利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統及其方法
2023-12-06 10:49:36
專利名稱：利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統及其方法，更具體而言，涉及一種在建築物的內部、地下商場、隧道及地鐵等難以到達衛星信號的陰影區域，向持有手機或導航儀等衛星信號接收終端的用戶無需變更任何的硬體或軟體，可自由地提供位置測量服務的位置測量系統及其方法。
背景技術：
一般，位置測量系統從地上19，000 25，OOOkm的衛星接收衛星信號後通過三角
測量法等測量接收終端的位置的系統。同時，位置測量系統具有只能從直接接收衛星信號的室外測量位置的局限性，而建築物內部、地下商場、隧道及地鐵等室內無法接收衛星信號，因此無法提供位置測量服務。為了解決以上的局限性及問題，如現有的圖1所示，提出了從屋頂接收衛星信號後，將所接收的衛星信號傳輸給室內的方案(以下簡稱「現有技術」)。但是，以上現有技術具有如下問題。第一，即便通過發送天線(TX ANT)接收再傳輸信號也被認為接收天線(RX ANT)的坐標，因此具有嚴重的垂直誤差問題，以及安裝接收天線的間隔成為水平誤差的問題。為了改善水平誤差，需要多個接收天線(RX ANT)，因此導致製造及安裝成本上升的而難以。第二，安裝在室外的接收天線的地點和對應的室內發送天線(TX ANT)的地點必須正確匹配，由於屋頂的地形地勢，在屋頂正確地安裝多個接收天線，實際上非常困難。第三，如圖1所示的虛線，根據各電纜的導入距離，具有不同的損失率，因此安裝時必須調好各天線終端的電場強度。第四，根據接收天線的安裝位置高低，具有接收不同坐標值的問題。這種問題對垂直誤差率具有很大的影響。第五，沒有正確調好發送天線之間的射頻功率(RF Power),終端持續接收射頻功率高的發送天線的信號。為此，本發明人發送與衛星信號具有相同信號結構的衛星信號為基礎，從自接收天線接收的衛星信號提取衛星時間，基於該衛星時間，在實際所有衛星中選擇適於測量位置的至少四個衛星號碼，並分配給衛星信號發生裝置，然後基於已計算的實際所有衛星的實時衛星信息，使衛星信號發生裝置發生對應於該衛星號碼的衛星信號，因此即將開發在室內也能與室外同樣的環境下提供位置測量服務的系統。
發明內容
本發明的目的在於，構建一種無需改變使用者終端的硬體或軟體，在室外位置測量環境和室內位置測量環境之間自由切換(Handover)的無縫(Seamless)位置測量系統環 境。
而且，本發明提供一種根據安裝空間的大小，可選擇性地安裝一個或多個衛星信號發生裝置，並從已安裝的衛星信號發生裝置能夠傳輸一個以上的衛星信號，從而，能夠根據安裝空間調節衛星信號發生裝置的安裝數量，因此可節省成本。而且，本發明提供一種通過簡單修改接收器的程序，不僅選擇可視角內的衛星，還能選擇脫離可視角軌道的衛星，並將該衛星的衛星信號可用於位置測量上，因此能大幅改善測量位置的準確性。為達成所述目的，本發明的一實施例，提供一種位置測量系統，是利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統，其特徵在於，包括:接收天線，其接收衛星信號；中央控制裝置，其計算並更新實際所有衛星的實時衛星信息，從所述接收天線接收的衛星信號中提取衛星時間而進行同步化，基於所述衛星時間信息，在所述實際所有衛星中選擇可用於位置測量的至少四個衛星號碼；至少一個衛星信號發生裝置，其從所述中央控制裝置獲得衛星號碼，並產生對應於從所述中央控制裝置獲得的衛星號碼的衛星信號，基於從所述衛星信號發生裝置傳輸的對應於至少4個衛星號碼的衛星信號，向室內的衛星信號接收終端使用者提供可測量自己的位置的環境。優選，所述中央控制裝置或所述衛星信號發生裝置對所述選擇的衛星號碼，基於相應衛星號碼的實際軌道坐標及對應衛星信號發生裝置的已測量的位置坐標，計算實際衛星與對應衛星信號發生裝置之間的距離，將其計算的距離除以光的速度來計算延遲傳輸時間。
