CN101027573B - 基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法及*** - Google Patents

基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数；判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则对同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选；否则选取基站的使用扇区导频相位则进行位置计算，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块。本发明还涉及一种移动定位方法及***，包括MS导频测量***、导频测量优选***和位置解算***，MS导频测量***用于测量移动台到周围各个扇区的导频相位；导频测量优选***用于根据位置解算***发送的包含指定个数的导频测量请求，从测得的导频相位中，选取相应个数的导频测量；位置解算***用于定位算法的选取和位置解算。

Description

基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法及*** 
技术领域
本发明涉及移动通信网的移动台定位，尤其涉及基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法及***。 
背景技术
无线定位业务作为移动通信网提供的一种新兴的增值业务，正以它能及时、准确地把位置信息提供给用户，能对终端进行实时监测和跟踪等多方面的独特优势得以迅速发展；与其相应的定位技术也得以迅速的发展。目前移动网的定位技术中，基于到达时差定位模型(TDOA)的双曲线定位法是一个被广泛应用，并且比较成熟的定位方法。下面简单介绍一下该定位模型的原理： 
在定位***中，设有两个位置已知而且具有同步时钟(通过GPS(Globalpositioning system，全球定位***)授时或其他形式高精度时钟)的基站扇区(参见图1)，图中，当移动台MS(Mobile Station)测得其到基站BS1、BS2天线的距离分别为r1，r2，所以可以计算出MS到达BS1和BS2之间的距离差D＝|r1-r2|，这个距离差通过时钟码片标识就是TDOA(到达时间差)。因BS2和BS1之间的距离L21是已知的，故在测定距离差后，移动台位置将会在以BS1，BS2为焦点，离心率为L21/D的双曲线上。这样，如果移动台测得到基站BS3和到基站BS1之间的距离差，同样可以得到一组双曲线，这样两组双曲线的交点，就是移动台MS的位置。(图中r21表示BS2到BS1的距离，r31表示BS3到BS1的距离) 
随着移动台芯片技术的迅速发展和基站密集度的增加，在一次定位中移动台可以测到越来越多扇区的导频相位，从而也就获得越来越多的TDOA；在城市中，使用高通的M5105芯片，往往能够测量到7-10个扇区的导频相位；从理论上讲，任何两个非参考扇区的导频相位和参考扇区的导频相位可以进行一次双曲线定位(TDOA定位)；但因NLOS(非视距)，多径等测量误差和现有TDOA定位模型算法的局限性，往往有一部分TDOA的组合是无法解算出位置结果的；更重要的是不同的TDOA组合对最终的位置精度有较大影响。因此从众多的TDOA中选择能够提高最终定位精度的TDOA组合，是当前该领 域中面临的一大技术问题。 
目前关于导频相位的选择通常都是针对蜂窝通讯***中，以提高通话质量，减少切换时间和发送功率为目的的。无线定位中因为以前受制于移动台的多导频测量技术，所以很少有通过导频测量优选来提高定位精度的相关技术。 
中国专利“CN143466，基于网络的无线定位***的基站选择方法”涉及到了使用基站侧的进行测量，然后通过使用精度因子来选取基站的技术。但是这个技术并不适用于基于移动台测量和TDOA定位模型的导频扇区的选取。 
发明内容
本发明要解决的技术问题就是要提供一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法及***，用于测得导频相位的优选以提高定位精度。 
为了实现上述目的，本发明公开了一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，包括如下步骤： 
步骤S41，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数； 
步骤S42，如果基站数是1时，也就是只有参考基站一个基站，将选取全部导频测量，进行步骤S47； 
如果基站数是2时，进行步骤S43；如果基站数大于等于3时，进行步骤S44； 
步骤S43，根据位置解算的请求，选取指定个数的导频相位；进入步骤S45； 
步骤S44，对基站进行优选，然后进行步骤S45； 
步骤S45，判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则进行步骤S46；否则选取基站的使用扇区导频相位则进行位置计算，进入步骤S47； 
步骤S46，对同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选； 
步骤S47，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块。 
所述对基站进行优选包括根据非参考基站到参考基站的距离和在参考基站周围的分布情况选取相应的基站组合，优选距离参考基站相近而且均匀分别在参考基站周围的一组基站的组合。 
所述对基站进行优选，具体包括如下步骤： 
步骤S61，从分组后的基站中选取m个非参考基站和参考基站构成一个组合； 
步骤S62，分别计算选取的m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差； 
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差； 
