伪卫星亚分米级室内定位系统及其载波相位定位方法

摘要

一种涉及全球卫星定位系统GPS技术的装置及其载波相位定位方法，尤指一种基于全球卫星定位系统GPS导航卫星信号等硬件和软件设计技术，主要用于在室内等无法获得全球卫星定位系统GPS卫星信号场合的伪卫星亚分米级室内定位系统及其载波相位定位方法。该系统至少包括：主控站PC机和参考接收机等，各装置组合为一整体的室内定位系统；该方法通过载波相位定位方法实现；主要解决伪卫星的硬件和软件实现问题及室内伪卫星布局问题等有关技术问题。本发明的积极效果是：该系统和方法能够实现封闭区域内的自主导航，适合于在室内等无法获得天上GPS卫星信号而又需要较高精度定位结果的场合，具有使用方便、控制简捷有效等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种全球卫星定位系统GPS(Global PositioningSystem)技术，尤旨一种基于全球卫星定位系统GPS导航卫星信号、全球卫星定位系统GPS接收机定位终端、卫星导航载波相位测量技术以及现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)硬件电路设计和嵌入式软核技术，主要用于在室内等无法获得天上全球卫星定位系统GPS卫星信号而又需要较高精度定位结果的场合，属全球定位和监控技术领域的伪卫星高精度亚分米级室内定位系统及其载波相位定位方法。

背景技术

伪卫星高精度亚分米级室内定位技术巧妙的使用了现有的GPS卫星导航技术，使用伪卫星装置在室内发射和GPS粗码卫星信号格式及内容一致的伪卫星无线信号，利用现成的商用GPS接收机的载波相位测量技术在室内完成高精度的定位。解决了在室内以及其他特殊场合自定义区域无法接收GPS信号实现定位且定位精度不高的难题。在传统的GPS定位中，普通GPS接收机的定位原理是使用伪码测距实现定位，GPS的粗码信号是公开的。而较高精度的P码并不公开。GPS的粗码定位精度较低大约在10～30米左右，此外在室内、矿井、高楼下等GPS信号被遮挡的场合，就无法实现定位。因此伪卫星高精度亚分米级室内定位技术主要面向上述GPS信号被遮挡无法定位的场合，并且有较高精度要求的领域。

伪卫星顾名思义是一个卫星模拟装置，它的主要功能是模拟卫星，在这里是模拟GPS卫星，发射和GPS信号格式一模一样的卫星导航信号。伪卫星的出现并不算晚，在美国GPS系统尚未建设完成前，就使用伪卫星进行GPS的模拟试验。近年来，世界各国有不少针对伪卫星的研究，韩国和芬兰都有较成熟的伪卫星组网系统。我国也有不少对伪卫星的研究但大多数是使用1～2个伪卫星实现卫星导航系统的区域增强，而使用纯伪卫星组建系统实现室内定位的方法几乎没有相关研究。

发明内容

为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种伪卫星室内亚分米级高精度定位解决方案，通过主控站PC机、伪卫星信号模块、射频模块、右螺旋天线、用户接收机、参考接收机和时钟模块等组成的硬件系统；通过伪卫星布局设计，实现封闭区域内的自主导航；通过测量载波相位变化值实现高精度定位的方法，达到既能解决在室内以及其他特殊场合自定义区域无法接收GPS信号问题，又能减少定位误差，提高定位精度的伪卫星亚分米级室内定位系统及其载波相位定位方法。

本发明要解决的技术问题是：针对室内区域高精度定位的要求，主要解决的技术问题是：伪卫星的硬件实现问题；在室内伪卫星布局问题；商用接收机接收伪卫星信号问题以及商用接收机载波相位测量值定位问题等；解决通过整个硬件系统如何获取高精度的定位结果问题；解决如何使用纯伪卫星组建系统实现室内定位；解决如何通过主控站PC机和伪卫星基带信号生成器之间的通讯协议问题；解决如何用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型方法问题；解决如何用二维坐标定位的位置求解算法问题；解决如何用参考接收机为用户接收机作差分校正数据后的处理方法问题以及如何用参考接收机用参考数据存储搜索方法实现定位等有关技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该定位系统由复杂可编程门阵列、总线、接口、天线、接收机及PC机等装置组成，所述定位系统的发送端通过无线信号传输到用户的接收端，该系统至少包括：

主控站PC机、伪卫星信号模块、时钟模块、用户定位模块和参考接收机，各装置组合为一整体的室内定位系统，其间的信号线和时钟线通过同轴电缆传递，数据通讯为RS232串口协议传输，其中：

一主控站PC机和伪卫星信号模块中的伪卫星基带信号生成器通过RS232串行接口相连接；

一伪卫星信号模块由伪卫星基带信号生成器、伪卫星射频模块、伪卫星螺旋发射天线等部件组成，伪卫星基带信号生成器输出的基带信号通过等长的同轴电缆与射频模块相连接，为射频模块的信号输入；射频模块通过等长的同轴电缆连接右螺旋天线，通过天线发送伪卫星的信号传输到用户定位模块和参考接收机的输入端；所述伪卫星基带信号生成器输出信号分为四路：第一路的基带信号通过30米长同轴电缆A传输到射频模块A的输入端，射频模块A的输出信号通过2米长同轴电缆A传输到右螺旋天线A的输入端，右螺旋天线A的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块和参考接收机的输入端；

第二路的基带信号通过30米长同轴电缆A传输到射频模块B的输入端，射频模块B的输出信号通过2米长同轴电缆A传输到右螺旋天线B的输入端，右螺旋天线B的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块和参考接收机的输入端；

第三路的基带信号通过30米长同轴电缆A传输到射频模块C的输入端，射频模块C的输出信号通过2米长同轴电缆A传输到右螺旋天线C的输入端，右螺旋天线C的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块和参考接收机的输入端；

第四路的基带信号通过30米长同轴电缆A传输到射频模块D的输入端，射频模块D的输出信号通过2米长同轴电缆A传输到右螺旋天线D的输入端，右螺旋天线D的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块和参考接收机的输入端；

一时钟模块由高稳的恒温晶振系统组成，一路20.46M的高稳方波时钟输出信号通过2米长同轴电缆B传输到伪卫星基带信号生成器的输入端；另外，时钟模块输出信号又分为四路：第一路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B传输到射频模块A的输入端；

第二路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B传输到射频模块B的输入端；

第三路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B传输到射频模块C的输入端；

第四路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B传输到射频模块D的输入端；

一用户定位模块由用户接收机、定位运算PC机以及其上运行的定位软件组成，用户接收机通过RS232串行接口A与定位运算PC机相连接，定位运算PC机接收来自用户接收机的测量数据，通过运行数据处理和定位软件，给出定位结果；用户定位模块为室内定位的厘米级位置标定结构；

一参考接收机模块通过RS232串行接口B与定位运算PC机相连接，参考接收机的伪卫星天线在测试区域中固定在一个已知的位置，通过发送静态测量伪卫星信号的载波相位信号，为用户接收机定位提供差分信号。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的右螺旋天线布局的形状为：伪卫星的发射天线布局在定位覆盖区域的上方四周的位置，第一路右螺旋天线A设置在整个定位覆盖区域的正上方位置，第二路右螺旋天线B、第三路右螺旋天线C和第四路右螺旋天线D分别分散设置在覆盖区域的周边。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的用户接收机的安置从测试区域的一个已知的初始坐标开始定位；参考接收机固定安置在定位覆盖区域中的一个已知点。

一种伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法，该方法通过主控站PC机、伪卫星信号模块、时钟模块、用户定位模块和参考接收机的定位系统，对用户接收机在室内定位区域中实现厘米级精度的定位，该定位方法包括：伪卫星天线布局设计；主控站PC机和伪卫星基带信号生成器之间的通讯协议、通讯过程和命令格式协议；用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型方法；用二维坐标定位的位置求解算法；用参考接收机为用户接收机作差分校正方法以及参考接收机用参考数据存储搜索方法实现定位；该定位方法的具体工作步骤是：

步骤1.开始

系统安装准备开始；

步骤2.系统安装连接，伪卫星天线布局

执行完开始模块后，则进入系统安装连接，伪卫星天线布局模块，对使用场地以及为伪卫星布置的位置进行准确的标定，确定场地的原点和X轴方向后，将伪卫星天线、参考接收机天线在场地中的位置用三维坐标表示出来；

步骤3.建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标

执行完系统安装连接，伪卫星天线布局模块后，则进入根据定位场所的实际情况建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标模块；