更優選，根據權利要求2，所述衛星信號發生裝置延遲產生對應於所述被選的衛星號碼的衛星信號相當於從所述中央處理裝置接收或自己計算的所述延遲傳輸時間。最優選，所述衛星信號發生裝置分配到四個以上的衛星號碼，並產生與分配到的衛星號碼相對應的衛星信號。優選，所述中央控制裝置基於所述衛星時間信息，在可視角(Visibility)內存在的實際所有衛星中選擇至少四個可用於位置測量的衛星號碼。優選，所述中央控制裝置，在實際所有衛星中選擇存在於可視角內的一個衛星和，以其衛星為中心存在於維度與經度120度周邊的至少三個衛星。優選，所述衛星種類包括GPS、伽利略(Galileo)、全球導航衛星系統(GL0NASS)。根據本發明的另一實施例，提供一種室內位置測量方法，是利用衛星信號發生裝置的室內位置測量方法，其特徵在於，包括:通過接收天線接收衛星信號，並將該接收的衛星信號傳輸給中央控制裝置的步驟；從所述所接收的衛星信號提取衛星時間，基於提取的衛星時間對系統進行同步化的步驟；基於實際所有衛星的實時衛星信息及所述衛星時間信息，在所述實際所有衛星中，選擇至少四個可用於位置測量的四個衛星號碼，將所述被選的衛星號碼分配給衛星信號發生裝置的步驟；對所述被選的衛星號碼，基於該衛星號碼的實際軌道坐標及對應的衛星信號發生裝置的安裝位置坐標，計算實際衛星與對應衛星信號發生裝置之間的距離，將其計算的距離除以光的速度來計算延遲傳輸時間的步驟；使所述衛星信號發生裝置延遲產生對應於所述被選的衛星號碼的衛星信號相當於所述延遲傳輸時間的步驟；基於從所述衛星信號發生裝置傳輸的對應於至少四個衛星號碼的衛星信號，測量室內衛星信號接收終端的使用者的位置的步驟。根據本發明具有以下效果:
第一、構建一種無需改變使用者終端的硬體或軟體，在室外位置測量環境和室內位置測量環境之間自由切換(Handover)的無縫(Seamless)位置測量系統環境。第二、根據安裝空間的大小，可選擇性地安裝一個或多個衛星信號發生裝置，從已安裝的衛星信號發生裝置能夠傳輸一個以上的衛星信號，從而，根據安裝空間調節衛星信號發生裝置的安裝數量，因此，可節省成本。第三、通過簡單修改接收器的程序，不僅選擇可視角內的衛星，還能選擇脫離視角軌道的衛星，並將該衛星的衛星信號可用於位置測量上，因此可大幅改善垂直位置測量的準確性。
圖1是根據現有技術的室內位置測量系統的一例的示意圖。圖2是根據本發明實施例的利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統的示意圖。圖3是根據本發明實施例的用於說明考慮視角來選擇衛星號碼方法的示意圖。圖4是實際衛星可視角的示意圖。圖5是根據安裝場所的大 小安裝根據本發明的衛星信號發生裝置的一例的示意圖。圖6是用於說明計算實際衛星與對應衛星信號發生裝置之間距離，並計算延遲傳輸時間的方法的示意圖。
具體實施例方式以下，參照附圖進一步詳細說明本發明的優選實施例。圖2是根據本發明的室內位置測量系統的構造圖。根據圖2，本發明的利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統，包括:接收天線，其接收衛星信號；中央控制裝置，其為計算並能更新實際所有衛星的實時衛星信息，從自所述接收天線中接收的衛星信號提取衛星時間並進行同步，基於所述衛星時間信息，在所述所有實際衛星中選擇可測量位置的至少四個衛星號碼；一個以上的衛星信號發生裝置，從所述中央控制裝置分配到衛星號碼，並產生與從所述中央控制裝置分配到的衛星號碼對應的衛星信號；所述接收天線是為了從實際衛星中接收衛星信號而安裝在室外的天線，具有從實際衛星接收衛星信號的功能。