专利名称：多基站逐次逼近定位方法
技术领域：
本发明涉及一种基站定位方法，尤其涉及一种多基站逐次逼近定位方法。
背景技术：
随着无线通信网络和移动互联网技术的高速发展，无线定位应用技术已经进入了一个全新的阶段。无线的移动性和不确定性给移动通信、便携终端设备的发展，带来产业市场和技术挑战的同时，也为定位服务的应用扩张带来了无限商机。传统的无线定位方法包括核心网、无线网络控制器、服务基站等部分，流程分为请求、测量、计算、上报数据等步骤。其中，核心网完成定位启动,发送无线定位请求,接收位置估计值；无线网络控制器，接收核心网的无线定位请求，完成接入层流控制，接收该定位服务的信号来波方向的请求与测量；基站与服务无线网络控制器无线 连接，接收该服务无线网络控制器的时延信号测量请求，向该服务无线网络控制器发送测量结果，其定位过程为步骤I :核心网向网络控制器发出定位请求；步骤2 :移动终端与基站完成定位参量的测量，其中移动终端向网络控制器上报时延量请求交互，基站向网络控制器上报来波方向的测量请求交互；步骤3 :服务网络控制器经行位置估算过程；步骤4 :服务网络控制器向核心网上报位置估算结果。目前无线定位实现移动终端位置的估算技术，普遍存在以下缺陷I、参与定位基站个数较少时，单独应用GSM或3G基站获取到的信号参量进行定位计算时，普遍存在NLOS误差较大时定位精度下降较快，终端移动性对该算法精度的影响较大，复杂定位环境下测量值信息获取不足等弊端。2、复杂的通信环境中，定位信号参量的获取易受无线信号传播过程中许多因素影响。其中，信号的非可视路径传播、多径传播，引起了传播信号散射、反射现象，使得利用移动终端发送或接收获取的TOA、TDOA定位参量出现了超量时延，所测AOA并非真实的MS到基站的入射波。3、高容量通信频带引起的网络远近效应和多址干扰，使得信号可听性受限，影响了基于时间定位系统的时间粗捕获和延时锁相环的测量。在这种情况下，如果采用基于LOS的位置估计算法，其所求定位精度必然降低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种多基站逐次逼近定位方法，实现了移动终端的三维定位并且提高了移动终端的定位精度。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种多基站逐次逼近定位方法，其特征在于包括以下步骤SI、获得M+N个有效的定位信号参量，其中M个移动终端的到达时间差TDOA的测量值个数为M，且该移动终端的到达角度AOA的测量值个数为N，M、N均为大于零的整数，且(N-I)+M 彡 3 ；S2、从该M+N个有效的定位信号参量中选取(t, v个定位信号参量，根据该(I, ^个定位信号参量计算获得移动终端的I个位置估计值匕0^，1，^)，从而形成由该I个位置估计值Pv(xv，yv，zv)构成的三维目标区域，其中zv表示移动终端的高度信息，且V彡2，I为大于零的整数；S3、采用逐次逼近定位方法，从该三维目标区域中确定该移动终端的最佳位置估计值。由此，实现了移动终端的三维定位并且采用逐次逼近定位方法提高了移动终端的定位精度。
所述步骤SI采用地理信息系统GIS定义的前哨功能SF函数对定位信号参量进行非视距识别，从而获得有效的定位信号参量，其中根据该到达时间差TDOA可以确定该基站与移动终端之间的距离d且根据该到达角度AOA可以确定Θ :设定一个基站与移动终端之间的距离为dA，另一个基站与移动终端之间的距离为dB,两基站之间的距离为CU,如果rfX +< -2rf,rfecos#成立，则表示该定位信号参量处于可视路径传播LOS条件下，该定位信号参量为有效的定位信号参量，否则表示该定位信号参量处于非可视路径传播NLOS条件下，该定位信号参量为无效的定位信号参量。由此，本发明减小了非可视路径传播因素的影响，有利于提高移动终端的定位精度。所述步骤S2采用TD0A/A0A最小二乘混合定位方法计算获得移动终端的多个位置估计值Pv (xv，yv，zv),具体由以下步骤组成Al、 建立 T D O A 伪线 性双 曲方 程i(,H ,其中(x，y，z)表示移动终端的实