步骤4.主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器

执行完上述工作后，开启各部件，则进入由主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器模块；

步骤5.用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号

执行完主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器模块后，则进入用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号模块，同时输出载波相位测量值至定位运算PC机；

步骤6.判断开始定位

执行完用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号模块后，则进入判断开始定位模块，等待开始定位的指令；如果是确定开始定位后，则进入输入用户接收机初始点坐标模块，操作者输入用户接收机的初始位置坐标；如果没有开始定位，则反馈进入用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号模块；

步骤7.定位运算PC机获取接收机输出的载波相位

执行完输入用户接收机初始点坐标模块后，则进入定位运算PC机获取接收机输出的载波相位模块，该接收机包括用户接收机和参考接收机；

步骤8.差分校正

执行完定位运算PC机获取接收机输出的载波相位模块后，接收机包括用户接收机和参考接收机，则进入差分校正模块，用参考接收机)的载波相位测量值对用户接收机的载波相位测量值进行差分校正；

步骤9.伪距估计

执行完差分校正模块后，则进入伪距估计模块；

步骤10.定位结果计算和显示

执行完伪距估计模块后，则进入定位结果计算和显示模块，利用估计好的伪距完成定位结果计算和显示；

步骤11.判断中止

执行完定位结果计算和显示模块后，则进入判断中止模块；如果是中止之后，则需要重新定位；如果定位过程不中止，定位运算PC机将依次重复执行：定位运算PC机获取接收机输出的载波相位、差分校正、伪距估计到定位结果计算和显示的过程，该接收机包括用户接收机和参考接收机；

步骤12.判断重新定位

如果是中止之后，则进入判断重新定位模块；如果是需要重新定位，则进入输入用户接收机初始点坐标模块，需要再次输入用户接收机的初始位置坐标，定位运算PC机将依次重复执行：定位运算PC机获取用户接收机和参考接收机输出的载波相位、差分校正、伪距估计到定位结果计算和显示的过程，该接收机包括用户接收机和参考接收机；如果不是重新定位，则进入结束模块；

步骤13.结束

整个过程结束。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的主控站PC机和伪卫星基带信号生成器之间的通讯协议、通讯过程和命令格式协议的具体工作步骤是：

步骤1.通讯协议

通讯的波特率用固定，不可变，为9600bit/s通讯底层协议设定：起始位：1；数据位：8；校验位：0；结束位：2；

步骤2.通讯过程

a).主控站PC机通过串口发送命令

主控站PC机根据可视化软件界面中输入的参数、地址和命令，编制命令数据帧；通过串口发送，命令数据帧中包含了地址码信息；

b).伪卫星基带信号生成器接收命令

伪卫星基带信号生成器接收命令，根据格式获取，命令编号、地址码，判断地址码是否和自己的地址码相同，如果相同，则根据命令字中的命令编号和参数做出相应的动作；

步骤3.命令格式协议

命令格式协议设定如下：

*PSEU为：命令头；命令编号为：一个字节；地址码为：一个字节；命令参数长度为：两个字节；命令参数；EOF为：命令结束符：

*PSEU的ASCII码作为命令头，EOF的ASCII码作为命令结束符；命令字、参数都由逗号分隔，命令参数长度不限，伪卫星基带信号生成器以接收到结束符作为命令结束标志。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型方法是用户接收机天线从一个已知点出发开始定位，在用户接收机对伪卫星连续跟踪的情况下，用载波相位的测量值估计伪距，为时间-卫星双差模型；该方法的具体工作步骤是：

步骤1.用载波相位的测量值估计伪距

单个用户接收机测量的载波相位估计伪距为：用伪卫星信号载波相位观测方程如下：

Φ＝ρ+c(dt-dT)+λN-d_mul+ε_Φ

式中：Φ为载波相位观测值，c为光速，ρ是伪卫星发射天线至用户接收机(41)的距离，dt为用户接收机钟差，-dT为伪卫星信号的时钟偏差，N为整周模糊度，λ为载波波长，d_mul为多路径误差，ε_Φ为载波相位测量噪声；

步骤2.在时刻0的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值

在时间-卫星双差模型中，用户接收机分别接收来自伪卫星天线i和伪卫星天线j信号的载波相位观测值，且分别求得时刻0和时刻t的载波相位观测值；

用户接收机天线从一个已知的起点开始定位，一开始时，四颗伪卫星和用户接收机天线的实际距离是已知的，并记录下此时用户接收机测得的四颗伪卫星的载波相位观测值，在0时刻测得的第i颗伪卫星和第j颗伪卫星的载波相位值为Φⁱ(0)和Φ^j(0)；

其中i和j分别表示第i颗伪卫星和第j颗伪卫星，

$>{\Phi }^i\left(0\right)={\rho }^i\left(0\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^i\left(0\right))+\lambda N^i-d_{\mathrm{mul}}^i\left(0\right)+{ϵ}_{\Phi }^i\left(0\right)$>

$>{\Phi }^j\left(0\right)={\rho }^j\left(0\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^j\left(0\right))+\lambda N^j-d_{\mathrm{mul}}^j\left(0\right)+{ϵ}_{\Phi }^j\left(0\right)$>

将两者之差得方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(0\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(0\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(0\right)---\left(1\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(0)为Φ^j(0)和Φⁱ(0)之差，ΔdT^j-i(0)为dT^j(0)和dTⁱ(0)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(0)为d_mul^j(0)和d_mulⁱ(0)之差，Δε_Φ^j-i(0)为ε_Φ^j(0)和ε_Φⁱ(0)之差；

步骤3.在时刻t的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值

同理，在时刻t的时候，用户接收机天线移动到了新的地点，载波相位观测值为Φⁱ(t)和Φ^j(t)；

$>{\Phi }^i\left(t\right)={\rho }^i\left(t\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^i\left(t\right))+\lambda N^i-d_{\mathrm{mul}}^i\left(t\right)+{ϵ}_{\Phi }^i\left(t\right)$>

$>{\Phi }^j\left(t\right)={\rho }^j\left(t\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^j\left(t\right))+\lambda N^j-d_{\mathrm{mul}}^j\left(t\right)+{ϵ}_{\Phi }^j\left(t\right)$>

将两者之差得方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(t\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(t\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(t\right)---\left(2\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(t)为Φ^j(t)和Φⁱ(t)之差，ΔdT^j-i(t)为dT^j(t)和dTⁱ(t)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(t)为d_mul^j(t)和d_mulⁱ(t)之差，Δε_Φ^j-i(t)为ε_Φ^j(t)和ε_Φⁱ(t)之差；

步骤4.从时刻0移动至时刻t作差得到双差方程

将方程(1)和方程(2)作差得到双差方程如下：

$>▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_t^0=\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(3\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为时间及星间双差值，ΔdT^j-i|₀^t为ΔdT^j-i(t)和ΔdT^j-i(0)之差，Δd_mul^j-i|₀^t为Δd_mul^j-i(t)和Δd_mul^j-i(0)之差，Δε_Φ^j-i|₀^t为Δε_Φ^j-i(t)和Δε_Φ^j-i(0)之差；

步骤5.计算在t时刻，用户接收机到伪卫星i和伪卫星j的距离差

上述(3)式中的双差结果被认为是时间0移动至时间t，用户接收机到两颗卫星距离之差的变化量，则在t时刻，用户接收机到伪卫星i和伪卫星j的距离差的方程如下：

$>\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)=▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_0^t+\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)+c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(4\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为测量值的双差结果，Δρ^j-i(0)由于输入了初始位置，所以是已知的，cΔdT^j-i|₀^t实质上是不同伪卫星时钟不同步造成的误差项，Δd_mul^j-i|₀^t是多路径误差造成的误差项，Δε_Φ^j-i|₀^t则是测量噪声引起的随机误差造成的误差项；

步骤6.估计伪距及位置坐标

设0时刻用户接收机距离四颗伪卫星的距离为R¹(0)、R²(0)、R³(0)、R⁴(0)，则由此以如下的方法估计t时刻用户接收机距离四颗伪卫星的伪距：

$>\left(\begin{array}{c}{R}^1\left(t\right)=R^1\left(0\right)\\ R^2\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{2-1}\left(t\right)\\ R^3\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{3-1}\left(t\right)\\ R^4\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{4-1}\left(t\right)\end{array}\right)---\left(5\right)$>

式中：Δρ^2-1(t)、Δρ^3-1(t)、Δρ^4-1(t)由上述(4)式求得；

将(5)式估计的伪距代入通常的全球卫星定位系统GPS计算位置的迭代式中，为求得t时刻用户接收机的位置坐标。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用二维坐标定位的位置求解算法的具体工作步骤是：

