一種基于a-gps和tdoa技術的混合定位方法
【專利摘要】本發明提供一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法，包括以下步驟：初始化設備；選擇定位方式：A-GPS定位方式或TDOA定位方式；獲得定位物體的經緯度坐標；進行地圖匹配；輸出定位結果。該一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法和現有技術相比，充分利用了TDOA定位方法覆蓋范圍廣，測量時間短的優點，又利用了A-GPS測量精度高的優點，通過兩種定位方法的優勢互補實現在各種復雜環境下的精確定位需求，實用性強，適用范圍廣泛，易于推廣。
【專利說明】—種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能交通【技術領域】，具體的說是一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷發展和人們生活水平的不斷提高，汽車作為一種主要的交通工具在人們的日常生活中發揮著越來越重要的作用，但同時隨著人類對汽車的過分依賴和汽車數量的不斷增加，導致已有的道路遠不能滿足需要，道路負荷嚴重，交通擁擠、阻塞、交通事故、環境污染等問題也日益增多。交通狀況的惡化給各國帶來的損失是十分慘重的。
[0003]基于位置的服務(LBS, Location Based Service),也可以叫做移動位置服務(LCS, Location Service)，它是互聯網技術和通信技術融合的產物。它通過移動通信網絡獲取移動終端用戶的位置信息，通常是經緯度坐標，然后在GIS系統的支持下為用戶提供相應的增值業務。使用位置服務，終端用戶就可以方便地獲知自己或他人目前所處的位置，并用終端查詢其它相關信息，如:我在哪里、你在哪里、問路查詢、公交換乘、緊急救助、老人跟蹤、出租車調度管理等。基于位置業務的巨大魅力在于能在正確的時間、正確的地點、把準確的信息發送給信息需求方。
[0004]定位技術是實現智能交通和LBS的基礎和前提條件。在我國，人口多，密度大，城市手機普及率高，手機定位技術具有移動通信網絡在城市中基站之間距離近、覆蓋廣、投資小、定位精度相對較高等優點，在幾年前就被移動通信公司推出。但是由于技術條件不成熟等原因，普及并不是很廣泛。而GPS作為傳統的定位方式，深得人心，但是一旦GPS信號被樹木、高層建筑、山峰、橋梁等遮擋或者接收不到4顆及以上衛星信號時，GPS接收機就無法輸出有效信息。對于固定的路網線路，不用考慮復雜路網交叉情況，地圖匹配的結合應用能減小錯誤匹配，定位精度較單一定位明顯提高。若將三者有效的結合起來，無疑豐富了當前定位的方式，使定位系統的建立進一步改進和完善，定位系統的定位性能更加優越。
【發明內容】
[0005]本發明的技術任務是解決現有技術的不足，提供一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法。
[0006]本發明的技術方案是按以下方式實現的，該一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法，包括以下步驟:
1)初始化設備；
2)選擇定位方式=A-GPS定位方式或TDOA定位方式；
3)獲得定位物體的經緯度坐標；
4)進行地圖匹配；
5)輸出定位結果。
[0007]所述定位方式首先選擇A-GPS定位方式，當A-GPS定位失效的時候，即接收到的衛星數目小于4時，將定位方式切換為TDOA，一旦檢測到接收到的衛星數目大于等于4，則切換回A-GPS定位方式。
[0008]在A-GPS子定位系統中，A-GPS整個定位過程如下:
首先終端接收機把本身的位置信息發送到位置服務器；
位置服務器把和該位置相關的GPS信息、靈敏度輔助信息、工作狀態信息、移動終端計算的輔助信息、修正數據、GPS星歷發送到網絡；
終端接收機接收到位置服務器傳輸的信息，捕捉到衛星，接收GPS原始信號并解調信號，計算接收機到衛星的偽距離；
通過網絡或者終端算出終端的具體位置。
[0009]在TDOA子定位系統中，TDOA定位算法如下:
通過移動手機網絡獲得多個TDOA的測量值，即得到一組移動臺與多個基站之間的距離差數值，并且構成一組關于移動臺位置的雙曲線方程組，求解它得到的結果即可得到移動臺的位置估計。
[0010]所述步驟4)的地圖匹配包括以下步驟:
4.1)接收定位信息即定位物體的經緯度坐標；
4.2)確定誤差區域；
4.3)提取候選路段；
4.4)確定當前行駛路線；
4.5)確定定位物體在道路上的位置；
4.6)更新定位信息。
[0011]所述步驟4)根據步驟2)選擇的定位方式，選擇合適的地圖匹配算法進行匹配:A-GPS子定位系統采用圓修正地圖匹配算法，TDOA定位子系統采用橢圓修正地圖匹配算法。
