CN105208653A - 一种无线通信终端定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线通信终端定位方法,使用可移动定位设备对目标设备进行定位,可移动定位设备测定出信号从基站到目标设备的传播时间和从目标设备到定位设备的传播时间之和,确定出一个以基站和定位设备所处位置为焦点的椭圆线,在目标设备和定位设备分别检测到的下行信号和上行信号都是直射传播时,认为目标设备处于这个椭圆线上;在目标设备和定位设备分别检测到的下行信号和上行信号存在非直射传播时,认为目标设备处于这个椭圆线的内部;结合更多次的测量,使用历次椭圆的交点作为搜索目标设备的优选定位位置,测量是否满足位置确定条件,最终确定目标设备的位置。本发明的无线通信终端定位方法,具有定位精度、定位的效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线定位技术领域,特别涉及一种无线通信终端定位方法。
背景技术
定位技术在军事和民用领域都有广泛的应用,例如导航、人员搜救等。
目前,利用无线电信号进行定位的方法有移动通信的蜂窝小区定位法、接收信号场强定位法、指纹定位法、TOA(到达时间)定位法、TDOA(到达时间差)定位法、AOA(到达角度)定位法等,或者以上各种定位方法的混合定位方法。
其中,小区定位法利用通信终端所在小区的位置信息提供目标设备的粗略位置,接收信号场强定位法使用电磁波传输损耗模型和定位设备接收到的目标设备信号来估算两者之间的距离,指纹定位法使用预先测量并存储的不同位置的信号特征来匹配目标设备的信号以给出位置的估计,TOA定位法测量目标设备和定位设备之间的传输时间来估算两者之间的距离,TDOA定位法利用目标设备的信号到达两个不同的定位设备的传输时间差来确定目标设备处于以两个定位设备为焦点的双曲线的某一支上,AOA定位法利用阵列天线给出目标设备的方向信息,混合定位方法则是混合运用不同的定位方法来对目标设备进行位置估计,以期获得更好的定位效果。
除了这些主要的定位方法外,还存在着利用椭圆曲线来进行定位的方法。美国专利US2008/0009295A1“MethodforthehighaccuracygeolocationofoutdoormobileemittersofCDMAcellularsystems”,给出了利用椭圆曲线和AOA定位法确定CDMA(码分多址)目标设备位置的方法,但是其假定了从基站到目标设备为直线传播;中国专利CN01126273“一种在蜂窝移动通信***中定位用户设备的方法”,给出了蜂窝移动通信***中相邻小区接收移动用户信号、从而确定出移动用户处于以主小区和相邻小区为焦点的椭圆上的方法。
现有的这些定位方法中,使用的定位设备或者作为定位设备的基站,都是固定不动的;并且,在使用椭圆曲线进行定位时,假定了基站到目标设备的下行信号、目标设备到定位设备或作为定位设备的基站的信号是直线传播的,由于没有考虑到非直线传播带来的影响,在实际使用中会导致定位的偏差。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足,本发明的目的在于提供一种无线通信终端定位方法,利用可移动定位设备和椭圆线来进行目标终端设备定位以提升定位精度。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种无线通信终端定位方法,使用可移动定位设备对目标设备进行定位,包括以下步骤:
S1设置待搜索的区域,记为第1区域;
S2在第1区域内,改变可移动定位设备的位置;
S3移动到某个位置后,使用可移动定位设备搜索目标设备的上行信号;
若可移动定位设备未能搜索到上行信号,跳转到步骤S4;
若可移动定位设备搜索到上行信号,跳转到步骤S5;
S4判断搜索是否达到预设的结束条件;
如果未达到结束条件则跳转到步骤S2;
如果达到结束条件,则跳转到步骤S10;
S5测量从基站到目标设备和从目标设备到可移动定位设备的信号传播时间之和,记为t1;以基站的位置和可移动定位设备的位置为椭圆的焦点,椭圆上的点到两个焦点的距离之和为c*t1,其中c为光速,确定一个椭圆e1;
S6将目标设备所处的区域确定性地限定在第1区域和椭圆e1的公共区域,将这个公共区域设置为更新后的第1区域,将更新前的第1区域记为第0区域;
S7如果第0区域和椭圆e1的边界线不相交,则判定目标设备在第1区域和椭圆e1中较小的那个区域内部,跳转到步骤S4;
S8如果第0区域和椭圆e1相交,那么将第0区域和椭圆e1的交点作为待选的目标位置,待选的目标位置的附近区域作为搜索目标设备的优选区域,其中待选的目标位置的附近区域为距离待选的目标位置N米范围之内并且在第1区域内的区域;其中0≤N≤60;