步骤1.获取当前的伪距观测值

a).对二维坐标定位的算法列出如下方程：

$>\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}+\mathrm{bu}={\rho }_1---\left(1\right)$>

式中：x₁、y₁、z₁为第1颗伪卫星坐标，x_u、y_u、z_u为用户接收机初始估计的坐标，z_u是已知常量；b_u为伪距共有误差，ρ₁为第1颗伪卫星到用户接收机的伪距；

b).用线性化的微分过程

对方程(1)进行线性化

$>\partial {\rho }_1=\frac{(x_i-x_u)\partial x_u+(y_i-y_u)\partial y_u}{\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}}+\partial b_u$>

$>=\frac{(x_i-x_u)\partial x_u+(y_i-y_u)\partial y_u}{{\rho }_i-b_u}+\partial b_u---\left(2\right)$>

c).对4颗伪卫星联立四个方方程得到下面线性方程组组成的矩阵：

根据上述过程(1)、(2)对4颗伪卫星联立四个方程得到下面线性方程组组成的矩阵为：

$>\left(\begin{array}{c}\partial {\rho }_1\\ \partial {\rho }_2\\ \partial {\rho }_3\\ \partial {\rho }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\alpha }_{11}& {\alpha }_{12}& 1\\ {\alpha }_{21}& {\alpha }_{22}& 1\\ {\alpha }_{31}& {\alpha }_{32}& 1\\ {\alpha }_{41}& {\alpha }_{42}& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\partial x_u\\ \partial y_u\\ \partial z_u\end{array}\right)---\left(3\right)$>

其中

$>{\alpha }_{i1}=\frac{x_i-x_u}{{\rho }_i-b_u}$>$>{\alpha }_{i2}=\frac{y_i-y_u}{{\rho }_i-b_u}$>ρ₁为计算得伪距减去测量伪距，

下标i代表第i颗伪卫星

步骤2.用最小二乘法解出x_u、y_u

选取当前点坐标的估计值，代入方程组，求解，利用上述的最小二乘法可以解出x_u、y_u，

令$>A=\left(\begin{array}{ccc}{\alpha }_{11}& {\alpha }_{12}& 1\\ {\alpha }_{21}& {\alpha }_{22}& 1\\ {\alpha }_{31}& {\alpha }_{32}& 1\\ {\alpha }_{41}& {\alpha }_{42}& 1\end{array}\right),$>则用最小二乘法求解

$>\left(\begin{array}{c}\partial x_u\\ \partial y_u\\ \partial b_u\end{array}\right)={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^T\left(\begin{array}{c}\partial {\rho }_1\\ \partial {\rho }_2\\ \partial {\rho }_3\\ \partial {\rho }_4\end{array}\right)---\left(4\right)$>

x_u、y_u解出得到的是真实用户接收机坐标和用户接收机初始估计的坐标的差值；

步骤3.修正原先估计得x_u、y_u

将解出的x_u、y_u修正原先估计得x_u、y_u，则用户接收机的坐标的计算结果修正为：

x_u′＝x_u+x_u

y_u′＝y_u+y_u

步骤4.将修正后的x_u′、y_u′重新代入方程组

如果将新的用户接收机坐标的计算结果再作为初始坐标代入上述公式进行运算，可以解出新的x_u、y_u，并再次修正；反复上述过程直至小于一个预定的值，或为0.01米；则认为用户接收机的坐标的计算结果已经非常接近真实的用户接收机位置坐标了；

步骤5.重复上述步骤1至步骤4

不断重复上述步骤1至步骤4，直到解出的x_u、y_u的绝对值小于等于0.01米的阈值，则认为解出的x_u、y_u已经收敛到了用户接收机的真实坐标值。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用参考接收机为用户接收机作差分校正数据后的处理方法和用户接收机数据的处理方法一样，该方法的具体工作步骤是：

步骤1.在时刻0的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值的方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(0\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(0\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(0\right)---\left(1\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(0)为Φ^j(0)和Φⁱ(0)之差，ΔdT^j-i(0)为dT^j(0)和dTⁱ(0)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(0)为d_mul^j(0)和d_mulⁱ(0)之差，Δε_Φ^j-i(0)为ε_Φ^j(0)和ε_Φⁱ(0)之差；

步骤2.在时刻t的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值的方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(t\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(t\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(t\right)---\left(2\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(t)为Φ^j(t)和Φⁱ(t)之差，ΔdT^j-i(t)为dT^j(t)和dTⁱ(t)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(t)为d_mul^j(t)和d_mulⁱ(t)之差，Δε_Φ^j-i(t)为ε_Φ^j(t)和ε_Φⁱ(t)之差；

步骤3.从时刻0移动至时刻t作差得到双差方程如下：

$>▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_t^0=\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(3\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为时间及星间双差值，ΔdT^j-i|₀^t为ΔdT_j-i(t)和ΔdT^j-i(0)之差，Δd_mul^j-i|₀^t为Δd_mul^j-i(t)和Δd_mul^j-i(0)之差，Δε_Φ^j-i|₀^t为Δε_Φ^j-i(t)和Δε_Φ^j-i(0)之差；

步骤4.完成差分校正

a).参考接收机获得的数据

参考接收机获得的数据利用上述公式1-3处理后分别得到：

ΔΦ_r^2-1|₀^t、ΔΦ_r^3-1|₀^t、ΔΦ_r^4-1|₀^t

b).用户接收机获得的数据

用户接收机获得的数据利用上述公式1-3处理后分别得到：

ΔΦ_u^2-1|₀^t、ΔΦ_u^3-1|₀^t、ΔΦ_u^4-1|₀^t

然后根据下面公式得到时间及星间双差值：

$>\left(\begin{array}{c}▿\Delta {\Phi }_C^{2-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{2-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{2-1}{|}_0^t\\ ▿\Delta {\Phi }_C^{3-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{3-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{3-1}{|}_0^t\\ ▿\Delta {\Phi }_C^{4-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{4-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{4-1}{|}_0^t\end{array}\right)---\left(6\right)$>

为完成了差分校正；

步骤5.计算伪距估计值

a).将上述公式6的结果代入用户接收机到伪卫星i和伪卫星j的距离差的方程(4)：

$>\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)=▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_0^t+\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)+c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(4\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为测量值的双差结果，Δρ^j-i(0)由于输入了初始位置，所以是已知的，cΔdT^j-i|₀^t实质上是不同伪卫星时钟不同步造成的误差项，Δd_mul^j-i|₀^t是多路径误差造成的误差项，Δε_Φ^j-i|₀^t则是测量噪声引起的随机误差造成的误差项；

b).继续代入方程：

设0时刻用户接收机距离四颗伪卫星的距离为R¹(0)、R²(0)、R³(0)、R⁴(0)，则由此以如下的方法估计t时刻用户接收机距离四颗伪卫星的伪距：

$>\left(\begin{array}{c}{R}^1\left(t\right)=R^1\left(0\right)\\ R^2\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{2-1}\left(t\right)\\ R^3\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{3-1}\left(t\right)\\ R^4\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{4-1}\left(t\right)\end{array}\right)---\left(5\right)$>

式中：Δρ^2-1(t)、Δρ^3-1(t)、Δρ^4-1(t)由上述(4)式求得；

将(5)式估计的伪距代入通常的全球卫星定位系统GPS计算位置的迭代式中，为求得t时刻用户接收机的位置坐标。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的参考接收机用参考数据存储搜索方法实现定位，用参考接收机作差分，用户接收机的数据和参考接收机的数据必须是同一时刻的，而参考接收机输出的数据和用户接收机输出的数据不一定同时到达计算机，将导致无法实现差分，参考接收机和用户接收机的一帧数据包含了时间标记和四颗伪卫星的载波相位测量数据，只有时间标记相同的数据帧做差分，该系统用参考数据存储搜索方法的具体工作步骤是：

步骤1.开始

定位运算PC机每0.5秒检查一次是否受到用户接收机和参考接收机数据，如有则进行解码操作获得数据，并将数据根据参考接收机和用户接收机分组；

步骤2.获取参考数据并存储

执行完初始化模块后，则进入获取参考数据并存储模块，每0.5秒内，定位运算PC机会收到5-6帧的参考接收机数据；参考接收机分配两组存储空间用来存储数据，一组存储上一个0.5秒内收到的几帧数据，一组存储本次收到的几帧数据；

