一种定位误差检测方法及装置与流程

本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种定位误差检测方法及装置。

背景技术：

随着移动互联网技术的发展，位置服务(LocationBased Severs，LBS)得到了广泛关注。据统计，在人们所使用的信息中有80％以上与“位置”有关，人们对室内外无缝定位的需求也在不断增加。而卫星导航系统有信号弱、易受干扰等缺点，在城市峡谷、楼宇内部等遮挡、干扰较为严重的区域很难正常工作，且定位精度会严重下降甚至无法定位。因此，近几年出现了大量新的定位方法或定位系统，例如基站定位系统、Wi-Fi定位系统、伪卫星定位系统等，利用它们较强的信号可以实现城市室内外环境的无缝覆盖。

目前，基于地面移动通信网的定位技术已有大量研究，由于地面网络信号覆盖良好，因此可对室内用户进行定位。在各种基于移动通信网的定位系统中，采用的基本定位原理大致是相似的，都是通过检测移动台和多个固定位置收发信机之间传播信号的特征参数，如电波场强、传播时间或时间差、入射角等来估计出目标移动台的几何位置。目前，基于地面移动网络的定位技术主要基于小区识别码(Cell-Identity，CellID)、时间提前量(Timing Advance，TA)、上行链路信号到达时间(Time of Arrival，TOA)、上行链路信号到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)以及信号到达角度(Angle of Arrival，AOA)、应用于时分多址(Time Division Multiple Address，TDMA)系统的下行链路增强观测时间差(Enhanced-Observed Time Difference，E-OTD)等。其中，由北京邮电大学提出的基于TC-OFDM信号体制的定位系统，利用定位和通信信号的一体化融合，实现了高精度的广域室内外无缝定位。该定位系统中最重要的解算参数就是TDOA值。然而在目前的在蜂窝网络中由于非理想的无线信道环境，使得定位终端(移动台)和基站之间多径传播、非视距(NLOS)传播普遍存在。这些都会使检测到的TDOA值出现误差，从而影响定位精度。而目前对于TDOA值精度的跟踪与检测还没有具体的量化手段，导致定位终端设备的定位精度无法准确调节。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种定位误差检测方法及装置，主要目的在于通过计算并展示TDOA值的精度直观地反映定位系统的定位精度，以此为校准定位系统中定位设备的定位精度提供数据依据。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提出了一种定位误差检测方法，该方法包括：

