CN101136678B

CN101136678B - 一种用于移动台定位业务的定位数据处理方法及装置

Info

Publication number: CN101136678B
Application number: CN2006101261767A
Authority: CN
Inventors: 马欣
Original assignee: China Telecom Corp Ltd
Current assignee: China Telecom Corp Ltd
Priority date: 2006-08-29
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-08-29
Also published as: CN101136678A

Abstract

本发明提出了一种在阵列天线***中应用于移动台定位业务的定位数据处理方法及其装置。所述方法包括以下步骤：获取到达方向数据和到达时间数据；根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台的计算位置数据(a，b)；拟合与估计移动台的运动路线；估计移动台在下一时刻的预测位置数据(b^＊)；以及对预测位置数据(b^＊)和相应的计算位置数据(b)进行处理来获得位置输出数据(B)。根据本发明的方法及其装置根据DOA和TOA数据并结合其他信息，通过对移动台的运动路线的记忆和预测，而估计移动台的实际位置。本发明可以从整体上改善在实际环境中应用DOA和TOA估计数据的准确性，从而使得所述数据能够被应用于上层定位业务。

Description

一种用于移动台定位业务的定位数据处理方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，具体来说，本发明涉及一种在阵列天线***(例如，TD-SCDMA***等)中用于移动台定位业务的数据的处理方法及装置。

背景技术

本领域普通技术人员可以知道，在阵列天线***中，通过阵列天线可以输出DOA(到达方向)信息和TOA(到达时间)信息。通过TOA信息可以计算出移动台(MS)到阵列天线的距离。根据所计算的距离以及所输出的DOA信息可以确定移动台的位置。

然而，在实际的应用中，DOA估计的准确性依赖于所采用的算法及其适用的信道环境条件。一般来说，DOA估计算法(例如：MUSIC、ESPRIT算法及其改进算法等)致力于解决对来波方向的准确估计。这些算法主要解决底层波束到达方向问题，而并没有对定位业务层面的实际应用进行考虑。

因此，在受非直射、多径效应、衰落等因素影响的复杂信道环境影响下，对来波方向的估计并不能准确地确定移动台的实际方位，因而，无法直接为上层的定位应用提供可用的准确数据。

例如，在复杂条件下模拟的静止移动台的DOA估计图如图1所示。其中，假定认为DOA估计算法在该信道条件下获得的DOA值是准确的，但是，即便如此，由于这些原始数据的角度跳变幅度非常大，所以也很难准确地应用于实际的定位业务中。这是因为，信道条件的变化会直接导致DOA方向发生较大的变化，但是，实际用户的位置是不可能发生如此快的跳变的。因此，需要通过一定的算法对这些原始DOA数据进行处理，处理后的DOA数据才可以应用于实际的定位业务；否则，将无法准确地对移动台进行定位。

类似地，由于非直射、多径效应、衰落等因素的影响，通过阵列天线直接得到的TOA数据也会发生较大的跳变，从而不能准确地表示移动台到阵列天线的距离。因此，由阵列天线直接输出的TOA数据也无法直接应用于上层定位业务。在应用于实际定位应用之前，需要对这些原始TOA数据进行处理。

发明内容

本发明提出了一种在阵列天线***中应用于移动台定位业务的定位数据处理方法及其装置。根据本发明，可以从整体上改善在实际环境中应用DOA和TOA估计数据的准确性，从而使得所述数据能够被应用于上层定位业务。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于移动台定位业务的定位数据处理方法，其包括以下步骤：获取到达方向数据和到达时间数据；根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台的计算位置数据；拟合与估计移动台的运动路线；估计移动台在下一时刻的预测位置数据；以及对预测位置数据和相应的计算位置数据进行处理来获得位置输出数据。

在本发明的一个实施例中，所述定位数据处理方法还包括：根据当前的信道状况来确定位置数据输出间隔，以使得位置数据输出间隔与当前的信道状况成反比，其中，位置数据包括计算位置数据和预测位置数据。

