[发明专利]一种基于伪卫星和UWB的融合定位方法

说明书

本发明提出一种基于伪卫星和UWB的融合定位系统及定位方法。该融合定位系统包括多个一体化基站组成的伪卫星定位星座，以及用于接收基站信号进行位置坐标计算和导航的一体化接收机。一体化基站和一体化接收机均由伪卫星模块和UWB模块组成，伪卫星模块和UWB模块共用多频段天线收发伪卫星信号和UWB信号并由同一时钟驱动；一体化基站使用同一1PPS信号触发产生伪卫星信号和UWB信号，保证两种信号严格时钟同步；一体化接收机的伪卫星模块和UWB模块协调产生1PPS授时信号并联合解算出定位信息。该发明大大提高了室内定位精度，使定位结果更加可靠稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于伪卫星和UWB的融合定位系统及定位方法，属于无线电导航定位技术领域。

背景技术

随着技术的发展，人们对室内定位精度的要求越来越高，使用2种及以上的定位技术进行融合以获得优于单一技术的定位性能，是目前室内定位的主要研究方向。

伪卫星系统播发定位信号的载波频率和信号体制可以自行调整和变换，具有较高的灵活性。使用载波相位测量法可获得厘米级精度并可以提供授时服务和建立时间基准，能够满足在卫星信号遮挡严重的室内区域进行定位。然而室内环境复杂多变，伪卫星信号在室内传播时会受到无线信道的影响，存在功率衰落、多径效应等问题，以至于接收机无法正常完成信号的捕获和跟踪过程，影响定位结果。伪卫星载波相位观测定位法存在整周模糊度问题，还会产生整周跳变现象，故需要其它条件进行辅助。UWB（即超宽带，Ultra WideBand）技术利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，具有很强的穿透能力和较好的抗干扰效果，采用TOF方法可在室内快速实现定位。使用UWB定位技术作为伪卫星定位方法的补充，以实现提高定位精度和定位结果的稳定性。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决伪卫星高精度、高稳定性的室内定位问题，设计一种基于伪卫星和UWB的融合定位系统及定位方法。该定位系统和方法将UWB定位方法与载波相位定位法进行融合，利用UWB定位结果来初始化载波相位定位方法中的整周模糊度初值，并约束载波相位定位的定位结果，可以提供可靠的高精度定位服务。

技术方案：本发明解决上述技术问题的方法通过如下的技术方案实现：

本发明的一种基于伪卫星和UWB的融合定位系统，包括布设在室内的多个伪卫星基站组成伪卫星定位星座，以及用于接收多个伪卫星基站信号进行位置坐标计算和导航的多个一体化接收机；每个伪卫星基站包括基站天线模块、基站伪卫星模块、基站UWB模块、基站时钟模块；每个一体化接收机包括接收机天线模块、接收机伪卫星模块、接收机UWB模块、接收机时钟模块、定位结算模块；基站天线模块和接收机天线模块均采用多频段共用天线，针对频点约为1.5GHz的伪卫星信号和频点约为3.7GHz～6.5GHz的UWB信号，可实现同时发射或接收伪卫星信号和UWB信号。

进一步地，所述基站时钟模块用于提供系统工作时钟，同时提供1PPS信号作为起始脉冲和触发脉冲，保证伪卫星信号和UWB信号的时钟同步。

进一步地，所述基站伪卫星模块包括基带信号生成模块和射频模块；所述基带信号生成模块产生中频信号，包括导航电文生成、PRN码生成、中频载波生成三个部分，经过信号调制输出数字信号；所述射频模块包括D/A数模转换电路、上变频电路，D/A数模转换电路将经过信号调制的数字信号转换为模拟信号，再通过上变频电路可输出所需的伪卫星信号。

进一步地，所述基站UWB模块包括主控模块和射频模块；所述主控模块以MCU为核心，用以控制射频模块；所述射频模块以UWB射频芯片为核心，产生和接收UWB信号。

进一步地，所述接收机伪卫星模块包括射频模块和基带信号处理模块；所述射频模块包括下变频电路、A/D模数转换电路，进而输出基带信号；所述下变频电路用于将天线模块接收得伪卫星信号下变频为中频信号，A/D模数转换电路通过采样将模拟信号转化为数字信号；所述基带信号处理模块对信号进行捕获、跟踪，解调出导航电文，获得包括伪距观测量、载波相位观测值等原始观测量信息。