S9目标位置排除/确认:将可移动定位设备依次移动到待选的目标位置,在待选的目标位置的附近区域,搜索目标设备的上行信号,如果对于目标设备的上行信号的测量结果满足位置确认条件,则判定目标设备在此时的定位设备附近区域,跳转到步骤S10;
如果目标设备的上行信号的测量结果不满足位置确认条件,则判定目标设备不在此时的定位设备附近区域,将定位设备移动到另一个待选目标位置处;如果所有待选目标位置都被排除,则跳转到步骤S2;
S10如果获得了目标位置确认的信号,则给出目标设备的目标位置;如果没有获得目标位置确认的信号,则仅给出目标设备所处的第1区域。
步骤S4所述的结束条件包括搜索时间和搜索次数。
步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的功率高于或等于门限值P0,其中P0≥-150dBm。
步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt1;其中Δt1≤0.2μs。
步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
设可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的高于或等于门限值P1;并且,设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt2;其中P1≥-150dBm,其中Δt2≤0.2μs。
本发明的原理为:对于以接收到的基站下行信号时间作为上行发送信号参考时间的目标设备来说,其发送的上行信号到达定位设备时,定位设备可以测定出信号从基站到目标设备的传播时间和从目标设备到定位设备的传播时间之和,这样就可以确定出一个以基站和定位设备所处位置为焦点的椭圆线,其中椭圆线上的点到两个焦点的距离之和为传播时间之和对应的路程长度值。在目标设备和定位设备分别检测到的下行信号和上行信号都是直射传播时,目标设备处于这个椭圆线上;在目标设备和定位设备分别检测到的下行信号和上行信号存在非直射传播时,目标设备处于这个椭圆线的内部。总之,椭圆线确定了目标设备所处区域的外限。
与现有技术相比,本发明具有以下优点和有益效果:
1.本发明使用的可移动定位设备在一定区域内移动来搜索目标设备的定位方法,考虑到非直线传播带来的影响,提升了定位精度;
2.本发明使用可移动的定位设备,不需要改造基站或者终端,不影响网络的正常通信,降低了定位的成本;
3.本发明使用椭圆形区域的公共部分作为目标设备的搜索区域,确认目标设备不会处于椭圆形区域之外,即所给出的搜索区域的确定性强;
4.本发明使用历次椭圆的交点作为搜索目标设备的优选定位位置,避免了定位设备移动过程的盲目性,提高了定位的效率。
附图说明
图1为本发明的实施例的无线通信终端定位方法的流程图。
图2为无线蜂窝网示意图。
图3为CDMA上行-下行定时关系示意图。
图4为LTE上行-下行定时关系示意图。
图5为定位设备单次测定确定出的椭圆。
图6为定位设备两次测定确定出的有交点的椭圆图。
图7为定位设备两次测定确定出的无交点的椭圆图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示,本实施例的无线通信终端定位方法,使用可移动定位设备对目标设备进行定位,具体包括以下步骤:
S1设置待搜索的区域,记为第1区域;
S2在第1区域内,改变可移动定位设备的位置;
S3移动到某个位置后,使用可移动定位设备搜索目标设备的上行信号;
若可移动定位设备未能搜索到上行信号,跳转到步骤S4;
若可移动定位设备搜索到上行信号,跳转到步骤S5;
S4判断搜索是否达到预设的结束条件;结束条件包括搜索时间和搜索次数;
如果未达到结束条件则跳转到步骤S2;
如果达到结束条件,则跳转到步骤S10;
S5测量从基站到目标设备和从目标设备到可移动定位设备的信号传播时间之和,记为t1;以基站的位置和可移动定位设备的位置为椭圆的焦点,椭圆上的点到两个焦点的距离之和为c*t1,其中c为光速,确定一个椭圆e1;
S6将目标设备所处的区域确定性地限定在第1区域和椭圆e1的公共区域,将这个公共区域设置为更新后的第1区域,将更新前的第1区域记为第0区域;
S7如果第0区域和椭圆e1的边界线不相交,则判定目标设备在第1区域和椭圆e1中较小的那个区域内部,跳转到步骤S4;
S8如果第0区域和椭圆e1相交,那么将第0区域和椭圆e1的交点作为待选的目标位置,待选的目标位置的附近区域作为搜索目标设备的优选区域,其中待选的目标位置的附近区域为距离待选的目标位置N米范围之内并且在第1区域内的区域;所述N为10;
