专利名称：一种蜂窝网络定位方法及蜂窝网络定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术，尤其涉及一种蜂窝网络定位方法及蜂窝网络定位装置。
背景技术：
随着无线通信技术的发展，近年来无线定位技术受到人们的广泛关注，无论是在 军事还是民用领域都已获得了广泛的应用。定位过程是先获得一定的定位参数，如多个AOA(Angle of Arrival，到达角度) 或T0A(Time of Arrival，到达时间)^TDOA(Time Differenceof Arrival，电波到达时间 差)或场强值，由这些参数就可以构成一组关于待定位移动单元位置的方位线或圆周或双 曲线方程组，再通过求解这些方程组而获得待定移动单元的位置信息。在已有蜂窝网络定 位的研究成果中，电波到达时间差方法由于对移动单元改动少且无需移动单元与基站严格 时间同步，因而是一种理想的定位方法。由于对应的定位方程组大多由非线性方程构成，求解较为复杂。在现有技术中 已经提出多种不同计算复杂性和精度的算法，如具有解析表达式解的算法Fang，Chan, Friendlander,SX,SI等；以及递归算法泰勒级数展开法，分类征服法等。这些方法均属于 静态定位。由于待定位的移动单元的位置很可能是连续变化的，所以采用这些方法定位精 度不高。NLOS (Non Light of Sight，非视距)误差是影响定位精度的重要因素，在传统 的定位算法中，如Chan，Fang, Taylor级数展开等算法都没有考虑NLOS误差的影响，当 测量值中包含较大的NLOS误差时，这些方法的定位精度将大大降低，达不到FCC (Federal Communications Commission，美国联邦通信认证)的E-911要求。现有技术中能够降低 NLOS误差影响的方法是一部定位法，即在传统定位算法中加以改进，改善其对NLOS的鲁棒 性，如残差加权算法等，这类方法通过对冗余定位结果进行加权或取舍处理来减少NLOS的 影响，需要至少3个基站参与定位，但必须存在L0S(Lightof Sight，视距)基站来保证定位 精度，这样的要求在实际中不易实现。
发明内容
本发明提供了一种蜂窝网络定位的方法及其系统，其能提高蜂窝网络定位的精度。本发明的技术方案为一种蜂窝网络定位方法，包括步骤步骤一、建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信连接；步骤二、检测所述待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定位基站和所述待 定位移动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位基站和所述服务 基站的第二时间差；步骤三、对所述第一时间差和第二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第
4二估计值；步骤四、根据预先存储的第一定位基站、第二定位基站、服务基站的位置信息及所 述第一估计值和第二估计值计算所述待定位移动单元的位置坐标。一种蜂窝网络定位装置，包括通信模块，用于建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信 连接；检测模块，与所述通信模块连接，在所述待定位移动单元与第一定位基站和第二 定位基站的无线通信连接后，用于检测所述待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定 位基站和所述待定位移动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位 基站和所述服务基站的第二时间差；滤波模块，与所述检测模块连接，对所述检测模块检测到的所述第一时间差和第 二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二估计值；计算模块，与所述滤波模块连接，用于根据预先存储的第一定位基站、第二定位基 站、服务基站的位置信息及所述第一估计值和第二估计值计算所述待定位移动单元的位置 坐标。本发明的蜂窝网络定位方法及其装置，在检测到第一时间差和第二时间差后，对 所述第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机性和正向 偏差的影响，提高了蜂窝网络定位的精度。且本发明不需要很多基站参与定位，只需两个定 位基站和一个服务基站即可完成定位，而且也不须LOS基站来保证蜂窝网络定位的精度， 实际中比较容易实现。