步骤3.获取用户数据并存储

执行完获取参考数据并存储模块后，则进入获取用户数据并存储模块，每0.5秒内，定位运算PC机会收到5-6帧的用户接收机数据；用户接收机同样分配两组空间存储数据，一组存储上一个0.5秒未处理完的数据，一组存储本次收到的数据；

步骤4.判断用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空

执行完获取用户数据并存储模块后，则进入判断用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空模块；

如果用户接收机的“上次接收数据存储区”是空，则进入将参考接收机的“本次接收数据存储区”的数据移入“上次接收数据存储区”模块；

如果用户接收机的“上次接收数据存储区”非空，则进入提取一个数据帧A模块；

步骤5.搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”

执行完提取一个数据帧A模块后，则进入搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”模块；

步骤6.判断是否找到相同时间标记的参考数据帧

执行完搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”模块后，则进入判断是否找到相同时间标记的参考数据帧模块；

如果是找到相同时间标记的参考数据帧，则进入差分校正模块，进行差分处理；

如果没有找到相同时间标记的参考数据帧，则跳过差分处理，进入定位解算模块；

步骤7.定位解算

执行完差分校正模块和没有找到相同时间标记的参考数据帧，均进入定位解算模块；

步骤8.反馈到步骤4

执行完定位解算模块后，则反馈到步骤4用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空模块；

重复上述步骤4、步骤5和步骤6过程，直到处理完所有前0.5秒未处理完的用户接收机数据帧；

步骤9.判断用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空

执行完将参考接收机的“本次接收数据存储区”的数据移入“上次接收数据存储区”模块后，则进入判断用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空模块；

如果用户接收机的“本次接收数据存储区”是空，则进入结束模块；

如果用户接收机的“本次接收数据存储区”非空，则进入提取一个数据帧B模块；

步骤10.搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”

执行完提取一个数据帧B模块后，则进入搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”模块；

步骤11.搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”

执行完搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”模块后，则进入搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”模块；

步骤12.判断是否找到相同时间标记的参考接收机数据帧

执行完搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”模块后，则进入判断是否找到相同时间标记的参考接收机数据帧模块；

如果是找到相同时间标记的参考接收机数据帧，则进入差分校正、定位解算模块，进行差分和定位处理；

如果没有找到相同时间标记的参考接收机数据帧，则进入将该数据帧移至用户接收机的“上次接收数据存储区”模块；

步骤13.反馈到步骤9

执行完差分校正、定位解算模块和将该数据帧移至用户接收机的“上次接收数据存储区”模块后，则反馈到步骤9用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空模块；

重复上述步骤9、步骤10、步骤11和步骤12过程，直到处理完所有前0.5秒未处理完的用户接收机数据帧。

本发明的有益效果是：该系统能够实现封闭区域内的自主导航，无需天上全球卫星定位系统GPS卫星的辅助；通过载波相位的方法，使得定位精度大大提高，该系统适合于在室内等无法获得天上GPS卫星信号而又需要较高精度定位结果的场合；本发明提出的定位解决方案简单实用，没有复杂的时统系统，用户使用的定位终端也是非常普通的卫星导航接收机，使用本发明提供的运行在PC机上的软件即可实现高精度的定位结果获取和显示；使用基于伪卫星技术的室内定位系统可能会在室内停车场、大型机械装配等场合有较大的应用前景；具有使用方便、控制简捷有效等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图1为本发明整体结构方框示意图；

附图2为本发明伪卫星天线布局的形状结构示意图；

附图3为本发明用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型示意图；

附图4为本发明载波相位定位方法的流程方框示意图；

附图5为本发明参考接收机用参考数据存储搜索方法的流程方框示意图；

附图中标号说明：

1-主控站PC机；

2-伪卫星信号模块；

3-时钟模块；

4-用户定位模块；         41-用户接收机；

5-参考接收机；           42-定位运算PC机；

11-RS232串行接口；       231-射频模块A；

21-伪卫星基带信号生成器；232-射频模块B；

22-30米长同轴电缆A；     233-射频模块C；

23-射频模块；            234-射频模块D；

24-右螺旋天线；          241-右螺旋天线A；

25-2米长同轴电缆A；      242-右螺旋天线B；

31-2米长同轴电缆B；      243-右螺旋天线C；

32-30米长同轴电缆B；     244-右螺旋天线D；

43-RS232串行接口A；

51-RS232串行接口B；

2401-伪卫星天线i；

2402-伪卫星天线j；

2403-时刻0；

2404-时刻t；

401-开始；

402-系统安装连接，伪卫星天线布局；

403-建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标；

404-主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器；

405-用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号；

406-开始定位；

407-输入用户接收机初始点坐标；

408-定位运算PC机获取接收机输出的载波相位；

409-差分校正；

410-伪距估计；

411-定位结果计算和显示；

412-中止；

413-重新定位；

414-结束；

501-开始；

502-获取参考数据并存储；

503-获取用户数据并存储；

504-用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空；

505-提取一个数据帧A；

506-搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”；

507-是否找到相同时间标记的参考数据帧；

508-差分校正；

509-定位解算；

510-将参考接收机的“本次接收数据存储区”的数据移入“上次接收数据存储区”；

511-用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空；

512-结束；

513-提取一个数据帧B；

514-搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”；

515-搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”；

516-是否找到相同时间标记的参考接收机数据帧；

517-差分校正、定位解算；

518-将该数据帧移至用户接收机的“上次接收数据存储区”；

具体实施方式

请参阅附图1、2所示，本发明定位系统由复杂可编程门阵列、总线、接口、天线、接收机及PC机等装置组成，所述定位系统的发送端通过无线信号传输到用户的接收端，该系统至少包括：

主控站PC机1、伪卫星信号模块2、时钟模块3、用户定位模块4和参考接收机5，各装置组合为一整体的室内定位系统，其间的信号线和时钟线通过同轴电缆传递，数据通讯为RS232串口协议传输，其中：

一主控站PC机1和伪卫星信号模块2中的伪卫星基带信号生成器21通过RS232串行接口11相连接；

一伪卫星信号模块2由伪卫星基带信号生成器21、伪卫星射频模块23、伪卫星螺旋发射天线组成，伪卫星基带信号生成器21输出的基带信号通过等长的同轴电缆与射频模块23相连接，为射频模块的信号输入；射频模块23通过等长的同轴电缆连接右螺旋天线24，通过天线发送伪卫星的信号传输到用户定位模块4和参考接收机5的输入端；所述伪卫星基带信号生成器21输出信号分为四路：第一路的基带信号通过30米长同轴电缆A22传输到射频模块A231的输入端，射频模块A231的输出信号通过2米长同轴电缆A25传输到右螺旋天线A241的输入端，右螺旋天线A241的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块4和参考接收机5的输入端；

第二路的基带信号通过30米长同轴电缆A22传输到射频模块B232的输入端，射频模块B232的输出信号通过2米长同轴电缆A25传输到右螺旋天线B242的输入端，右螺旋天线B242的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块4和参考接收机5的输入端；

第三路的基带信号通过30米长同轴电缆A22传输到射频模块C233的输入端，射频模块C233的输出信号通过2米长同轴电缆A25传输到右螺旋天线C243的输入端，右螺旋天线C243的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块4和参考接收机5的输入端；

第四路的基带信号通过30米长同轴电缆A22传输到射频模块D234的输入端，射频模块D234的输出信号通过2米长同轴电缆A25传输到右螺旋天线D244的输入端，右螺旋天线D244的输出信号通过无线信号分别传输到用户定位模块4和参考接收机5的输入端；

一时钟模块3由高稳的恒温晶振系统组成，一路20.46M的高稳方波时钟输出信号通过2米长同轴电缆B31传输到伪卫星基带信号生成器21的输入端；另外，时钟模块3输出信号又分为四路：第一路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B32传输到射频模块A231的输入端；

第二路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B32传输到射频模块B232的输入端；

第三路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B32传输到射频模块C233的输入端；

第四路输出10.23M正弦波的时钟信号通过30米长同轴电缆B32传输到射频模块D234的输入端；

一用户定位模块4由用户接收机41、定位运算PC机42以及其上运行的定位软件组成，用户接收机41通过RS232串行接口A43与定位运算PC机42相连接，定位运算PC机42接收来自用户接收机41的测量数据，通过运行数据处理和定位软件，给出定位结果；用户定位模块4为室内定位的厘米级位置标定结构；