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重； 
步骤S67，计算完所有的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合。 
所述对扇区的优选包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。 
具体包括如下步骤： 
步骤S81，从所选中的基站中，选取由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位； 
步骤S82，根据该组导频相位计算出移动台的初始位置，或者使用其他方式确定移动台的初始位置； 
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离； 
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或者相近，如果不相近且不相等，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85； 
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量，进行步骤S86； 
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。 
本发明还公开了一种移动定位方法，包括如下步骤： 
步骤S31，移动台导频测量***将导频测量数据发送给导频测量优选***； 
步骤S32，导频测量优选***进行初步计算，通知位置解算***最大可使用导频测量数； 
步骤S33，位置解算***根据最大可使用导频测量数和定位精度要求，选取适当的定位算法，并向导频测量优选***发送包含指定导频个数的请求，请求所需的导频测量； 
步骤S34，导频测量优选***选取导频测量，并且将其发送给位置解算***； 
上述步骤S33-S34可以重复多次，以适应使用不同的定位算法，获得最大精度的位置结果。 
所述的移动定位方法，还包括如下步骤： 
步骤S41，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数； 
步骤S42，如果基站数是1时，也就是只有参考基站一个基站，将选取全部导频测量；进行步骤S47； 
步骤S43，如果基站数是2时，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位；进入步骤S45； 
步骤S44，如果基站数大于等于3时，调用基站优选模块选取基站，然后进行步骤S45； 
S45.判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则进行步骤S46；否则选取基站的使用扇区导频相位则进行位置计算，进入步骤S47； 
步骤S46，对同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选； 
步骤S47，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块； 
所述的移动定位方法，所述对基站进行优选包括根据非参考基站到参考基站的距离和在参考基站周围的分布情况选取相应的基站组合，优选距离参考基站相近而且均匀分别在参考基站周围的一组基站的组合。 
具体包括如下步骤： 
步骤S61，从分组后的基站中选取m个非参考基站和参考基站构成一个组合； 
步骤S62，分别计算选取的m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差； 
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差； 
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重； 
步骤S67，计算完所有的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合。 
对扇区进行优选包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。 
具体包括如下步骤： 
步骤S81，从所选中的基站中，选取由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位； 
步骤S82，根据该组导频相位计算出移动台的初始位置，或者使用其他方式确定移动台的初始位置； 
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离； 
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或者相近，如果不相近且不相等，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85； 
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量，进行步骤S86； 
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。 
本发明还公开了一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法， 该方法包括以下步骤： 
步骤S41，导频测量优选***将移动台测得的导频相位按其扇区所属基站的不同进行分组，组数也就是移动台本次测到的基站数； 
步骤S42，根据组数的不同使用不同的选取方法进行选取，当基站数＝1时，选取全部扇区测得扇区的导频相位，进行步骤S86；当基站数＝＝2时，进入步骤S43；当基站数＞＝3时，进行步骤S61； 
步骤S43，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位，进入步骤S45； 
步骤S45，判断是否需要对测得多个扇区的基站进行扇区导频的优选；如果需要，则进行步骤S81；否则，进行步骤S86； 
