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基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法與流程

文檔序號:12457261閱讀:958來源:國知局

本發(fā)明涉及衛(wèi)星定位技術領域,具體涉及一種基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法。



背景技術:

衛(wèi)星導航系統(tǒng)為用戶提供了全天候實時導航、定位與授時服務,其應用幾乎涉及國防建設和經(jīng)濟社會的各個領域。目前能夠實現(xiàn)定位與導航的技術有很多,基于偽衛(wèi)星信號時延差的定位與基于信號強度的定位是常見的定位方式。

基于偽衛(wèi)星信號時延差的定位方式與室外GPS定位原理相似,是由偽衛(wèi)星發(fā)射模擬的GPS衛(wèi)星信號,位于地面的接收機通過基于時間到達的測距算法即TOA(Time of Arrival)將該信號的到達時間轉化為接收機與衛(wèi)星之間的距離,通信距離結合偽衛(wèi)星本身的位置信息便可以計算出接收機的位置?;谛盘枏姸?Received Signal Strength Indication以下簡稱RSSI)的定位方式是利用了無線電信號在傳播的過程中會伴隨著能量強度的消耗的特點,通常能量信號的損耗和信號的傳播距離符合相應的數(shù)學關系,在定位節(jié)點測量到參考節(jié)點發(fā)射無線電信號的強度,利用經(jīng)驗模型將無線電強度轉換為距離。

由于偽衛(wèi)星的位置信息不能通過簡單更改現(xiàn)有導航電文信息實現(xiàn)GPS接收機解析得到靜止的偽衛(wèi)星位置,致使基于信號時延差的偽衛(wèi)星定位方式需要使用特制的信號接收機來進行定位,這使得定位技術復雜,不利于用戶體驗。傳統(tǒng)的基于RSSI的定位方式一般使用wifi、藍牙等,此類信號質量較差,并且易受環(huán)境的干擾,實際使用時精度較低。



技術實現(xiàn)要素:

針對現(xiàn)有技術中的上述不足,本發(fā)明提供了一種定位精度高的基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法。

為了達到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用的技術方案為:

提供一種基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法,其包括以下步驟:

獲取多個偽衛(wèi)星在當前未知節(jié)點的信號載噪比;

將信號載噪比轉換為當前未知節(jié)點的信號強度;

根據(jù)當前未知節(jié)點的多個信號強度,基于自由空間無線信號的接收功率與發(fā)射功率之間關系及非自由空間中信號強度和信號傳播路徑之間關系,計算當前未知節(jié)點與多個偽衛(wèi)星之間的距離;

根據(jù)計算的若干距離和偽衛(wèi)星定位網(wǎng)絡中的若干已知參考節(jié)點的位置坐標,采用最小二乘法計算當前未知節(jié)點的位置坐標;

在移動終端的地圖上顯示當前未知節(jié)點的位置坐標。

本發(fā)明的有益效果為:本方案采用多個偽衛(wèi)星在未知節(jié)點處的信號載噪比進行定位,實現(xiàn)定位的方式靈活,且定位精度高;采用這個方式實現(xiàn)定位,可以直接使用現(xiàn)有的移動終端或接收機完成導航定位,實現(xiàn)方式簡單,不需要使用特制的信號接收機來進行定位,簡化了定位技術,降低了在進行導航定位時的成本投入。

附圖說明

圖1為基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法一個實施例的流程圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明的具體實施方式進行描述,以便于本技術領域的技術人員理解本發(fā)明,但應該清楚,本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍,對本技術領域的普通技術人員來講,只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內,這些變化是顯而易見的,一切利用本發(fā)明構思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。

參考圖1,圖1示出了基于偽衛(wèi)星信號載噪比的導航定位方法一個實施例的流程圖100;如圖1所示,該方法100包括步驟101至步驟105。

在步驟101中,獲取多個偽衛(wèi)星在當前未知節(jié)點的信號載噪比;其中,當前未知節(jié)點的信號載噪比為移動終端的GPS接收模塊遵循NMEA0183協(xié)議輸出的信號載噪比。