一参考接收机5模块通过RS232串行接口B51与定位运算PC机42相连接，参考接收机5的伪卫星天线在测试区域中固定在一个已知的位置，通过发送静态测量伪卫星信号的载波相位信号，为用户接收机41定位提供差分信号。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的右螺旋天线24布局的形状为：伪卫星的发射天线布局在定位覆盖区域的上方四周的位置，第一路右螺旋天线A241设置在整个定位覆盖区域的正上方位置，第二路右螺旋天线B242、第三路右螺旋天线C243和第四路右螺旋天线D244分别分散设置在覆盖区域的周边。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的用户接收机41的安置从测试区域的一个已知的初始坐标开始定位；参考接收机5固定安置在定位覆盖区域中的一个已知点。

请参阅附图3、4、5所示，一种伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法，该方法通过主控站PC机1、伪卫星信号模块2、时钟模块3、用户定位模块4和参考接收机5的定位系统，对用户接收机41在室内定位区域中实现厘米级精度的定位，该定位方法包括：伪卫星天线布局设计；主控站PC机1和伪卫星基带信号生成器21之间的通讯协议、通讯过程和命令格式协议；用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型方法；用二维坐标定位的位置求解算法；用参考接收机5为用户接收机41作差分校正方法以及参考接收机5用参考数据存储搜索方法实现定位；该定位方法的具体工作步骤是：

步骤1.开始401

系统安装准备开始；

步骤2.系统安装连接，伪卫星天线布局402

执行完开始401模块后，则进入系统安装连接，伪卫星天线布局402模块，对使用场地以及为伪卫星布置的位置进行准确的标定，确定场地的原点和X轴方向后，将伪卫星天线、参考接收机天线在场地中的位置用三维坐标表示出来；

步骤3.建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标403

执行完系统安装连接，伪卫星天线布局402模块后，则进入根据定位场所的实际情况建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标403模块；

步骤4.主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器404

执行完上述工作后，开启各部件，则进入由主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器404模块；

步骤5.用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号405

执行完主控站PC机设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器404模块后，则进入用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号405模块，同时输出载波相位测量值至定位运算PC机42；

步骤6.判断开始定位406

执行完用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号405模块后，则进入判断开始定位406模块，等待开始定位的指令；如果是确定开始定位后，则进入输入用户接收机初始点坐标407模块，操作者输入用户接收机的初始位置坐标；如果没有开始定位，则反馈进入用户接收机及参考接收机捕获跟踪伪卫星信号405模块；

步骤7.定位运算PC机获取接收机输出的载波相位408

执行完输入用户接收机初始点坐标407模块后，则进入定位运算PC机获取接收机输出的载波相位408模块，该接收机包括用户接收机41和参考接收机5；

步骤8.差分校正409

执行完定位运算PC机获取接收机输出的载波相位408模块后，接收机包括用户接收机41和参考接收机5，则进入差分校正409模块，用参考接收机5的载波相位测量值对用户接收机41的载波相位测量值进行差分校正409；

步骤9.伪距估计410

执行完差分校正409模块后，则进入伪距估计410模块；

步骤10.定位结果计算和显示411

执行完伪距估计410模块后，则进入定位结果计算和显示411模块，利用估计好的伪距完成定位结果计算和显示；

步骤11.判断中止412

执行完定位结果计算和显示411模块后，则进入判断中止412模块；如果是中止之后，则需要重新定位413；如果定位过程不中止，定位运算PC机42将依次重复执行：定位运算PC机获取接收机输出的载波相位408、差分校正409、伪距估计410到定位结果计算和显示411的过程，该接收机包括用户接收机41和参考接收机5；

步骤12.判断重新定位413

如果是中止之后，则进入判断重新定位413模块；如果是需要重新定位413，则进入输入用户接收机初始点坐标407模块，需要再次输入用户接收机的初始位置坐标，定位运算PC机42将依次重复执行：定位运算PC机获取用户接收机41和参考接收机5输出的载波相位408、差分校正409、伪距估计410到定位结果计算和显示411的过程，该接收机包括用户接收机和参考接收机；如果不是重新定位413，则进入结束414模块；

步骤13.结束414

整个过程结束。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的主控站PC机1和伪卫星基带信号生成器21之间的通讯协议、通讯过程和命令格式协议的具体工作步骤是：

步骤1.通讯协议

通讯的波特率用固定，不可变，为9600bit/s通讯底层协议设定：起始位：1；数据位：8；校验位：0；结束位：2；

步骤2.通讯过程

a).主控站PC机1通过串口发送命令

主控站PC机1根据可视化软件界面中输入的参数、地址和命令，编制命令数据帧；通过串口发送，命令数据帧中包含了地址码信息；

b).伪卫星基带信号生成器21接收命令

伪卫星基带信号生成器21接收命令，根据格式获取，命令编号、地址码，判断地址码是否和自己的地址码相同，如果相同，则根据命令字中的命令编号和参数做出相应的动作；

步骤3.命令格式协议

命令格式协议设定如下：

*PSEU为：命令头；命令编号为：一个字节；地址码为：一个字节；命令参数长度为：两个字节；命令参数；EOF为：命令结束符：

*PSEU的ASCII码作为命令头，EOF的ASCII码作为命令结束符；命令字、参数都由逗号分隔，命令参数长度不限，伪卫星基带信号生成器21以接收到结束符作为命令结束标志。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用载波相位的测量值估计伪距的时间-卫星双差模型方法是用户接收机41天线从一个已知点出发开始定位，在用户接收机41对伪卫星连续跟踪的情况下，用载波相位的测量值估计伪距，为时间-卫星双差模型；该方法的具体工作步骤是：

步骤1.用载波相位的测量值估计伪距

单个用户接收机41测量的载波相位估计伪距为：用伪卫星信号载波相位观测方程如下：

Φ＝ρ+c(dt-dT)+λN-d_mul+ε_Φ

式中：Φ为载波相位观测值，c为光速，ρ是伪卫星发射天线至用户接收机41的距离，dt为用户接收机41钟差，-dT为伪卫星信号的时钟偏差，N为整周模糊度，λ为载波波长，d_mul为多路径误差，ε_Φ为载波相位测量噪声；

步骤2.在时刻0的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值

在时间-卫星双差模型中，用户接收机41分别接收来自伪卫星天线i 2401和伪卫星天线j 2402信号的载波相位观测值，且分别求得时刻0 2403和时刻t 2404的载波相位观测值；

用户接收机41天线从一个已知的起点开始定位，一开始时，四颗伪卫星和用户接收机41天线的实际距离是已知的，并记录下此时用户接收机41测得的四颗伪卫星的载波相位观测值，在0时刻测得的第i颗伪卫星和第j颗伪卫星的载波相位值为Φⁱ(0)和Φ^j(0)；

其中i和j分别表示第i颗伪卫星和第j颗伪卫星，

$>{\Phi }^i\left(0\right)={\rho }^i\left(0\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^i\left(0\right))+\lambda N^i-d_{\mathrm{mul}}^i\left(0\right)+{ϵ}_{\Phi }^i\left(0\right)$>

$>{\Phi }^j\left(0\right)={\rho }^j\left(0\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^j\left(0\right))+\lambda N^j-d_{\mathrm{mul}}^j\left(0\right)+{ϵ}_{\Phi }^j\left(0\right)$>

将两者之差得方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(0\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(0\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(0\right)---\left(1\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(0)为Φ^j(0)和Φⁱ(0)之差，ΔdT^j-i(0)为dT^j(0)和dTⁱ(0)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(0)为d_mul^j(0)和d_mulⁱ(0)之差，Δε_Φ^j-i(0)为ε_Φ^j(0)和ε_Φⁱ(0)之差；

步骤3.在时刻t的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值

同理，在时刻t的时候，用户接收机41天线移动到了新的地点，载波相位观测值为Φⁱ(t)和Φ^j(t)；

$>{\Phi }^i\left(t\right)={\rho }^i\left(t\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^i\left(t\right))+\lambda N^i-d_{\mathrm{mul}}^i\left(t\right)+{ϵ}_{\Phi }^i\left(t\right)$>

$>{\Phi }^j\left(t\right)={\rho }^j\left(t\right)+c(\mathrm{dt}-{\mathrm{dT}}^j\left(t\right))+\lambda N^j-d_{\mathrm{mul}}^j\left(t\right)+{ϵ}_{\Phi }^j\left(t\right)$>

将两者之差得方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(t\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(t\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(t\right)---\left(2\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(t)为Φ^j(t)和Φⁱ(t)之差，ΔdT^j-i(t)为dT^j(t)和dTⁱ(t)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(t)为d_mul^j(t)和d_mulⁱ(t)之差，Δε_Φ^j-i(t)为ε_Φ^j(t)和ε_Φⁱ(t)之差；

