本發(fā)明屬于導航定位技術(shù)領域，具體涉及一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位方法及定位設備。

背景技術(shù)：

由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)本身的一些先天性因素制約，造成了一些難以克服的弱點。比如實際的衛(wèi)星導航信號淹沒在噪聲信號中，本身很弱，當信號經(jīng)過墻壁或者其他障礙物的遮擋時，信號就會更加微弱，普通的接收機就很難收到衛(wèi)星信號，導致接收機就不能完成用戶定位。一般的室內(nèi)定位技術(shù)定位成本高昂而定位精度低。而衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)設備以其信號強、可以隨意布設等特點，可以廣泛應用于室內(nèi)、地下停車場等場合。但是，當衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)設備應用于室內(nèi)、地下停車場等場合時，由于布局受空間的限制，特別是高度方向，其幾何精度因子很差，造成定位精度差，特別是高度方向定位精度更差。另外，現(xiàn)有的基于偽衛(wèi)星基站、慣性導航和RSSI等技術(shù)的室內(nèi)定位方法存在實現(xiàn)復雜、定位精度不高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位方法及定位設備，該定位設備定位成本低，幾何精度因子良好，定位精度高，高度方向定位精度提高，該定位方法實現(xiàn)簡單，而且定位精度高。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位設備，包括轉(zhuǎn)發(fā)部分和用戶接收機，轉(zhuǎn)發(fā)部分包括至少4個轉(zhuǎn)發(fā)單元，所述的轉(zhuǎn)發(fā)單元通過無線與接收機連接，

其中所述的轉(zhuǎn)發(fā)單元，包括溫度及氣壓傳感器模塊、GPRS發(fā)送模塊、超寬帶測距模塊、衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊、定向接收天線、發(fā)射天線、測距天線和通信天線；溫度及氣壓傳感器模塊與GPRS發(fā)送模塊的信號輸入端連接，GPRS發(fā)送模塊的信號輸出端與通信天線連接；超寬帶測距模塊與測距天線連接；衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊的信號輸入端與定向接收天線連接，信號輸出端與發(fā)射天線連接；

所述的接收部分為用戶的接收機，包括順序連接的下變頻模塊、信號捕獲模塊、信號跟蹤模塊、電文解碼模塊、中心位置解算模塊、定位解算模塊和定位顯示模塊，還包括溫度及氣壓傳感器模塊、GPRS接收模塊、超寬帶測距模塊、通信天線、測距天線和接收天線；接收天線與下變頻模塊連接；GPRS接收模塊分別與溫度及氣壓傳感器模塊、通信天線和定位解算模塊連接；超寬帶測距模塊分別與測距天線、中心位置解算模塊、定位解算模塊和定位顯示模塊連接。

所述的用戶接收機設在n個轉(zhuǎn)發(fā)單元所構(gòu)成的空間幾何中心位置。

所述的n個轉(zhuǎn)發(fā)單元，n≥4。

所述的溫度及氣壓傳感器模塊，用于采集轉(zhuǎn)發(fā)單元所處的溫度和氣壓。

所述的超寬帶測距模塊，用于接收和發(fā)射超寬帶信號，測量轉(zhuǎn)發(fā)單元與活動范圍內(nèi)用戶接收機間的距離。

所述的GPRS發(fā)送模塊，將轉(zhuǎn)發(fā)單元處的氣壓、溫度和三維位置信息傳輸至用戶接收機。

所述的定向接收天線，用于接收特定方向的導航衛(wèi)星信號。

所述的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊，將定向天線接收到的信號放大。

所述的發(fā)射天線，用于發(fā)射衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊的導航衛(wèi)星信號。

