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一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统

申请号 CN202111546148.1 申请日 2021-12-15 公开(公告)号 CN114302323A 公开(公告)日 2022-04-08
申请人 中山大学; 发明人 朱祥维; 何少烽; 刘九龙; 李杜; 戴志强; 袁雪林; 冉承新;
摘要 本 发明 公开了一种基于中长波的室内三维 定位 授时方法及系统,包括:利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波 信号 上,得到定位信号;在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有基站发射信号的顺序;在基站按照顺序向室内的接收机发射定位信号之后,接收机对定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。本发明利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,并划分时隙以使任意一个时刻都只有一个基站发送定位信号,实现码分多址和时分多址相结合的信号体制,抑制陆基定位系统的远近效应。同时,对钟差进行卡尔曼滤波和PID驯服控制,提高室内授时的长期 稳定性 。
权利要求

1.一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,包括:
利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号;
在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙;
在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
2.如权利要求1所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算,具体为:
在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值;
获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,并对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算。
3.如权利要求2所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值,具体为:
利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延;
通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值;
解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值。
4.如权利要求2所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值;
将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,并计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差。
5.如权利要求4所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
利用迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差。
6.如权利要求1所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。
7.如权利要求2所述的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,其特征在于,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
8.一种基于中长波的室内三维定位授时系统,其特征在于,包括:
信号调制模,用于利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号;
发射管理模块,用于在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙;
解算模块,用于在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
9.如权利要求8所述的一种基于中长波的室内三维定位授时系统,其特征在于,所述解算模块,还包括:
基站定位单元,用于利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延,并通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值,然后解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值;
伪距计算单元,用于利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值,并将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,然后计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
数据推导单元,用于根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
定位授时解算单元,用于利用牛顿迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差,然后对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算;其中,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
10.如权利要求8所述的一种基于中长波的室内三维定位授时系统,其特征在于,所述载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。

说明书全文

一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及定位授时领域,尤其涉及一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统。

背景技术

[0002] 当前如GNSS、蜂窝无线网络等各种室外定位技术已经趋于成熟,在一定条件下能为用户提供亚米级的定位精度服务,基本满足了用户对于室外场景定位的需求。现今,人们每天平均在室内活动的时间多于在室外活动的时间,例如工作、购物、室内娱乐等等,但是在室内场景下,由于其建筑结构、存在各种家具、以及建筑物的阻挡等因素,环境复杂,若采用GNSS、蜂窝无线网络等室外环境定位方法,则难以满足室内定位精度需求。传统的GPS卫星导航信号是一种二进制相移键控(BPSK)调相信号,采用直接序列扩频(DS-CDMA)的方式,用高码率的伪随机噪声码(PRN,简称伪码)将低码率的、携带着导航电文的数据码扩展到很宽的频带上,然后通过BPSK方式,将伪码和数据码共同调制在一定频率的载波上。然而,采用BPSK调制方式,数据传输速率比较低(需低于载频的十分之一),而陆基定位系统的信号载频比传统卫星信号的载频低得多,这会导致数据传输速率更加低,影响定位效果。
[0003] 此外,对于陆基定位系统,远近效应是不可避免的问题之一。远近效应是指陆地上的基站到达目标的距离不同,信号强度衰减差异较大,接收机接收到的较强信号会对较弱信号产生干扰,严重时会完全“吞没”弱信号,这是因为弱信号的自相关峰值可能会低于弱信号和强信号的互相关值。然而,虽然卫星导航系统中不存在远近效应,但是由于室内存在障碍物的阻拦,周围环境复杂,所以无法正常接收卫星信号,即存在障碍物之间的非视距传播问题,因此市场上常见的GPS授时模便无法在室内使用。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统,以解决当前的室内定位技术存在远近效应的技术问题。
[0005] 为了解决上述技术问题,本发明实施例提供了一种基于中长波的室内三维定位授时方法,包括:
[0006] 利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号;
[0007] 在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙;
[0008] 在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
[0009] 进一步地,所述在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算,具体为:
[0010] 在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值;
[0011] 获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,并对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算。
[0012] 进一步地,所述所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值,具体为:
[0013] 利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延;
[0014] 通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值;
[0015] 解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值。
[0016] 进一步地,所述获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
[0017] 利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值;
[0018] 将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,并计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
[0019] 根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差。
[0020] 进一步地,所述根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
[0021] 根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
[0022] 利用迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差。
[0023] 进一步地,所述载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。
[0024] 进一步地,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
[0025] 为了解决相同的技术问题,本发明还提供了一种基于中长波的室内三维定位授时系统,包括:
[0026] 信号调制模块,用于利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号;
[0027] 发射管理模块,用于在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙;
[0028] 解算模块,用于在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
[0029] 进一步地,所述解算模块,还包括:
[0030] 基站定位单元,用于利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延,并通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值,然后解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值;
[0031] 伪距计算单元,用于利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值,并将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,然后计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
[0032] 数据推导单元,用于根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
[0033] 定位授时解算单元,用于利用牛顿迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差,然后对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算;其中,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
[0034] 进一步地,所述载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。
[0035] 相比于现有技术,本发明实施例具有如下有益效果:
[0036] 本发明提供了一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统,利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,提高频带利用率,并划分时隙以使任意一个时刻都只有一个基站发送定位信号,实现码分多址和时分多址相结合的信号体制,抑制陆基定位系统潜在的远近效应。
[0037] 进一步地,采用10MHz到30MHz的电磁波作为载波信号,并对钟差进行卡尔曼滤波和PID驯服控制,在保证定位精度的前提下,实现超视距覆盖,减少非视距造成的时延影响,并提高室内授时的长期稳定性和本地晶振短期稳定度;同时,利用测高仪器获得接收机的大地高,改善陆基定位系统的高度测量精度,进一步提升三维定位系统的定位精度。附图说明
[0038] 图1:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时方法的一种实施例的流程示意图;
[0039] 图2:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时方法的一种实施例的测距码序列示意图;
[0040] 图3:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时方法的一种实施例的定位信号示意图;
[0041] 图4:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时方法的一种实施例的码分多址和时分多址相结合的信号发射时域示意图;
[0042] 图5:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时系统的结构示意图;
[0043] 图6:为本发明提供的一种基于中长波的室内三维定位授时系统的模块的结构示意图。

