信模块对外发送。
本发明还提供了一种应用所述低功耗室内外定位无缝切换方法的***，包括定位终端、室外定位解算模块和室内定位模块热点；所述定位终端用于接收定位信息，或者获得定位需要的观测数据并对外发送；所述室外定位解算模块用于对定位终端进行室内外无缝切换定位；所述室内定位模块热点用于对定位终端在室内进行精确定位。
本发明通过在室内外出口布设本发明提供的室外定位解算模块，利用卫星导航终端与本室外定位解算模块的相对位置，得到所需定位终端的精确位置。首先，本发明定位终端只接收卫星导航信号，并将接收到的卫星导航信号通过近距离通信方式传送给本发明提供的室外定位解算模块。一旦定位终端脱离与室外定位解算模块的范围，认为定位终端失去连接，定位终端在一定时间内接收不到室外定位解算模块传送的定位信息，开启定位终端的室内定位功能或者室外定位解算功能，上报位置信息以便室外定位解算模块和***进行追踪。其次，本发明利用室外定位解算模块与接收机模块的相对位置，以及室外定位解算模块自身的信号捕获跟踪状态(主要是不同卫星不同频点的伪码信息)，对定位终端发送来的采样数据进行定位解算，并且实时反馈给定位终端其定位结果。本发明使用室外定位解算模块协同定位的方式，能够极大程度地降低定位终端的功耗，增大定位终端的使用寿命，并且能够及时追踪定位终端的室内室外状态，非常适用于室内外无缝切换定位的大规模应用。
附图说明
图1为本发明的***的工作示意图。
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的***的工作示意图：本发明提供的这种应用所述低功耗室内外定位无缝切换方法的***，包括定位终端、室外定位解算模块和室内定位模块热点；所述定位终端用于接收定位信息，或者获得定位需要的观测数据并对外发送；所述室外定位解算模块用于对定位终端进行室内外无缝切换定位；所述室内定位模块热点用于对定位终端在室内进行精确定位。
所述的室外定位解算模块具有卫星导航定位接收功能，并始终处于卫星信号的捕获跟踪状态，能提供自身接收的不同卫星不同频点的伪码信息和载波相位信息；接收定位终端发来的采样数据，并协助其定位解算，并将定位解算结果通过近距离通信发送给相应的定位终端。室外定位解算模块具体可以包括依次串接的卫星信号接收模块、信号放大模块、下变频模块、A/D变换与采集模块、控制器模块和通信模块；微信导航信号通过卫星信号接收模块接收后，依次通过信号放大模块进行信号放大，下变频模块进行下变频后，然后再通过A/D变换与采集模块进行AD变换和采集，从而输入控制器；控制器实现上述的定位算法，并将定位结果通过通信模块对外发送。
所述的定位终端具备卫星导航接收和解算功能，具备近距离无线通信技术；在无缝切换定位过程中，只接收卫星导航信号的放大、下变频、A/D变换与采集，并将采集到的卫星导航信号通过超低功耗的近距离通信方式传送给室外定位解算模块。定位终端具体可以包括依次串接的卫星信号接收模块、信号放大模块、下变频模块、A/D变换与采集模块、控制器模块和通信模块；微信导航信号通过卫星信号接收模块接收后，依次通过信号放大模块进行信号放大，下变频模块进行下变频后，然后再通过A/D变换与采集模块进行AD变换和采集，从而输入控制器；控制器将接收的数据通过通信模块对外发送。
图2为本发明的方法流程图：本发明提供的这种低功耗室内外定位无缝切换方法，包括如下步骤：
S1.定位终端根据定位历史数据和接收到的定位信号数据，判断自身定位状态；
S2.定位终端根据步骤S1得到的判断结果，采用如下规则进行定位：
R1.若定位终端处于室内，则采用纯室内定位方法进行自身定位：
A.利用近距离无线通信技术，在室内布置室内定位模块热点；
B.室内定位模块热点接收定位终端发送的室内定位信号，并利用接收信号的强度进行定位终端的定位，并将定位结果发送定位终端；
R2.若定位终端处于室外，则采用纯室外定位方法进行自身定位：定位终端进行卫星导航接收和解算，实现定位终端的室外单点定位；
R3.若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位：
(1)在室内与室外的进出口处布设室外定位解算模块，所述室外定位解算模块能够与室内模块热点进行近距离无线通信；
(2)室外定位解算模块捕获和跟踪卫星信号，获取不同卫星不同频点的伪码信息和载波相位信息；
(3)定位终端接收卫星导航信号，并将接收的卫星导航信号传送给室外定位解算模块；
(4)室外定位解算模块根据接收的定位终端的数据和自身接收的伪码信息进行矢量接收和解算，得到定位终端的粗定位结果和载波相位信息；
室外定位解算模块进行矢量接收和解算则具体包括如下步骤：
1)室外定位解算模块捕获自身卫星导航信号，并获取捕获的卫星号、卫星的频点以及伪码信息；
2)根据定位终端与室外定位解算模块之间的通信距离限制L，室外定位解算模块捕获卫星的伪距信息，前后偏移LL距离的码片对定位终端进行信号的引导跟踪(所述的距离LL不小于L)，例如在实际应用中，考虑到定位终端与室外定位解算模块存在的近距离通信限制使得其通信距离通常不会超过500米，利用室外定位解算模块捕获卫星的伪距信息，前后偏移500米距离的码片(例如，北斗B1频点，一个码片距离为150米，那么前后偏移3个码片)对定位终端进行信号的引导跟踪；选定信号峰值最大的码片位置作为精确跟踪算法的输入，对定位终端信号实现小于一个码片距离的伪码和载波相位的精确跟踪，并得到定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息；
3)将步骤是)得到的定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息与室外定位解算模块的观测数据做差分，得到定位终端的精确位置并发送给定位终端；
(5)室外定位解算模块再根据步骤(4)得到的定位终端的粗定位结果和载波相位信息，结合自身的载波相位信息和定位终端的载波相位信息，利用RTK快速模糊度解算方法对定位终端进行精确定位，并将定位结果发送给定位终端。
所述的若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位，具体包括纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换和纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换：
所述的纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
R1.当室内定位模块接收到的定位终端室内定位信号太弱，以致无法对定位终端进行定位解析时，定位终端将定位方法从纯市内定位方法切换至室内外无缝切换定位方法；