所述的接收天線，接收4個以上的轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的信號；下變頻模塊對接收天線接收到的信號進行下變頻為基帶信號；信號捕獲模塊對下變頻模塊送入的基帶信號進行捕獲；信號跟蹤模塊對信號捕獲模塊捕獲到的信號進行跟蹤；電文解碼模塊對信號跟蹤模塊跟蹤到的信號進行電文解調(diào)，以獲得轉(zhuǎn)發(fā)設備處的溫度、氣壓和三維位置信息；用戶中心位置解算模塊，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星導航信號的電文，超寬帶測距模塊測量出的轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離，計算用戶處于轉(zhuǎn)發(fā)單元所述構(gòu)成的空間的幾何中心位置時的坐標，并作為基準點坐標；定位解算模塊，當用戶處于中心位置時利用超寬帶測距和高程約束解算出中心坐標，當用戶移動時，利用超寬帶測距和高程約束定位解算出當前位置坐標，后者減去前者就是用戶位移矢量。將基準點坐標加上用戶位移矢量，計算結(jié)果轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯高坐標系下表示；溫度及氣壓傳感器模塊，采集用戶測點處的溫度和氣壓信息，并傳輸至GPRS接收模塊；GPRS接收模塊接收GPRS發(fā)送模塊和溫度及氣壓傳感器模塊發(fā)送的氣壓、溫度、位置信息數(shù)據(jù)流；超寬帶測距模塊測量用戶接收機至轉(zhuǎn)發(fā)單元間的距離；定位顯示模塊分別與中心位置解算模塊、定位解算模塊、超寬帶測距模塊相連，用于將中心位置解算模塊所解算的中心位置信息、定位解算模塊所解算出的用戶的三維位置信息和超寬帶測距模塊測量的轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離進行顯示。

一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位方法，具體包括如下步驟：

1)在用戶活動范圍內(nèi)設置n個轉(zhuǎn)發(fā)單元，測出n個轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置；

2)轉(zhuǎn)發(fā)單元采集自身處的溫度和氣壓信息，并將測得的溫度和氣壓信息與步驟1)測得的轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置進行編號，通過GPRS發(fā)送模塊發(fā)送至用戶接收機；

3)轉(zhuǎn)發(fā)單元將定向接收天線接收到的衛(wèi)星導航信號經(jīng)衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊，由發(fā)射天線發(fā)射至用戶接收機；

4)將用戶接收機設在與n個轉(zhuǎn)發(fā)單元所構(gòu)成的空間幾何中心位置，用戶接收機接收步驟3)中轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的信號，并將這些信號經(jīng)用戶接收機的下變頻模塊變?yōu)榛鶐盘枺?/p>

5)用戶接收機對步驟4)基帶信號進行捕獲、跟蹤和電文解調(diào)，獲得的偽距ρ_i，與轉(zhuǎn)發(fā)單元至用戶接收機距離r，計算接收機處于轉(zhuǎn)發(fā)單元中心時的位置，并將定位解算的位置(x₀,y₀,z₀)信息保存，中心位置的解算原理方程為最小二乘法，其公式為：

6)用戶接收機的GPRS接收模塊接收到用戶測點處的溫度和氣壓信息，并根據(jù)步驟2)中轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的溫度、氣壓和三維位置信息，計算用戶測點的高程，即：

(B)式中，h為用戶測點的高程；k_i為加權(quán)系數(shù)，且滿足k₁+k₂+…k_n＝1，加權(quán)系數(shù)k_i的大小決定于用戶與轉(zhuǎn)發(fā)單元的相對高度差，即用戶與轉(zhuǎn)發(fā)單元的相對高度差越大加權(quán)系數(shù)k_i越??；h_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的高程，這些值事先測得；T_mi為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元與用戶之間大氣層平均溫度，T_mi＝(T_0i+T)/2，T_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的溫度，T是用戶測點的溫度；P_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的氣壓，P為用戶測點的氣壓；

7)用戶接收機根據(jù)步驟6)中所計算出的用戶測點的高程，及各轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置，完成用戶的超寬帶定位解算，其定位解算方程為：

式中，(X,Y,Z)為用戶的三維位置；(X_i,Y_i,Z_i)為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置；r_i為同一時刻利用超寬帶測距測量到的第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離；a和b分別為地球基準橢圓的長半軸和短半軸；h_i為用戶測點的高程；i＝1，2，.....，n；

8)當用戶接收機偏離中心位置時，使用超寬帶定位技術(shù)計算用戶移動的距離矢量，再結(jié)合步驟5)中心位置的坐標計算出當前位置坐標，將當前位置坐標換算大地坐標系下的維度、經(jīng)度和高度，

上述(D)式和(E)式中，(X₀,Y₀,Z₀)為利用超寬帶定位解算出的中心位置點坐標，(X,Y,Z)為利用超寬帶定位解算出的當前位置點坐標，(ΔX,ΔY,ΔZ)為用戶移動的距離矢量，(x,y,z)為所求當前位置坐標。

