基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位系統和方法技術方案

本發明專利技術提出的一種基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位系統和方法，立足于現有北斗衛星導航地面接收設備的硬件，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，為現有的北斗衛星導航地面接收設備提供高可靠性的室內定位服務。本發明專利技術的系統包括控制段、空間段和用戶段，控制段包括服務器和無線通信模塊，服務器通過標準串行接口連接無線通信模塊，服務器通過無線通信模塊與空間段對接，空間段包括多個產生虛擬北斗衛星導航信號的電文轉發設備，用戶段包括移動的手持終端或車載終端，通過互聯網或無線公網與服務器相連。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及室內定位
，特別是涉及一種。
技術介紹
衛星導航定位系統是利用衛星發射無線電信號進行定位導航，具有全天候、高精度、快速實時的三維導航、定位、測速和授時功能。衛星導航定位的基本原理是測量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。導航系統衛星部分的作用就是不斷地發射導航電文，衛星導航電文包含有系統時間、時鐘改正參數、電離層延遲模型參數、衛星星歷及衛星健康狀況信息等，這是為了給用戶提供時間、位置坐標、速度等結果數據，而用于導航衛星信號處理的有關信息。由于衛星距離地面太遠，信號到達地面時已經很微弱。在人口密集的城市，信號被高層建筑所阻擋或被多次折射，導致質量難以滿足接收定位的要求，定位誤差明顯增大，甚至導致接收機喪失定位能力。在人口上千萬的大城市，高樓林立的區域尤其是大樓內，衛星導航地面接收設備往往無法定位或者頻繁出現錯誤定位的問題。很多公共和商業服務，包括搜索救援、基于位置的服務都需要精確的室內定位。隨著基于位置服務需求的日益增長，特別在城市、室內等微弱衛星信號環境中應用需求的擴張，一種更高性能衛星定位技術-輔助型GNSS定位技術-成為了導航領域研發活動的熱點。近年來國外各大公司紛紛推出自己的A-GNSS芯片。如SiRF公司的SiRFStarl、I1、II1、IV、V系列芯片，其中SiRFStarIII芯片自主定位模式捕獲信號靈敏度為_172dBW，輔助定位模式捕獲信號靈敏度為_185dBW，跟蹤信號靈敏度_189dBW。Global Locate公司的Mantaray系列芯片，自主定位模式捕獲信號靈敏度為_170dBW，輔助定位模式捕獲信號靈敏度為_184dBW，跟蹤信號靈敏度-190dBW。在微弱信號環境中，由于接收到的衛星信號功率很弱，需要長時間積累信號以提高接收靈敏度，完成捕獲/搜星，因此搜索一個單元的駐留時間常需要Is或更長。在這種情況下，當接收機無任何先驗信息時，需要搜索整個載波頻偏和偽碼相位不確定范圍。若采用傳統接收機需要很長的捕獲時間，甚至于難以實現；而A-GNSS芯片利用輔助信息并采用大規模相關器技術，雖然很大程度上降低了搜索時間，但在接收信號功率很低的情況下，需要的搜索時間仍然無法滿足許多應用需求；而且A-GNSS芯片采用大規模相關器，同時搜索上萬個單元信號，對接收機功耗提出了很高的要求，這對于發展導航手機、PDA等便攜式接收裝置是十分不利的。在很多摩天大樓內部，信號強度可能低于A-GNSS芯片的接收靈敏度，所以A-GNSS技術對特別惡劣的室內環境也無能為力。因此，現有室內無線定位系統主要采用紅外、超聲波、藍牙、WiFi (WirelessFidelity)、RFID (Radio Frequency Identification)等短距離無線技術。其中基于 WiFi網絡的無線定位技術由于部署廣泛且低成本較低而備受關注。W1-Fi定位的原理是采用三點定位的方式，即通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號交流來鑒別移動設備所處的位置，由于移動設備距離三個無線接入點的距離不同，因此反映在無線接入點上的該移動設備的無線信號場強會有差異，通過差分算法，可以比較精準地確定車輛的位置。