随着经济和信息服务的快速发展，室内定位需求日益增加。然而，全球导航卫星系统（GNSS）信号在穿透建筑物时面临困难，这使得室内定位充满挑战。作为GNSS室外信号的补充方案，伪卫星在多种应用场景中展现出良好的效果，成为室内定位研究领域的热点之一。现有伪卫星室内定位研究主要关注初始位置确定与载波相位模糊度消解等问题，但由于数据后处理和计算复杂度较高，大多数研究仍停留在理论研究阶段。为克服上述限制，本文提出了一种仅利用内置GNSS芯片的智能手机实现实时室内定位的方法。智能手机通过有效获取伪卫星信号信息，建立基于伪卫星与智能手机间距离和接收信号强度的简单模型，并利用卡尔曼滤波减小多径效应与遮挡带来的影响。该简单且低复杂度的模型可快速估算用户与伪卫星的距离，从而实现室内定位服务。本文通过在实际地下车库场景中进行的数据收集与实验验证了该方法的有效性和低复杂度。实验结果表明，该方法的导航定位均方根误差（RMSE）小于3米，能够满足日常生活应用的需求。
引用
Lu, Xiangchen, et al. “Evaluation of C/N0 Raw Observation Positioning by Smartphone Based on Indoor Asynchronous Pseudolite.” Urban Informatics, vol. 3, no. 1, 2024
https://doi.org/10.1007/s44212-023-00036-2
文章介绍了经济和信息服务发展带来的室内定位需求，同时指出现有GNSS系统在室内环境中的不足。虽然一些基于Bluetooth、Wi-Fi和UWB等技术的室内定位方案已经提出，但伪卫星系统因其信号覆盖的灵活性，成为近年来室内定位研究的热点。然而，大部分已有方法依赖于数据后处理和复杂的计算，限制了其应用。因此，作者提出了一个简单、实时的室内定位方案，并强调了该方案可直接应用于带有GNSS芯片的智能手机。
1. 发射器和智能手机接收器：在本系统中，使用了一个双通道RF信号发射器、分布式RF天线和多通道时钟分配器来实现伪卫星信号的发射，如图1所示。
图1. 分布式室内伪卫星系统组成
为了适应室内伪卫星系统较小的信号覆盖范围，系统采用同一时钟源的双通道发射器，简化了时间同步过程。每个通道传输的信号使用不同的扩频码，并在1575.42 MHz频率下进行导航消息的调制。值得注意的是，由于硬件延迟和电缆与发射天线之间的阻抗差异，同一发射器的两个通道发出的信号在时间上并非完全同步，但其频率一致性已足够满足本系统的需求作者选用小米8智能手机作为接收器，该设备支持双频GPS信号接收，能够满足高精度定位需求。
在图2中，作者展示了实验所在的地下车库环境，伪卫星天线之间的间距设置为45米、26米和25米，并通过30米的电缆连接至发射器。这样的配置旨在模拟真实的室内定位场景，为后续实验提供测试基础。
图2. 实验环境及设置：（a）伪卫星天线之间的距离为45米。（b）伪卫星天线之间的距离为26米。（c）伪卫星天线之间的距离为25米。
图4. 基于分布式双伪卫星系统的X轴运动学实验
图5展示了X轴方向的动态定位轨迹。图中绿色线表示全站仪测得的参考轨迹，黑色线为原始C/N0定位轨迹，红色线则为经过卡尔曼滤波处理后的C/N0定位轨迹。结果显示，卡尔曼滤波后的轨迹与参考轨迹的差异显著减小，表明卡尔曼滤波对抑制噪声、减小多径效应和遮挡影响有较好效果。然而，在测试1和测试2的第20个时刻点，以及测试3和测试4的起始与结束时刻，由于智能手机与某天线的距离过近，导致近远效应对滤波结果产生了较大影响，致使滤波结果偏离实际轨迹。
Xiangchen Lu，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室博士研究生。
陈亮，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授，博士生导师。长期从事“室内外无缝定位与导航”领域的研究，在导航新信号体制理论与方法、智能手机泛在定位、多源融合室内外无缝导航等方向取得了多项研究成果。
https://jszy.whu.edu.cn/chenliang/zh_CN/index.htm
Nan Shen，南京工业大学研究员。研究兴趣包括全球导航卫星系统（GNSS）高精度导航定位技术、站点特定误差即时缓解、GNSS非建模误差智慧缓解、互动式多模型振动侦测与撷取技术、软件定义接收机设计、以及GNSS、INS 、视觉组合导航定位技术。
https://www.researchgate.net/profile/Nan-Shen-22
Jiahui Jiang，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室博士研究生。
Yue Dai，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室博士研究生。
陈锐志，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任，教授、博士生导师、芬兰科学与人文院院士。他是导航定位领域国际著名学者，致力于智能手机室内外无缝导航定位和低轨卫星导航增强的理论研究与核心技术开发。主要针对导航卫星信号弱，无法穿透室内空间的技术难题，开展智能手机的高精度、高可用和北斗低轨导航增强等方面的研究，推动我国北斗导航系统的服务从室外拓展到室内，从地面提升到低轨空间。
https://liesmars.whu.edu.cn/info/1169/5954.htm
END