經(jīng)過上述步驟，準確定位用戶的位置。

所述的n個轉(zhuǎn)發(fā)單元，n≥4。

所述步驟1)中，還包括根據(jù)室內(nèi)用戶的活動范圍，建立幾何精度因子仿真模型，指導轉(zhuǎn)發(fā)單元的布設，其中PDOP值的計算公式為：

其中，a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)是用戶位置以線性化點指向第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的單位矢量，三維位置精度因子PDOP值為：

所述的轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置和高程，均由大地測量型衛(wèi)星導航接收機測得。

所述步驟7)中的定位解算方程(3)式，采用牛頓迭代及其線性化方法求解。

所述的GPRS模塊發(fā)送出去的數(shù)據(jù)，包含幀頭、轉(zhuǎn)發(fā)單元的編號、高度、溫度、氣壓、X位置、Y位置、Z位置、幀尾。

本發(fā)明根據(jù)室內(nèi)用戶的活動范圍，建立幾何精度因子(DOP)仿真模型，重點優(yōu)化空間幾何精度因子，指導轉(zhuǎn)發(fā)單元的布設，室內(nèi)布設4個以上的轉(zhuǎn)發(fā)單元，在轉(zhuǎn)發(fā)單元配備氣壓測高傳感器，轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維衛(wèi)星位置事先采用高精度GNSS接收機精確測得，這些信息按照一定的格式進行編碼，并通過GPRS發(fā)送模塊發(fā)射出去。轉(zhuǎn)發(fā)單元配置有氣壓測高傳感器，轉(zhuǎn)發(fā)單元轉(zhuǎn)發(fā)定向天線接收到的衛(wèi)星導航信號。用戶端也同樣配備溫度和氣壓傳感器，用戶接收機接收轉(zhuǎn)發(fā)單元轉(zhuǎn)發(fā)的信號，經(jīng)捕獲、跟蹤、電文解調(diào)和導航衛(wèi)星參數(shù)提取，利用超寬帶測距測量用戶到轉(zhuǎn)發(fā)單元的距離補償偽距，計算用戶在中心位置處的坐標。用戶利用超寬帶測距模塊測量用戶接收機到轉(zhuǎn)發(fā)單元間的距離，并聯(lián)合氣壓測高信息，利用高度約束方法計算用戶的當前位置和中心參考位置，從而得到用戶的位移矢量。由用戶接收機定位的中心位置和位移矢量，可以得到用戶的三維位置。與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位方法相比，本方法實現(xiàn)簡單，而且定位精度高。

說明書附圖

圖1：轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位結(jié)構(gòu)框圖；

圖2：轉(zhuǎn)發(fā)設備機構(gòu)框圖；

圖3：用戶接收機結(jié)構(gòu)框圖；

圖中，1.第一轉(zhuǎn)發(fā)單元 2.用戶接收機 3.溫度及氣壓傳感器模塊 4.GPRS發(fā)送模塊 5.超寬帶測距模塊 6.衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊 7.GPRS接收模塊 8.下變頻模塊 9.信號捕獲模塊 10.信號跟蹤模塊 11.電文解碼模塊 12.中心位置解算模塊 13.定位解算模塊 14.定位顯示模塊

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步闡述，但不是對本發(fā)明限定。

實施例：

如圖1、圖2和圖3所示，一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括設置在活動范圍內(nèi)的4個轉(zhuǎn)發(fā)單元和用戶端的用戶接收機2；四個轉(zhuǎn)發(fā)單元通過無線與用戶接收機2連接，其中：

所述的轉(zhuǎn)發(fā)單元，包括溫度及氣壓傳感器模塊3、GPRS發(fā)送模塊4、超寬帶測距模塊5、衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊6、定向接收天線、發(fā)射天線、測距天線和通信天線；溫度及氣壓傳感器模塊3與GPRS發(fā)送模塊4的信號輸入端連接，GPRS發(fā)送模塊4的信號輸出端與通信天線連接；超寬帶測距模塊5與測距天線連接；衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊6的信號輸入端與定向接收天線連接，信號輸出端與發(fā)射天線連接；

所述的用戶接收機2，包括順序連接的下變頻模塊8、信號捕獲模塊9、信號跟蹤模塊10、電文解碼模塊11、中心位置解算模塊12、定位解算模塊13和定位顯示模塊14，還包括溫度及氣壓傳感器模塊3、GPRS接收模塊7、超寬帶測距模塊5、通信天線、測距天線和接收天線；接收天線與下變頻模塊連接8；GPRS接收模塊7分別與溫度及氣壓傳感器模塊3、通信天線和定位解算模塊13連接；超寬帶測距模塊5分別與測距天線、中心位置解算模塊12、定位解算模塊13和定位顯示模塊14連接。