在本发明的另一个实施例中，根据SIR、BLER数据来估计当前的信道状况。

在本发明的另一个实施例中，根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台的计算位置数据的步骤还包括：对到达方向数据和到达时间数据的瞬时值进行算法平均处理或者筛选处理。

在本发明的另一个实施例中，拟合与估计移动台的运动路线的步骤还包括：根据位置输出数据来拟合与估计移动台的运动路线。

在本发明的另一个实施例中，拟合与估计移动台的运动路线的步骤还包括：根据地图信息来拟合与估计移动台的运动路线。

在本发明的另一个实施例中，对预测位置数据和相应的计算位置数据进行处理来获得位置输出数据的步骤还包括：如果预测位置数据和相应的计算位置数据相差很大，则输出告警信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于移动台定位业务的定位数据处理装置，其包括以下单元：计算位置获取单元，用于根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台的计算位置数据；运动路线拟合与估计单元，用于拟合与估计移动台的运动路线；预测位置估计单元，与运动路线拟合与估计单元相连，用于估计移动台在下一时刻的预测位置数据；以及，位置输出单元，分别与计算位置获取单元、运动路线拟合与估计单元和预测位置估计单元相连，用于对预测位置数据和相应的计算位置数据进行处理来获得位置输出数据。

在本发明的另一个实施例中，所述定位数据处理装置还包括：输出间隔确定单元，分别与计算位置获取单元和预测位置估计单元相连，用于根据当前的信道状况来确定位置数据输出间隔，以使得位置数据输出间隔与当前的信道状况成反比，其中，位置数据包括计算位置数据和预测位置数据。

在本发明的另一个实施例中，计算位置获取单元包括：平均与筛选子单元，用于对到达方向数据和到达时间数据的瞬时值进行算法平均处理或者筛选处理。

在本发明的另一个实施例中，运动路线拟合与估计单元根据位置输出数据B来拟合与估计移动台的运动路线。

在本发明的另一个实施例中，运动路线拟合与估计单元还根据地图信息来拟合与估计移动台的运动路线。

在本发明的另一个实施例中，位置输出单元还包括：告警子单元，用于在预测位置数据和相应的计算位置数据相差很大的情况下输出告警信息。

通过本发明，可以解决由于DOA和TOA数据的瞬时跳变导致估计不准确的问题；可以抵抗短时间的环境恶化所造成的误差影响；以及可以抵抗由于多径效应所造成的定位准确性下降的问题。

附图说明

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1是在复杂条件下模拟的静止移动台的DOA估计图；

图2是根据本发明的实施例而示意性地描述了如何应用本发明进行定位的***的示意图；

图3是根据本发明的实施例的定位数据处理方法的流程图；以及

图4是根据本发明的实施例的定位数据处理装置的框图。

具体实施方式

为了简明和清楚起见，附图中的单元不必按照比例来进行绘制，并且在不同附图中，相同参考标记表示相同的单元。此外，为了描述的简明以及不会在不必要的方面使得本发明模糊，而省略了关于公知步骤和单元的描述和细节。

本领域的普通技术人员应该明白，前面的一般描述和下面的详细描述是对发明进行举例和说明的，而不是为了对本发明进行限制的。

根据本发明的方法及其装置根据DOA和TOA数据并结合其他信息，通过对移动台的运动路线的记忆和预测，而估计移动台的实际位置。下面将参照图2-4来更加详细地说明本发明。

在图2中示意性地示出了如何根据本发明的实施例来进行定位的***。

在图2中，***通过由阵列天线获得的DOA数据获取方向信息，以及通过TOA数据获取距离信息。接着，通过所获取的方向信息和距离信息来计算移动台在各个时刻的计算位置(a，b)等，并且对这些计算位置进行存储。如图2所示，***首先在第一时刻计算第一计算位置a，接着在第二时刻(下一时刻)计算第二计算位置(下一计算位置)b。同时，***还对移动台的运动路线(如图中虚线所示)进行拟合与估计，并且估计出移动台在第二时刻的预测位置b^＊。接着，***对下一计算位置b和预测位置b^＊进行处理，从而得到位置输出数据B。