NMEA0183協(xié)議共輸出六種格式信息,包括$GPGGA、$GPGLL、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC和$GPVTG,本方案所用的載噪比信息是在$GPGSV中輸出,其輸出范圍在0dB~99dB之間。

在步驟102中,將信號載噪比轉換為當前未知節(jié)點的信號強度;信號載噪比是載波噪聲比C/N0的簡稱,其用于衡量信號的質量,其定義如下:

其中,Pr為接收功率,也稱之為信號強度,其單位為DBW;N0為噪聲功率,對于大部分接收機而言,N0的典型值為-205dBW/Hz,本方案的信號強度Pr可以采用以下算例獲?。?/p>

Pr=C/N0-205。

在步驟103中,根據(jù)當前未知節(jié)點的多個信號強度,基于自由空間無線信號的接收功率與發(fā)射功率之間關系及非自由空間中信號強度和信號傳播路徑之間關系,計算當前未知節(jié)點與多個偽衛(wèi)星之間的距離。

上述的自由空間無線信號的接收功率與發(fā)射功率之間關系為:

其中,d為信號傳播的距離,Pr(d)表示距離發(fā)射節(jié)點d(m)處的接收功率,P(t)表示發(fā)射節(jié)點的發(fā)射功率,Gt,Gr分別是發(fā)射端和接收端的天線増益,λ表示無線信號的波長。

非自由空間中信號強度和信號傳播路徑之間關系為:

n為與環(huán)境相關的路徑損耗指數(shù)。

對表征自由空間無線信號的接收功率與發(fā)射功率之間關系的算例兩邊同時求導后再結合表征非自由空間中信號強度和信號傳播路徑之間關系的算例可以得到計算當前未知節(jié)點與多個偽衛(wèi)星之間的距離的算例:

其中,A=10lg[Pr(d0)],Pr(d0)為距離偽衛(wèi)星1m處的接收信號強度d0=1m;RSSI(d)為接收信號強度,RSSI(d)=10lg[Pr(d)];Pr(d)為距離偽衛(wèi)星d(m)處的接收信號強度;n為與環(huán)境相關的路徑損耗指數(shù)。

在步驟104中,根據(jù)計算的若干距離和偽衛(wèi)星定位網(wǎng)絡中的若干已知參考節(jié)點的位置坐標,采用最小二乘法計算當前未知節(jié)點的位置坐標。

在步驟105中,在移動終端的地圖上顯示當前未知節(jié)點的位置坐標。

下面以偽衛(wèi)星布設的高度是5m,對根據(jù)計算的若干距離和偽衛(wèi)星定位網(wǎng)絡中的若干已知參考節(jié)點的位置坐標,采用最小二乘法計算當前未知節(jié)點的位置坐標的具體實現(xiàn)方法進行詳細地說明:

獲取偽衛(wèi)星定位網(wǎng)絡中若干已知參考節(jié)點的位置坐標(x1,y1),(x2,y2),...,(xk,yk)和信號強度(RSSI1,RSSI2,...,RSSIk);

基于無線信號傳播衰減模型,計算當前未知節(jié)點到已知參考節(jié)點的距離d1,d2......dk,可以得到以下方程:

從第一個方程開始,分別減去最后一個方程得:

根據(jù)當前未知節(jié)點到已知參考節(jié)點的距離,采用最小二乘法計算當前未知節(jié)點的位置坐標:

z=(ATA)-1ATb

其中,AT為A的轉置;(x1,y1),(x2,y2),...,(xk,yk)為已知參考節(jié)點的坐標;d1…dk為當前未知節(jié)點到已知參考節(jié)點的距離。

綜上所述,通過本方案提供的方法實現(xiàn)導航定位使得基于偽衛(wèi)星信號載噪比的定位方式成為現(xiàn)實,解決了原本利用偽衛(wèi)星進行定位時只能基于時延差的定位窘境,也解決了使用基于RSSI定位時只是使用wifi、藍牙等信號的問題。

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