步骤S61从分组后的基站中，选取m个非参考基站和参考基站，构成一个组合，假定位置解算模块请求m+1个导频测量； 
步骤S62，分别计算这m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差； 
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差； 
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重； 
步骤S67，判断是否计算完所有的组合，如果没有，则重复步骤S61-S66； 
步骤S68，计算完所有可能的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合；进行步骤S69； 
步骤S69，判断选取的基站中是否包含多于1个扇区的导频相位测量，如果没有，进行步骤S86；否则，进行步骤S81； 
步骤S81，从上述选中的基站中，由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位， 
步骤S82，根据该组导频相位计算出一个位置，称为移动台的初始位置， 也可以通过其他方式计算移动台的初始位置； 
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离； 
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或相近，如果不相等且不相近，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85； 
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量；进行步骤S86； 
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。 
本发明还公开了一种导频测量优选方法，用于基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取，该方法包括： 
一分组步骤，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组； 
一判断步骤，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选； 
一基站优选步骤，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站； 
一扇区优选步骤，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况。 
本发明还公开了一种导频测量优选***，与导频测量***和位置解算***组成移动定位***，用于基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取，该导频测量优选***包括： 
一基站优选模块，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站； 
一扇区优选模块，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况。 
该导频测量优选***还包括： 
一分组模块，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组； 
一判断模块，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选。 
本发明还公开了一种移动定位***，包括MS导频测量***、导频测量优选***和位置解算***，MS导频测量***用于测量移动台到周围各个扇区的导频相位；导频测量优选***用于根据位置解算***发送的包含指定个数的导频测量请求，从测得的导频相位中，选取相应个数的导频测量；位置解算***用于定位算法的选取和位置解算。 
该导频测量优选***包括： 
一基站优选模块，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站； 
一扇区优选模块，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况。 
该导频测量优选***还包括： 
一分组模块，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组； 
一判断模块，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选。 
所述的MS导频测量***、导频测量优选***和位置解算***全部嵌入到移动台中，实现基于移动台计算的定位。 
所述的导频测量优选***和位置解算***放在网络侧，实现基于网络侧计算的定位。 
与现有技术相比，由于本发明中选取了距离参考扇区相近而且均匀分布在参考扇区周围的一组扇区，有效抵消了测量引起误差，从而提高了定位精度；由于本发明原则中尽量避开使用同一基站的两个扇区参与位置的计算和避开使用对位置不敏感的一组扇区进行位置计算，有效地避免了测量误差的放大引起得定位结果精度的降低。实测表明，使用本方案优选出的导频测量计算出的位置结果，比使用其他的导频测量计算出的位置结果更接近于真实位置，定位精度得以明显的提高。 
附图说明：
图1TDOA模型的说明附图； 
图2移动台在双曲线的位置附图； 
图3移动定位实体交互示意图； 
图4导频测量优选***流程图； 
图5选取同一基站两扇区附图； 
图6基站优选模块流程图； 
图7扇区与参考扇区的位置和方位角说明图； 
图8同一基站扇区优选模块流程图； 
图9同一基站下扇区的选择原则说明图； 
图10扇区和真值点的位置-测试布局图； 
图11定位结果对比图。 
具体实施方式：