图1是本发明蜂窝网络定位方法的流程图；图2是本发明蜂窝网络定位装置在一实施例中的结构原理框图；图3是本发明蜂窝网络定位装置在一实施例中的结构原理框图；图4是本发明蜂窝网络定位装置在一实施例中的结构原理框图。
具体实施例方式本发明的蜂窝网络定位方法及其装置，在检测到第一时间差和第二时间差后，对 所述第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机性和正向 偏差的影响，提高了蜂窝网络定位的精度。且本发明不需要很多基站参与定位，只需两个定 位基站和一个服务基站，即可完成定位，而且也不须LOS基站来保证蜂窝网络定位的精度， 实际中比较容易实现。下面结合附图和具体实施例对本发明做一详细的阐述。本发明的蜂窝网络定位方法，如图1，包括步骤S101、建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信连接。待 定位移动单元一般为移动电话等移动设备。第一定位基站和第二定位基站是参与定位的 基站，实际中可以选择该待定位移动单元附近的两个基站作为第一定位基站和第二定位基 站。
S102、检测待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定位基站和所述待定位移 动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位基站和所述服务基站的 第二时间差。服务基站是待定位移动单元所在小区的基站。具体实施时，待定位移动单元 会同时发射一定位信号分别到第一定位基站和所述服务基站，通过检测待定位移动单元发 射定位信号的时间Tl、到达第一定位基站的时间T2和到达服务基站的时间T3来确定该第 一时间差T31= (T3-T1)-(T2-T1) = Τ3-Τ2，同理可以确定第二时间差。S103、对所述第一时间差和第二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二 估计值。即对第一时间差进行卡尔曼滤波得到第一估计值，对第二时间差进行卡尔曼滤波 得到第二估计值。对所述第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误 差的随机性和正向偏差的影响，提高了蜂窝网络中待定位移动单元定位的精度。S104、根据预先存储的第一基站、第二基站和服务基站的位置信息及第一估计值 和第二估计值来计算所述待定位移动单元的位置坐标。具体实施时，可以根据预先存储的 第一基站、第二基站和服务基站的位置信息及第一估计值和第二估计值采用Chan算法来 计算所述待定位移动单元的位置坐标。在一优选实施例中，为了提高蜂窝网络待定位移动单元定位的精度，在步骤SlOl 之后，步骤S102之前还包括步骤同步所述第一定位基站、第二定位基站和服务基站的时 间。具体实施时，可以按预定时间向第一定位基站、第二定位基站和服务基站发送一时间信 息，第一定位基站、第二定位基站和服务基站分别根据该时间信息更新显示的时间。这样提 高了第一定位基站、第二基站和服务基站的时间同步性，可以精确的检测出第一时间差和 第二时间差，为后面精确的计算待定位移动单元的位置坐标做好铺垫。在一优选实施例中，在步骤S104之后还可以包括步骤对计算出的位置坐标进行 卡尔曼平滑处理，得到待定位移动单元的最终位置坐标。通过进一步的对计算出的位置坐 标进行卡尔曼平滑处理，可以进一步的提高对待定位移动单元定位的精度。在一优选实施例中，在步骤S104之后还可以包括步骤将所述最终位置坐标无线 发送到所述待定位移动单元。可以及时的将待定位移动单元的位置坐标随时通知给待定位 移动单元。上述所述的本发明的蜂窝网络定位方法中，包括2个定位基站和1个服务基站，在 实际应用中定位基站的的个数也可以为多个，即大于2个，根据实际需要来设置。但由于定 位基站个数多的话，定位基站之间会相互干扰，影响了蜂窝网络定位的精度，在一最优实施 例中，定位基站的个数为3个，即包括2个定位基站和1个服务基站。由此可见，本发明的蜂窝网络定位方法，在检测到第一时间差和第二时间差后，对 所述第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机性和正向 偏差的影响，提高了蜂窝网络定位的精度。