[發明專利]稀疏直接定位方法

有效

• 申請號: 201110400367.9
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102427602A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 柯煒;王婷婷;王智;張倩茹
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于無線定位技術領域，特別涉及一種利用無線通信設施進行無線定位的方法。

背景技術

無線定位技術在搜索救援、智能交通、物流管理、地質勘探和國土開發、航海/航空導航等諸多領域都有廣泛應用。如今在軍事行動和日常生活的各個領域，具有空間位置特性的地理信息發揮著越來越重要的作用，高精度的無線定位技術也越來越受到廣泛關注。

在眾多無線定位系統中，最著名的是把無線電發射源設置在各種軌道衛星上的定位系統，例如美國的全球定位系統(GPS)、歐洲的伽利略(Galileo)系統、俄羅斯的GLONASS系統以及我國的“北斗”定位系統等，憑借著廣域覆蓋的巨大優勢，將無線電定位技術發展到一個新的高度。盡管衛星定位技術已經在國民經濟各個方面得到廣泛應用，但是在應用領域由于受到各種接收誤差的影響，需要通過其它輔助手段(例如建立差分基準站)才能達到所需的定位精度要求；同時在接收信號受到物理遮擋的情況下常常無法完成導航任務。因此，利用現有和即將建設的龐大的民用無線通信設施進行無線定位，不僅可以彌補衛星定位系統的不足，而且可以作為無線通信高附加值的服務。尤其是在美國聯邦通信委員會頒布了E911(Emergency?call?911)強制性定位要求后，加上巨大市場利潤的驅動，國內外出現了研究移動通信系統終端定位技術的熱潮。

受衛星定位系統的影響，當前利用民用通信設施的定位方法絕大多數采用兩步定位模式(如圖2所示)，即首先估計接收信號的一個或多個特征參數(如信號強度(RSS)、信號到達時間(TOA)、信號到達時間差(TDOA)和信號到達角度(AOA)等)，再根據這些參數估計出移動終端的位置。此類定位模式的定位精度取決于第一步參數估計的精度和第二步位置解算算法的性能。在兩步定位模式下，眾多研究一直試圖從提高參數估計精度和增強定位算法性能兩個角度提出改進方案，以達到改善最終定位性能的目的。但不同于衛星定位系統，無線通信網絡不是專門為定位設計的系統，其特征參數測量和估計是在完成通信功能的同時進行的，而且在信號格式上一般也沒有為定位目的專門設計的定位信息域，難以保證特征參數測量精度，其誤差不僅影響定位參數的估計精度，而且會傳遞到第二步位置解算階段，引起更大誤差。盡管已有大量關于參數估計的論文發表，但因為實際環境的復雜性和隨機性，目前還沒有在所有環境下都能進行高精度參數估計的一般方法。直接定位方法(Direct?Position?Determination，DPD)是無線定位領域近幾年發展起來的一種定位新模式(如圖3所示)，該方法突破了傳統兩步定位方法的局限，將特征參數檢測和定位融為一體，直接利用信號波形進行定位，無需專門的參數估計過程。

目前主流的直接定位方法是Weiss提出的格點搜索方法(Weiss?AJ.“Direct?position?determination?of?narrowband?radio?frequency?transmitters，”IEEE?Signal?Processing?Letters，2004，Vol.11，No.5，pp.513-516.)。假設有L個已知自身坐標的參考基站參與定位，該方法將第n個基站接收到待定位移動終端發出的信號表示為：

r_n＝α_nθ_ns(t-τ_n(p))+v_n(t)

其中r_n表示接收信號，s(t-τ_n(p))表示信號波形，p表示待定位移動終端的位置。α_n表示移動終端與第n個基站之間的信道衰減。τ_n(p)表示電磁波從移動終端到基站所經歷的時延，而θ_n＝[θ_n(0)，…，θ_n(M-1)]^T是第n個基站的天線陣列響應，M表示天線陣元數目。v_n(t)表示噪聲矢量。

然后對r_n抽樣N_s點，并經離散傅里葉變換得：