步骤4.从时刻0 2403移动至时刻t 2404作差得到双差方程

将方程(1)和方程(2)作差得到双差方程如下：

$>▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_t^0=\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(3\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为时间及星间双差值，ΔdT^j-i|₀^t为ΔdT^j-i(t)和ΔdT^j-i(0)之差，Δd_mul^j-i|₀^t为Δd_mul^j-i(t)和Δd_mul^j-i(0)之差，Δε_Φ^j-i|₀^t为Δε_Φ^j-i(t)和Δε_Φ^j-i(0)之差；

步骤5.计算在t时刻，用户接收机41到伪卫星i和伪卫星j的距离差

上述(3)式中的双差结果被认为是时间0移动至时间t，用户接收机41到两颗卫星距离之差的变化量，则在t时刻，用户接收机41到伪卫星i和伪卫星j的距离差的方程如下：

$>\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)=▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_0^t+\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)+c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(4\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为测量值的双差结果，Δρ^j-i(0)由于输入了初始位置，所以是已知的，cΔdT^j-i|₀^t实质上是不同伪卫星时钟不同步造成的误差项，Δd_mul^j-i|₀^t是多路径误差造成的误差项，Δε_Φ^j-i|₀^t 则是测量噪声引起的随机误差造成的误差项；

步骤6.估计伪距及位置坐标

设0时刻用户接收机41距离四颗伪卫星的距离为R¹(0)、R²(0)、R³(0)、R⁴(0)，则由此以如下的方法估计t时刻用户接收机41距离四颗伪卫星的伪距：

$>\left(\begin{array}{c}{R}^1\left(t\right)=R^1\left(0\right)\\ R^2\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{2-1}\left(t\right)\\ R^3\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{3-1}\left(t\right)\\ R^4\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{4-1}\left(t\right)\end{array}\right)---\left(5\right)$>

式中：Δρ^2-1(t)、Δρ^3-1(t)、Δρ^4-1(t)由上述(4)式求得；

将(5)式估计的伪距代入通常的全球卫星定位系统GPS计算位置的迭代式中，为求得t时刻用户接收机41的位置坐标。

所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用二维坐标定位的位置求解算法的具体工作步骤是：

步骤1.获取当前的伪距观测值

a).对二维坐标定位的算法列出如下方程：

$>\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}+\mathrm{bu}={\rho }_1---\left(1\right)$>

式中：x₁、y₁、z₁为第1颗伪卫星坐标，x_u、y_u、z_u为用户接收机初始估计的坐标，z_u是已知常量；b_u为伪距共有误差，ρ₁为第1颗伪卫星到用户接收机的伪距；

b).用线性化的微分过程

对方程(1)进行线性化

$>\partial {\rho }_1=\frac{(x_i-x_u)\partial x_u+(y_i-y_u)\partial y_u}{\sqrt{{(x_1-x_u)}^2+{(y_1-y_u)}^2+{(z_1-z_u)}^2}}+\partial b_u$>

$>=\frac{(x_i-x_u)\partial x_u+(y_i-y_u)\partial y_u}{{\rho }_i-b_u}+\partial b_u---\left(2\right)$>

c).对4颗伪卫星联立四个方方程得到下面线性方程组组成的矩阵：

根据上述过程(1)、(2)对4颗伪卫星联立四个方程得到下面线性方程组组成的矩阵为：

$>\left(\begin{array}{c}\partial {\rho }_1\\ \partial {\rho }_2\\ \partial {\rho }_3\\ \partial {\rho }_4\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\alpha }_{11}& {\alpha }_{12}& 1\\ {\alpha }_{21}& {\alpha }_{22}& 1\\ {\alpha }_{31}& {\alpha }_{32}& 1\\ {\alpha }_{41}& {\alpha }_{42}& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}\partial x_u\\ \partial y_u\\ \partial z_u\end{array}\right)---\left(3\right)$>

其中

$>{\alpha }_{i1}=\frac{x_i-x_u}{{\rho }_i-b_u}$>$>{\alpha }_{i2}=\frac{y_i-y_u}{{\rho }_i-b_u}$>ρ₁为计算得伪距减去测量伪距，

下标i代表第i颗伪卫星

步骤2.用最小二乘法解出x_u、y_u

选取当前点坐标的估计值，代入方程组，求解，利用上述的最小二乘法可以解出x_u、y_u，

令$>A=\left(\begin{array}{ccc}{\alpha }_{11}& {\alpha }_{12}& 1\\ {\alpha }_{21}& {\alpha }_{22}& 1\\ {\alpha }_{31}& {\alpha }_{32}& 1\\ {\alpha }_{41}& {\alpha }_{42}& 1\end{array}\right),$>则用最小二乘法求解

$>\left(\begin{array}{c}\partial x_u\\ \partial y_u\\ \partial b_u\end{array}\right)={\left(A^{T}A\right)}^{-1}{A}^T\left(\begin{array}{c}\partial {\rho }_1\\ \partial {\rho }_2\\ \partial {\rho }_3\\ \partial {\rho }_4\end{array}\right)---\left(4\right)$>

x_u、y_u解出得到的是真实用户接收机坐标和用户接收机初始估计的坐标的差值；

步骤3.修正原先估计得x_u、y_u

将解出的x_u、y_u修正原先估计得x_u、y_u，则用户接收机41的坐标的计算结果修正为：

x_u′＝x_u+x_u

y_u′＝y_u+y_u

步骤4.将修正后的x_u′、y_u′重新代入方程组

如果将新的用户接收机坐标的计算结果再作为初始坐标代入上述公式进行运算，可以解出新的x_u、y_u，并再次修正；反复上述过程直至小于一个预定的值，或为0.01米；则认为用户接收机的坐标的计算结果已经非常接近真实的用户接收机位置坐标了；

步骤5.重复上述步骤1至步骤4

不断重复上述步骤1至步骤4，直到解出的x_u、y_u的绝对值小于等于0.01米的阈值，则认为解出的x_u、y_u已经收敛到了用户接收机的真实坐标值。

请参阅附图3所示，所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的用参考接收机5为用户接收机41作差分校正数据后的处理方法和用户接收机数据的处理方法一样，该方法的具体工作步骤是：

步骤1.在时刻0的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值的方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(0\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(0\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(0\right)---\left(1\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(0)为Φ^j(0)和Φⁱ(0)之差，ΔdT^j-i(0)为dT^j(0)和dTⁱ(0)之差，λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(0)为d_mul^j(0)和d_mulⁱ(0)之差，Δε_Φ^j-i(0)为ε_Φ^j(0)和ε_Φ^j(0)之差；

步骤2.在时刻t的时候，第j颗伪卫星与第i颗伪卫星两者之差的载波相位观测值的方程如下：

$>\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\mathrm{c\Delta d}{T}^{j-i}\left(t\right)+\mathrm{\lambda \Delta }{N}^{j-i}-\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}\left(t\right)+\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}\left(t\right)---\left(2\right)$>

式中：ΔΦ^j-i(t)为Φ^j(t)和Φⁱ(t)之差，ΔdT^j-i(t)为dT^j(t)和dTⁱ(t)之差，

λΔN^j-i为λN^j和λNⁱ之差，Δd_mul^j-i(t)为d_mul^j(t)和d_mulⁱ(t)之差，Δε_Φ^j-i(t)为ε_Φ^j(t)和ε_Φⁱ(t)之差；

步骤3.从时刻0 2403移动至时刻t 2404作差得到双差方程如下：

$>▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_t^0=\Delta {\Phi }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\Phi }^{j-i}\left(0\right)=\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)-\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)-c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(3\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为时间及星间双差值，ΔdT^j-i|₀^t为ΔdT^j-i(t)和ΔdT^j-i(0)之差，Δd_mul^j-i|₀^t为Δd_mul^j-i(t)和Δd_mul^j-i(0)之差，Δε_Φ^j-i|₀^t为Δε_Φ^j-i(t)和Δε_Φ^j-i(0)之差；

步骤4.完成差分校正

a).参考接收机获得的数据

参考接收机获得的数据利用上述公式1-3处理后分别得到：

ΔΦ_r^2-1|₀^t、ΔΦ_r^3-1|₀^t、ΔΦ_r^4-1|₀^t

b).用户接收机获得的数据

用户接收机获得的数据利用上述公式1-3处理后分别得到：

ΔΦ_u^2-1|₀^t、ΔΦ_u^3-1|₀^t、ΔΦ_u^4-1|₀^t

然后根据下面公式得到时间及星间双差值：

$>\left(\begin{array}{c}▿\Delta {\Phi }_C^{2-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{2-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{2-1}{|}_0^t\\ ▿\Delta {\Phi }_C^{3-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{3-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{3-1}{|}_0^t\\ ▿\Delta {\Phi }_C^{4-1}{|}_0^t=▿\Delta {\Phi }_u^{4-1}{|}_0^t-▿\Delta {\Phi }_r^{4-1}{|}_0^t\end{array}\right)---\left(6\right)$>