获取测试点与测试基站间的实际距离；

将所述实际距离代入预置的TDOA定位算法中计算出测试点与测试基站间的TDOA理论值；

获取定位系统实际测量的所述测试点与所述测试基站间的TDOA测量值；

计算并输出所述TDOA理论值与所述TDOA测量值的差值，得到TDOA误差值。

优选的，所述将所述实际距离代入预置的TDOA定位算法中计算出测试点与测试基站间的TDOA理论值包括：

根据所述实际距离计算所述测试点与多个测试基站间的信号传播时间；

以所述多个测试基站中的一个测试基站为基准计算其余测试基站的信号传播时间差；

将所述信号传播时间差转换为所述测试基站的TDOA理论值。

优选的，所述获取定位系统实际测量的所述测试点与所述测试基站间的TDOA测量值包括：

获取由所述定位系统中的信号收发装置测量的测试点与测试基站间的信号传播时间；

根据所述信号传播时间的差值确定所述测试基站的TDOA测量值。

优选的，所述获取测试点与测试基站间的实际距离包括：

确定所述测试点与所述测试基站的地理坐标，所述地理坐标包括经纬度坐标和高度坐标；

将所述地理坐标转化为墨卡托坐标系下的坐标计算所述测试点与所述测试基站的实际距离。

优选的，所述计算并输出所述TDOA理论值与所述TDOA测量值的差值包括：

通过多次获取所述实际距离计算多组TDOA理论值；

利用所述多组TDOA理论值与所述TDOA测量值计算出多组TDOA误差值；

将所述多组TDOA误差值的平均值输出显示。

依据本发明的另一个方面，提出了一种定位误差检测装置，包括：

第一获取单元，用于获取测试点与测试基站间的实际距离；

第一计算单元，用于将所述第一获取单元获取的实际距离代入预置的TDOA定位算法中计算出测试点与测试基站间的TDOA理论值；

第二获取单元，用于获取定位系统实际测量的所述测试点与所述测试基站间的TDOA测量值；

第二计算单元，用于计算并输出所述第一计算单元得到的TDOA理论值与所述第二获取单元获取的TDOA测量值的差值，得到TDOA误差值。

优选的，所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于根据所述实际距离计算所述测试点与多个测试基站间的信号传播时间；

第二计算模块，用于根据所述第一计算模块计算出的信号传播时间，以所述多个测试基站中的一个测试基站为基准计算其余测试基站的信号传播时间差；

转换模块，用于将所述第二计算模块计算的信号传播时间差转换为所述测试基站的TDOA理论值。

优选的，所述第二获取单元包括：

获取模块，用于获取由所述定位系统中的信号收发装置测量的测试点与测试基站间的信号传播时间；

确定模块，用于根据所述获取模块得到的信号传播时间的差值确定所述测试基站的TDOA测量值。

优选的，所述第一获取单元包括：

确定模块，用于确定所述测试点与所述测试基站的地理坐标，所述地理坐标包括经纬度坐标和高度坐标；

计算模块，用于将所述确定模块确定的地理坐标转化为墨卡托坐标系下的坐标计算所述测试点与所述测试基站的实际距离。

优选的，所述第二计算单元包括：

计算模块，用于通过多次获取所述实际距离计算多组TDOA理论值；

所述计算模块还用于，利用所述多组TDOA理论值与所述TDOA测量值计算出多组TDOA误差值；

输出模块，用于将所述计算模块得到的多组TDOA误差值的平均值输出显示。

本发明所采用的一种定位误差检测方法及装置，是通过定位距离反向推导出TDOA理论值，再与相同位置上实际测量的TDOA测量值进行比较，计算出TDOA误差值，实现了对TDOA值的量化分析。进而，通过TDOA误差值的量化分析可以调节定位终端内部的计算参数，提高终端获取的TDOA值的精度，进一步提高终端的定位精度，从而提高整个定位系统的定位精度。

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它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提出的一种定位误差检测方法流程图；

图2示出了本发明实施例提出的另一种定位误差检测方法流程图；

图3示出了本发明实施例提出的一种定位误差检测装置的组成框图；

图4示出了本发明实施例提出的另一种定位误差检测装置的组成框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种定位误差检测方法，该方法应用在基于移动通信系统的定位技术中测量TDOA的误差值。其中，TDOA(到达时间差)是一种无线定位技术，TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法，是通过检测信号到达两个基站的时间差，而不是到达的绝对时间来确定移动台的位置，降低了对时间同步的要求。采用三个不同的基站可以测到两个TDOA，而移动台位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。TDOA是基于多站点的定位系统，因此要对信号进行定位必须有至少3个以上的基站进行同时测量。而目前的TDOA定位的测量值，与实际值之间任然存在一定的误差，这个误差则是由TDOA值的误差所导致的，而目前对于TDOA值的误差量化还没有一个较为可行的检测方式，本发明实施例就是针对TDOA值的误差进行检测计算的方法，该方法具体步骤如图1所示，包括：

101、获取测试点与测试基站间的实际距离。

定位系统的目的就是要确定目标的位置坐标，最为基础与常见的应用就是将目标的位置定位在地图中。由于定位在地图中的位置与目标实际所在的位置会存在误差，因此，要提高定位的精度就需要确定误差值的大小。而基于TDOA定位技术的误差主要存在于定位设备自身与传播途径中，因此，提高定位设备自身的定位精度能够有效提高TDOA定位技术的精确度。

