一种基于4G基站与卫星的双重定位方法及系统与流程

一种基于4g基站与卫星的双重定位方法及系统
技术领域
1.本发明涉及定位技术领域，特别涉及一种基于4g基站与卫星的双重定位方法及系统。


背景技术：

2.北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成。北斗系统与gps等其他导航系统相比，不仅可在全球范围内为各类用户提供全天候高精度的定位、导航和受时服务，同时该剧被短报文通信的独特功能，通用款北斗模块定位精度一般在10米内，基于北斗 gps的双模定位系统，具有更高的精度，最高可达2.5米。但在室内、地下室或城市建筑遮盖等复杂地区，存在卫星信号衰弱区或盲区，导致基于卫星的北斗及gps定位系统定位不准或定位丢失。
3.现有的终端定位模块基本以北斗、gps这类基于卫星的定位模式，但在室内、地下室或城市建筑遮盖等复杂地区，存在卫星信号衰弱区或盲区，导致基于卫星的北斗及gps定位系统定位不准或定位丢失。
4.目前的市场上的定位主流还是串口通信定位，例如手机定位或者汽车gps定位导航。而且一般不具有4g无线通信功能，使得定位系统较为笨重，不够灵活。
5.一些具备远程数据传输的定位终端为单向数据传输模式，只允许定位模块将数据发送到指定服务器，但是服务器无法将指令等数据发送到定位终端，为了实现定位和双向通信功能，往往需要单独配置通信终端，大大降低了定位终端的实用性。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题的是提供一种定位精度高、可靠性强的基于4g基站与卫星的双重定位系统。
7.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于4g基站与卫星的双重定位系统，其包括以下步骤：
8.a、通过双重定位模块从卫星获取信息；
9.b、通过控制器从双重定位模块获取的信息中提取卫星定位数据；
10.c、通过4g模块收集周围基站的基站定位数据；
11.d、tcp服务器通过卡尔曼滤波技术将所述卫星定位数据和基站定位数据进行融合，通过抵消不同定位数据的定位误差来定位当前位置。
12.作为本发明的进一步改进，步骤d具体包括：tcp服务器根据不同数据的误差精度给每个数据分配不同的权重值后进行拟合，并对不同数据拟合后的交叉重叠部分进行特征值分析，并结合历史轨迹来定位当前位置。
13.作为本发明的进一步改进，所述步骤c具体包括：通过4g模块收集周围多个基站的基站定位数据。
14.作为本发明的进一步改进，所述步骤a之前还包括步骤：
15.s、控制器控制4g模块用at指令与tcp服务器建立tcp透传关系，以实现tcp服务器与控制器之间的远程通信。
16.本发明还提供了一种基于4g基站与卫星的双重定位系统，其包括双重定位模块、控制器、4g模块和tcp服务器，所述双重定位模块用于从卫星获取信息，所述控制器用于从双重定位模块获取的信息中提取卫星定位数据，所述4g模块收集用于周围基站的基站定位数据，所述tcp服务器用于将所述卫星定位数据和基站定位数据进行融合，通过抵消不同定位数据的定位误差来定位当前位置。
17.作为本发明的进一步改进，所述4g模块收集周围多个基站的基站定位数据。
18.作为本发明的进一步改进，所述控制器还用于控制所述4g模块用at指令与tcp服务器建立tcp透传关系，以实现tcp服务器与控制器之间的远程通信。
19.作为本发明的进一步改进，所述双重定位模块与控制器、所述控制器与4g模块之间均进行串口通信。
20.作为本发明的进一步改进，所述控制器为单片机。
21.作为本发明的进一步改进，所述卫星定位数据包括北斗定位数据和gps定位数据。
22.本发明的有益效果：
23.本发明基于4g基站与卫星的双重定位系统解决了现有技术中定位在室内等城市建筑覆盖复杂地区卫星信号丢失问题，实现了复杂环境的定位功能，提高了定位终端的可靠性和实用性，可实现高精度定位。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
25.图1为本发明优选实施例中基于4g基站与卫星的双重定位系统的示意图；
26.图2为本发明优选实施例中通过卡尔曼滤波技术进行数据融合的示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
28.本发明优选实施例公开了一种基于4g基站与卫星的双重定位方法，该方法包括以下步骤：
29.a、通过双重定位模块从卫星获取信息；
30.b、通过控制器从双重定位模块获取的信息中提取卫星定位数据；
31.c、通过4g模块收集周围基站的基站定位数据；
32.d、tcp服务器通过卡尔曼滤波技术将所述卫星定位数据和基站定位数据进行融合，通过抵消不同定位数据的定位误差来定位当前位置。参照图2。
33.可选的，步骤d具体包括：tcp服务器根据不同数据的误差精度给每个数据分配不同的权重值后进行拟合，并对不同数据拟合后的交叉重叠部分进行特征值分析，并结合历史轨迹来定位当前位置。
34.可选的，所述步骤c具体包括：通过4g模块收集周围多个基站的基站定位数据。有利于提高定位精度。
35.在本实施例中，所述步骤a之前还包括步骤：
36.s、控制器控制4g模块用at指令与tcp服务器建立tcp透传关系，以实现tcp服务器与控制器之间的远程通信。
37.本发明优选实施例还公开了一种基于4g基站与卫星的双重定位系统，其包括双重定位模块、控制器、4g模块和tcp服务器，所述双重定位模块用于从卫星获取信息，所述控制器用于从双重定位模块获取的信息中提取卫星定位数据，所述4g模块收集用于周围基站的基站定位数据，所述tcp服务器用于将所述卫星定位数据和基站定位数据进行融合，通过抵消不同定位数据的定位误差来定位当前位置。
38.在本实施例中，所述控制器还用于控制所述4g模块用at指令与tcp服务器建立tcp透传关系，以实现tcp服务器与控制器之间的远程通信。