所述的溫度及氣壓傳感器器模塊3，用于采集轉(zhuǎn)發(fā)單元所處的溫度和氣壓；

所述的超寬帶測距模塊5，用于接收和發(fā)射超寬帶信號，用于測量轉(zhuǎn)發(fā)單元與活動范圍內(nèi)用戶接收機間的距離；

所述的GPRS發(fā)送模塊4，將轉(zhuǎn)發(fā)單元處的氣壓、溫度和三維位置信息傳輸至用戶接收機；

所述的定向接收天線，用于接收特定方向的導航衛(wèi)星信號；

所述的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊6，將定向天線接收到的信號放大；

所述的發(fā)射天線，用于發(fā)射衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器模塊6的導航衛(wèi)星信號。

所述的接收天線，接收4個的轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的信號；下變頻模塊8對接收天線接收到的信號進行下變頻為基帶信號；信號捕獲模塊9對下變頻模塊8送入的基帶信號進行捕獲；信號跟蹤模塊10對信號捕獲模塊9捕獲到的信號進行跟蹤；電文解碼模塊11對信號跟蹤模塊10跟蹤到的信號進行電文解調(diào)，以獲得轉(zhuǎn)發(fā)單元的溫度、氣壓和三維位置信息；用戶中心位置解算模塊12，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的衛(wèi)星導航信號的電文，超寬帶測距模塊5測量出的轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離，計算用戶處于中心位置時的坐標，并作為基準點坐標；定位解算模塊13，當用戶處于中心位置時利用超寬帶測距和高程約束解算出中心坐標，當用戶移動時，利用超寬帶測距和高程約束定位解算出當前位置坐標，后者減去前者就是用戶位移矢量。將基準點坐標加上用戶位移矢量，計算結(jié)果轉(zhuǎn)換到經(jīng)緯高坐標系下表示；溫度及氣壓傳感器模塊3，采集用戶測點處的溫度和氣壓信息，并傳輸至GPRS接收模塊7；GPRS接收模塊7接收GPRS發(fā)送模塊4和溫度及氣壓傳感器模塊3發(fā)送的氣壓、溫度、位置信息數(shù)據(jù)流；超寬帶測距模塊5測量用戶接收機至轉(zhuǎn)發(fā)單元間的距離；定位顯示模塊14與定位解算模塊13相連，用于將定位解算模塊13所解算出的用戶的三維位置信息進行顯示。

一種轉(zhuǎn)發(fā)式室內(nèi)定位方法，具體包括如下步驟：

1)在用戶活動范圍內(nèi)設置4個轉(zhuǎn)發(fā)單元，測出這4個轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置；

2)轉(zhuǎn)發(fā)單元采集自身處的溫度和氣壓信息，并將測得的溫度和氣壓信息與步驟1)測得的設備的三維位置進行編號，通過GPRS發(fā)送模塊4發(fā)送至用戶接收機；

3)轉(zhuǎn)發(fā)單元將定向接收天線接收到的衛(wèi)星導航信號經(jīng)衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)模塊6，由發(fā)射天線發(fā)射至用戶接收機；

4)將用戶接收機設在與4個轉(zhuǎn)發(fā)單元所構(gòu)成的空間幾何中心位置，用戶接收機接收步驟3)中轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的信號，并將這些信號經(jīng)用戶接收機的下變頻模塊8變?yōu)榛鶐盘枺?/p>

5)用戶接收機對步驟4)基帶信號進行捕獲、跟蹤和電文解調(diào)，獲得的偽距ρ_i，與轉(zhuǎn)發(fā)單元至用戶接收機距離r，計算接收機處于轉(zhuǎn)發(fā)單元中心時的位置，并將定位解算的位置(x₀,y₀,z₀)信息保存，中心位置的解算原理方程為最小二乘法，其公式為：

6)用戶接收機的GPRS接收模塊7接收到用戶測點處的溫度和氣壓信息，并根據(jù)步驟2)中轉(zhuǎn)發(fā)單元發(fā)送來的溫度、氣壓和三維位置信息，計算用戶測點的高程，即：

