本發(fā)明屬于導(dǎo)航與定位，具體涉及基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法。

背景技術(shù)：

1、隨著城市化進(jìn)程的加快與物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)位置的服務(wù)需求已經(jīng)不僅僅局限于室外，室內(nèi)定位服務(wù)成為研究領(lǐng)域中的熱門方向。衛(wèi)星導(dǎo)航中的載波相位測(cè)量法廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位中，可以通過獲得載波相位值計(jì)算反演出偽距來實(shí)現(xiàn)定位，也可以通過比較載波的相位差，反演實(shí)現(xiàn)高精度定位。全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)（globalnavigation?satellite?system,?gnss）在室外高精度定位中表現(xiàn)出色，但在環(huán)境復(fù)雜、信號(hào)衰減、散射與多徑效應(yīng)明顯的室內(nèi)，gnss信號(hào)會(huì)受到嚴(yán)重干擾。為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的高精度定位，研究人員提出了多種方法，包括偽衛(wèi)星技術(shù)、wi-fi定位、藍(lán)牙定位、超寬帶（ultra-wideband,?uwb）技術(shù)等定位方法。

2、然而，使用uwb進(jìn)行定位雖然精度較高并具有對(duì)障礙物的良好穿透能力，但難以實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋，且定位成本較高。zigbee利用rssi值進(jìn)行定位，安全性高且功耗低，但對(duì)算法要求較高，復(fù)雜環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)同步定位。藍(lán)牙定位因其體積小、功耗低，易于集成到移動(dòng)終端中而被廣泛使用，但因其易受電磁干擾且需要部署局域網(wǎng)，導(dǎo)致成本較高。地磁定位在室內(nèi)可能會(huì)遇到特征相似問題，對(duì)算法的特征提取能力和魯棒性提出了較高的要求。

3、綜上所述，在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中全面而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航，仍面臨許多亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，在室內(nèi)合理的位置布置偽衛(wèi)星，為室內(nèi)定位提供可靠的類gnss信號(hào)，優(yōu)化接收終端的配置，并利用載波相位差測(cè)量求解，實(shí)現(xiàn)高精度的室內(nèi)定位。

2、基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，具體包括以下步驟：

3、步驟一、在室內(nèi)安裝兩顆偽衛(wèi)星，記偽衛(wèi)星1、2的二維位置坐標(biāo)分別為s1（x1，y1）、s2（x2，y2），偽衛(wèi)星發(fā)送的電文為gps標(biāo)準(zhǔn)格式，內(nèi)容包括偽衛(wèi)星二維位置、偽衛(wèi)星編號(hào)、擴(kuò)頻碼編號(hào)、偽衛(wèi)星信號(hào)狀態(tài)與信號(hào)發(fā)射時(shí)間。

4、在需要獲得定位信息的裝置上安裝雙天線接收終端，所述雙天線接收終端包括接收天線a、b，接收天線a、b之間的直線距離為0.5~1個(gè)載波波長(zhǎng)λ，位置坐標(biāo)分別記為（xa,ya）、（xb,yb）為待求定位點(diǎn)。

5、作為優(yōu)選，利用信號(hào)覆蓋模擬軟件仿真?zhèn)涡l(wèi)星安裝在不同位置下的信號(hào)覆蓋結(jié)果，根據(jù)模擬結(jié)果確定偽衛(wèi)星位置安裝方案，減少室內(nèi)遮擋影響。

6、步驟二：在進(jìn)行載波相位測(cè)量前，需要把接收天線對(duì)的基線矢量方向垂直正對(duì)一個(gè)偽衛(wèi)星方向，此時(shí)，偽衛(wèi)星到接收天線a、b的距離相等，理論上到接收天線a、b的載波相位差值應(yīng)為0。但實(shí)際中會(huì)存在誤差，提取出該偽衛(wèi)星到接收天線a、b的載波相位值θa0、θb0，計(jì)算出基準(zhǔn)誤差θε=θa0?-θb0。

7、步驟三：雙天線接收終端接收偽衛(wèi)星發(fā)送的定位信號(hào)并解調(diào)出電文，進(jìn)行載波相位測(cè)量，計(jì)算同一時(shí)刻，接收天線a、b收到的偽衛(wèi)星的載波相位差值，并利用基準(zhǔn)誤差進(jìn)行修正，修正后偽衛(wèi)星1、偽衛(wèi)星2到接收天線a、b的載波相位差分別為：

8、△θ1?=(θ1a?-θ1b-θε)

9、△θ2=(θ2a?-θ2b?-θε)

10、其中，θ1a、θ1b分別為接收天線a、b與偽衛(wèi)星1的載波相位數(shù)據(jù)，θ2a、θ2b分別為接收天線a、b與偽衛(wèi)星2的載波相位數(shù)據(jù)。

11、利用載波相位差，分別計(jì)算偽衛(wèi)星1與偽衛(wèi)星2到接收天線a、b之間的距離差、：

12、=?