下面结合附图以CDMA网络为例对本发明的具体实施作详细描述：TDOA定位方法是CDMA网络移动定位***中最主要的方法之一。在CDMA网络中，移动台进入一个扇区时，移动台会收到各个扇区发送过来的时钟同步信号，其中时钟同步信号最先到达移动台的那个扇区称为参考扇区(RefSector)，其他扇区称为非参考扇区(NonRefSector)，参考扇区所属的基站称为参考基站(RefBS)，其他基站称为非参考基站(NonRefBS)。参考扇区往往是距离移动台较近的扇区，多是服务扇区。移动台收到参考扇区发送过来的时钟同步信号后，会将自己的时钟同步为该时钟；其实同步后移动台的时钟并不是参考扇区的时钟，而是参考扇区的PN值对应的码片数加上该时钟同步信号从扇区天线到达移动台所经历的时间片数；其他任一非参考扇区的时钟同步信号再到达移动台时，移动台就测得一个由该参考扇区和非参考扇区形成的时钟码片差，称为到达时间差(TDOA)；这个时间码片差乘以光速，就得到移动台到达参考扇区和非参考扇区的距离差。这个距离差，标识移动台位置到参考扇区天线位置距离和所述非参考扇区天线位置距离之差。根据该距离差，可以推算出移动台将在以参考扇区天线和所述非参考扇区天线为焦点，以该距离差为2c的双曲线上。因为参考扇区是距离移动台较近的扇区，也就是说移动台一定在双曲线上距离RefSector较近的那一条上。如图2所示，图中，Hl，Hr表示分别表示双曲线的左边的那条和双曲线的右边那条。Dis(MS位置，非参考扇区天线位置)要大于距离Dis(MS位置，参考扇区天线位置)，所以移动台测量得到的DOA(到达距离差，即无线信号到达移动台的距离差)可以表示为：DOA＝(Dis(MS位置，非参考扇区天线位置)-Dis(MS位置，参考扇区天线位置))。这样使用具有较强导频测量功能的芯片，能够测量得到参考扇区周围较多扇区的导频相位差，和多组由参考扇区和非参考扇区形成的双曲线；这些双曲线的交点，即是移动台的位置。现实应用中的定位算法，往往是针对几个测量提出的；因此必须根据定位算法的要求选取指定个数的导频相位，而且实践证明，对用于计算的导频相位进行有效组合，能够较大的提高定位精度。本发明正是基于这一需求，提出了一个较为全面的多导频测量的优选方案，并且通过了实践的验证。 
本发明是一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法。参见图3，移动定位***，由MS导频测量***，导频测量优选***，位置解算***三部分组成；MS导频测量***负责测量移动台到周围各个扇区的导频相位；导频测量优选***根据位置解算***发送的包含指定个数的导频测量请求，从测得的导频相位中，选取相应个数的导频测量；位置解算***负责定位算法的选取和位置解算；这三个部分可以全部嵌入到移动台中，实现基于移动台计算的定位；也可以将导频测量优选***和位置解算***放在网络侧，实现基于网络侧计算的定位。 
具体处理步骤：步骤S31，移动台导频测量***将导频测量数据发送给导频测量优选***；步骤S32，优选***进行初步计算，通知位置解算模块最大可使用导频测量数；步骤S33，位置解算***根据最大可使用导频测量数和定位精度要求，选取适当的定位算法，并向导频测量优选***发送包含指定导频个数的请求，请求所需的导频测量；步骤S34，导频测量优选***选取导频测量，并且将其发送给位置解算***；上述步骤S33-S34可以重复多次，以适应使用不同的定位算法，获得最大精度的位置结果； 
对MS导频测量***和位置解算***，不属于本专利要解决的问题，不再具体描述。下面就导频测量优选***做以详细描述，参见图4，导频测量优选***包括两个主要模块：基站优选模块和扇区优选模块。基站优选模块负责根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站；扇区优选模块主要处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况；该导频测量优选***包括：一分组模块，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；一判断模块，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选。该导频测量优选***还包括：一基站优选模块，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站；一扇区优选模块，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况。 
一种导频测量优选方法，用于基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取，该方法包括： 
一分组步骤，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组； 
一判断步骤，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选； 
一基站优选步骤，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站； 
一扇区优选步骤，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况。 
导频测量优选***的具体处理步骤，见图4： 
步骤S41，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数；该步骤称为分组步骤。 
步骤S42，判断步骤，如果基站数是1时，也就是只有参考基站一个基站，将选取全部导频测量，进行步骤S47； 
如果基站0数是2时，进入步骤S43；如果基站数大于等于3时，进入步骤S44， 
步骤S43，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位；进入步骤S45； 
步骤S44，对基站进行优选，然后进行步骤S45； 