(2)式中，h為用戶測點的高程；k_i為加權(quán)系數(shù)，且滿足k₁+k₂+…k_n＝1，加權(quán)系數(shù)k_i的大小決定于用戶與轉(zhuǎn)發(fā)單元的相對高度差，即用戶與轉(zhuǎn)發(fā)單元的相對高度差越大加權(quán)系數(shù)k_i越小；h_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的高程，這些值事先測得；T_mi為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元與用戶之間大氣層平均溫度，T_mi＝(T_0i+T)/2，T_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的溫度，T是用戶測點的溫度；P_0i為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的氣壓，P為用戶測點的氣壓；

7)用戶接收機根據(jù)步驟6)中所計算出的用戶測點的高程，及各轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置，完成用戶的超寬帶定位解算，其定位解算方程為：

式中，(X,Y,Z)為用戶的三維位置；(X_i,Y_i,Z_i)為第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置；r_i為同一時刻利用超寬帶測距測量到的第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離；a和b分別為地球基準橢圓的長半軸和短半軸；h_i為用戶測點的高程；i＝1，2，.....，n；

8)當用戶接收機偏離中心位置時，使用超寬帶定位技術(shù)計算用戶移動的距離矢量，再結(jié)合步驟5)中心位置的坐標計算出當前位置坐標，將當前位置坐標換算大地坐標系下的維度、經(jīng)度和高度，

式中，(X₀,Y₀,Z₀)為利用超寬帶定位解算出的中心位置點坐標，(X,Y,Z)為利用超寬帶定位解算出的當前位置點坐標，(ΔX,ΔY,ΔZ)為用戶移動的距離矢量，(x,y,z)為所求當前位置坐標。

經(jīng)過上述步驟，準確定位用戶的位置。

所述步驟1)中，還包括根據(jù)室內(nèi)用戶的活動范圍，建立幾何精度因子仿真模型，指導轉(zhuǎn)發(fā)單元的布設。

所述的轉(zhuǎn)發(fā)單元的三維位置和高程，均由大地測量型衛(wèi)星導航接收機測得。

所述步驟7)中的定位解算方程(3)式，采用牛頓迭代及其線性化方法求解。

所述的GPRS模塊發(fā)送4出去的數(shù)據(jù)，包含幀頭、轉(zhuǎn)發(fā)單元的編號、高度、溫度、氣壓、X位置、Y位置、Z位置、幀尾。

本實施例根據(jù)室內(nèi)的服務范圍，在室內(nèi)布設4個轉(zhuǎn)發(fā)單元，轉(zhuǎn)發(fā)單元將把轉(zhuǎn)發(fā)單元測出的高度和氣壓信息按照一定格式打包，將打包后的數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送模塊發(fā)送給接收機，定向天線接收到的衛(wèi)星導航信號經(jīng)衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)發(fā)器后通過天線發(fā)射出去，用戶接收機接收該信號，同時用戶接收機也配置溫度和壓力傳感器，用戶終端的接收機通過對接收信號捕獲、跟蹤、解調(diào)和電文參數(shù)提取，當用戶的接收機同時收到4轉(zhuǎn)發(fā)單元的導航衛(wèi)星信號，并根據(jù)超寬帶測距進行偽距補償，可以計算出用戶的中心坐標位置，利用超寬帶測距測量轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶接收機處的距離，并聯(lián)合氣壓測高信息，就能實時得到用戶的中心位置坐標和當前的位置坐標，上述兩者相加得到用戶由中心參考位置點到當前的位移矢量，再結(jié)合利用導航信號定位的中心位置，就可以實現(xiàn)用戶的高精度定位。

下面對發(fā)明進行進一步的闡述說明：

1.PDOP(三維位置精度因子)值計算：

本發(fā)明方法中，根據(jù)室內(nèi)用戶的活動范圍，利用STK等軟件建立幾何精度因子(DOP)仿真模型，指導轉(zhuǎn)發(fā)單元的布設；

其中PDOP值的計算公式為：

其中，a_i＝(a_xi,a_yi,a_zi)是用戶位置以線性化點指向第i個轉(zhuǎn)發(fā)單元的單位矢量，三維位置精度因子PDOP值為：

2.用戶中心位置確定

由于本設備采用的是超寬帶測距，且其距離能在顯示器上顯示出來，轉(zhuǎn)發(fā)單元的中心位置在有4個轉(zhuǎn)發(fā)單元組成的球體的球心，用戶接收機到4個轉(zhuǎn)發(fā)單元的距離相等，當顯示設備上顯示的用戶到轉(zhuǎn)發(fā)單元的距離大致相等時，說明用戶就在本設備的中心位置。