13、

14、步驟四：將步驟三計(jì)算得到的偽衛(wèi)星到不同接收天線間的距離差值、導(dǎo)入目標(biāo)函數(shù)，并加上約束條件，建立測(cè)量的載波相位差與理論計(jì)算的載波相位差之間的殘差極小化的優(yōu)化模型：

15、

16、

17、

18、

19、其中，f（x,y）是目標(biāo)函數(shù)，表示位置誤差的度量；△d1、δd2分別表示從偽衛(wèi)星1和2到接收天線a、b相位中心的理論距離差值：

20、

21、

22、xmin和xmax分別代表室內(nèi)區(qū)域在坐標(biāo)軸固定后的x軸最小值和最大值；ymin和ymax分別代表室內(nèi)區(qū)域在坐標(biāo)軸固定后的y軸最小值和最大值。

23、步驟五：求解優(yōu)化模型獲得接收終端的位置

24、選擇優(yōu)化算法，給定接收天線a、b的坐標(biāo)初始值，對(duì)步驟四建立的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行多次迭代，求解的值。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)值最小化，小于設(shè)定閾值時(shí)，輸出迭代結(jié)果作為雙天線接收終端的位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

25、作為優(yōu)選，選擇的優(yōu)化算法可為序列二次規(guī)劃算法（sequental?quadraticprogramming?method，sqp）或內(nèi)點(diǎn)法（interior?point?method）。

26、作為優(yōu)選，當(dāng)雙天線接收終端首次接收到偽衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，認(rèn)為待定位點(diǎn)的狀態(tài)為從室外進(jìn)入室內(nèi)，選擇大門位置或待定位點(diǎn)在室外的最后定位位置作為坐標(biāo)初始值。當(dāng)待定位點(diǎn)在室內(nèi)移動(dòng)時(shí)，選擇前一時(shí)刻的定位結(jié)果作為坐標(biāo)初始值。

27、本發(fā)明具有以下有益效果：

28、1、較高精度定位：通過利用載波相位差測(cè)量和優(yōu)化求解，可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境中的較高精度定位。相較于傳統(tǒng)的室內(nèi)定位方法，能用較低成本實(shí)現(xiàn)較高定位精度，且易于維護(hù)。

29、2、較低成本高效性：與其他高精度定位方法如uwb相比，本方法具有較低的成本，并且能夠在不顯著增加硬件復(fù)雜度的情況下，實(shí)現(xiàn)高效的定位。

30、3、多種定位場(chǎng)景的應(yīng)用：本方法可以擴(kuò)展應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境、倉(cāng)庫(kù)管理等多個(gè)不同場(chǎng)景。

技術(shù)特征：

1.基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：利用信號(hào)覆蓋模擬軟件仿真?zhèn)涡l(wèi)星安裝在不同位置下的信號(hào)覆蓋結(jié)果，根據(jù)模擬結(jié)果確定偽衛(wèi)星位置安裝方案。

3.如權(quán)利要求1所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：偽衛(wèi)星發(fā)送的電文為gps標(biāo)準(zhǔn)格式，內(nèi)容包括偽衛(wèi)星二維位置、偽衛(wèi)星編號(hào)、擴(kuò)頻碼編號(hào)、偽衛(wèi)星信號(hào)狀態(tài)與信號(hào)發(fā)射時(shí)間。

4.如權(quán)利要求1所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：接收天線a、b之間的直線距離為1個(gè)或者小于1個(gè)載波波長(zhǎng)λ。

5.如權(quán)利要求1所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于，設(shè)置約束條件為：

6.如權(quán)利要求1所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：選擇的優(yōu)化算法為序列二次規(guī)劃算法或內(nèi)點(diǎn)法。

7.如權(quán)利要求6所述基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法，其特征在于：當(dāng)雙天線接收終端首次接收到偽衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，認(rèn)為待定位點(diǎn)的狀態(tài)為從室外進(jìn)入室內(nèi)，選擇大門位置或待定位點(diǎn)在室外的最后定位位置作為坐標(biāo)初始值；當(dāng)待定位點(diǎn)在室內(nèi)移動(dòng)時(shí)，選擇前一時(shí)刻的定位結(jié)果作為坐標(biāo)初始值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于載波相位差優(yōu)化求解的室內(nèi)雙天線接收的定位方法。該方法首先在室內(nèi)安裝兩顆偽衛(wèi)星，用于發(fā)送GPS標(biāo)準(zhǔn)格式的信號(hào)與電文。在需要獲得定位信息的裝置上安裝雙天線接收終端。然后獲取接收終端到偽衛(wèi)星的載波相位基準(zhǔn)誤差。在定位過程中使用接收終端接收偽衛(wèi)星電文信號(hào)，根據(jù)載波相位情況計(jì)算偽衛(wèi)星1、偽衛(wèi)星2到接收天線A、B的載波相位差，利用載波相位差，分別計(jì)算偽衛(wèi)星到接收天線A、B之間的距離差，建立測(cè)量的載波相位差與理論計(jì)算的載波相位差之間的殘差極小化的優(yōu)化模型，利用優(yōu)化算法求解雙天線接收終端的位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

技術(shù)研發(fā)人員：周立偉,尚俊娜,施滸立
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6