步骤S45，判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则进行步骤S46；否则选取基站的使用扇区导频相位则进行位置计算，进入步骤S47； 
步骤S46，同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选； 
步骤S47，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块。 
下面就上述步骤中提到的基站分组，判断，基站优选模块和扇区优选模块的具体实施，做进一步的解释： 
1.基站分组的原因： 
对基站进行分组，主要目的是为了避免在一次位置计算中使用同一基站的两个导频测量。下面以选取两个非参考导频测量和一个参考导频测量的TDOA模型为例说明为什么要做上述情况的回避： 
a.同一基站的两个扇区，参见图5，扇区天线位置非常近(往往相差10m左右)，而参考扇区RefSector相同，通过参考扇区天线与X扇区天线构建的双曲线H1，相应的几何参数是Cx＝Dis，(X扇区天线，参考扇区天线)，通过参考扇区天线与Y扇区天线构建的双曲线H2，相应的几何参数是Cy＝Dis(Y扇区天线，参考扇区天线)，Cx和Cy比较接近。同时，因为X扇区天线和Y扇区天线的位置非常接近，而参考扇区RefSector相同，所以移动台到达X扇区天线和Y扇区天线两点的DOA非常相近，从而双曲线H1的参数a1 和双曲线H2的参数a2非常相近；基于以上两个原因，双曲线H1和双曲线H2的渐进线的斜率非常相近。再者因为X扇区天线和Y扇区天线的位置非常接近，而参考扇区RefSector相同，由“X扇区天线-RefSector-Y扇区天线”构成的交角也就非常小，所以双曲线H1和双曲线H2近似于是两条平行的双曲线。而要解算出的位置是如图两条双曲线的交点，这将是一个距离参考侧站非常远的一个点，从几何上，这个点肯定存在，但是不合业务逻辑。从TDOA模型计算来说，这个点对于距离敏感性不强，也就是说，计算出的位置是误差很大的，所以不适宜选择同一基站的两个扇区进行位置计算。 
b.移动台位置应在基站的某一个扇区的覆盖范围内；该基站的其他扇区因为方向角不对，测得的导频相位中也含有很多折射衍射造成的误差。 
2.判断步骤 
该步骤实际上是通过基站数来判断是否进行基站优选及扇区优选：对于基站数是1，不进行基站优选及扇区优选。对于基站数是0，2，不进行基站优选而进行扇区优选。对于基站数是3及大于3，进行基站优选及扇区优选。 
3.基站优选模块 
假定位置解算模块请求m+1个导频测量用于位置的计算；参见图6，具体步骤： 
步骤S61，从分组后的基站中选取m个非参考基站和参考基站构成一个组合； 
步骤S62，分别计算选取的m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差； 
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差； 
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重； 
步骤S66，计算完所有的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组 合。 
总之，根据非参考基站到参考基站的距离和在参考基站周围的分布情况选取相应的基站组合，优选距离参考基站相近而且均匀分别在参考基站周围的一组基站的组合。下面结合图7说明这样选择的原因：非参考扇区天线和参考扇区天线距离近似，也就Dis(X扇区天线，参考扇区天线)和Dis(Y扇区天线，参考扇区天线)相差不大，从而推出这两条双曲线的几何参数c相似，又因为真实点到参考站点的距离相等，可以推导出基站1到测量点的距离和基站2到达测量点的距离相似，距离相似可以减少导频在空中传播引起的误差；再加上本身使用的TDOA测量，所以使误差进一步减小；使用均匀分布在参考扇区周围的非参考扇区，主要为了避免“X扇区天线-RefSector-Y扇区天线”之间交角过小，引入对位置不敏感的一组扇区导频测量参与位置的计算。 
4.扇区优选模块 
根据上述原则选取出的基站往往包含1-3个扇区的导频相位的测量，使用下面步骤和原则优选出一个导频测量用于最终位置的计算。 
扇区优选模块的选取方法和步骤如下： 
步骤S81，从上述选中的基站中，选取由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位； 
步骤S82，根据该组导频相位计算出移动台的初始位置，或者使用其他方式确定移动台的初始位置； 
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离； 
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或者相近，如果不相近且不相等，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85； 
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量，进行步骤S86； 
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。 
总之，根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。使用上述步骤进行选取扇区，是基于以下原因：如果使用初始位置到达扇区天线的位置进行比较，往往因为扇区天线相 距非常接近，再加上初始位置精度比较差，容易造成错误的选择；所以要使用初始点到达各个扇区中心的距离大小来判断。如图9，如果使用初始位置P1到达X扇区，Y扇区，Z扇区的天线位置来判断，对位置P1属于哪个扇区很容易判断错误，但改用扇区X，Y，Z的扇区中心进行判断，可以很明显的判断出P1属于X扇区。如果最短距离和第二短距离相等或者相近，再使用方位角进行进一步判断，对于像初始位置P2这样的点，往往P2到达Y扇区中心和Z扇区中心两个点的距离相等或者相近，像这种情况，可以使用方位角加一判断，明确判别属于哪个扇区。上述两个步骤是相辅相成的。方位角不对，到扇区中心的距离很难反映为最小；方位角验证原则主要为了避免像上图9中，P2的那种情况，因为P2到Y扇区中心和Z扇区中心的距离相等或者相近，容易误判P2点属于哪个扇区。如果使用方位角进行修正能够很好地避免这个问题。 