图3是本发明的实施例的定位数据处理方法的流程图。下面参照图2，结合图3的流程图，对根据本发明的定位数据处理方法进行更加详细的描述。

在步骤S1中，根据本发明的定位数据处理装置通过阵列天线从设备(例如，基站、直放站等)的底层(例如，物理层等)获取DOA数据、TOA数据以及其它数据。所述其它数据例如可以包括反映当前信道状况的信息，例如，SIR(信噪比)、BLER(误块率)等。

可选地，定位数据处理装置还可以根据当前的信道状况来确定位置数据输出间隔。例如，可以根据SIR、BLER等数据来估计当前的信道状况。定位数据处理装置调整对数据进行处理的频率，以使得处理频率与信道状况成反比，即，当信道状况差时，位置数据的输出时间间隔变大，而当信道状况良好时，位置数据的输出时间间隔变小。

令处理频率与信道状况成反比的原因如下。在信道状况持续变差的情况下，DOA和TOA测量值的抖动会变得很强，因而，所估计出来的预测位置值b^＊与由DOA和TOA数据所计算出来的相应计算位置值b之间的误差会变得很大。因此，通过对b和b^＊进行处理所得到的位置输出值B的准确性就会降低。由于在下一次对运动路线进行拟合时，位置输出值B还要作为对运动路线进行拟合的输入参数之一，因此，在这样的循环过程中，位置输出值B的误差可能会被积累和增大。因此，考虑增大时间间隔。在所述时间间隔内，可以尽量对DOA和TOA数据的瞬时值进行某些算法平均或筛选处理，从而减少位置输出值B的误差。

在步骤S2中，定位数据处理装置可以根据从底层所获取的DOA、TOA数据等来计算移动台的计算位置(a，b)。可选地，为了增加计算位置(a，b)的准确性，还可以对DOA和TOA数据的瞬时值进行某些算法平均或者筛选处理，并且根据处理后的DOA和TOA数据来计算移动台的计算位置(a，b)。所述算法平均或者筛选处理例如可以通过对某个时间段获取的数据序列直接进行平均来取值，或者筛选出超过预期取值范围的值后再行平均，或者以落入某个象限的值最多作为选取依据，当然也可以采用更复杂的算法进行对最终取值的选取。

在步骤S3中，定位数据处理装置拟合与估计出移动台的运动路线。对运动路线进行拟合与估计的方法是本领域普通技术人员的公知常识。例如，在一种简单的情况下，可以连续记录两个位置，并且从所记录的第一位置向第二位置引出一条射线，则移动台在下一时刻的位置应当在该射线上。另外，为了使得对移动台的运动路线的估计更加准确，还可以通过考虑移动台的多个位置来拟合与估计移动台的运动路线。

定位数据处理装置可以根据计算位置(a，b)来估计移动台的运动路线。优选地，在本发明的一个实施例中，定位数据处理装置可以根据位置输出数据B来估计移动台的运动路线。例如，定位数据处理装置记录在各个位置数据输出时刻所记录的位置输出数据B，并且根据在各个位置数据输出时刻所记录的位置输出数据B来估计运动路线。由于位置输出数据B是由预测位置b^＊和相应的计算位置b而得到的，因此通过位置输出数据B来进行估计可以综合考虑预测位置b^＊和计算位置b，从而得到更高的准确性。

