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北斗GPS在室内定位有用吗?你需要知道的全部北斗GPS定位的知识。

Author: 郑国辉

Release Time:2024-09-14 17:09


北斗和GPS系统是当今世界应用最广泛的全球定位技术。现代几乎所有的智能手机都在不断利用 北斗或GPS 提供定位和跟踪信息,就像高德、百度等现代地图和导航系统利用北斗或 GPS为我们提供定位数据。许多应用程序都在利用北斗和GPS 获得超精确的定时测量,如果没有北斗或GPS,这些是不可能实现的。

鉴于 GPS 在现代生活中无处不在,当我们与客户讨论室内定位和制图应用时,最常被问到的问题之一就是“为什么我们不能直接使用北斗或GPS”?在本篇文章中我们将讨论您想要了解的北斗和GPS与室内系统和应用的关系。

首先,什么是北斗系统?什么是GPS系统?

北斗卫星导航系统 (BeiDou Navigation Satellite System,英文简写为BDS,以下简称北斗系统)由中国政府建造,免费为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、测速和授时服务。北斗是中国古代对大熊座部分星体的称谓,在古代被用作辨识方向,而今融合人类最新科技成果,重新赋予“北斗”全新内涵。目前有62颗在轨卫星。以下是目前每颗北斗卫星的健康状态。

GPS 是GPS(Global Positioning System)的缩写。该项目由美国政府于 1978 年启动,1993 年在该系统的第 24 颗卫星发射升空后,该系统开始全面运行。目前有32颗在轨卫星。以下是目前每颗GPS卫星的健康状态。

北斗和GPS如何工作运行的?

在民用领域,北斗和GPS的工作原理都是从环绕地球轨道的不同卫星向地面设备(例如智能手机)发送一些信号。目前,北斗有62颗、GPS有32颗卫星在运行,这意味着无论您在地球上的哪个位置,都可能在至少六颗卫星的“视线”或范围之内。

每颗北斗或GPS卫星都装有一个原子钟,可以超精确地读取自己的位置。当地面设备(如用户的智能手机)同时接收到来自多个卫星的信号时,它可以利用不同信号的相对到达时间(TOA)来三角测量地面设备的位置。

当多颗卫星发出足够强的信号时,北斗或GPS的定位精度可达到普通消费智能手机的 5 至 10 米。

北斗或GPS可以在室内运行吗?

北斗和GPS可以在室内工作,但决定其在室内是否有效的关键因素是卫星信号能否穿过天花板和其他障碍物到达地面设备。室内环境中任何阻碍或完全阻挡 北斗GPS 信号的因素都会严重影响 北斗GPS成功确定地面设备位置的能力。

北斗GPS信号也会在墙壁等物体上反射,有时信号可以在室内的物体上发射后到达用户,接收机可能会读取错误,实际上导致的结果不如完全屏蔽信号的结果准确。

即使在北斗GPS信号能够穿透建筑物并与地面设备建立牢固连接的情况下,在室内使用 北斗或GPS还需要考虑另一个重要因素那就是北斗或GPS所能够达到的总体精度,能不能满足室内定位的需求问题。

综上所述,在理想情况下,北斗GPS通常能够将地面的接收设备的位置精确到 5 至 10 米。在户外环境中,这种精确度完全足够,尤其是与其他数据点相结合时(例如设备的内部指南针、惯导设备、以及wifi、4G\5G通信等),它可以帮助应用程序预测用户的方位和行进方向。

由于缺乏精确度,再加上北斗或GPS难以向室内地点提供信号,这严重阻碍了其在室内工作的能力。

室内 北斗GPS 信号由什么决定?

北斗GPS的室内信号主要取决于信号在轨道卫星和地面设备(例如智能手机)之间必须通过的障碍物和障碍物的数量和密度。为了到达地面设备,信号穿过的物质密度越大,信号就越弱(如果能到达的话),这意味着北斗GPS的性能就越弱,精度就越差。

室内的北斗GPS信号可以改善吗?

北斗GPS转发器设备越来越常见价格也越来越实惠。北斗GPS转发器的工作原理是在楼顶或楼外 北斗GPS 信号可以到达的地方安装天线,然后通过电缆将信号送入楼内,并通过一个或多个放大器和功分器和发射天线将信号传输到室内环境。

虽然北斗GPS转发器设备可以改善北斗和GPS在室内的信号,使其信号的性能接近于您在室外所期望的性能,但无论是北斗还是GPS 在室内环境中,接收机收到的卫星信号里边并不带有位移信息,从而TOA的变化是全部卫星到接收机的TOA等量的变化,实际上是固定不动的,因为收到的卫星信号是屋顶天线的信号,而屋顶天线是不动的,因此在室内收到的信号相对于每颗卫星来说也是不动的,根据以上提到的定位原理,在北斗GPS转发器下面的接收机在室内的定位位置就是屋顶天线的位置。右边的图片描述了北斗GPS接收机在室内的定位原理。

北斗GPS可以用于室内定位或导航系统吗?

从技术上讲,北斗和GPS可以作为室内定位和室内导航系统的技术基础,提供一个基于屋顶天线的3D位置,以此位置为基础为其他的定位系统提供参考位置和授时信息。基于北斗GPS转发器的室内北斗GPS环境,可以为众多的不需要精确定位的领域提供北斗GPS覆盖。比如:公交停车场、停机棚、关键任务车辆、特种车辆等等。更广泛的应用在于制造业,特别是手机、新能源汽车的制造和研发领域有广泛的应用。

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