通常WiFi定位會對無線網絡提出較高的要求，當網絡接入點布置越密集，定位的精確度就越高。微軟開發的RADAR系統是最早的基于WiFi網絡的定位系統。它采用射頻指紋匹配方法，從指紋庫中查找最接近的K個鄰居，取它們坐標的平均作為坐標估計。W1-Fi技術在快速定位，特別是第一次快速定位的實時性能，表現了很好的優越性，同時W1-Fi技術支持室內定位，符合城市的應用環境。但是W1-Fi也有它的缺點，比如單點覆蓋范圍小，只有0.03km2。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在的缺陷和不足，提出一種，立足于現有北斗衛星導航地面接收設備的硬件，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，為現有的北斗衛星導航地面接收設備提供高可靠性的室內定位服務。 本專利技術的技術方案是:一種基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備進行室內定位；所述電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，虛擬北斗衛星導航信號的信號結構與北斗導航衛星信號的信號結構相一致，包括占用相同的工作頻點、采用相同的多址方式、調制方式、相同的擴頻碼和電文結構，包括以下步驟:I)根據定位精度需求，在室內定位的覆蓋區域內布設多個電文轉發設備，組網原理類似于移動通信的蜂窩系統，每個電文轉發設備相當于一個基站，覆蓋一個區域，具有唯一的ID標識，ID與電文轉發設備覆蓋的區域相對應；2)完成對電文轉發設備的設置，包括設定每個電文轉發設備對應的偽衛星號、偽隨機碼、發射功率，并編輯由電文轉發設備播發的導航電文內容；3)通過所述電文轉發設備產生虛擬北斗衛星導航信號，將電文內容以類似北斗導航衛星射頻信號的方式調制并發射；4)進入所述電文轉發設備覆蓋范圍內的移動終端接收和處理所述虛擬北斗衛星導航信號，最終得到所述移動終端的室內位置信息。所述導航電文內容包括但不限于時間、經度、緯度、高度、樓層號、設備ID、服務器IP地址和端口號，信息結構及校驗方式與占用的北斗頻點上固有報文保持一致。所述虛擬北斗衛星導航信號由載波、測距碼、導航電文三個層次的內容組成，所述載波頻率為北斗衛星BI頻點(1561.098MHz)，測距碼為I支路普通測距碼(C碼)，導航電文為I支路Dl (50b/s)導航電文。所述虛擬北斗衛星導航信號的測距碼為碼長2046的戈爾德碼，由兩個11級m序列Gl (t)和G2 (t)模二加產生平衡GOLD碼截短(截短Ibit)生成2046bit測距碼。所述導航電文在原有北斗導航電文Dl碼的子幀層進行調整，每個子幀由10個字組成，共包含300bit，歷時6s發送完畢；每個字由301^〖組成，歷時0.68 ;每個字由導航電文數據及校驗碼兩部分組成，其中每個子幀第一個字前15bit信息不參與校驗，后IIbit信息采用BCH (15，11，I)方式進行糾錯校驗，只含一組BCH碼，信息位共有26bit ;其它9個字均采用BCH (15，11，I)加交織方式進行糾錯編碼，每個字30bit含兩組BCH碼，信息位共有 22bit。所述虛擬北斗衛星導航信號的信號結構不限于與現有的北斗導航衛星所發射的信號結構相一致，頻率、調制方式、多址方式、電文結構也可以與未來的北斗導航衛星信號或其它導航衛星信號一致。