本发明实施例中，要计算TDOA值的误差，首先要确定的是测试环境，测试点与测试基站。其中，确定测试环境是为了降低传播途径造成的干扰，本实施例中，优选的测试环境为开阔场地，测试点与测试基站间拥有良好的信号传播途径。测试点为定位点，即定位终端的位置，也是定位的信号源。测试基站为使用TDOA定位技术对测试点进行定位的基站，测试基站的数量一般不少于3个。

由于测试点与测试基站的物理环境是可测量的，因此，测试点与测试基站间的实际距离是可通过实际测量获取的。具体的测量方式有很多，近距离的可通过激光测距、红外测距等设备直接获取，而远距离也可通过实际的地理坐标位置进行计算得到，本发明实施例对于实际距离的获取方式不做具体限定。

102、将实际距离代入预置的TDOA定位算法中计算出测试点与测试基站间的TDOA理论值。

由于TDOA是指信号到达两个基站的时间差，因此，在信号的速度与距离已知的情况下，就可以得到信号从测试点到测试基站的时间，进而就可以知道信号到达两个测试基站之间的时间差，即TDOA值。那么，在上述的测试环境中，信号的传播速度可以近似为光速，而测试点与测试基站的距离已通过101步骤获取，在传播路径良好的情况下，就可以计算出测试基站间的TDOA值，定义这个TDOA值是通过计算公式得到的TDOA理论值。

103、获取定位系统实际测量的测试点与测试基站间的TDOA测量值。

在得到TDOA理论值后，在测试点与测试基站的测试环境均不变的情况下，通过定位系统进行TDOA值的实际测量，也就是由测试点发送定位信号，由测试基站接收，根据测量发送与接收的时间确定定位信号从测试点到测试基站的传播时间，进而计算测试基站间的时间差，即TDOA值，定义这个TDOA值为定位系统实际测量得到的TDOA测量值。

104、计算并输出TDOA理论值与TDOA测量值的差值，得到TDOA误差值。

对于相同的测试点，测试基站，在理想的测试环境中，步骤102计算的TDOA理论值与步骤103计算的TDOA测量值应为相同的值。而在测试环境相同的情况下，理论值与测量值存在差值的原因则主要存在于测试基站中的定位设备对于时间的计算存在误差。这是由于不同的测试基站在计算时间时不可能保证完全的相同，在时间的精度要求越高的情况下，测试基站之间的时间差别也就越大，这就导致了TDOA值存在误差，最终体现在定位的位置与时间位置也存在误差。本发明实施例通过计算TDOA理论值与TDOA测量值的差值，就可以让测试人员清楚地知道不同测试基站的TDOA误差值，从而确定各个基站的定位精度，为后续定位的软硬件调试提供数据支持。

本发明实施例提供的一种定位误差检测方法，是通过定位距离反向推导出TDOA理论值，再与相同位置上实际测量的TDOA测量值进行比较，计算出TDOA误差值，实现了对TDOA值的量化分析。进而，通过TDOA误差值的量化分析可以调节定位基站的设备参数，从而提高整个定位系统的定位精度。此外，本发明实施例所采用的检测方法操作简单，对测试环境要求不高，能够快速、准确地得到TDOA误差值，为后续调试定位软硬件设备提供可靠的数据参数。

进一步的，为了更加详细的说明上述的定位误差检测方法，尤其是TDOA理论值的计算过程，本发明实施例还提供了一种定位误差检测方法，通过举例详细说明TDOA误差值的计算过程，具体步骤如图2所示，包括：