39.在本实施例中，所述双重定位模块与控制器、所述控制器与4g模块之间均进行串口通信。
40.可选的，所述控制器为单片机，具体可为stm32单片机。
41.在本实施例中，所述卫星定位数据包括北斗定位数据和gps定位数据。
42.在一具体实施例中，双模定位模块首先从各个卫星获取数据，并通过定位系统将卫星发送的信息传送给stm32单片机，一般接收的数据基本上就是nmea
‑
0183协议的报文，大多数常见的gnss接收机、gnss数据处理软件、导航软件都遵循或者至少兼容这个协议。而nmea
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0183协议采用ascii码来传递gps定位信息，我们称之为帧，帧格式如：$aabbb,ccc,ccc,
…
，ccc*dd(cr)(lf),“$”为帧命令起始位；“aabbb”为地址域，也称为报文头，前两位为识别符(aa)，后两位为语句名(bbb)；“ccc，
…
，ccc”为数据；“*”为校验和前缀(也可以作为语句数据结束的标志)；“dd”为校验和，$与*之间所有字符ascii码的校验和(各字节做异或运算，得到校验和后，在转换为16进制格式ascii字符)；(cr)(lf)为侦结束回车和换行符。其中传送回来的报文头识别符代表三种不同的数据类型gp、bd、gn，分别为gps定位模式、北斗定位模式、双模定位模式。而报文头语句名代表不同的信息，其中$xxgga报文是关于时间、经纬度位置、解算状态、卫星颗数等相关信息；$xxgsa显示的是当前卫星信息；$xxgsv显示的是可见卫星的信息；$xxvtg表示卫星对地速度信息；$xxgll包含基本的地理位置信息；$xxrmc包括位置、速度、时间等最简定位信息；$xxzda表示当前时间信息。根据不同的报文头查找相关的nmea
‑
0183协议从而得到相关卫星定位等信息。一般来说，定位不需要这么多信息，例如只需要gnrmc报文相关的信息就可以得到模块想应的位置信息。
43.而基站定位是通过at指令查询基站信息，有了基站信息才能够进行的定位。基站定位的大致原理为:移动电话测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的toa(time of arrival，到达时刻)或tdoa(time difference of arrival，到达时间差)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移动电话的位置。实际的位置估计算法需要考虑多基站(3个或3个以上)定位的情况，因此算法要复杂很多。一般而言，移动台测量的基站数目越多，测量精度越高，定位性能改善越明显。由于移动通信网络是由许多按照一定规则布局的基站(大铁塔)构成的，每个基站覆盖一个正六边形区域，每个正六边形区域称为一个小区，每个小区(基站)都有一个固定的id(编号)，这样形
成的网络酷似蜂窝，其主要特征是终端的可移动性，并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。只要sim卡不是离线模式，就可以通过at相关指令查询到当前所处小区的id。国家安全部门正是通过小区id来掌握人的大概位置，基站定位软件则通过侦测sim卡中的通信id进行定位(必须有基站位置数据库和地图数据的配合)。这种定位的精度取决于手机所处小区半径的大小，以及周围的基站数量，一般在城市环境中基站定位精度约在10m左右，满足远程实际监控中对终端定位跟踪的精度需求。
44.一般基站信息包含：mnc,lac,cid(cell)三个参数，其中mcc(mobile country code)，移动国家代码(中国的为460)；mnc(mobile network code)，移动网络号码(中国移动为00，中国联通为01)；lac(locationarea code)，位置区域码；cid(cell identity)，基站编号，是个16位的数据(范围是0到65535)。获取以上三个参数就可以通过基站数据库，通过附近的基站对位置信息进行跟踪，而且直接在基站数据库上显示出当前位置信息。一般来说多基站定位会比单基站定位精度更高，故可以用4g模块收集周围多个基站信息，从而提高基站定位整体精度。
45.stm32最小系统是进行接收定位信息处理，并发送至4g模块。双模定位端与stm32最小系统之间和stm32最小系统与4g模块之间都是进行串口通信，用以收双模定位模块传送回来的数据，利用stm32微型处理器，将串口3接收的定位信息发送至串口1缓存区，然后串口1缓存区将数据发送给4g模块，此时是通过stm32输出相关4g模块的at指令，从而将串口的相关位置信息传输给tcp服务器。关于4g模块，首先建立与tcp服务器之间的连接，即stm32下发相关的at指令先初始化4g模块，然后控制4g模块长连接于tcp服务器端口，当tcp服务器下发相关指令控制stm32将定位信息传输至服务器平台。
46.本发明通过对基站定位、北斗定位、gps定位技术的集成，解决了现有技术中定位在室内等城市建筑覆盖复杂地区卫星信号丢失问题，实现了复杂环境的定位功能，提高了定位终端的可靠性和实用性。
47.本发明通过卡尔曼滤波技术，将来自多个定位传感器的重定位数据进行融合，消除各定位传感器的定位误差，得到准确的定位数据，从而实现高精度定位功能。
48.本发明通过4g数据远程传输功能，解决了现有技术中定位模块只能近场定位，不能远程无线定位且适用范围窄的问题，为后期的大规模定位系统集成提供技术支持。
49.本发明解决了现有定位终端中只能单向数据传输，不能进行数据、指令的的双向传输等问题，为应急救援、远程控制等应用场景提供可靠的指令传输通道。双向数据传输通过4g模块与tcp服务器端口建立tcp透传，从而保证数据传输的安全性。
50.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。