际位置的三维坐标，(Xi, Yi, Zi)表示第i个基站的位置的三维坐标，(X1, Y1, Z1)表示第I个基站的位置的三维坐标，Ria表示第i个基站与第I个基站与该移动终端之间的距离差值，i彡M且为大于零的整数；建立AOA方位角、俯仰角联合伪线性方程组
Ok = ΘΙ jTifi =Itn 1 —~- + ιξ
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[如-:)—+(U)入该式数学变换后表示为
I 抓—+(λ — sinnf = (xk —x)skBk —( — r)cos6>t
I sj(xk ^xT +(}'k — J')— +(-k — = Γ sinnk = (xk 一 T)Sm—( -z)cospk其中Θ k、死分别表示AOA的方位角、俯仰角，(xk，yk，zk)表示第k个基站的位置的三维坐标，U，y, z)表示移动终端的实际位置的三维坐标，贫、W分别表示AOA的方位角、俯仰角的实际测量值，<、<分别表示AOA测量方位角、俯仰角的误差；A2、分别对该TDOA伪线性双曲方程以及AOA方位角、俯仰角联合伪线性方程组在初始位置处做泰勒级数展开，并略掉二阶以上分量，得线性方程组=Gtma S=hTIWA，Gam δ =hAM，其中 δ=(ΔΧ，Δ y, Δζ)τ,
权利要求
1.一种多基站逐次逼近定位方法，其特征在于包括以下步骤 .51、获得M+N个有效的定位信号参量，其中移动终端的到达时间差TDOA的测量值个数为M，且该移动终端的到达角度AOA的测量值个数为N，M、N均为大于零的整数，且(N-I)+M ≥ 3 ； .52、从该M+N个有效的定位信号参量中选取￠1,.￥个定位信号参量，根据该(t,,,个定位信号参量计算获得移动终端的I个位置估计值匕0^，1，\)，从而形成由该I个位置估计值Pv(xv,yv,zv)构成的三维目标区域，其中zv表示移动终端的高度信息，且ν彡2，1为大于零的整数； .53、采用逐次逼近定位方法，从该三维目标区域中确定该移动终端的最佳位置估计值。
2.根据权利要求I所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步骤SI采用地理信息系统GIS定义的前哨功能SF函数对定位信号参量进行非视距识别，从而获得有效的定位信号参量，其中根据该到达时间差TDOA可以确定该基站与移动终端之间的距离d且根据该到达角度AOA可以确定Θ 设定一个基站与移动终端之间的距离为dA，另一个基站与移动终端之间的距离为dB，两基站之间的距离为dAB，如果& +# -2 C0^成立，则表示该定位信号参量处于可视路径传播LOS条件下，该定位信号参量为有效的定位信号参量，否则表示该定位信号参量处于非可视路径传播NLOS条件下，该定位信号参量为无效的定位信号参量。
3.根据权利要求I所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步骤S2采用TD0A/A0A最小二乘混合定位方法计算获得移动终端的多个位置估计值Pv(xv，yv, zv)，具体由以下步骤组成 Al、 建立 T D O A 伪线 性双 曲方 程
4.根据权利要求I所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步骤S3由以下步骤组成 BI、求取多个位置估计值Pv(xv，yv，zv)中zv的平均值
全文摘要
本发明提出了一种多基站逐次逼近定位方法，属于终端定位领域。本发明首先根据TDOA/AOA最小二乘混合方法确定三维目标区域，再采用逐次逼近定位方法，从该三维目标区域中确定该移动终端的最佳位置估计值，由此实现了移动终端的三维定位，采用逐次逼近定位方法对三维目标区域进行二次优化，提高了移动终端的定位精度。此外，在采集TDOA/AOA定位信号参量时，采用地理信息系统GIS定义的前哨功能SF函数，减小了非可视路径传播因素的影响，有利于进一步提高移动终端的定位精度。
文档编号H04W64/00GK102970749SQ20121050884
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者向泽君, 郭鑫, 朱圣, 吕楠, 徐占华, 罗再谦, 龙川, 邓剑锋 申请人:重庆市勘测院, 重庆数字城市科技有限公司