综上所述，本发明公开了一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，该方法包括以下步骤(为了与前面叙述一致，在此除了新增步骤S69(图中没有)外，仍采用原来的步骤编号)： 
步骤S41，导频测量优选***将移动台测得的导频相位按其扇区所属基站的不同进行分组，组数也就是移动台本次测到的基站数； 
步骤S42，根据组数的不同使用不同的选取方法进行选取，当基站数＝1时，选取全部扇区测得扇区的导频相位，进行步骤S86；当基站数＝＝2时，进入步骤S43；当基站数＞＝3时，进行步骤S61； 
步骤S43，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位，进入步骤S45； 
步骤S45，判断是否需要对测得多个扇区的基站进行扇区导频的优选；如果需要，则进行步骤S81；否则，进行步骤S86； 
步骤S61从分组后的基站中，选取m个非参考基站和参考基站，构成一个组合(假定位置解算模块请求m+1个导频测量)； 
步骤S62，分别计算这m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差； 
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差； 
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低； 
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重； 
步骤S67，判断是否计算完所有的组合，如果没有，则重复步骤S61-S66； 
步骤S68，计算完所有可能的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合；进行步骤S69； 
步骤S69，判断选取的基站中是否包含多于1个扇区的导频相位测量，如果没有，进行步骤S86；否则，进行步骤S81； 
步骤S81，从上述选中的基站中，由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位， 
步骤S82，根据该组导频相位计算出一个位置，称为移动台的初始位置，也可以通过其他方式计算移动台的初始位置； 
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离； 
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或相近，如果不相等且不相近，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85； 
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量；进行步骤S86； 
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。 
为了对上述结论进行验证，进行了现场测试。对于MS测得的每次定位测得数据，使用相同的定位算法，分别使用传统的按照导频强度的大小进行扇区的选择和按照上述选取方案进行位置结算。图10是扇区和真实点的位置图，分别在P1-P9 9个真值点每个点进行了50次测试。 
1.采用按照导频强度的大小选择扇区，并且进行TDOA计算； 
2.采用上述方案中的原则进行扇区的选择，并且进行TDOA计算； 
对于每一个点的计算结果取平均值后，分别和真实值对比，如图7，可见多数位置的定位精度得到了明显的提高。 
这种实施方式的关键特点在于：从MS测得的多个扇区导频中，遵从消除测量误差和避免使用对位置不敏感的两扇区组合引入位置计算的根本原则，对导频测量进行了筛选和组合，从而使得定位精度得到较大的提高。 
工业应用性 
本发明中选取了距离参考扇区相近而且均匀分布在参考扇区周围的一组扇区，有效抵消了测量引起误差，从而提高了定位精度；由于本发明原则中尽量避开使用同一基站的两个扇区参与位置的计算和避开使用对位置不敏感的一组扇区进行位置计算，有效地避免了测量误差的放大引起得定位结果精度的降低。实测表明，使用本方案优选出的导频测量计算出的位置结果，比使用其他的导频测量计算出的位置结果更接近于真实位置，定位精度得以明显的提高。 

Claims (19)

1.一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，包括如下步骤：
步骤S41，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数；
步骤S42，如果基站数是1时，也就是只有参考基站一个基站，将选取全部导频测量，进行步骤S47；如果基站数是2时，进行步骤S43；如果基站数大于等于3时，进行步骤S44；
步骤S43，根据位置解算的请求，选取指定个数的导频相位；进入步骤S45；
步骤S44，对基站进行优选，然后进行步骤S45；
步骤S45，判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则进行步骤S46；否则选取基站的使用扇区导频相位进行位置计算，进入步骤S47；
步骤S46，对同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选，包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频；
步骤S47，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块。