为完成了差分校正；

步骤5.计算伪距估计值

a).将上述公式(6)的结果代入用户接收机41到伪卫星i和伪卫星j的距离差的方程(4)：

$>\Delta {\rho }^{j-i}\left(t\right)=▿\Delta {\Phi }^{j-i}{|}_0^t+\Delta {\rho }^{j-i}\left(0\right)+c▿\Delta {\mathrm{dT}}^{j-i}{|}_0^t-▿\Delta d_{\mathrm{mul}}^{j-i}{|}_0^t+▿\Delta {ϵ}_{\Phi }^{j-i}{|}_0^t---\left(4\right)$>

式中：ΔΦ^j-i|₀^t为测量值的双差结果，Δρ^j-i(0)由于输入了初始位置，所以是已知的，cΔdT^j-i|₀^t实质上是不同伪卫星时钟不同步造成的误差项，Δd_mul^j-i|₀^t是多路径误差造成的误差项，Δε_Φ^j-i|₀^t则是测量噪声引起的随机误差造成的误差项；

b).继续代入方程(5)：

设0时刻用户接收机41距离四颗伪卫星的距离为R¹(0)、R²(0)、R³(0)、R⁴(0)，则由此以如下的方法估计t时刻用户接收机41距离四颗伪卫星的伪距：

$>\left(\begin{array}{c}{R}^1\left(t\right)=R^1\left(0\right)\\ R^2\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{2-1}\left(t\right)\\ R^3\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{3-1}\left(t\right)\\ R^4\left(t\right)=R^1\left(0\right)+\Delta {\rho }^{4-1}\left(t\right)\end{array}\right)---\left(5\right)$>

式中：Δρ^2-1(t)、Δρ^3-1(t)、Δρ^4-1(t)由上述(4)式求得；

将(5)式估计的伪距代入通常的全球卫星定位系统GPS计算位置的迭代式中，为求得t时刻用户接收机41的位置坐标。

请参阅附图5所示，所述的伪卫星亚分米级室内定位系统的载波相位定位方法的参考接收机5用参考数据存储搜索方法实现定位，用参考接收机作差分，用户接收机41的数据和参考接收机5的数据必须是同一时刻的，而参考接收机输出的数据和用户接收机输出的数据不一定同时到达计算机，将导致无法实现差分，参考接收机和用户接收机的一帧数据包含了时间标记和四颗伪卫星的载波相位测量数据，只有时间标记相同的数据帧做差分，该系统用参考数据存储搜索方法的具体工作步骤是：

步骤1.开始501

定位运算PC机42每0.5秒检查一次是否受到用户接收机和参考接收机数据，如有则进行解码操作获得数据，并将数据根据参考接收机和用户接收机分组；

步骤2.获取参考数据并存储502

执行完初始化501模块后，则进入获取参考数据并存储502模块，每0.5秒内，定位运算PC机42会收到5-6帧的参考接收机数据；参考接收机分配两组存储空间用来存储数据，一组存储上一个0.5秒内收到的几帧数据，一组存储本次收到的几帧数据；

步骤3.获取用户数据并存储503

执行完获取参考数据并存储502模块后，则进入获取用户数据并存储503模块，每0.5秒内，定位运算PC机42会收到5-6帧的用户接收机数据；用户接收机同样分配两组空间存储数据，一组存储上一个0.5秒未处理完的数据，一组存储本次收到的数据；

步骤4.判断用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空504

执行完获取用户数据并存储503模块后，则进入判断用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空504模块；

如果用户接收机的“上次接收数据存储区”是空，则进入将参考接收机的“本次接收数据存储区”的数据移入“上次接收数据存储区”510模块；

如果用户接收机的“上次接收数据存储区”非空，则进入提取一个数据帧A 505模块；

步骤5.搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”506

执行完提取一个数据帧A 505模块后，则进入搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”506模块；

步骤6.判断是否找到相同时间标记的参考数据帧507

执行完搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”506模块后，则进入判断是否找到相同时间标记的参考数据帧507模块；

如果是找到相同时间标记的参考数据帧，则进入差分校正508模块，进行差分处理；

如果没有找到相同时间标记的参考数据帧，则跳过差分处理，进入定位解算509模块；

步骤7.定位解算509

执行完差分校正508模块和没有找到相同时间标记的参考数据帧，均进入定位解算509模块；

步骤8.反馈到步骤4

执行完定位解算509模块后，则反馈到步骤4用户接收机的“上次接收数据存储区”是否空504模块；

重复上述步骤4、步骤5和步骤6过程，直到处理完所有前0.5秒未处理完的用户接收机数据帧；

步骤9.判断用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空511

执行完将参考接收机的“本次接收数据存储区”的数据移入“上次接收数据存储区”510模块后，则进入判断用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空511模块；

如果用户接收机的“本次接收数据存储区”是空，则进入结束512模块；

如果用户接收机的“本次接收数据存储区”非空，则进入提取一个数据帧B 513模块；

步骤10.搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”514

执行完提取一个数据帧B 513模块后，则进入搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”514模块；

步骤11.搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”515

执行完搜索参考接收机的“上次接收数据存储区”514模块后，则进入搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”515模块；

步骤12.判断是否找到相同时间标记的参考接收机数据帧516

执行完搜索参考接收机的“本次接收数据存储区”515模块后，则进入判断是否找到相同时间标记的参考接收机数据帧516模块；

如果是找到相同时间标记的参考接收机数据帧，则进入差分校正、定位解算517模块，进行差分和定位处理；

如果没有找到相同时间标记的参考接收机数据帧，则进入将该数据帧移至用户接收机的“上次接收数据存储区”518模块；

步骤13.反馈到步骤9

执行完差分校正、定位解算517模块和将该数据帧移至用户接收机的“上次接收数据存储区”518模块后，则反馈到步骤9用户接收机的“本次接收数据存储区”是否空511模块；

重复上述步骤9、步骤10、步骤11和步骤12过程，直到处理完所有前0.5秒未处理完的用户接收机数据帧。

请参阅附图1、2所示，本发明总体结构为：整个系统由伪卫星信号模块、时钟模块、主控站PC机、用户定位模块、参考接收机构成。其间信号线和时钟线通过同轴电缆传递，数据通讯使用RS232串口协议连接，信号以及时钟通过同轴电缆连接，主控站和伪卫星信号模块通过RS232串口进行连接；用户定位模块包括用户接收机和执行定位软件的PC机，用户接收机通过测量载波相位变化值实现高精度定位，参考接收机辅助用户接收机消除伪卫星时钟钟差及钟漂带来的影响。其中：

伪卫星信号模块由伪卫星基带信号生成器、伪卫星射频模块、伪卫星螺旋发射天线组成。

伪卫星基带信号生成器是伪卫星信号产生的核心，在一块现场可编程门阵列FPGA中实现四颗伪卫星数字基带信号的生成，通过DA转换器将数字信号变成模拟信号。由于在现场可编程门阵列FPGA中嵌入了处理器软核，可以方便的通过RS232串口和主控站PC机相连接收和解析来自主控站的控制命令，响应主控站的命令改变发射的伪卫星信号，并能实现启动、重启信号发射等控制命令。

时钟模块由一个高稳的恒温晶振系统组成，是整个系统的时钟源。它主要提供伪卫星基带信号生成器以及射频模块的时钟。给伪卫星基带信号生成器提供的是一路20.46M的高稳方波时钟，并给出四路10.23M的正弦波时钟和四个射频模块连接。DA输出的伪卫星模拟基带信号分别通过四路30米等长电缆送入四个射频模块。射频模块还需要10.23M的时钟用以将伪卫星基带信号上变频至1575.42M(154X10.23M)。因此时钟模块的四路10.23M正弦时钟通过30米等长电缆线送入射频模块。最大限度保证整个系统的时钟同步。

主控站PC机是整个系统中的控制环节。由一台PC机加主控软件实现。运行的操作系统是windows XP。主控站PC通过串口和伪卫星基带信号生成器连接，操作者通过可视化的主控软件对整个系统进行设置，包括伪卫星发射的PRN号，为伪卫星注入导航电文，启动整个系统，控制单个伪卫星信号相对于其他卫星的时延。