且本发明不需要很多基站参与定位，只需两个定 位基站和一个服务基站即可完成定位，而且也不须LOS基站来保证蜂窝网络定位的精度， 实际中比较容易实现。本发明还揭示了一种蜂窝网络定位装置，如图2，其包括通信模块，用于建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信 连接。待定位移动单元可以是移动电话等移动设备。第一定位基站和第二定位基站是参与 定位的基站，实际中可以选择该待定位移动单元附近的两个基站作为第一定位基站和第二定位基站。检测模块，与所述通信模块连接，在所述待定位移动单元与第一定位基站和第二 定位基站的无线通信连接后，用于检测所述待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定 位基站和所述待定位移动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位 基站和所述服务基站的第二时间差。服务基站是待定位移动单元所在小区的基站。具体实 施时，待定位移动单元会同时发射一定位信号分别到第一定位基站和所述服务基站，检测 模块通过检测待定位移动单元发射定位信号的时间Tl、到达第一定位基站的时间T2和到 达服务基站的时间T3来确定该第一时间差T31 = (T3-T1)-(T2-T1) =Τ3_Τ2，同理可以确 定第二时间差。滤波模块，与所述检测模块连接，对所述检测模块检测到的所述第一时间差和第 二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二估计值。对所述第一时间差和第二时间 差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机性和正向偏差的影响，提高了蜂窝网络 定位装置定位的精度。计算模块，与所述滤波模块连接，用于根据预先存储的第一定位基站、第二定位基 站、服务基站的位置信息及所述第一估计值和第二估计值计算所述待定位移动单元的位置 坐标。具体实施时，计算模块是根据预先存储的第一定位基站、第二定位基站、服务基站的 位置信息及所述第一估计值和第二估计值利用Chan算法计算所述待定位移动单元的位置 坐标。实际应用中，该通信模块、检测模块可以分别安装在第一定位基站或第二定位基 站或服务基站上，滤波模块和计算模块可以根据需要进行安装在核心网内，即近端蜂窝定 位中心系统内。在一优选实施例中，为了提高蜂窝网络装置定位的精度，本发明的蜂窝网络定位 装置还包括时间同步模块，如图3，连接在通信模块和检测模块之间，用于同步所述第一定 位基站、第二定位基站和服务基站的时间。具体实施时，时间同步模块可以按预定时间向第 一定位基站、第二定位基站和服务基站发送一时间信息，第一定位基站、第二定位基站和服 务基站分别根据该时间信息更新显示的时间。这样提高了第一定位基站、第二基站和服务 基站的时间同步性，检测模块可以精确的检测出第一时间差和第二时间差，为后面计算模 块精确的计算待定位移动单元的位置坐标做好铺垫。在一优选实施例中，本发明的蜂窝网络定位装置还包括处理模块，如图4，与所述 计算模块连接，用于对计算出的位置坐标进行卡尔曼平滑处理，得到待定位移动单元的最 终位置坐标。通过进一步的对计算出的位置坐标进行卡尔曼平滑处理，可以进一步的提高 蜂窝网络定位装置定位的精度。在一优选实施例中，本发明的蜂窝网络定位装置还包括无线传输模块，如图4，与 所述处理模块连接，用于将所述最终位置坐标无线发送到所述待定位移动单元。可以及时 的将待定位移动单元的位置坐标随时通知给待定位移动单元。上述所述的本发明的蜂窝网络定位装置中，定位基站的个数是2个，服务基站为1 个，在实际应用中定位基站的的个数也可以为多个，即大于2个，根据实际需要来设置。由 于定位基站个数多的话，定位基站之间会相互干扰，影响了蜂窝网络定位的精度，在一最优 实施例中，定位基站的个数为3个，即一个服务基站和两个定位基站。
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综上所述，本发明的蜂窝网络定位装置，滤波模块在检测到第一时间差和第二时 间差后，对所述第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机 性和正向偏差的影响，提高了蜂窝网络定位的精度。且本发明不需要很多基站参与定位，只 需两个定位基站和一个服务基站即可完成定位，且不需要LOS基站来确保定位精度，实际 中比较容易实现。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
