本發(fā)明涉及到無線電定位領(lǐng)域，尤其涉及到室內(nèi)外連續(xù)高精度無線電定位方法。

背景技術(shù)：

由于GNSS技術(shù)在室內(nèi)應(yīng)用時受到極大限制，近年來室內(nèi)外連續(xù)定位技術(shù)開始受到研究人員的關(guān)注，主要難點在于室內(nèi)定位和室內(nèi)外無縫定位?；贗EEE802.11b/g協(xié)議的WiFi信號強度定位技術(shù)日益受到重視，基于該技術(shù)可達到室內(nèi)環(huán)境下優(yōu)于3米的定位精度。但是該定位方法WiFi信號的覆蓋范圍有限，且需要事先建立信號指紋數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)建設(shè)成本過高。典型的室內(nèi)定位手段還有偽衛(wèi)星測距定位和慣性定位等。為便于與GNSS系統(tǒng)集成和算法優(yōu)化，偽衛(wèi)星的發(fā)播頻率多采用L波段，但在室內(nèi)穿透力不足，多徑效應(yīng)等影響帶來的誤差過大，尤其在偽衛(wèi)星數(shù)量較少的情況下難以實現(xiàn)有效定位和室內(nèi)外連續(xù)定位。慣性定位的主要問題是慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差隨時間累積，其中低成本的慣性器件短時間內(nèi)發(fā)散產(chǎn)生的誤差更大。

目前現(xiàn)有的室內(nèi)外連續(xù)定位方法存在如下局限性：覆蓋范圍小或者定位精度低，或者兩者皆有；室內(nèi)和室外定位采用的方法不同，使用的系統(tǒng)不同，增加了終端復(fù)雜度的同時也使難以解決室內(nèi)外連續(xù)定位的問題；多源融合的組合導(dǎo)航方案，雖然可以提供較好的服務(wù)性能，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，不利于推廣應(yīng)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種單無線電系統(tǒng)實現(xiàn)室內(nèi)外連續(xù)高精度定位的方法，實現(xiàn)30-50Km范圍內(nèi)的高精度定位。本發(fā)明定位方法具有獨立、大范圍和高精度的特點，也能夠應(yīng)用于無電力背景下的室內(nèi)外連續(xù)定位，可以在此基礎(chǔ)上建成相應(yīng)的室內(nèi)外無線電定位系統(tǒng)。

本發(fā)明中室外的多個基站發(fā)射本發(fā)明設(shè)計的穿透力強的無線電導(dǎo)航信號，各基站根據(jù)目標(biāo)區(qū)域按照較優(yōu)的GDOP進行布局，基站的地理坐標(biāo)事先或?qū)崟r進行標(biāo)定，基站之間的時間同步采用時間比對技術(shù)或衛(wèi)星導(dǎo)航的差分技術(shù)(可輔以精密原子鐘)實現(xiàn)。室內(nèi)外一體定位終端通過接收多個基站輻射的無線電導(dǎo)航信號，進行導(dǎo)航電文信息提取和無線電信號的粗測距和精測距，解算出終端用戶的高精度定位信息。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)定位精度高、作用范圍廣；

(2)信號發(fā)射站架設(shè)在室外，在反恐防暴等特殊的無電力環(huán)境下可用。

附圖說明

圖1單系統(tǒng)大范圍室內(nèi)外連續(xù)定位的無線電定位方法示意圖；

圖2單系統(tǒng)大范圍室內(nèi)外無線電定位實現(xiàn)步驟示意圖；

圖3穿透能力的示意圖；

圖4CPM調(diào)制與BPSK、BOC調(diào)制的功率譜比較圖；

圖5載波相位整周模糊度的解算及高精度測距的實現(xiàn)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明是一種單系統(tǒng)實現(xiàn)大范圍室內(nèi)外連續(xù)高精度定位的方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：確定適用于室內(nèi)外連續(xù)定位的無線電導(dǎo)航信號體制，包括載波頻率的選擇以及調(diào)制方式的確定。

選擇載波頻率：選擇50MHz-200MHz中的一個頻段作為無線電導(dǎo)航信號的載波頻段(寬度為5MHz以內(nèi))。

選擇該頻率范圍綜合考慮了電磁波在室外空間和室內(nèi)建筑墻體中的傳播性能、電磁波在界面的透射性能、定位精度的需求和硬件實現(xiàn)難度等。信號在建筑墻體中的衰減公式為其中ε”＝ε，ε'＝σ/ω，μ為磁導(dǎo)率、ε為墻體的介電常數(shù)、σ為電導(dǎo)率、ω為角頻率，可以看出，該頻率范圍的信號相比500MHz-20GHz范圍內(nèi)的信號，無論在空氣中還是在建筑墻體內(nèi)，其衰減會大大降低，尤其對建筑墻體及樓板的穿透能力大大增加，因此其在室內(nèi)外的覆蓋范圍會大幅上升。