用户定位模块由一个普通的商用接收机和PC机以及其上运行的定位软件构成。商用接收机可为Novatel的superstar II或者Ashtech的DG16(DG14)的任意一款，PC机和接收机使用RS232串口进行连接。定位软件获取来自接收机输出的载波相位测量值，以一定的算法完成用户接收机天线位置的精确定位。并在定位软件上以图形方式显示定位结果。用户定位模块同时接收来自参考接收机的测量数据用于补偿用户接收机，消除定位结果中因为信号不同步造成的定位误差。用户定位模块没有使用传统的GPS卫星导航伪码测距实现定位的方法，而是主要采用了载波相位跟踪的方法，这是由于室内定位的厘米级精度要求决定的。

参考接收机通过串口和PC机相连。参考接收机的天线在测试区域中是固定在一个已知的位置，通过静态测量伪卫星信号载波相位，为用户机定位提供差分信号，主要用于消除不同伪卫星信号之间的钟差和漂移给用户接收机定位造成的误差。

主控站PC机1和伪卫星信号模块2的伪卫星基带信号生成器21通过RS232接口连接，伪卫星基带信号生成器2输出以10.23M正弦波为载波的伪卫星基带信号。由于天线和射频模块是分布在定位区域的四周，因此位置分散距离较远。伪卫星基带信号生成器2输出的基带信号通过等长的同轴电缆和射频模块相连，作为射频模块的信号输入。此外，四个射频模块还需要四路时钟输入，因此时钟模块送出四路10.23M正弦波的时钟信号通过等长的30米同轴电缆连接到射频模块的时钟输入端。射频模块是一个两输入一输出的模块，其输出通过2米长的同轴电缆连接右螺旋天线，通过天线发送伪卫星的信号给用户接收机41和参考接收机5。

用户接收机和参考接收机都通过串口RS232接口和定位运算PC机42相连，PC机接收来自接收机的测量数据运行数据处理和定位软件，给出定位结果。

在使用本发明完成特定的功能时，需要对使用场地以及为伪卫星布置得位置进行准确的标定。确定场地的原点和X轴方向后，即可将伪卫星天线、参考接收机天线在场地中的位置用三维坐标表示出来。

请参阅附图4所示，本定位系统的目的是使用图1各部分组成系统后，对用户接收机4 1在室内定位区域中实现厘米级精度的定位。使用本系统获得定位结果的流程如图4，首先按照图1所述的连接关系进行系统安装连接，伪卫星天线布局402，然后根据定位场所的实际情况建立伪卫星系统坐标系，测量各伪卫星天线坐标403。在完成上述工作后，开启各部件，由主控站PC机1设置伪卫星发射信号，并启动伪卫星基带信号生成器404。参考接收机和用户接收机捕获并跟踪伪卫星信号405，同时输出载波相位测量值至定位运算PC机。等待开始定位的指令，在确定开始定位后，操作者输入用户接收机的初始位置坐标407。定位运算PC机获取接收机输出的载波相位408，使用参考接收机的载波相位测量值对用户接收机的载波相位测量值进行差分校正409，并进行伪距估计410，利用估计好的伪距完成定位结果计算和显示。如果定位过程不中止，定位运算PC机将重复408到411的过程。如果中止之后需要重新定位413，则需要再次输入用户接收机的初始位置坐标407，并重复408至411的过程，否则整个过程结束。

本发明的主控PC和伪卫星基带信号生成器的通讯协议

通讯的波特率使用固定，不可变。暂定为9600bit/s通讯底层协议设定：起始位1位，数据位8位，校验位0位，结束位2位。

主控站PC和伪卫星基带信号生成器通讯过程如下：

1、主控站根据可视化软件界面中输入的参数、地址和命令，编制命令数据帧。通过串口发送，命令数据帧中包含了地址码信息。

2、伪卫星接收命令，根据格式获取，命令编号、地址码，判断地址码是否和自己的地址码相同，如果相同，则根据命令字中的命令编号和参数做出相应的动作。

主控站和伪卫星基带信号生成器的命令协议设定如下：

*PSEU(命令头)，命令编号(一个字节)，地址码(一个字节)，命令参数长度(两个字节)，命令参数，EOF(命令结束符)

“*PSEU”的ASCII码作为命令头，“EOF”的ASCII码作为命令结束符。命令字、参数等都由逗号分隔，命令参数长度不限，伪卫星以接收到结束符作为命令结束标志。

例如伪卫星收到的一条命令的数据如下(16进制)：

2A  50  53  45  55  2C  03  2C  01  2C  00  02  2C  000A  2C  45  4F  46

其中2A  50  53  45  55  2C表示“*PSEU，”，03表示命令编号，2C为逗号，01为地址码，00  02为命令参数长度，表示命令参数长度为两个字节，00 0A为命令参数，2C 45 4F 46为逗号加命令结束字符：EOF；

本发明的伪卫星布局设计

本发明中伪卫星的布局是重要的一个环节，会影响最后的用户接收机的定位结果。卫星导航中，定位误差等于伪距的测量误差乘以卫星布局形成的几何精度因子GDOP(Geometric Dilution OfPrecision)，因此误差是来源于两方面的。几何精度因子是由卫星的布局决定的。差的布局形状会放大伪距的测量误差，造成最后的定位误差加大。

此外伪卫星的布局还与要求的定位覆盖区域有关，一般伪卫星的发射天线布局在定位覆盖区域的上方四周的位置。这是为了尽可能大的覆盖定位区域，伪卫星发射的是CDMA(Code DivisionMultiple  Access)码分多址的信号，要求来自不同发射源的信号大致处于同一功率电平，如果一路伪卫星的功率相对于另一路伪卫星的信号太强，对于另一路伪卫星信号来说就会成为干扰噪声。接收机接收到的伪卫星信号强度和其与伪卫星的距离有关，如果接收机距离某颗伪卫星太近就很有可能因为收到的这颗伪卫星的信号过强而影响其它伪卫星信号的接收。这就是伪卫星的远近效应。一般接收机接收两颗伪卫星信号远近效应得距离应在6∶1之内。

图2就是推荐的伪卫星天线布局的形状，一般选择一颗在整个定位覆盖区域的正上方“北极星”的位置，剩下三颗分散在覆盖区域的周边。通过计算这样的几何精度因子最小，对测量误差的发大效果最低，可以减少最后的定位精度。

本发明的差分校正

本发明使用参考接收机为用户接收机作差分校正，补偿伪卫星之间的时钟误差。参考接收机被固定安置在定位覆盖区域中的一个已知点，用户接收机测得的载波相位测量值减去参考接收机测得的载波相位测量值，可以很方便的实现差分校正消除伪卫星信号的时钟同步误差。

实现差分校正需要一个参考接收机，和一个用户接收机，同时对伪卫星信号进行载波相位测量。

由于使用参考接收机作差分，用户接收机的数据和参考接收机的数据必须是同一时刻的。参考接收机输出的数据和用户接收机输出的数据不一定同时到达计算机。如果用户接收机的数据到时，参考接收机的数据在上一个时刻已经到了或者要到下一个时刻才到，将导致无法实现差分

因此本系统使用了一种参考数据存储搜索方法，该方法过程如下：

参考接收机和用户接收机的一帧数据包含了时间标记和四颗伪卫星的载波相位测量数据。只有时间标记相同的数据帧可以做差分。

计算机每0.5秒检查一次是否受到接收机数据，如有则进行解码操作获得数据，并将数据根据参考接收机和用户接收机分组。

每0.5秒内，计算机会收到5-6帧的参考接收机数据和用户接收机数据。

参考接收机分配两组存储空间用来存储数据。一组存储上一个0.5秒内收到的几帧数据，一组存储本次收到的几帧数据。

用户接收机同样分配两组空间，一组存储上一个0.5秒未处理完的数据，一组存储本次收到的数据。

执行完之后开始数据处理：

首先查找用户接收机前一个0.5秒是否有未处理完数据帧，如果有则在参考接收机本次受到的数据中查找时间标记相同的数据帧。如果找到，则进行差分处理，没有找到则跳过差分处理。定位计算。

重复上述过程直到处理完所有前0.5秒未处理完的用户接收机数据帧。

然后处理本次接收到的用户接收机发送的数据，对于每一个本次受到用户接收机的数据帧，在存储参考接收机数据区里查找时间标记相同的数据帧，如果找到，则进行差分处理，并进行定位计算。没有找到匹配的参考接收机的差分数据，则将该用户接收机数据保存起来，等待下一个0.5秒处理。