具体实施方式

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0045] 请参照图1,为本发明实施例提供的一种基于中长波的室内三维定位授时方法,包括:
[0046] S101:利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号。
[0047] 在本实施例中,载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。
[0048] 需要说明的是,低于30MHz的无线电信号传播可以用地波和天波传播来表征,这两种传播模式都可以实现超视距覆盖,有利于在障碍物较多的场景下传播。但是定位信号的载频太低会导致理论定位精度低,所以为了保证测量精度,定位信号的频率不能太低,因此陆基定位系统考虑采用10MHz到30MHz的电磁波作为载波信号,在载波上调制测距码和数据码,得到的调制波作为定位信号。同时,这个频段的电磁波信号能够穿透障碍物,使得能够在室内授时。
[0049] S102:在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙。
[0050] S103:在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
[0051] 进一步地,所述在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算,具体为:
[0052] 在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值;
[0053] 获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,并对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算。
[0054] 在本实施例中,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
[0055] 进一步地,所述所述接收机对所述定位信号进行捕获,并计算得到所述接收机到各所述基站的伪距观测值和各所述基站的大地坐标值,具体为:
[0056] 利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延;
[0057] 通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值;
[0058] 解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值。
[0059] 进一步地,所述获取所述接收机的大地高,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
[0060] 利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值;
[0061] 将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,并计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
[0062] 根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差。
[0063] 进一步地,所述根据各所述基站的伪距估计值,建立伪距方程,计算得到所述接收机的经度估计值、纬度估计值和钟差,具体为:
[0064] 根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
[0065] 利用牛顿迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差。
[0066] 以下列举具体例子以对本发明方案进行说明:
[0067] 步骤1:采用10MHz的电磁波作为载波信号,利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号。其中,请参照图2,所用的测距码采用GPS的C/A码序列,速率为载波信号频率的十分之一以下;此外,调制之后得到的定位信号请参照图3,相比于传统的BPSK调制,在相同干扰能下获得更优的频带利用率。
[0068] 不同的基站发射的定位信号调制了对应唯一的测距码,而接收机根据测距码识别发送该定位信号的基站,实现了码分多址的信号体制。并且,由于接收机到各陆地基站的距离不同,在接收机处有可能会造成强信号对弱信号的互相关干扰,即“远近效应”。请参照图4,为了抑制“远近效应”,在码分多址的信号体制的基础上,设计时分多址,假设有n个基站参与定位,对于n个基站,在一个发射周期内,划分n个时隙,各基站只容许占用其中一个时隙,并在下一个周期重复本周期各个基站定位信号的发射顺序。
[0069] 步骤2:在n个参与定位的基站按照确定的顺序向室内的接收机发射定位信号之后,利用接收机产生的本地测距码对定位信号进行捕获,通过检测定位信号的相关峰,获取所述本地测距码移动的时延,并乘以电磁波传播速度,得到接收机到各基站的伪距观测值并且解析定位信号中的导航电文,获得各基站的大地坐标值(Bi,Li,Hi),其中i=1,2,…,n。
[0070] 步骤3:利用测高仪器,获取接收机的大地高H,并设定接收机的经度初始值和纬度初始值,获得接收机的大地坐标初始值(B0,L0,H),并将(B0,L0,H)转化为ECEF坐标系下的(x0,y0,z0),将(Bi,Li,Hi)转化为ECEF坐标系下的(xi,yi,zi),并计算接收机到各基站的伪距估计值Ri。
