天线选择方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种tdoa定位系统的天线选择方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.tdoa定位技术，是一种通过测量信号到达各个接收站点的绝对时间差来确定信号位置的定位技术。
3.为了有效接收不同方向信号，tdoa接收站点通常搭载全向天线做为基础天线单元。但全向天线缺乏对远距离信号的灵敏度，随着信号源距离的增加，一个全向天线并不能满足定位需求。为了解决远距离接收问题，接收站点会采用多组定向天线来增加接收机远距离接收能力，多组定向天线可以近似拥有全向天线的全向性，同时又提升了远距离接收能力，但采用多天线组合，接收机每次都需要接收多个天线的信号，对tdoa定位的准确性和效率有一定的影响。


技术实现要素：

4.本发明提供一种天线选择方法、装置、电子设备及存储介质，以解决多天线接收机天线选择方法。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种tdoa定位系统的天线选择方法，包括：
6.获取多个tdoa站点探测到的目标信号，所述目标信号为同一信号源的信号；
7.根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，所述分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，所述目标区域内包含多个子区域；
8.确定目标子区域，所述目标子区域的分布概率信息所表征的可能性为所述多个子区域中最高的；
9.根据所述目标子区域的位置信息，确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线。
10.可选的，根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，包括：
11.针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位与，以及所探测到的目标信号的信号强度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息；所述初步概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述初步概率信息是对应tdoa站点探测到所述目标信号时所体现出的；
12.根据至少部分tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息。
13.可选的，针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位，以及所述tdoa站点所探测到的目标信号的信号强度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息，包括：
14.针对所述tdoa站点的每个天线，确定所述天线对源自所述相对方位的信号进行探测时的信号传播特性，并根据所述信号传播特性、所述天线所探测到的目标信号的信号强
度，确定所述天线针对每个子区域的分布概率参考信息；所述分布概率参考信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述分布概率参考信息是对应天线探测到所述目标信号时所体现出的；
15.针对于每个tdoa站点，根据所述tdoa站点的至少部分天线的分布概率参考信息，确定所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息。
16.可选的，所述初步概率信息是根据以下公式确定的：
[0017][0018]
a表示天线号；a表示单个站点的天线总数量；pa表示a天线所接收到的信号源强度值；(x,y)表征了所述子区域的坐标信息；θ
x,y
表示当前天线与坐标(x,y)的夹角；表示定向天线在该角度下的增益归一化值，其表征了所述信号传播特性。
[0019]
可选的，根据所有tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息，包括：
[0020]
针对于每个子区域，对所述至少部分tdoa站点的初步概率信息求和或加权求和，得到所述子区域的分布概率信息。
[0021]
可选的，每个子区域为所述目标区域内划分出的一个网格区域，所述网格区域以各站点中心为坐标原点。
[0022]
根据本发明的第二方面，提供了一种tdoa定位系统的天线选择装置，包括：
[0023]
目标信号获取模块，用于获取多个tdoa站点探测到的目标信号，所述目标信号为同一信号源的信号；
[0024]
分布概率信息计算模块，用于根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，所述分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，所述目标区域内包含多个子区域；
[0025]
目标子区域确定模块，用于确定目标子区域，所述目标子区域的分布概率信息所表征的可能性为所述多个子区域中最高的；
[0026]
天线确定模块，用于根据所述目标子区域的位置信息，确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线。
[0027]
可选的，分布概率信息计算模块，根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，包括：
[0028]
