CN111158029A - 一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及卫星导航定位领域，多源融合导航定位领域。一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法，其特征在于：根据可见卫星数、卫星载噪比以及定位设备全球导航卫星系统（GNSS）模块的冷启动搜索捕获时间，来确定的定位设备的初始搜索捕获窗长。基于上一次定位周期的卫星经纬度捕获结果，以及当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，设备可获得的其它非GNSS多信源定位辅助信息，通过融合决策来自适应动态调整搜索捕获窗长。本方法有效可提升基于全球导航卫星系统（GNSS）的定位设备在复杂环境下的定位性能，同时能降低定位设备的功耗，达到绿色节能的目的。

Description

一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法

技术领域

本发明属于卫星导航定位领域，多源融合导航定位领域。

背景技术

随着室内外导航定位技术与应用的飞速发展，如今市面上各类定位设备层出不穷，包括定位手环、定位腕表、智能手机、行业用的智能定位终端、定位追踪器等等。这些定位终端的实际应用需求，越来越追求定位精度高，待机时间长，并且需要设备做到小型化和可穿戴化。普通的定位设备，在室外空旷环境中的应用是相对成熟的，如记录跑步或者步行的智能手环，它集室外定位与步态监测于一体。但是在复杂环境中的适用性和可靠性较差，特别是在城市峡谷、立交桥、大型商超、地下管廊、公路铁路隧道、办公区等，目前各种定位设备的适用性都会较差，时常会出现无法定位出有效位置信息，并且设备的功耗由于不断的搜索星历信息或者其它定位信息而带来巨大消耗，从而大大缩短了设备的待机时间。因此，如何能在复杂环境下获得定位精度与功设备耗的较好性能折中，是亟需解决的室内外导航定位重要问题。

本发明涉及了一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长的动态调整方法，通过自适应感知所处的室外室内或其它复杂环境，动态调节用于定位信息解算的搜索捕获窗长，不仅能在复杂环境下提升定位成功率和定位精度，还能节省定位设备在各种场景下的功耗，从而达到定位精度与功设备耗的较好性能折中。

发明内容

一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法，核心思想如下：

根据可见卫星数，卫星载噪比，定位设备GNSS模块标称的冷启动搜索捕获时间来确定全球导航卫星系统（GNSS）的初始搜索捕获窗长；基于上一次定位周期的卫星经纬度捕获结果，以及当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，设备可获得的其它非GNSS多信源定位辅助信息，通过融合决策来自适应动态调整搜索捕获窗长。检测定位设备是否有复位，或者定位状态模式发生改变；若检测到设备复位或者定位状态模式改变，则重新设置初始搜索捕获窗长；若没有检测到设备复位或者定位状态模式改变，则继续通过融合决策来自适应动态调整搜索捕获窗长。

初始搜索捕获窗长的定义为：初始捕获搜索窗长L₀设定为L₀=N*T_cold，其中T_cold为定位设备GNSS模块标称的冷启动搜索捕获时间，N为正整数，且满足N≥1；初始捕获搜索窗长同可见卫星数和卫星载噪比有内在联系，同可见卫星数和卫星载噪比成反比，并直接反映到关系式L₀=N*T_cold中N的取值上；当定位设备出现以下状态，包括但不限于开机、复位、开始充电、停止充电、从室外到室内，从室内到室外等，则定位设备需重置初始搜索捕获窗长。

对于各类复杂环境，自适应动态调整搜索捕获窗长，主要分为以下四种场景：

场景一：若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，且定位设备可获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息。解决方案：根据当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，以及设备可获得的其它非GNSS多信源定位辅助信息，自适应减小当前周期搜索捕获窗长。

具体的，针对场景一，若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，且定位设备当前周期能获得至少一种其它非GNSS的多信源定位辅助信息，假定当前周期可见卫星数为K_s，当前周期卫星载噪比为Γ_s，系统预设卫星数门限值为TH₁，系统预设卫星载噪比门限值为TH₂，其它非GNSS的多信源定位辅助信息为ξ，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=α₁* L₀

其中α₁满足0<α₁<1，且α₁=1/（γ₁*（K_s/ TH₁）+γ₂*（Γ_s/ TH₂）+γ₃*ξ）

上式中满足γ₁+γ₂+γ₃=1，0<γ₁<1，0<γ₂<1，0≤γ₃<1；ξ取值为0或1，若存在至少一种其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则ξ=1；否则ξ=0。

场景二：若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，但定位设备不能获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息。解决方案：根据当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，自适应减小当前周期搜索捕获窗长。

具体的，针对场景二，若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，但定位设备当前周期不能获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=α₂* L₀

其中α₂满足0<α₂<1，α₂≥α₁，且α₂=1/（γ₁*（K_s/ TH₁）+γ₂*（Γ_s/ TH₂））

上式中满足γ₁+γ₂=1，0<γ₁<1，0<γ₂<1。

场景三：若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数小于等于系统预设卫星数门限值，且当前周期的卫星载噪比小于等于系统预设的载噪比门限值。解决方案：自适应减小当前周期的搜索捕获窗长。

具体的，针对场景三，若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数K_s小于等于系统预设卫星数门限值TH₁，且当前周期的卫星载噪比Γ_s小于等于系统预设的载噪比门限值TH₂，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=β₁* L₀ , 其中β₁满足0<β₁<1。

场景四：若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数和卫星载噪比分别大于系统预设门限值。解决方案：自适应加大当前周期的搜索捕获窗长。

具体的，针对场景四，若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数K_s大于系统预设卫星数门限值TH₁，且当前周期的卫星载噪比Γ_s大于系统预设的载噪比门限值TH₂，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=β₂* L₀ ,其中β₂满足β₂≥1。