一種基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位系統，其特征在于，包括控制段、空間段和用戶段，所述控制段包括服務器和無線通信模塊，所述服務器通過無線通信模塊與空間段對接，用于配置空間段和監控空間段的工作狀態，并生成由空間段向用戶段播發的導航電文內容；所述空間段包括多個產生虛擬北斗衛星導航信號的電文轉發設備，用于將電文內容以類似北斗導航衛星射頻信號的方式調制并發射，所述電文轉發設備組網原理類似于移動通信的蜂窩系統，每個電文轉發設備相當于一個基站，覆蓋一個區域，具有唯一的ID標識，ID與電文轉發設備覆蓋的區域相對應；所述用戶段包括移動的手持終端或車載終端，通過互聯網或無線公網與服本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備進行室內定位；所述電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，虛擬北斗衛星導航信號的信號結構與北斗導航衛星信號的信號結構相一致，包括占用相同的工作頻點、采用相同的多址方式、調制方式、相同的擴頻碼和電文結構，包括以下步驟：1）根據定位精度需求，在室內定位的覆蓋區域內布設多個電文轉發設備，組網原理類似于移動通信的蜂窩系統，每個電文轉發設備相當于一個基站，覆蓋一個區域，具有唯一的ID標識，ID與電文轉發設備覆蓋的區域相對應；2）完成對電文轉發設備的設置，包括設定每個電文轉發設備對應的偽衛星號、偽隨機碼、發射功率，并編輯由電文轉發設備播發的導航電文內容；3）通過所述電文轉發設備產生虛擬北斗衛星導航信號，將電文內容以類似北斗導航衛星射頻信號的方式調制并發射；4）進入所述電文轉發設備覆蓋范圍內的移動終端接收和處理所述虛擬北斗衛星導航信號，最終得到所述移動終端的室內位置信息。

【技術特征摘要】
1.一種基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備進行室內定位；所述電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，虛擬北斗衛星導航信號的信號結構與北斗導航衛星信號的信號結構相一致，包括占用相同的工作頻點、采用相同的多址方式、調制方式、相同的擴頻碼和電文結構，包括以下步驟:1)根據定位精度需求，在室內定位的覆蓋區域內布設多個電文轉發設備，組網原理類似于移動通信的蜂窩系統，每個電文轉發設備相當于一個基站，覆蓋一個區域，具有唯一的ID標識，ID與電文轉發設備覆蓋的區域相對應；2)完成對電文轉發設備的設置，包括設定每個電文轉發設備對應的偽衛星號、偽隨機碼、發射功率，并編輯由電文轉發設備播發的導航電文內容；3)通過所述電文轉發設備產生虛擬北斗衛星導航信號，將電文內容以類似北斗導航衛星射頻信號的方式調制并發射；4)進入所述電文轉發設備覆蓋范圍內的移動終端接收和處理所述虛擬北斗衛星導航信號，最終得到所述移動終端的室內位置信息。2.根據權利要求1所述的基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，所述虛擬北斗衛星導航信號由載波、測距碼、導航電文三個層次的內容組成，所述載波頻率為北斗衛星BI頻點(1561.098MHz)，測距碼為I支路普通測距碼(C碼)，導航電文為I支路Dl (50b/s)導航電文。3.根據權利要求2所述的基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，所述虛擬北斗衛星導航信號的測距碼為碼長2046的戈爾德碼，由兩個11級m序列Gl (t)和G2 (t)模二加產生平衡GOLD碼截短(截短Ibit)生成2046bit測距碼。4.根據權利要求2所述的基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位方法，其特征在于，所述導航電文在原有北斗導航電文Dl碼的子幀層進行調整，每個子幀由10個字組成，共包含300bit，歷時6s發送完畢；每個字由30bit組成，歷時0.6s ;每個字由導航電文數據及校驗碼兩部分組成，其中每個子幀第一個字前15bit信息不參與校驗，后Ilbit信息采用BCH(15，11，I)方式進行糾錯校驗，只含一組BCH碼，信息位共有26bit ;其它9個字均采用BCH(15，11，I)加交織方式進行糾錯編碼，每個字30bit含...

【專利技術屬性】
技術研發人員：不公告發明人，
申請(專利權)人：北京東方聯星科技有限公司，
類型：發明
國別省市：