权利要求
一种蜂窝网络定位方法，其特征在于，包括步骤步骤一、建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信连接；步骤二、检测所述待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定位基站和所述待定位移动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位基站和所述服务基站的第二时间差；步骤三、对所述第一时间差和第二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二估计值；步骤四、根据预先存储的所述第一定位基站、第二定位基站、服务基站的位置信息及所述第一估计值和第二估计值计算所述待定位移动单元的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的蜂窝网络定位方法，其特征在于在步骤一之后，步骤二之前 还包括步骤同步所述第一定位基站、第二定位基站和服务基站的时间。
3.根据权利要求1所述的蜂窝网络定位方法，其特征在于在步骤四之后还包括步骤 对所述位置坐标进行卡尔曼平滑处理，得到所述待定位移动单元的最终位置坐标。
4.根据权利要求3所述的蜂窝网络定位方法，其特征在于还包括步骤，将所述最终位 置坐标无线发送到所述待定位移动单元。
5.根据权利要求1所述的蜂窝网络定位方法，其特征在于步骤四，具体为根据预先 存储的第一定位基站、第二定位基站、服务基站的位置信息及所述第一估计值和第二估计 值采用Chan算法计算所述待定位移动单元的位置坐标。
6.一种蜂窝网络定位装置，其特征在于，包括通信模块，用于建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信连接；检测模块，与所述通信模块连接，在所述待定位移动单元与第一定位基站和第二定位 基站的无线通信连接后，用于检测所述待定位移动单元发射的定位信号到所述第一定位基 站和所述待定位移动单元的服务基站的第一时间差，及所述定位信号到所述第二定位基站 和所述服务基站的第二时间差；滤波模块，与所述检测模块连接，对所述检测模块检测到的所述第一时间差和第二时 间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二估计值；计算模块，与所述滤波模块连接，用于根据预先存储的第一定位基站、第二定位基站、 服务基站的位置信息及所述第一估计值和第二估计值计算所述待定位移动单元的位置坐 标。
7.根据权利要求6所述的蜂窝网络定位装置，其特征在于还包括时间同步模块，连接 在所述通信模块和所述检测模块之间，用于同步所述第一基站、第二基站和服务基站的时 间。
8.根据权利要求6所述的蜂窝网络定位装置，其特征在于还包括处理模块，与所述计 算模块连接，用于对所述位置坐标进行卡尔曼平滑处理，得到所述待定位移动单元的最终 位置坐标。
9.根据权利要求8所述的蜂窝网络定位装置，其特征在于还包括无线传输模块，与所 述处理模块连接，用于将所述最终位置坐标无线发送到所述待定位移动单元。
10.根据权利要求6所述的蜂窝网络定位装置，其特征在于所述计算模块用于根据预先存储的第一定位基站、第二定位基站、服务基站的位 置信息及所述第一估计值和第二估 计值采用Chan算法计算所述待定位移动单元的位置坐标。
全文摘要
本发明公开了一种蜂窝网络定位方法及蜂窝网络定位装置，所述蜂窝网络定位方法包括步骤建立待定位移动单元与第一定位基站和第二定位基站的无线通信连接；检测待定位移动单元发射的定位信号到第一定位基站和待定位移动单元的服务基站的第一时间差，及定位信号到第二定位基站和服务基站的第二时间差；对第一时间差和第二时间差进行卡尔曼滤波，得到第一估计值和第二估计值；根据预先存储的第一定位基站、第二定位基站、服务基站的位置信息及第一估计值和第二估计值计算待定位移动单元的位置坐标。本发明蜂窝网络定位方法，对第一时间差和第二时间差分别进行卡尔曼滤波，可以消除NLOS误差的随机性和正向偏差的影响，提高了蜂窝网络定位的精度。
文档编号H04W4/02GK101938690SQ20091015843
公开日2011年1月5日 申请日期2009年6月28日 优先权日2009年6月28日
发明者李秀萍, 罗竣友, 赵军辉 申请人:澳门科技大学