在本发明的某些实施例中，在对运动路线进行估计的时候，还可以考虑移动台所处地点的环境情况，例如，周围的街道、建筑物等，利用地图信息来估计移动台的运动路线。

在步骤S4中，定位数据处理装置根据所估计的运动路线来估计移动台在下一时刻的预测位置b^＊。

在步骤S5中，定位数据处理装置对预测位置b^＊和相应的计算位置b进行处理，从而得到位置输出数据B。

对于本领域的普通技术人员来说，如何对预测位置b^＊和相应的计算位置b进行处理来获得位置输出数据B是公知的。例如，在一个示意性的例子中，移动台处于城区环境中；在前一个时刻，DOA的输入测量值为15，这对应于计算位置a；在下一个时刻，DOA的输入测量值为50，这对应于计算位置b。根据实际情况，可以知道，移动台在城区环境中不可能产生如此快的角度移动速率，并且，根据计算位置b可以计算出移动台在城区环境中的移动速度达到120km/h，这也是不可能的。因此，认为计算位置b无法完全被采信。在所述下一个时刻，定位数据处理装置根据前面的位置数据信息拟合得到的预测位置为b^＊。在此情况下，可以以预测位置b^＊为依据，参照其他地理信息(例如地图信息等)来输出位置输出数据B。而且，本领域的普通技术人员还可以通过许多其它方式来处理预测位置b^＊和相应的计算位置b以获得位置输出数据B。

可选地，在本发明的一个实施例中，如果预测位置b^＊和相应的计算位置b相差很大(拟合程度低或方差大)，则输出告警信息。所述告警信息可以为上层应用提供参数。例如，当接收到来自定位数据处理装置的告警信息时，上层应用可以使得用户显示屏上标出的相应点变为红色闪动的，从而提示用户：目前环境复杂并且无法进行准确的判断。另外，在接收到告警信息之后，经过一定时间，上层应用可以发出命令来暂时停止进行定位，或者重置定位参数，以便例如消除历史运动路线对估计的影响等。

本领域的普通技术人员应当理解，尽管在图中以S1-S5来对各个步骤进行标识，但是，这并不意味着所述步骤以所标识的顺序来执行。在实际的应用中，可以通过任意的顺序来执行这些步骤，以及可以同时地来执行这些步骤，并且可以循环地执行这些步骤。

图4是根据本发明的实施例的定位数据处理装置的框图。

如图4所示，所述定位数据处理装置400包括：输出间隔确定单元410、计算位置获取单元420、运动路线拟合与估计单元430、预测位置估计单元440以及位置输出单元450。

可选的输出间隔确定单元410根据由外部(例如，底层)输入的数据来估计当前的信道状况，从而确定位置数据输出间隔。所述由外部输入的数据例如可以是SIR、BLER等数据。输出间隔确定单元410调整对数据进行处理的频率，以使得处理频率与信道状况成反比，即，当信道状况差时，位置数据的输出时间间隔变大，而当信道状况良好时，位置数据的输出时间间隔变小。

计算位置获取单元420可以根据由外部(例如，底层)输入的DOA、TOA数据等来计算移动台的计算位置(a，b)。可选地，为了增加计算位置(a，b)的准确性，计算位置获取单元420还可以包括用于对DOA和TOA数据的瞬时值进行某些算法平均或者筛选处理的平均与筛选子单元，并且计算位置获取单元420根据处理后的DOA和TOA数据来计算移动台的计算位置(a，b)。

运动路线拟合与估计单元430拟合与估计出移动台的运动路线。运动路线拟合与估计单元430可以根据计算位置(a，b)来估计移动台的运动路线。优选地，在本发明的一个实施例中，运动路线拟合与估计单元430可以根据位置输出数据B来估计移动台的运动路线。

在本发明的某些实施例中，在对运动路线进行估计的时候，运动路线拟合与估计单元430还可以考虑移动台所处地点的环境情况，例如，周围的街道、建筑物等，利用地图信息来估计移动台的运动路线。

预测位置估计单元440根据所估计的运动路线来估计移动台在下一时刻的预测位置b^＊。

位置输出单元450对预测位置b^＊和相应的计算位置b进行处理，从而得到位置输出数据B。

可选地，在本发明的一个实施例中，位置输出单元450还包括：告警子单元，用于在预测位置数据b^＊和相应的计算位置b相差很大的情况下输出告警信息。所述告警信息可以为上层应用提供参数。例如，当接收到来自定位数据处理装置的告警信息时，上层应用可以使得用户显示屏上标出的相应点变为红色闪动的，从而提示用户：目前环境复杂并且无法进行准确的判断。另外，在接收到告警信息之后，经过一定时间，上层应用可以发出命令来暂时停止进行定位，或者重置定位参数，以便例如消除历史运动路线对估计的影响等。