所述接收天線優選安裝在安裝有本發明的位置測量系統的建築物等的屋頂。所述中央控制裝置周期性地更新並儲存實際所有衛星，例如目前32個衛星的實時衛星信息(例如，實時軌道信息等)，從所述接收天線中接收的衛星信號提取衛星時間，對衛星信號發生裝置進行同步。而且，中央控制裝置基於所述衛星時間信息及安裝有本發明的系統的位置信息，在所述實際所有衛星中選擇最適合位置測量的至少四個衛星號碼。從而，中央控制裝置將被選的衛星號碼分配給衛星信號發生裝置，將對應於被選的衛星號碼的實際衛星的衛星信號信息傳輸給衛星信號發生裝置。這種情況下，中央控制裝置將每個衛星號碼分配給多個已安裝的衛星信號發生裝置，不僅產生衛星信號，而且將至少四個衛星號碼分配給一個衛星信號發生裝置，使其產生衛星信號。如圖3 (a)所示，優選以現在的位置為準，在可視角內存在的實際所有衛星中選擇適於測量位置的至少四個衛星號碼。當然，隨著時間流逝，當可視角內的衛星發生變化時，所述被選的衛星號碼也變化。例如，根據圖4，在圖4所示的可視角條件下，9點時被選的衛星為3、6、16、21，但是隨著時間流逝，例如12點，變成3、11、19、24號衛星。更優選，如圖3 (b)所示，可選擇實際所有衛星中存在於可視角內的一個衛星和以該衛星為中心維度及經度120度周邊至少三個衛星。即，根據本發明，同時選擇存在於可視角內的衛星和脫離視角軌道的衛星，並將該衛星的衛星信號用於位置測量上，因此有利於大幅改善測量位置的準確性。所述衛星信號發生裝置，產生與從所述中央控制裝置分配到的衛星號碼對應的衛星信號，根據安裝場所，可構成一個以上。根據圖5，如服務面積較大的地下空間，安裝多個衛星信號發生裝置，安裝空間相對狹窄的地上建築物，安裝一個衛星信號發生裝置。在這種情況下，無需考慮根據安裝空間的安裝數量，一個衛星發生裝置至少分配到四個衛星號碼，並產生多個衛星信號。一方面，所述中央控制裝置，對所述被選的衛星號碼，基於該衛星號碼的實際軌道坐標及對應的衛星信號發生裝置的安裝位置坐標，計算實際衛星與對應的衛星信號發生裝置之間的距離，並將該計算的距離除以光的速度來計算延遲傳輸時間，並傳輸給對應的衛星信號發生裝置。當然，根據不同情況，所述衛星信號發生裝置自行計算所述延遲傳輸時間後，將對應的衛星信號延遲傳輸相當於所述延遲傳輸時間。延遲傳輸相當於延遲傳輸時間是因為實際衛星和衛星信號發生裝置的導航定位數據包括同樣的位置坐標值，但是衛星信號發生裝置安裝在地表面的固定坐標上，所以將傳輸時間延遲相當於實際衛星信號通過離子層、大氣層所需的時間作為補償。對所述延遲傳輸時間的計算方法，可參考圖6大致說明如下:32個衛星中，在可視角範圍內被選的任意一個衛星(SV i)，將任意時間的維度、經度、高度用X j、Y j、z j (j值隨著衛星繞軌道的時間而變化)來表示。衛星信號發生裝置中再現所述SVi衛星的衛星信號的裝置用SSGi來表示，該坐標作為固定坐標，用X1、Y1、Z1表示，所述SVi和SSGi的偽距用P i來表示的話，
權利要求
1.一種位置測量系統，所述系統是利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統，其特徵在於，包括: 接收天線，其接收衛星信號； 中央控制裝置，其計算並更新實際所有衛星的實時衛星信息，從所述接收天線接收的衛星信號中提取衛星時間而進行同步化，基於所述衛星時間信息，在所述實際所有衛星中選定可用於位置測量的至少四個衛星號碼； 至少一個衛星信號發生裝置，其從所述中央控制裝置分配獲得衛星號碼，並產生對應於從所述中央控制裝置分配獲得的衛星號碼的衛星信號， 基於從所述衛星信號發生裝置傳輸的對應於至少4個衛星號碼的衛星信號，向室內的衛星信號接收終端使用者提供可測量使用者自己的位置的環境。