本发明适用于任意室内外定位系统，对于全球导航卫星系统（GNSS），包括但不限于北斗定位系统、全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲伽利略系统；对于非GNSS的多信源定位辅助信息，包括但不限于蜂窝网无线基站信息、WIFI基站信息、地磁信息、气压信息、蓝牙信息、加速度计信息、陀螺仪信息等。

附图说明

图1是一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法的示意图

具体实施方式

实施例1：

根据本发明，假定某定位设备的GNSS模块标称的冷启动搜索捕获时间为40s，则根据L₀=N*T_cold，设置初始搜索捕获窗长为200s，即N=5，L₀=200s。同时，系统预设卫星数门限值为TH₁设置为4，系统预设卫星载噪比门限值为TH₂设置为10dB。若出现场景一，根据本发明，搜索捕获窗长可调整为40s；若出现场景二，根据本发明，搜索捕获窗长可调整为80s；若出现场景三，根据本发明，搜索捕获窗长可调整为60s；若出现场景四，根据本发明，搜索捕获窗长可调整为300s。

Claims (10)

1.一种定位设备的自适应可变搜索捕获窗长动态调整方法，其特征在于：

根据可见卫星数，卫星载噪比，定位设备GNSS模块标称的冷启动搜索捕获时间来确定全球导航卫星系统（GNSS）的初始搜索捕获窗长；

基于上一次定位周期的卫星经纬度捕获结果，以及当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，设备可获得的其它非GNSS多信源定位辅助信息，通过融合决策来自适应动态调整搜索捕获窗长。

2.检测定位设备是否有复位，或者定位状态模式发生改变；若检测到设备复位或者定位状态模式改变，则重新设置初始搜索捕获窗长；若没有检测到设备复位或者定位状态模式改变，则继续通过融合决策来自适应动态调整搜索捕获窗长。

3.如权利要求1所述的自适应动态调整搜索捕获窗长，其特征在于：

若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，且定位设备可获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则根据当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，以及设备可获得的其它非GNSS多信源定位辅助信息，自适应减小当前周期搜索捕获窗长；

若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，但定位设备不能获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则根据当前周期的可见卫星数、卫星载噪比，自适应减小当前周期搜索捕获窗长；

若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数小于等于系统预设卫星数门限值，且当前周期的卫星载噪比小于等于系统预设的载噪比门限值，则自适应减小当前周期的搜索捕获窗长；

若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数和卫星载噪比分别大于系统预设门限值，则自适应加大当前周期的搜索捕获窗长。

4.如权利要求1所述的初始搜索捕获窗长，其特征在于：

初始捕获搜索窗长L₀设定为L₀=N*T_cold，其中T_cold为定位设备GNSS模块标称的冷启动搜索捕获时间，N为正整数，且满足N≥1；

初始捕获搜索窗长同可见卫星数和卫星载噪比有内在联系，同可见卫星数和卫星载噪比成反比，并直接反映到关系式L₀=N*T_cold中N的取值上；

当定位设备出现以下状态，包括但不限于开机、复位、开始充电、停止充电、从室外到室内，从室内到室外等，则定位设备需重置初始搜索捕获窗长。

5.如权利要求1和权利要求2所述的自适应减小当前周期搜索捕获窗长，其特征在于：

若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，且定位设备当前周期能获得至少一种其它非GNSS的多信源定位辅助信息，假定当前周期可见卫星数为K_s，当前周期卫星载噪比为Γ_s，系统预设卫星数门限值为TH₁，系统预设卫星载噪比门限值为TH₂，其它非GNSS的多信源定位辅助信息为ξ，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=α₁* L₀

其中α₁满足0<α₁<1，且α₁=1/（γ₁*（K_s/ TH₁）+γ₂*（Γ_s/ TH₂）+γ₃*ξ）

上式中满足γ₁+γ₂+γ₃=1，0<γ₁<1，0<γ₂<1，0≤γ₃<1；ξ取值为0或1，若存在至少一种其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则ξ=1；否则ξ=0。

6.如权利要求1和权利要求2所述的自适应减小当前周期搜索捕获窗长，其特征在于：

若上一次定位周期获得有效GNSS经纬度定位信息，但定位设备当前周期不能获得其它非GNSS的多信源定位辅助信息，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=α₂* L₀

其中α₂满足0<α₂<1，α₂≥α₁，且α₂=1/（γ₁*（K_s/ TH₁）+γ₂*（Γ_s/ TH₂））

上式中满足γ₁+γ₂=1，0<γ₁<1，0<γ₂<1。

7.如权利要求1和权利要求2所述的自适应减小当前周期搜索捕获窗长，其特征在于：

若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数K_s小于等于系统预设卫星数门限值TH₁，且当前周期的卫星载噪比Γ_s小于等于系统预设的载噪比门限值TH₂，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=β₁* L₀

其中β₁满足0<β₁<1。

8.如权利要求1和权利要求2所述的自适应加大当前周期搜索捕获窗长，其特征在于：

若上一次定位周期未能获得有效GNSS经纬度定位信息，且当前周期的可见卫星数K_s大于系统预设卫星数门限值TH₁，且当前周期的卫星载噪比Γ_s大于系统预设的载噪比门限值TH₂，则自适应调整当前周期搜索捕获窗长L_k为：

L_k=β₂* L₀

其中β₂满足β₂≥1。

9.如权利要求1所述的全球导航卫星系统（GNSS），其特征在于：

包括但不限于北斗定位系统、全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统、欧洲伽利略系统。

10.如权利要求1和权利要求2所述的它非GNSS的多信源定位辅助信息，其特征在于：

包括但不限于蜂窝网无线基站信息、WIFI基站信息、地磁信息、气压信息、蓝牙信息、加速度计信息、陀螺仪信息等非GNSS多信源定位辅助信息。

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