可以通过各种方式来实现本发明的方法及装置。例如，可以通过软件、硬件、固件以及其任意组合来实现本发明的方法及装置。另外，在某些实施例中，本发明还可以体现为在记录介质上所记录的程序，其包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。

尽管上面已经通过例子对本发明的特定实施例进行了详细描述，但是，本领域的普通技术人员应当理解，上述例子仅是说明性的而并非是对本发明的限制。本领域的普通技术人员应当明白，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例做出修改。本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于移动台定位业务的定位数据处理方法，其包括以下步骤：

获取到达方向数据和到达时间数据；

根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台在第一时刻的计算位置数据a和在下一时刻的计算位置数据b；

拟合与估计移动台的运动路线；

估计移动台在下一时刻的预测位置数据b＊；以及

对预测位置数据b＊和相应的计算位置数据b进行处理来获得位置输出数据B。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据当前的信道状况来确定位置数据输出间隔，以使得位置数据输出间隔与当前的信道状况成反比，其中，所述位置数据包括所述计算位置数据a、计算位置数据b以及预测位置数据b＊。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据信噪比、误块率数据来估计当前的信道状况。

4.根据权利要求1至3中的任何一个所述的方法，其中，根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台的计算位置数据a和计算位置数据b的步骤还包括：对到达方向数据和到达时间数据的瞬时值进行算法平均处理或者筛选处理。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，拟合与估计移动台的运动路线的步骤还包括：根据上一次获得的位置输出数据B来拟合与估计移动台的运动路线。

6.根据权利要求1或者5所述的方法，其中，拟合与估计移动台的运动路线的步骤还包括：根据地图信息来拟合与估计移动台的运动路线。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，对预测位置数据b＊和相应的计算位置数据b进行处理来获得位置输出数据B的步骤还包括：如果预测位置数据b＊和相应的计算位置数据b相差很大，则输出告警信息。

8.一种用于移动台定位业务的定位数据处理装置，其包括以下单元：

计算位置获取单元(420)，用于根据到达方向数据和到达时间数据来确定移动台在第一时刻的计算位置数据a和在下一时刻的计算位置数据b；

运动路线拟合与估计单元(430)，用于拟合与估计移动台的运动路线；

预测位置估计单元(440)，与所述运动路线拟合与估计单元(430)相连，用于估计移动台在下一时刻的预测位置数据b＊；以及

位置输出单元(450)，分别与所述计算位置获取单元(420)、所述运动路线拟合与估计单元(430)和所述预测位置估计单元(440)相连，用于对预测位置数据b＊和相应的计算位置数据b进行处理来获得位置输出数据B。

9.根据权利要求8所述的装置，还包括：输出间隔确定单元410，分别与所述计算位置获取单元(420)和预测位置估计单元(440)相连，用于根据当前的信道状况来确定位置数据输出间隔，以使得位置数据输出间隔与当前的信道状况成反比，其中，所述位置数据包括所述计算位置数据a、计算位置数据b以及预测位置数据b＊。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，根据信噪比、误块率数据来估计当前的信道状况。

11.根据权利要求8至10中的任何一个所述的装置，其中，计算位置获取单元(420)包括：平均与筛选子单元，用于对到达方向数据和到达时间数据的瞬时值进行算法平均处理或者筛选处理。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，运动路线拟合与估计单元(430)根据所述位置输出单元(450)上一次获得的位置输出数据B来拟合与估计移动台的运动路线。

13.根据权利要求8或者12所述的装置，其中，运动路线拟合与估计单元(430)还根据地图信息来拟合与估计移动台的运动路线。

14.根据权利要求8所述的装置，其中，位置输出单元(450)还包括：告警子单元，用于在预测位置数据b＊和相应的计算位置数据b相差很大的情况下输出告警信息。