针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位与，以及所探测到的目标信号的信号强度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息；所述初步概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述初步概率信息是对应tdoa站点探测到所述目标信号时所体现出的；
[0029]
根据至少部分tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息。
[0030]
可选的，针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位，以及所述tdoa站点所探测到的目标信号的信号强
[0031]
度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息，包括：
[0032]
针对所述tdoa站点的每个天线，确定所述天线对源自所述相对方位的信号进行探测时的信号传播特性，并根据所述信号传播特性、所述天线所探测到的目标信号的信号强
度，确定所述天线针对每个子区域的分布概率参考信息；所述分布概率参考信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述分布概率参考信息是对应天线探测到所述目标信号时所体现出的；
[0033]
针对于每个tdoa站点，根据所述tdoa站点的至少部分天线的分布概率参考信息，确定所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息。
[0034]
可选的，所述初步概率信息是根据以下公式确定的：
[0035][0036]
a表示天线号；a表示单个站点的天线总数量；pa表示a天线所接收到的信号源强度值；(x,y)表征了所述子区域的坐标信息；θ
x,y
表示当前天线与坐标(x,y)的夹角；表示定向天线在该角度下的增益归一化值，其表征了所述信号传播特性。
[0037]
可选的，根据所有tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息，包括：
[0038]
针对于每个子区域，对所述至少部分tdoa站点的初步概率信息求和或加权求和，得到所述子区域的分布概率信息。
[0039]
可选的，每个子区域为所述目标区域内划分出的一个网格区域，所述目标区域以各站点中心为坐标原点。
[0040]
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括处理器及存储器；所述存储器存储有可被处理器调用的程序；其中，所述处理器执行所述程序时，实现第一方面及其可选方案涉及的的tdoa定位系统的天线选择方法。
[0041]
根据本发明的第四方面，提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现第一方面及其可选方案涉及的的tdoa定位系统的天线选择方法。
[0042]
本发明提供的tdoa定位系统的天线选择方法、装置、电子设备及存储介质，通过计算目标区域内各子区域的分布概率信息，确定信号源处于对应子区域的可能性最高的目标子区域，进而确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线，进而提升了采用多天线接收机的tdoa系统定位的准确性和效率。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1是本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择方法的流程示意图一；
[0045]
图2是本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择方法的流程示意图二；
[0046]
图3是本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择装置的模块示意图一；
[0047]
图4是本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择方法电子设备的构造示意图；
[0048]
图5是本发明一实施例中tdoa定位系统的目标区域划分示意图；
[0049]
图6是本发明一实施例中tdoa定位系统的分布概率信息分析示意图；
[0050]
图7是本发明一实施例中tdoa定位系统的定向天线在不同角度下的增益归一化
值。
具体实施方式
[0051]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0053]
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0054]
图1是本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择方法的流程示意图一，具体包括：
[0055]
s1:获取多个tdoa站点探测到的目标信号，所述目标信号为同一信号源的信号；
[0056]
s2:根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，所述分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，所述目标区域内包含多个子区域；
[0057]
s3:确定目标子区域，所述目标子区域的分布概率信息所表征的可能性为所述多个子区域中最高的；
[0058]
s4:根据所述目标子区域的位置信息，确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线。
[0059]