2.如权利要求1所述的基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，其特征在于，所述对基站进行优选包括根据非参考基站到参考基站的距离和在参考基站周围的分布情况选取相应的基站组合，优选距离参考基站近而且均匀分布在参考基站周围的一组基站的组合。
3.如权利要求2所述的基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，其特征在于，所述对基站进行优选，具体包括如下步骤：
步骤S61，从分组后的基站中选取m个非参考基站和参考基站构成一个组合；
步骤S62，分别计算选取的m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差；
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差；
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重；
步骤S67，计算完所有的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合。
4.如权利要求3所述的基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，其特征在于，所述进行扇区的优选具体包括如下步骤：
步骤S81，从所选中的基站中，选取由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位；
步骤S82，根据该组导频相位计算出移动台的初始位置；
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离；
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或者相近，如果不相近且不相等，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85；
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量，进行步骤S86；
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。
5.一种移动定位方法，包括如下步骤：
步骤S31，移动台导频测量***将导频测量数据发送给导频测量优选***；
步骤S32，导频测量优选***进行初步计算，通知位置解算***最大可使用导频测量数；
步骤S33，位置解算***根据最大可使用导频测量数和定位精度要求，选取适当的定位算法，并向导频测量优选***发送包含指定导频个数的请求，请求所需的导频测量；
步骤S34，导频测量优选***选取导频测量，并且将其发送给位置解算***；
上述步骤S33-S34可以重复多次，以适应使用不同的定位算法，获得最大精度的位置结果。
6.如权利要求5所述的移动定位方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤S41，将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；组数也就是移动台本次测到的基站数；
步骤S42，如果基站数是1时，也就是只有参考基站一个基站，将选取全部导频测量；进行步骤S47；如果基站数是2时，进行步骤S43；如果基站数大于等于3时，进行步骤S44；
步骤S43，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位；进入步骤S45；
步骤S44，调用基站优选模块选取基站，然后进行步骤S45；
步骤S45，判断是否需要对同一基站下测得的多个扇区进行优选；如果需要，则进行步骤S46；否则选取基站的使用扇区导频相位进行位置计算，进入步骤S47；
步骤S46，对同一基站下测得的多个扇区进行扇区的优选；
步骤S47，将选出的相应扇区对应导频测量，发送给位置解算模块。
7.如权利要求6所述的移动定位方法，其特征在于，所述调用基站优选模块选取基站，包括根据非参考基站到参考基站的距离和在参考基站周围的分布情况选取相应的基站组合，优选距离参考基站近而且均匀分布在参考基站周围的一组基站的组合。
8.如权利要求7所述的移动定位方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤S61，从分组后的基站中选取m个非参考基站和参考基站构成一个组合；
步骤S62，分别计算选取的m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差；
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差；
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重；
步骤S67，计算完所有的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合。
9.如权利要求6或7所述的移动定位方法，其特征在于，还包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。
10.如权利要求9所述的移动定位方法，其特征在于，所述进行扇区的优选具体包括如下步骤：
步骤S81，从所选中的基站中，选取由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位；
步骤S82，根据该组导频相位计算出移动台的初始位置；
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离；
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或者相近，如果不相近且不相等，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85；
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量，进行步骤S86；