201、根据地理坐标计算测试点与测试基站间的实际距离。

由于测试点是由测试人员选定的，而测试基站的位置是相对固定的，因此，测试点与测试基站的地理坐标是可以确定的。其中，地理坐标在本发明实施例中是指经纬度坐标以及高度坐标，而高度坐标则通过海拔高度进行表示。通过经度坐标、纬度坐标以及高度坐标，就可以确定测试点与测试基站的三维空间坐标，基于相同的坐标系计算两坐标点间的距离，就可以得到测试点与测试基站间的实际距离。

进一步，由于在目前的地图应用中，大多所使用的坐标系为墨卡托坐标系，因此，要在地图应用中对测试点与测试基站的位置进行准确标记，就需要将地理坐标进一步转化为墨卡托坐标，通过在墨卡托坐标下计算测试点与测试基站的实际距离。对于地理坐标与墨卡托坐标的转化需要根据一定的转换原则进行，由于该转换过程较为复杂，并且转换技术已非常成熟，所以在本发明实施例中对具体的转换过程将不做展开说明。

其中，墨卡托坐标是基于墨卡托投影得到的，墨卡托投影以整个世界范围，赤道作为标准纬线，本初子午线作为中央经线，两者交点为坐标原点，向东向北为正，向西向南为负。南北极在地图的正下、上方，而东西方向处于地图的正右、左。

本发明实施例中，设定的测试基站为4个，对应的序号分别为1、2、3、4，经过测量，得到的测试点与测试基站之间的实际距离为d1、d2、d3、d4。

202、根据实际距离计算测试点与多个测试基站间的信号传播时间差。

在计算TDOA理论值时，假定测试环境中，信号的传播速度为光速，并且测试点与测试基站之间没有遮挡物，能够确保信号能够直线传播。在此情况下，测试点与测试基站间的信号传播时间为实际距离与光速的商值，4个基站对应的信号传播时间TOA1＝d1/v、TOA2＝d2/v、TOA3＝d3/v、TOA4＝d4/v，其中，v为光速(299792458m/s)。

在得到各个基站的传播时间后，以基站1为基准计算其他基站的信号传播时间差，即各测试基站相对基站1的TDOA值，TDOA1＝TOA1-TOA1，TDOA2＝TOA1-TOA2，TDOA3＝TOA1-TOA3，TDOA4＝TOA1-TOA4。

203、根据信号传播时间差计算测试基站的TDOA理论值。

通过步骤202的计算，所得到的各测试基站对应的TDOA理论值由于距离的数值与速度的数值存在较大量级的差别，因此，得到的值相对较小，为了便于查看，也为了能够与实际测量的TDOA测量值相对应，需要对TDOA理论值进行单位的换算，其标准依据TDOA测量值的单位进行换算，本发明实施中，TDOA值的单位换算为200纳秒级，以便于后续的输出展示。

204、获取定位系统实际测量的测试点与测试基站间的TDOA测量值。

在获取TDOA测量值时，可以通过在测试点上设置定位终端，与测试基站中的定位装置进行定位信号的收发，通过计算实际定位信号的传播时间测量实际的TDOA值。其中，定位终端内的定位系统中含有用于收发定位信号的装置，该装置与测试基站中的定位装置相对应，一端发送定位信号，另一端接收定位信号，通过在定位信号中标注发送与接收的时间就可以计算出测试点与测试基站间的信号传播时间，进而，通过解析相同测试点到达各个测试基站的信号传播时间计算与基准基站的差值就能够计算出各测试基站的TDOA测量值。

205、计算并输出TDOA理论值与TDOA测量值的差值，得到TDOA误差值。

通过上述的步骤就可以针对一个测试点的TDOA理论值与TDOA测量值，为了减低环境误差造成的干扰，可以对TDOA理论值与TDOA测量值进行多次计算，去除其中偏差较大的干扰数据，将得到的结果取平均值后进行输出展示。

此外，由于TDOA误差值是TDOA理论值与TDOA测量值的差值，其与测试点的具体位置无关。因此，在计算TDOA误差值时，还可以取多个测试点，获取不同测试点的实际距离来计算多组TDOA理论值，同时，在对应的测试点中通过定位终端测量实际的TDOA测量值，从而计算TDOA误差值。这样，也可以得到多组的TDOA误差值，再对其求平均值来得到各测试基站的TDOA误差值。