tdoa定位是一种利用时间差进行定位的方法，可以通过测量信号到达各个监测站点的绝对时间差，来确定信号源的位置。其中的tdoa站点，可理解为tdoa定位时所采用的监测站点，也可以理解为tdoa定位时的信号接收机。
[0060]
tdoa站点探测信号时可以轮询频点方式接收、处理信号，一般根据需求轮询多个频点，如全部站点同时接收2447mhz频点的信号，处理在2447mhz频点接收到的信号，接收2457mhz频点的信号，处理2457mhz频点接收到的信号......直到所有频点轮询完毕。参与定位计算的tdoa站点在轮询频点上同步接收信号，同时对每个频点数据做一次识别计算，如若当前频点没有识别到信号源则丢弃，放弃当轮频点计算。
[0061]
步骤s1获取多个tdoa站点探测到的目标信号，是指在当前某一轮询频点上接收到的目标信号，所述目标信号为同一信号源的信号。
[0062]
本发明tdoa定位系统的天线选择方法、装置、电子设备及存储介质，通过计算目标区域内各子区域的分布概率信息，确定信号源处于对应子区域的可能性最高的目标子区域，进而确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线，进而提升了采用多天线接收机的tdoa系统定位的准确性和效率。
[0063]
其中，多天线接收机是指包含多组定向天线的tdoa站点，例如，每组定向天线可以覆盖120
°
的区域，一般三组及以上的定向天线即可近似拥有全向天线的全向性，同时又提升了远距离接收能力。本发明针对采用多天线接收机的tdoa系统，为每个tdoa站点选择出最可靠、有效的天线，进而提升tdoa定位的效率和可靠性。
[0064]
步骤s2根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，所述分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，所述目标区域内包含多个子区域。
[0065]
在本实施例中采用网格化方式为站点划分不同区域，如图5所示。每个区域内都有一个分布概率信息，所述分布概率信息是探测到信号源的每个站点、每个天线映射值的加权和，分布概率信息越大，信号源存在于该子区域的概率越大，分布概率信息最大的区域即是信号源当前最有可能位于的子区域。在步骤s2中需要对全部子区域分别计算其概率分布信息，每个子区域为所述目标区域内划分出的一个网格区域，理论上在算法效率允许下，目标区域包含范围越大、子区域网格划分越小越精确。在本实施例中，为了能够最大程度分析目标区域中各子区域的分布概率信息，所述目标区域以各站点中心为坐标原点，目标区域面积为站点面积的四倍以上。
[0066]
请参考图2，步骤s2计算目标区域内各子区域的分布概率信息具体包括：
[0067]
s21：针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位，以及所述tdoa站点所探测到的目标信号的信号强度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息。
[0068]
所述初步概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述初步概率信息是对应tdoa站点探测到所述目标信号时所体现出的；
[0069]
s22:根据至少部分tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息。
[0070]
tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息，可以根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位，以及所述tdoa站点所探测到的目标信号的信号强度计算得到。而每个tdoa站点有多个天线，tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息是该站点上所有天线探测到的目标信号的信息集合，在步骤s21中以天线为单位，确定针对每个站点的所述初步概率信息，具体包括：
[0071]
针对所述tdoa站点的每个天线，确定所述天线对源自所述相对方位的信号进行探测时的信号传播特性，并根据所述信号传播特性、所述天线所探测到的目标信号的信号强度，确定所述天线针对每个子区域的分布概率参考信息；所述分布概率参考信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述分布概率参考信息是对应天线探测到所述目标信号时所体现出的。
[0072]
当某个定向天线接收到信号时，由定向天线波束特性判断，信号可能来自于不同方向，在本实施例中，根据所述天线对源自所述相对方位的信号进行探测时的信号传播特性，及所述天线所探测到的目标信号的信号强度，来确定所述天线针对每个子区域的分布概率参考信息，进而确定信号源方向或区域。根据信号传播特性，定向天线在不同角度下的增益归一化值如图7所示，该增益归一化值反应了定向天线的方向衰减特性。
[0073]
针对于每个tdoa站点，根据所述tdoa站点的至少部分天线的分布概率参考信息，确定所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息。所述初步概率信息是根据以下公式(1)确定的：
[0074][0075]
a表示天线号；a表示单个站点的天线总数量；pa表示a天线所接收到的信号源强度值；(x,y)表征了所述子区域的坐标信息；θ
x,y
表示当前天线与坐标(x,y)的夹角；表示定向天线在该角度下的增益归一化值，其表征了所述信号传播特性。
[0076]
在本实施例中表征所述子区域的坐标信息的坐标(x,y)为所述子区域的中心坐标，也可以是基于子区域各角点和/或边的坐标而统计得到的其他坐标。
[0077]