R2.当室外定位解算模块无法收到定位终端发送的采样数据且室外定位模块无法对定位终端发送的采样数据进行定位解算，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室内方向移动时，定位终端将定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室内定位方法。
所述的纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
r1.当室外定位解算模块能够不定时接收到定位终端发送的近距离通信信号，则定位终端将定位方法从纯室外定位方法切换到室内外无缝切换定位方法；
r2.当室外定位解算模块无法接收到定位终端发送的采样数据且室内定位模块热点无法根据定位终端发送数据进行定位解算时，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室外方向移动时，定位终端件定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室外定位方法。

Claims (9)

1.一种低功耗室内外定位无缝切换方法，包括如下步骤：
S1.定位终端根据定位历史数据和接收到的定位信号数据，判断自身定位状态；
S2.定位终端根据步骤S1得到的判断结果，采用如下规则进行定位：
若定位终端处于室内，则采用纯室内定位方法进行自身定位；
若定位终端处于室外，则采用纯室外定位方法进行自身定位；
若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位。
2.根据权利要求1所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的纯室内定位方法，具体为采用如下方法进行定位：
A.利用近距离无线通信技术，在室内布置室内定位模块热点；
B.室内定位模块热点接收定位终端发送的室内定位信号，并利用接收信号的强度进行定位终端的定位，并将定位结果发送定位终端。
3.根据权利要求1所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的纯室外定位方法，具体为定位终端进行卫星导航接收和解算，实现定位终端的室外单点定位。
4.根据权利要求1～3之一所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的室内外无缝切换定位方法，具体为采用如下方法进行定位：
(1)在室内与室外的进出口处布设室外定位解算模块，所述室外定位解算模块能够与室内模块热点进行近距离无线通信；
(2)室外定位解算模块捕获和跟踪卫星信号，获取不同卫星不同频点的伪码信息和载波相位信息；
(3)定位终端接收卫星导航信号，并将接收的卫星导航信号传送给室外定位解算模块；
(4)室外定位解算模块根据接收的定位终端的数据和自身接收的伪码信息进行矢量接收和解算，得到定位终端的粗定位结果和载波相位信息；
(5)室外定位解算模块再根据步骤(4)得到的定位终端的粗定位结果和载波相位信息，结合自身的载波相位信息和定位终端的载波相位信息，利用RTK快速模糊度解算方法对定位终端进行精确定位，并将定位结果发送给定位终端。
5.根据权利要求4所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的若定位终端均不处于室内或者室外，则采用室内外无缝切换定位方法进行自身定位，具体包括纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换和纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换。
6.根据权利要求5所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的纯市内定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
R1.当室内定位模块接收到的定位终端室内定位信号太弱，以致无法对定位终端进行定位解析时，定位终端将定位方法从纯市内定位方法切换至室内外无缝切换定位方法；
R2.当室外定位解算模块无法收到定位终端发送的采样数据且室外定位模块无法对定位终端发送的采样数据进行定位解算，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室内方向移动时，定位终端将定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室内定位方法。
7.根据权利要求6所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的纯室外定位方法与室内外无缝切换定位方法之间的状态切换，具体为采用如下规则进行切换：
r1.当室外定位解算模块能够不定时接收到定位终端发送的近距离通信信号，则定位终端将定位方法从纯室外定位方法切换到室内外无缝切换定位方法；
r2.当室外定位解算模块无法接收到定位终端发送的采样数据且室内定位模块热点无法根据定位终端发送数据进行定位解算时，而且定位终端通过自身的位置历史数据判断定位终端是朝室外方向移动时，定位终端件定位方法从室内外无缝切换定位方法切换到纯室外定位方法。
8.根据权利要求6所述的低功耗室内外定位无缝切换方法，其特征在于所述的室外定位解算模块进行矢量接收和解算，具体包括如下步骤：
1)室外定位解算模块捕获自身卫星导航信号，并获取捕获的卫星号、卫星的频点以及伪码信息；
2)根据定位终端与室外定位解算模块之间的通信距离限制L，室外定位解算模块捕获卫星的伪距信息，前后偏移LL距离的码片对定位终端进行信号的引导跟踪，选定信号峰值最大的码片位置作为精确跟踪算法的输入，对定位终端信号实现小于一个码片距离的伪码和载波相位的精确跟踪，并得到定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息；所述的距离LL不小于L；
3)将步骤是)得到的定位终端的粗定位结果、伪码信息和载波相位信息与室外定位解算模块的观测数据做差分，得到定位终端的精确位置并发送给定位终端。
9.一种应用权利要求1～8所述低功耗室内外定位无缝切换方法的***，其特征在于包括定位终端、室外定位解算模块、室内定位模块热点和所述定位终端、室外定位解算模块和室内定位模块热点之间进行数据交互的链路；所述定位终端用于接收定位信息，或者获得定位需要的观测数据并对外发送；所述室外定位解算模块用于对定位终端进行室内外无缝切换定位；所述室内定位模块热点用于对定位终端在室内进行精确定位。
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