[0012]所述圓修正地圖匹配算法包括以下步驟:找到定位物體當前行使的道路，或找到離定位物體點最近的公路線性圖層中的一個線段對象；將當前A-GPS定位點投影到定位物體行使的道路上，即用點到直線的垂直點算法計算得到位于該線段上的點，即所求的校正點。
[0013]所述橢圓修正地圖匹配算法包括以下步驟:
已知手機定位點P (X，Y)，得到這個位置的誤差橢圓，該誤差橢圓內的路段就是候選路
段；
計算有幾條路段與這個誤差橢圓相交，如果沒有路段與它相交，則以一定比例增加誤差橢圓的長短軸長度，一直到有一條路段與它相交；
如果有路段與它相交，則轉向模糊模式識別的路段選擇地圖匹配算法，然后進行具體位置的識別。
[0014]本發明與現有技術相比所產生的有益效果是:
本發明的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法克服TDOA定位技術在某些情況下定位精度不高和A-GPS在室內等封閉空間無法精確定位的缺點，充分利用了 TDOA定位方法覆蓋范圍廣，測量時間短的優點，又利用了 A-GPS測量精度高的優點，通過兩種定位方法的優勢互補實現在各種復雜環境下的精確定位需求，實用性強，適用范圍廣泛，易于推廣。【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]附圖1為本發明應用于車輛定位的流程示意圖。
[0016]附圖2為A-GPS定位子系統組成結構圖。
[0017]附圖3為TDOA定位子系統組成結構圖。
[0018]附圖4為混合定位系統組成框架圖。
[0019]附圖5為地圖匹配流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖以車輛定位為例對本發明的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法作以下詳細說明。
[0021]本發明通過從車載移動端的移動手機發射的信號通過移動通信網絡傳輸到相鄰的基站，基站檢測信號的到達時間，并將到達時間傳送到定位中心。定位中心接收各個基站所檢測到的信號到達時間，估計出信號到達相鄰基站的時間差TD0A，解算出車輛位置點的經度、緯度等信息。然后，將獲得的實時車輛位置數據，傳送到地圖匹配模塊。把此坐標信息與電子地圖匹配，即可實現車輛的位置顯示、跟蹤、查詢。本發明提供一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法，包括以下步驟:
(1)初始化設備
(2)選擇定位方式
(3)獲得定位物體的經緯度坐標
(4)進行地圖匹配
(5)輸出定位結果
如圖1所示，混合定位系統的處理流程如下:首先初始化所有設備，首選A-GPS定位方法。當GPS接收到4顆及以上衛星能正確導航時，采用A-GPS子定位系統進行導航，否則采用TDOA子定位系統導航定位，得到定位數據后用地圖匹配算法修正。從車載移動端的移動手機發射的信號通過移動通信網絡傳輸到相鄰的基站，基站檢測信號的到達時間，并將到達時間傳送到定位中心。定位中心接收各個基站所檢測到的信號到達時間，估計出信號到達相鄰基站的時間差TD0A，解算出車輛位置點的經度、緯度等信息。然后，將獲得的實時車輛位置數據，傳送到地圖匹配模塊。把此坐標信息與電子地圖匹配，即可實現車輛的位置顯示、跟蹤、查詢。
[0022]如附圖2所示的A-GPS定位子系統，其結構包括由電源供電的GPS接收機，該GPS接收機通過串行通信及圓修正匹配算法連接導航手機，該GPS接收機還連接有GPS接收天線。
[0023]在該A-GPS子定位系統中，A-GPS整個定位過程如下:1.首先終端接收機把本身的位置信息發送到位置服務器。2.位置服務器把和該位置相關的GPS信息，如GPS定位輔助信息，靈敏度輔助信息，工作狀態信息；移動終端計算的輔助信息，如GPS歷書，修正數據，GPS星歷等發送到網絡。3.終端接收機接收到位置服務器傳輸的信息，可以很快的捕捉到衛星，并可以接收GPS原始信號并解調信號。計算接收機到衛星的偽距離。4.最后通過網絡或者終端最后算出終端的具體位置。值得注意的是A-GPS依賴于GPS而存在，和GPS —樣，都需要在終端接收機內增加GPS芯片接收模塊，并配備相應的GPS天線才能夠
正常工作。
[0024]如附圖3所示的TDOA定位子系統，其結構包括移動手機、與移動手機雙向通信的移動定位毛，通過人機交互顯示的橢圓修正地圖匹配。在該TDOA子定位系統中，TDOA定位算法通過移動手機網絡獲得多個TDOA的測量值，相當于得到了一組移動臺與多個基站之間的距離差數值，并且可以構成一組關于移動臺位置的雙曲線方程組，求解它得到的結果便可以得到移動臺的位置估計。
[0025]如附圖4所示的混合定位系統框架，其根據步驟2)選擇的定位方式，選擇合適的地圖匹配算法進行匹配=A-GPS子定位系統采用圓修正地圖匹配算法，TDOA定位子系統采用橢圓修正地圖匹配算法。
[0026]如圖5所示，地圖匹配算法包括以下幾個步驟:
(4.1)接收定位信息即車輛的經緯度坐標
(4.2)確定誤差區域
(4.3)提取候選路段
(4.4)確定當前行駛路線