S9目标位置排除/确认:将可移动定位设备依次移动到待选的目标位置,在待选的目标位置的附近区域,搜索目标设备的上行信号,如果对于目标设备的上行信号的测量结果满足位置确认条件,则判定目标设备在此时的定位设备附近区域,跳转到步骤S10;
如果目标设备的上行信号的测量结果不满足位置确认条件,则判定目标设备不在此时的定位设备附近区域,将定位设备移动到另一个待选目标位置处;如果所有待选目标位置都被排除,则跳转到步骤S2;
本步骤所述的位置确认条件,可为以下三种条件中的一种:
条件1:可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的功率高于或等于门限值P0;所述门限值P0为-80dBm。
条件2:设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt1;所述Δt1为0.1μs。
条件3:设可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的高于或等于门限值为P1;并且,设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt2。所述P1为-100dBm,所述Δt2为0.2μs。
S10如果获得了目标位置确认的信号,则给出目标设备的目标位置;如果没有获得目标位置确认的信号,则仅给出目标设备所处的第1区域。
下面对本发明的整体设计思路进行说明:
在无线蜂窝通信***中,基站作为提供通信服务的设备,为终端设备提供下行信号并接收终端设备的上行信号。一般地,单个基站的覆盖区域为一个六边形,大量基站组合起来覆盖大片区域,如图2所示。
图3给出了CDMA(码分多址)的基站和移动终端的时间关系。移动终端需要估计一个参考时间用于发送码片、符号、时隙、帧和***时间。在稳定的状态下,移动终端的参考时间与接收到的对应基站下行信号的第一径时间偏差不超过±1μs。即某个时间T,基站发送带有时间T标记的信号,移动终端以接收到的基站某个信道的第一径信号时间作为自己的参考时间T,实际上,移动终端接收到的时间T比基站的发送时间T有了一个传输延迟;然后以此为基准向基站发送上行信号,时间标记为T,在基站收到移动终端发送的时间标记为T的信号时,真实的时间已经比时间T延迟了两倍的传输延迟了。
WCDMA(宽带码分多址)的上行-下行定时关系为:在UE(用户设备)端,上行的DPCCH/DPDCH(专用物理控制信道/专用物理数据信道)帧的传输时间为检测到的下行DPCCH/DPDCH或F-DPCH(分数专用物理信道)帧的第一径信号延迟T0码片,其中T0为常数值,固定为1024个WCDMA码片。
图4给出了LTE(长期演进)的上行-下行帧定时关系为:在UE(用户设备)端,UE发送上行无线帧i的时间,需要比对应接收到的下行无线帧i的时间提前(NTA+NTAoffset)×Ts秒,其中,0≤NTA≤20512,对于FDD(频分双工)模式,NTAoffset=0;对于TDD(时分双工)模式,除非特别指定,NTAoffset=624。
CDMA、WCDMA和LTE三种通信***中,或者在其他一些通信***中,移动终端发送上行信号的时间,都是参考了下行的信号时间。其中,CDMA上行发送信号的时间直接以终端侧收到的下行信号时间作为参考;WCDMA的上行DPCCH/DPDCH发送的时间比终端侧收到的下行DPCCH/DPDCH时间延迟T0码片;LTE的上行无线帧发送的时间比终端侧收到的下行无线帧时间提前了(NTA+NTAoffset)×Ts秒。定位过程中,定位设备可以针对特定的通信制式,结合接收的下行信号和/或下行信令来消除发送上行信号与接收的下行信号参考时间的不对齐现象,从而获得从基站到终端设备、从终端设备到定位设备的传输时间之和。
如图5所示,在目标设备402和定位设备403分别检测到的下行信号405和上行信号406都是直射传播时,定位设备可以确定出以基站401、定位设备403为焦点的椭圆线404,其中椭圆线404上的点到两个焦点的距离之和为从基站401到目标设备402、从目标设备402到定位设备403的传输时间之和t1对应的电磁波传输的距离c*t1,目标设备402处于这个椭圆线上;在目标设备407和定位设备403分别检测到的下行信号408和上行信号409存在非直射传播时,虽然目标设备也在椭圆线404上,但是定位设备观测到的从基站401到目标设备407、从目标设备407到定位设备403的传输时间之和t2对应的电磁波传输的距离c*t2,确定出的椭圆是410,它同样以基站401、定位设备403为焦点,但是椭圆410上的点到两个焦点的距离之和为c*t2。总之,按照定位设备观测到的从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的电磁波传播时间之和对应的距离所确定的椭圆,这条椭圆线确定了目标设备所处区域的外限。