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。
11.一种基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取方法，该方法包括以下步骤：
步骤S41，导频测量优选***将移动台测得的导频相位按其扇区所属基站的不同进行分组，组数也就是移动台本次测到的基站数；
步骤S42，根据组数的不同使用不同的选取方法进行选取，当基站数＝1时，选取全部扇区测得扇区的导频相位，进行步骤S86；当基站数＝2时，进入步骤S43；当基站数＞＝3时，进行步骤S61；
步骤S43，根据位置解算模块的请求，选取指定个数的导频相位，进入步骤S45；
步骤S45，判断是否需要对测得多个扇区的基站进行扇区导频的优选；如果需要，则进行步骤S81；否则，进行步骤S86；
步骤S61从分组后的基站中，选取m个非参考基站和参考基站，构成一个组合，假定位置解算模块请求m+1个导频测量；
步骤S62，分别计算这m个非参考基站与参考基站的距离及距离的均方差；
步骤S63，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S64，计算以参考基站为顶点，m个相邻基站间的夹角及夹角的均方差；
步骤S65，根据均方差的大小进行评估打分，均方差越小，分值越高；反之，则分值越低；
步骤S66，对距离均方差的估分和夹角均方差的估分进行加权平均，一般距离方差估分的权重大于夹角方差估分的权重；
步骤S67，判断是否计算完所有的组合，如果没有，则重复步骤S61-S66；
步骤S68，计算完所有可能的组合后，选取加权平均值最大的那组导频相位组合；进行步骤S69；
步骤S69，判断选取的基站中是否包含多于1个扇区的导频相位测量，如果没有，进行步骤S86；否则，进行步骤S81；
步骤S81，从上述选中的基站中，由参考扇区导频和从每个非参考基站中任选的一个导频相位构成一组导频相位，
步骤S82，根据该组导频相位计算出一个位置，称为移动台的初始位置，也可以通过其他方式计算移动台的初始位置；
步骤S83，计算非参考基站的各扇区中心到初始位置的距离；
步骤S84，判断步骤S83中的最短距离和第二短距离是否相等或相近，如果不相等且不相近，选取距离最短的相应扇区的导频测量，进行步骤S86；否则，进行步骤S85；
步骤S85，根据基站数据库中的各扇区方向角，张角和初始位置，选取覆盖初始位置的那个扇区的导频测量；进行步骤S86；
步骤S86，输出选取的扇区的导频测量。
12.一种导频测量优选方法，用于基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取，其特征在于，该方法包括：
一分组步骤，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；
一判断步骤，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选；
一基站优选步骤，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站；
一扇区优选步骤，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况，包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。
13.一种导频测量优选***，与导频测量***和位置解算***组成移动定位***，用于基于时差定位模型的多个扇区导频测量的选取，其特征在于，该导频测量优选***包括：
一基站优选模块，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站；
一扇区优选模块，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况，包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。
14.如权利要求13所述的导频测量优选***，其特征在于，该导频测量优选***还包括：
一分组模块，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；
一判断模块，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选。
15.一种移动定位***，包括移动台MS导频测量***、导频测量优选***和位置解算***，MS导频测量***用于测量移动台到周围各个扇区的导频相位；导频测量优选***用于根据位置解算***发送的包含指定个数的导频测量请求，从测得的导频相位中，选取相应个数的导频测量；位置解算***用于定位算法的选取和位置解算。
16.如权利要求15所述的移动定位***，其特征在于，该导频测量优选***包括：
一基站优选模块，用于根据位置解算***的请求，优选出用于计算的基站；
一扇区优选模块，用于处理被选取的基站中有多个导频测量，选取最优的一个导频测量的情况，包括根据扇区中心到达初始位置的距离，初步判断初始位置所属的扇区；使用基站数据库中扇区天线方位角，张角加以验证，最终判断初始位置所属的扇区，进而优选出用于计算的导频。
17.如权利要求15或者16所述的导频测量优选***，其特征在于，该导频测量优选***还包括：
一分组模块，用于将测得的导频相位，按其扇区所属基站的不同进行分组；
一判断模块，用于判断基站的个数，并判断是否进行基站优选及扇区优选。
18.如权利要求15所述的移动定位***，其特征在于，MS导频测量***、导频测量优选***和位置解算***全部嵌入到移动台中，实现基于移动台计算的定位。
19.如权利要求15所述的移动定位***，其特征在于，导频测量优选***和位置解算***放在网络侧，实现基于网络侧计算的定位。
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