3.用戶氣壓測高

本發(fā)明方法中，按照在重力場內(nèi)的大氣壓隨高度增加而減小的原理，用戶配置氣壓和溫度傳感器來測量氣象參數(shù)，計算得到轉(zhuǎn)發(fā)單元和用戶的相對高度。由于轉(zhuǎn)發(fā)單元的高度可以事先精確測量得到，用戶可以通過無線數(shù)據(jù)傳輸設備中中獲得，所以用戶的絕對高度即能計算得到。按照在重力場內(nèi)的大氣壓隨高度增加而減少的原理，通過使用氣壓和溫度傳感器來測量氣象參數(shù)，計算得到轉(zhuǎn)發(fā)單元和用戶的相對高度。

式中，P為用戶測點的大氣壓；P₀為轉(zhuǎn)發(fā)單元的大氣壓；T_m為P和P₀之間大氣層中的平均溫度，T_m＝(T₀+T)/2，T₀是轉(zhuǎn)發(fā)單元的溫度，T是用戶測點的溫度；h₀為轉(zhuǎn)發(fā)單元的高程；h為用戶所在的高程。

在上述過程中，用戶如果能同時收到n個轉(zhuǎn)發(fā)單元的氣壓、溫度等信息，則可以得到n個高度求解方程

式中，h_0n為第n個轉(zhuǎn)發(fā)單元的高程，這些值是由高精度大地測量型衛(wèi)星接收機測得；T_m1～T_mn為n個轉(zhuǎn)發(fā)單元與用戶之間大氣壓平均溫度；P₀₁～P_0n為n個轉(zhuǎn)發(fā)單元的大氣壓。

對上式加權(quán)平均后得到用戶測點的高程

h＝k₁h₁+k₂h₂+…+k_nh_n (8)

式中，k₁～k_n為加權(quán)系數(shù)，且滿足k₁+k₂+…+k_n＝1。加權(quán)系數(shù)的大小決定于用戶與轉(zhuǎn)發(fā)單元的相對高度，相對高度差別越大加權(quán)系數(shù)越小。

(1)用戶中心位置解算

設接收機接收到n個衛(wèi)星的電文，利用電文中的星歷參數(shù)，分別計算出的衛(wèi)星坐標分別為(x_i,y_i,z_i,i＝1,2,…,n)，并設用戶的待定中心坐標為(x,y,z),，用戶終端鐘差為Δt_u，C為電波傳播速度，假定n個衛(wèi)星時間統(tǒng)一，無相對時間誤差，并在同一時刻測量到衛(wèi)星到用戶的偽距ρ_i，轉(zhuǎn)發(fā)單元到用戶的距離為r，其定位解算方程如下：

由上式可得用戶中心位置坐標，以此位置作為基準點。

(2)用戶位移矢量計算

設接收機收到的n個轉(zhuǎn)發(fā)單元的位置信息為(X_i,Y_i,Z_i)，由于上述氣壓測高的精度高，為了提高三維定位精度，對上述方程加高程約束，則上述方程變?yōu)?/p>

(10)式中，a,b分別為地球基準橢圓的長半軸和短半軸，h為上述氣壓測高值。此公式求解一般采用牛頓迭代及其線性化方法。即可求得用戶的三維位置(X,Y,Z)。設在中心位置時的三維位置坐標為(X₀,Y₀,Z₀)，移動后的位置為(X_i,Y_i,Z_i)，則用戶位移矢量(ΔX,ΔY,ΔZ)為

(3)坐標轉(zhuǎn)換計算

由于上述的位置計算都是在直角坐標系下進行的，而現(xiàn)實中一般用大地坐標顯示。所以，需要進行坐標轉(zhuǎn)換。設中心坐標為(x₀,y₀,z₀)，位移坐標為(x,y,z)，則

設在大地坐標系下的位置坐標為(B,L,H)其轉(zhuǎn)換方程式為

式中，c＝a²/b為極點處的子午線曲率半徑；為橢球的第一偏心率；為橢球第二偏心率。大地維度B需要迭代計算，一般迭代4次。大地高程H的精度可達1mm。