在定位设备首次探测到目标设备的信号后,确定出的椭圆只能给出目标设备所处区域的外限,这个定位精度一般还不能满足要求,需要结合更多次的测量才能将目标设备的位置估计得更为准确。
如图6所示,定位设备在502处,探测到了目标设备506的信号,确定了以基站501和定位设备位置502为焦点的椭圆503。将定位设备移动到504处,探测到了目标设备506的信号,确定了以基站501和定位设备位置504为焦点的椭圆505。椭圆503和椭圆505有两个交点506和507,如果两次测量中,下行信号和上行信号都是直射传播,那么,目标设备处于交点506和507中的一点;如果两次测量中,下行信号和上行信号存在非直射传播,那么只能确定目标设备处于椭圆503和椭圆505的公共区域内部,交点506和507仅仅是目标设备所处位置的附近的点,将交点506和507作为搜索目标设备的优选位置。
如图7所示,可移动定位设备在602处,探测到了目标设备的信号,确定了以基站601和定位设备位置602为焦点的椭圆603。将定位设备移动到604处,探测到了目标设备的信号,确定了以基站601和定位设备位置604为焦点的椭圆605。椭圆603和椭圆605没有交点,此时认定较大椭圆605对应的测量位置604处的测量是无效的测量,并在后续的搜索中尽量远离这片区域。
通过上述分析,可知本发明的无线通信终端定位方法,考虑到非直线传播带来的影响,使用的可移动定位设备,具有定位精度、定位的效率高的优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种无线通信终端定位方法,其特征在于,使用可移动定位设备对目标设备进行定位,包括以下步骤:
S1设置待搜索的区域,记为第1区域;
S2在第1区域内,改变可移动定位设备的位置;
S3移动到某个位置后,使用可移动定位设备搜索目标设备的上行信号;
若可移动定位设备未能搜索到上行信号,跳转到步骤S4;
若可移动定位设备搜索到上行信号,跳转到步骤S5;
S4判断搜索是否达到预设的结束条件;
如果未达到结束条件则跳转到步骤S2;
如果达到结束条件,则跳转到步骤S10;
S5测量从基站到目标设备和从目标设备到可移动定位设备的信号传播时间之和,记为t1;以基站的位置和可移动定位设备的位置为椭圆的焦点,椭圆上的点到两个焦点的距离之和为c*t1,其中c为光速,确定一个椭圆e1;
S6将目标设备所处的区域确定性地限定在第1区域和椭圆e1的公共区域,将这个公共区域设置为更新后的第1区域,将更新前的第1区域记为第0区域;
S7如果第0区域和椭圆e1的边界线不相交,则判定目标设备在第1区域和椭圆e1中较小的那个区域内部,跳转到步骤S4;
S8如果第0区域和椭圆e1相交,那么将第0区域和椭圆e1的交点作为待选的目标位置,待选的目标位置的附近区域作为搜索目标设备的优选区域,其中待选的目标位置的附近区域为距离待选的目标位置N米范围之内并且在第1区域内的区域;其中0≤N≤60;
S9目标位置排除/确认:将可移动定位设备依次移动到待选的目标位置,在待选的目标位置的附近区域,搜索目标设备的上行信号,如果对于目标设备的上行信号的测量结果满足位置确认条件,则判定目标设备在此时的定位设备附近区域,跳转到步骤S10;
如果目标设备的上行信号的测量结果不满足位置确认条件,则判定目标设备不在此时的定位设备附近区域,将可移动定位设备移动到另一个待选目标位置处;如果所有待选目标位置都被排除,则跳转到步骤S2;
S10如果获得了目标位置确认的信号,则给出目标设备的目标位置;如果没有获得目标位置确认的信号,则仅给出目标设备所处的第1区域。
2.根据权利要求1所述的无线通信终端定位方法,其特征在于,步骤S4所述的结束条件包括搜索时间和搜索次数。
3.根据权利要求1所述的无线通信终端定位方法,其特征在于,步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的功率高于或等于门限值P0,其中P0≥-150dBm。
4.根据权利要求1所述的无线通信终端定位方法,其特征在于,步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt1;所述Δt1≤0.2μs。
5.根据权利要求1所述的无线通信终端定位方法,其特征在于,步骤S9所述的位置确认条件,具体为:
设可移动定位设备探测到目标设备的上行信号的高于或等于门限值P1;并且,设从基站到目标设备和从目标设备到定位设备的信号传播时间之和为t1,t1满足与基站到当前定位设备的传播时间的差值小于门限值Δt2;其中P1≥-150dBm,其中Δt2≤0.2μ。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151230 |