(4.5)確定車輛在道路上的位置
(4.6)更新定位信息
兩種子定位系統的地圖匹配算法具體實現如下:
A-GPS地圖匹配算法可以解釋為兩個獨立的過程:找到車輛當前行使的道路；將當前A-GPS定位點投影到車輛行使的道路上。具體機制為:找到離車輛點最近的公路線性圖層中的一個線段對象，然后用點到直線的垂直點算法計算得到位于該線段上的點，也就是我們所求的校正點。算法流程如下:
stepl，以車輛點為圓心、選取適當的值為半徑畫隱含的圓，判斷該圓與公路圖層中的對象是否相交，如果相交，則計算公路圖層中有幾個對象與該圓相交，如果找到多于一個對象，則適當減小圓半徑，如果沒有滿足條件的公路圖層對象，則適當加大圓半徑，直到找到唯一一個滿足條件的對象，取得該對象的公路名稱字段。如果圓的半徑大于某一門限，如15米，就認為此時車輛已經進入某一區域，如比較大的廣場等，此時將圓心作為校正點，直接轉 step40
[0027]10pl:
if {圓} Π {公路圖層中的對象}=Φ then if圓的半徑〉某一門限THEN 將讀出的經緯度作為本次校正值 go to step4 else
增大圓的半徑 go to loopl end if
else if {圓} Π {公路圖層中的對象}>1 then 減小圓的半徑
【權利要求】
1.一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法，其特征在于包括以下步驟: 1)初始化設備； 2)選擇定位方式=A-GPS定位方式或TDOA定位方式； 3)獲得定位物體的經緯度坐標； 4)進行地圖匹配； 5)輸出定位結果。
2.根據權利要求1所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:所述定位方式首先選擇A-GPS定位方式，當A-GPS定位失效的時候，即接收到的衛星數目小于4時，將定位方式切換為TD0A，一旦檢測到接收到的衛星數目大于等于4，則切換回A-GPS定位方式。
3.根據權利要求2所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:在A-GPS子定位系統中，A-GPS整個定位過程如下: 首先終端接收機把本身的位置信息發送到位置服務器； 位置服務器把和該位置相關的GPS信息、靈敏度輔助信息、工作狀態信息、移動終端計算的輔助信息、修正數據、GPS星歷發送到網絡； 終端接收機接收到位 置服務器傳輸的信息，捕捉到衛星，接收GPS原始信號并解調信號，計算接收機到衛星的偽距離； 通過網絡或者終端算出終端的具體位置。
4.根據權利要求2所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:在TDOA子定位系統中，TDOA定位算法如下: 通過移動手機網絡獲得多個TDOA的測量值，即得到一組移動臺與多個基站之間的距離差數值，并且構成一組關于移動臺位置的雙曲線方程組，求解它得到的結果即可得到移動臺的位置估計。
5.根據權利要求1所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:所述步驟4)的地圖匹配包括以下步驟: 4.1)接收定位信息即定位物體的經緯度坐標； 4.2)確定誤差區域； 4.3)提取候選路段； 4.4)確定當前行駛路線； 4.5)確定定位物體在道路上的位置； 4.6)更新定位信息。
6.根據權利要求5所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:所述步驟4)根據步驟2)選擇的定位方式，選擇合適的地圖匹配算法進行匹配=A-GPS子定位系統采用圓修正地圖匹配算法，TDOA定位子系統采用橢圓修正地圖匹配算法。
7.根據權利要求6所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:所述圓修正地圖匹配算法包括以下步驟:找到定位物體當前行使的道路，或找到離定位物體點最近的公路線性圖層中的一個線段對象；將當前A-GPS定位點投影到定位物體行使的道路上，即用點到直線的垂直點算法計算得到位于該線段上的點，即所求的校正點。
8.根據權利要求6所述的一種基于A-GPS和TDOA技術的混合定位方法,其特征在于:所述橢圓修正地圖匹配算法包括以下步驟: 已知手機定位點P (X，Y)，得到這個位置的誤差橢圓，該誤差橢圓內的路段就是候選路段； 計算有幾條路段與這個誤差橢圓相交，如果沒有路段與它相交，則以一定比例增加誤差橢圓的長短軸長度，一直到有一條路段與它相交； 如果有路段與它相交，則轉向模糊模式識別的路段選擇地圖匹配算法，然后進行具體位置的識別。`
【文檔編號】G01S19/48GK103728646SQ201310728901
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年12月26日
【發明者】宋秀苗 申請人:浪潮電子信息產業股份有限公司