2.根據權利要求1所述的位置測量系統，其特徵在於，所述中央控制裝置或所述衛星信號發生裝置對所述選定的衛星號碼，基於該衛星號碼的實際軌道坐標及對應衛星信號發生裝置的已測量的位置坐標，計算實際衛星與對應衛星信號發生裝置之間的距離，將其計算的距離除以光的速度來計算延遲傳輸時間。
3.根據權利要求2所述的位置測量系統，其特徵在於，所述衛星信號發生裝置延遲產生對應於所述被選定的衛星號碼的衛星信號，所述延遲相當於從所述中央處理裝置接收或自己計算的所述延遲傳輸時間。
4.根據權利要求1所述的位置測量系統，其特徵在於，所述衛星信號發生裝置分配到四個以上的衛星號碼，並產生與該分配到的衛星號碼對應的衛星信號。
5.根據權利要求1所述的位置測量系統，其特徵在於，所述中央控制裝置基於所述衛星時間信息，在可視角(Visibility)內存在的實際所有衛星中選定至少四個可用於位置測量的衛星號碼。
6.根據權利要求1所述的位置測量系統，其特徵在於，所述中央控制裝置，在實際所有衛星中選定存在於可視角內的一個衛星和，以該衛星為中心存在於緯度與經度120度角度周邊的至少三個衛星。
7.根據權利要求1所述的位置測量系統，其特徵在於，所述衛星種類包括GPS、伽利略(Galileo)、全球導航衛星系統(GLONASS)。
8.—種室內位置測量方法，所述方法是利用衛星信號發生裝置的室內位置測量方法，其特徵在於，包括: 通過接收天線接收衛星信號，並將該接收的衛星信號傳輸給中央控制裝置的步驟； 從所述所接收的衛星信號提取衛星時間，基於該提取的衛星時間對系統進行同步化的步驟； 基於實際所有衛星的實時衛星信息及所述衛星時間信息，在所述實際所有衛星中，選定至少四個可用於位置測量的衛星號碼，將所述被選定的衛星號碼分配給衛星信號發生裝置的步驟； 對所述被選定的衛星號碼，基於該衛星號碼的實際軌道坐標及對應的衛星信號發生裝置的安裝位置坐標，計算實際 衛星與對應衛星信號發生裝置之間的距離，將該計算的距離除以光的速度來計算延遲傳輸時間的步驟； 使所述衛星信號發生裝置延遲產生對應於所述被選定的衛星號碼的衛星信號，所述延遲相當於所述延遲傳輸時間的步驟；基於從所述衛星信號發生裝置傳輸的對應於至少四個衛星號碼的衛星信號，測量室內衛星信號接收終端的使用者的位置的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種位置測量系統以及其方法，所述系統在建築物的內部、地下商場、隧道及地鐵等難以到達衛星信號的陰影區域，向持有手機或導航儀等衛星信號接收終端的用戶無需變更任何的硬體或軟體，可自由地提供位置測量服務。本發明的利用衛星信號發生裝置的室內位置測量系統，包括接收天線，其接收衛星信號；中央控制裝置，其為計算實際所有衛星的實時衛星信息並能夠更新的中央控制裝置，從自所述接收天線接收的衛星信號提取衛星時間並進行同步，基於所述衛星時間信息，在所述所有實際衛星中選擇可利用於測量位置的至少四個衛星號碼；一個以上衛星信號發生裝置，從所述中央控制裝置獲得衛星號碼，並產生對應於從所述中央控制裝置獲得的衛星號碼的衛星信號，基於從所述衛星信號發生裝置傳輸的對應於至少4個衛星號碼的衛星信號，向室內衛星信號接收終端的使用者提供可測量自己的位置的環境。
文檔編號G01S19/24GK103238085SQ201080069163
公開日2013年8月7日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月4日
發明者李雨燮, 申熙臺, 鄭寬默 申請人:李雨燮, 申熙臺, 鄭寬默