最终，将得到的TDOA误差值进行输出展示，本实施例中，可以将该TDOA误差值显示在定位终端中，结合该定位终端中的地图应用，将TDOA误差值展示在地图界面中，让测试人员以直观、量化的方式读到TDOA误差值。从而比较出测试基站的定位精度误差值，为后续的定位软硬件设备调试积累参考数据。

作为实现上述方法的具体装置，本发明实施例提供了一种定位误差检测装置，该装置实施例与前述方法实施例对应，为便于阅读，本装置实施例不再对前述方法实施例中的细节内容进行逐一赘述，但应当明确，本实施例中的装置能够对应实现前述方法实施例中的全部内容。该定位误差检测装置可以用于检测TDOA误差值的定位检测设备或定位终端中，通过测量TDOA误差值来判断基站中的定位装置的定位精度误差，进而调整定位装置以提高基站的定位精度。该定位误差检测装置的具体结构如图3所示，包括：

第一获取单元31，用于获取测试点与测试基站间的实际距离；

第一计算单元32，用于将所述第一获取单元31获取的实际距离代入预置的TDOA定位算法中计算出测试点与测试基站间的TDOA理论值；

第二获取单元33，用于获取定位系统实际测量的所述测试点与所述测试基站间的TDOA测量值；

第二计算单元34，用于计算并输出所述第一计算单元32得到的TDOA理论值与所述第二获取单元33获取的TDOA测量值的差值，得到TDOA误差值。

进一步的，如图4所示，所述第一计算单元32包括：

第一计算模块321，用于根据所述实际距离计算所述测试点与多个测试基站间的信号传播时间；

第二计算模块322，用于根据所述第一计算模块321计算出的信号传播时间，以所述多个测试基站中的一个测试基站为基准计算其余测试基站的信号传播时间差；

转换模块323，用于将所述第二计算模块322计算的信号传播时间差转换为所述测试基站的TDOA理论值。

进一步的，如图4所示，所述第二获取单元33包括：

获取模块331，用于获取由所述定位系统中的信号收发装置测量的测试点与测试基站间的信号传播时间；

确定模块332，用于根据所述获取模块331得到的信号传播时间的差值确定所述测试基站的TDOA测量值。

进一步的，如图4所示，所述第一获取单元31包括：

确定模块311，用于确定所述测试点与所述测试基站的地理坐标，所述地理坐标包括经纬度坐标和高度坐标；

计算模块312，用于将所述确定模块311确定的地理坐标转化为墨卡托坐标系下的坐标计算所述测试点与所述测试基站的实际距离。

进一步的，如图4所示，所述第二计算单元34包括：

计算模块341，用于通过多次获取所述实际距离计算多组TDOA理论值；

所述计算模块341还用于，利用所述多组TDOA理论值与所述TDOA测量值计算出多组TDOA误差值；

输出模块342，用于将所述计算模块341得到的多组TDOA误差值的平均值输出显示。

综上所述，本发明实施例所提供的一种定位误差检测方法及装置，是通过定位距离反向推导出TDOA理论值，再与相同位置上实际测量的TDOA测量值进行比较，计算出TDOA误差值，实现了对TDOA值的量化分析。进而，通过TDOA误差值的量化分析可以调节定位基站的设备参数，从而提高整个定位系统的定位精度。此外，本发明实施例所采用的检测方法操作简单，对测试环境要求不高，能够快速、准确地得到TDOA误差值，为后续调试定位软硬件设备提供可靠的数据参数。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述云端服务器及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述云端服务器实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的云端服务器、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的云端服务器解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何云端服务器或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的发明名称(如确定网站内链接等级的装置)中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的云端服务器的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。