由步骤s21计算得到针对每个tdoa站点的初步概率信息后，根据步骤s22，确定所述分布概率信息，包括：
[0078]
针对于每个子区域，对所述至少部分tdoa站点的初步概率信息求和或加权求和，得到所述子区域的分布概率信息。tdoa系统中参与定位的站点为部分或全部tdoa站点，对这些参与定位的站点计算得到的初步概率信息进行求和或者加权求和，得到表征信号源出现在每个子区域的概率的分布概率信息。
[0079]
请参考图6，以下是本实施例中在频点2477mhz探测到信号的一个具体举例，当前子区域中心坐标(x1,y1)，1，2，3号站点均有探测到信号，每个站点各有三根天线，，其中p为各天线接收到的信号强度，表示天线与当前子区域坐标(x1,y1)之间的夹角，φ(θ)为定向天线在该角度下的增益归一化值。
[0080]
1号站点的三根天线接收到信号的强度分别为p1＝30，p2＝12，p3＝0，其三根天线与当前子区域坐标之间的夹角分别为θ1，θ2，θ3，p1*由公式(1)可以得到1号站点的初步概率信息：
[0081]
l1＝p1*φ(θ1)+p2*φ(θ2)+p3*φ(θ3)＝21.083
[0082]
2号站点的三根天线接收到信号的强度分别为p1＝28，p2＝2，p3＝10，其三根天线与当前子区域坐标之间的夹角分别为θ4，θ5，θ3，p1*φ(θ6)＝28，p2*φ(θ5)＝0.127，p3*φ(θ6)＝0，由公式(1)可以得到2号站点的初步概率信息：
[0083]
l2＝p1*φ(θ4)+p2*φ(θ5)+p3*φ(θ6)＝28.127
[0084]
3号站点的三根天线接收到信号的强度分别为p1＝24，p2＝6，p3＝0，其三根天线与当前子区域坐标之间的夹角分别为θ7，θ8，θ9，p1*φ(θ7)＝20.19，p2*φ(θ8)＝2.89，p3*φ(θ9)＝0，由公式(1)可以得到3号站点的初步概率信息：
[0085]
l3＝p1*φ(θ7)+p2*φ(θ8)+p3*φ(θ9)＝29.08
[0086]
根据步骤s22，对所述至少部分tdoa站点的初步概率信息求和或加权求和，确定所述分布概率信息为72.29。
[0087]
在步骤s2确定目标区域内各子区域的分布概率信息后，通过步骤s3确定所述分布概率信息所表征的可能性为所述多个子区域中最高的目标子区域。
[0088]
由于所述目标子区域的分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，可能性越大，信号源能出现在该子区域的概率越大，所以步骤s3中确定的目标子区域即为当前信号源最有可能出现的区域。
[0089]
根据步骤s3确定的目标子区域的位置信息，步骤s4确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线。步骤s4根据步骤s3确定的目标子区域的位置信息，即所述目标
子区域的中心坐标(x,y)，选择各站点指向或指向方向最接近当前坐标(x,y)的天线，作为当前tdoa定位的使用天线。
[0090]
本发明提供的tdoa定位的天线选择方法，能够快速地选择出最合适的天线为后续tdoa定位使用。对不同于以上举例的tdoa站点数量和天线数量的其他tdoa定位系统，都可以通过所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，进而确定tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线，进而有效的提升tdoa定位的准确性和效率。
[0091]
请参考图3，本发明一实施例中tdoa定位系统的天线选择装置的模块示意图一，tdoa定位系统的天线选择装置200，包括：
[0092]
目标信号获取模块201，用于获取多个tdoa站点探测到的目标信号，所述目标信号为同一信号源的信号；
[0093]
分布概率信息计算模块202，用于根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，所述分布概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，所述目标区域内包含多个子区域；
[0094]
目标子区域确定模块203，用于确定目标子区域，所述目标子区域的分布概率信息所表征的可能性为所述多个子区域中最高的；
[0095]
天线确定模块204，用于根据所述目标子区域的位置信息，确定至少部分tdoa站点探测所述信号源所需使用的天线。
[0096]
其中，分布概率信息计算模块202，根据所述目标信号，计算目标区域内各子区域的分布概率信息，包括：
[0097]
针对于每个tdoa站点，根据每个子区域与所述tdoa站点间的相对方位与，以及所探测到的目标信号的信号强度，计算所述tdoa站点针对每个子区域的初步概率信息；所述初步概率信息表征了所述信号源处于对应子区域的可能性，且所述初步概率信息是对应tdoa站点探测到所述目标信号时所体现出的；
[0098]
根据至少部分tdoa站点的初步概率信息，确定所述分布概率信息
[0099]
请参考图4，提供了一种电子设备30，包括：
[0100]
处理器31；以及，
[0101]
存储器32，用于存储所述处理器的可执行指令；
[0102]
其中，所述处理器31配置为经由执行所述可执行指令来执行以上所涉及的方法。
[0103]
处理器31能够通过总线33与存储器32通讯。
[0104]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所涉及的方法。
[0105]
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0106]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。