[0071]
[0072] 其中,从大地坐标值转化为ECEF坐标值的转化公式为:
[0073]
[0074] 其中, 为卯酉圈曲率半径,a为椭球长半轴的长度,e为离心率。
[0075] 步骤4:设定钟差初始值为δt0、钟差修正值为Δt、伪距修正值为υi、接收机ECEF坐标为(x,y,z),结合计算得到的伪距估计值Ri、各基站的ECEF坐标值(xi,yi,zi),建立伪距方程:
[0076]
[0077] 其中,c为光速。
[0078] 对伪距方程进行泰勒展开并舍去二次及以上高阶项,得到误差方程式:
[0079] υi=aiΔx+biΔy+ciΔz+cΔt‑li
[0080] 矩阵形式为:
[0081] V=AX‑L
[0082] 其中,
[0083]
[0084] 从大地坐标到ECEF坐标系的微分转换关系式如下:
[0085]
[0086] 由于大地高H已知,所以ΔH=0,代入上式,求得最小二乘解为:
[0087] Y=(PTP)‑1PTL
[0088] 其中,
[0089]
[0090]
[0091]
[0092] 式中,Y矩阵为接收机位置和钟差修正量,ΔL为经度修正值,ΔB为纬度修正值,Δt为钟差修正值。
[0093] 步骤5:根据下式对接收机的经度初始值L0、纬度初始值B0以及钟差初始值δt0进行迭代,得到接收机的估计坐标 其中, 为接收机的经度估计值,为接收机的纬度估计值。
[0094]
[0095] 若当前的修正值ΔL、ΔB、Δt满足预设的精度范围,输出 否则,将 替代为B0,替代为L0,δt替代为δt0,返回至步骤4进行迭代计算,直至当前的修正值ΔL、ΔB、Δt满足预设的精度范围,输出
[0096] 步骤6:对钟差δt进行滤波、驯服控制。滤波方法采用卡尔曼滤波,驯服控制方法采用PID驯服控制方法。
[0097] 请参照图5,为了解决相同的技术问题,本发明还提供了一种基于中长波的室内三维定位授时系统,包括:
[0098] 信号调制模块,用于利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,得到定位信号;
[0099] 发射管理模块,用于在每一个发射周期内,根据参与定位的基站的数目,划分时隙,并确定所有所述基站发射信号的顺序;其中,一个所述基站只允许占用一个所述时隙;
[0100] 解算模块,用于在所述基站按照所述顺序向室内的接收机发射所述定位信号之后,所述接收机对所述定位信号进行捕获,并结合预设的计算推导方法,完成定位授时的解算。
[0101] 进一步地,请参照图6,所述解算模块,还包括:
[0102] 基站定位单元,用于利用所述接收机产生的本地测距码对所述定位信号进行捕获,检测所述定位信号的相关峰,以获取所述本地测距码移动的时延,并通过所述时延与电磁波传播速度的相乘,获得所述接收机到各所述基站的伪距观测值,然后解析所述定位信号中的导航电文,获得各所述基站的大地坐标值;
[0103] 伪距计算单元,用于利用测高仪器,获取所述接收机的大地高,并结合预设的所述接收机的经度初始值和纬度初始值,获得所述接收机的大地坐标初始值,并将所述接收机的大地坐标初始值转化为对应的所述接收机的ECEF坐标初始值,将各所述基站的大地坐标值转化为对应的各所述基站的ECEF坐标值,然后计算所述接收机到各所述基站的伪距估计值;
[0104] 数据推导单元,用于根据各所述基站的伪距估计值,结合预设的各所述基站的伪距修正值、各所述基站的ECEF坐标值,以及预设的所述接收机的ECEF坐标值,建立伪距方程,推导得到所述接收机的经度修正值、纬度修正值和钟差修正值;
[0105] 定位授时解算单元,用于利用牛顿迭代的方法,结合所述经度修正值、所述纬度修正值和所述钟差修正值,对所述接收机的经度初始值、所述接收机的纬度初始值以及预设的钟差初始值进行迭代处理,每次迭代处理时根据当前的修正值更新初始值,直到当前的修正值满足预设的精度范围,输出当前的初始值,并将当前的经度初始值作为所述接收机的经度估计值,将当前的纬度初始值作为所述接收机的纬度估计值,将当前的钟差初始值作为所述钟差,然后对所述钟差进行滤波、驯服控制,完成定位授时的解算;其中,所述滤波采用卡尔曼滤波,所述驯服控制采用PID驯服控制。
[0106] 进一步地,所述载波信号是频率为10MHz到30MHz的电磁波。
[0107] 相比于现有技术,本发明实施例具有如下有益效果:
[0108] 本发明提供了一种基于中长波的室内三维定位授时方法及系统,利用QPSK的调制方式将测距码和数据码调制在载波信号上,提高频带利用率,并划分时隙以使任意一个时刻都只有一个基站发送定位信号,实现码分多址和时分多址相结合的信号体制,抑制陆基定位系统潜在的远近效应。
[0109] 进一步地,采用10MHz到30MHz的电磁波作为载波信号,并对钟差进行卡尔曼滤波和PID驯服控制,在保证定位精度的前提下,实现超视距覆盖,减少非视距造成的时延影响,并提高室内授时的长期稳定性和本地晶振短期稳定度;同时,利用测高仪器获得接收机的大地高,改善陆基定位系统的高度测量精度,进一步提升三维定位系统的定位精度。
[0110] 以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明,应当理解,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围。特别指出,对于本领域技术人员来说,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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