選擇調(diào)制方式：本發(fā)明的無線電信號采用CPM調(diào)制方式，選擇該調(diào)制方式綜合考慮了可用帶寬、信號旁瓣的衰減程度等。相比于衛(wèi)星導(dǎo)航的BPSK信號和BOC信號的調(diào)制頻譜，CPM信號功率集中度更高、旁瓣衰減更迅速、對帶外干擾更小，這樣在得到較高的信噪比的同時，對鄰近頻帶的信號干擾也較小，比較容易降到國家規(guī)定的范圍以內(nèi)。

步驟二：進行單系統(tǒng)室內(nèi)外連續(xù)的高精度無線電定位，示意如圖1所示，實現(xiàn)過程包含如圖2所示的4個步驟，包括：

第一，根據(jù)被服務(wù)區(qū)域大小及環(huán)境特征，架設(shè)信號發(fā)射基站，基站在架設(shè)時需保證被服務(wù)區(qū)域用戶在同一時間內(nèi)至少收到4個不同基站發(fā)出的信號，基站之間的直線距離為1km至20km，為保證定位精度，各基站組成的定位網(wǎng)絡(luò)應(yīng)使服務(wù)區(qū)域的DOP值盡量?。?/p>

第二，基站架設(shè)完成后，需知道基站準(zhǔn)確的地理位置，基站的地理坐標(biāo)可通過事先標(biāo)定，或采用GNSS差分技術(shù)獲?。?/p>

第三，基站之間的時鐘同步，采用時間比對技術(shù)或衛(wèi)星導(dǎo)航的差分技術(shù)(可輔以精密原子鐘)實現(xiàn)；

第四，根據(jù)基站發(fā)射的導(dǎo)航信號進行室內(nèi)外連續(xù)定位解算。

步驟三：定位終端測量方法為偽隨機碼偽距測量和載波相位偽距測量相結(jié)合的方法：采用偽碼和載波相位相結(jié)合的方式進行偽距測量。

首先，采用偽隨機碼除了可以得到擴頻增益外，偽碼測距進行粗測，可為載波相位整周模糊度的解算提供支持，如在碼片長度150米(偽碼速率2MHz)的條件下能實現(xiàn)1.5～3米的測距精度(0.01～0.02碼片)。

其次，再以載波相位測距進行精確測量，如載波波長為6米(載波頻率為50MHz)時，載波相位測距精度會優(yōu)于0.2m(約3％波長)，這樣就可以實現(xiàn)不存在整周模糊度(或整周模糊度很小易解算)，同時實現(xiàn)高精度的距離測量，進而得到高精度的定位的目的。

圖3、4、5均是對本文涉及的某些技術(shù)手段進行的圖解說明。

1.如圖3所示：

四個基站發(fā)射的無線電導(dǎo)航信號經(jīng)建筑墻體的阻隔后會發(fā)生衰減，衰減的程度跟墻體的自身參數(shù)與信號的頻率有關(guān)，衰減的理論公式如所述，一般頻率越高，衰減越大，一些實測數(shù)據(jù)表明衰減與頻率基本成正比關(guān)系。

墻體參數(shù)在建筑建成時已經(jīng)確定，本發(fā)明選擇的頻段載波頻率較低，能更好地穿透墻體，保證室內(nèi)用戶接收到可用的信號強度，實現(xiàn)大范圍的室內(nèi)外有效覆蓋。

2.如圖4所示：

本發(fā)明設(shè)計的無線電導(dǎo)航信號調(diào)制方式為CPM調(diào)制，圖3為MSK信號(CPM信號的一種)與BPSK信號、BOC信號功率譜的對比圖。從圖中可看出，相比于BPSK信號和BOC信號，MSK信號(CPM信號)能量更集中于低頻處、旁瓣衰減更快，因此更適合于載波頻率低、可用帶寬窄的幾十MHz-200MHz范圍中的某個頻段。

3.如圖5所示：

以2MHz的偽碼速率(碼片長度150米)和6m的載波波長(載波頻率為50MHz)為例進行測距精度的說明。首先進行碼相位偽距測量，可實現(xiàn)1.5m的粗測精度，解決精測時的整周模糊度；然后通過載波相位測量，可實現(xiàn)約0.2m的偽距精測。