[發明專利]基于信號檢測概率和波達角估計的單接收機定位方法

無效

• 申請號: 201210049051.4
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102752849A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李寧;郭艷;田暢;黃茂松;王金龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B17/00;H04B7/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種無線定位技術，它以無線通信、雷達等領域為實際應用背景，利用一個接收機的天線陣列獲得目標用戶信號的接收數據及檢測概率，分別求得目標用戶與接收機的夾角及目標用戶與接收機的距離，進而得到目標用戶的位置信息。

背景技術

當今社會，無線電設備已廣泛應用于工業生產、居民生活、軍事偵查、科學研究、通信服務等各個方面。隨著應用的深入，利用無線電對目標(信號源或感應、反射信號源)進行定位的需求也就應運而生。特別是近年來，無線通信的普及和無線傳感器網絡的興起，相應的定位需求變得十分強烈，也促進了定位技術與相應系統的研究，隨著無線定位技術的發展，無線定位的高效率高精度算法、實時實現手段以及實用化成為定位技術研究的重要內容之一。與其相關的信號處理技術成為關鍵技術之一。伴隨著無線傳感器網絡的興起及低成本小型化探測裝置的廣泛運用，低成本的目標運動分析成為可能。

無線定位技術的研究與應用始于20世紀，隨后該項技術在公共交通管理、貨物運輸、出租車管理、犯罪跟蹤和緊急醫療服務等有限范圍內得到應用，目前無線定位在軍事和民用技術中已得到了廣泛應用。現有的定位與導航系統有：雷達，塔康，JTIDS(聯合戰術信息分布系統)，衛星通信定位系統(我國雙星定位系統和其它衛星通信網定位系統)，全球定位系統(如GPS、GLONASS和即將投入應用的GALILEO系統)和蜂窩通信定位系統等。現有的主流算法一般對硬件要求較高，計算與信息傳輸量大，能耗高實用性差。而無線通信網絡的發展現狀要求無線定位技術必須著眼于提高精度、低成本方案、易于現場實施等方面。

隨著無線通信網絡的覆蓋面越來越廣，服務的范圍越來越寬。移動通信系統采用增強可觀察時間差分(E-OTD)技術，定位精度可在100米內，但遠遠不能滿足社會發展對系統定位精度和可靠性日益增長的需要，達不到定位精度，亦很難實現三維位置定位。雖然可將GPS直接安裝在移動終端或手機上實現較為精確的定位，但是存著一些難于解決的問題，定位精度與可靠性不能滿足社會發展的需要。

發展具有定位與跟蹤能力的民用無線電通信系統，如蜂窩式移動通信系統、無線局域網、個人網絡等引起了廣泛關注。以蜂窩式移動通信網絡為例，早在1996年美國聯邦通信委員會要求美國移動運營商必須能夠對911緊急報警(E911)的移動電話進行定位，定位精度要求誤差在百米以內的概率大于67％。其他的組織也在考慮相類似的規定。自美國聯邦通信委員會發布E911規范以來，基于無線網絡的定位技術研究一直處于活躍狀態，各種定位技術與算法相繼被提出，每種定位技術與算法都有它的優點，同時也存在一定缺陷。由于一般的定位方法都會受到各種干擾和測量誤差影響，定位精度不高，可靠性較差，已經成無線定位技術發展與應用的瓶頸問題。因此，研究提高定位精度與可靠性的定位算法來完善無線定位技術是一個非常實用又具有挑戰性的問題，是無線定位技術得以廣泛應用的關鍵，定位算法的應用還可以拓展無線通信網絡的業務范圍。

無線通信網絡能夠借助定位技術進行動態資源分配，這是提供大帶寬高質量服務的網絡優化方案的基礎。因此，定位系統的研究和開發具有巨大的市場前景，這也為定位研究的開展和深入提供了可靠的社會動力和支持，對移動運營商而言，定位技術能夠為他們提供許多增值服務：隨身保姆功能、緊急救援、車輛導航和智能交通系統(ITS)、安全管理、諸如與位置相關的信息瀏覽、智能交通控制與車隊管理、個人定位服務等。

目前常用的定位算法如下：全球定位系統(GPS)是一種比較成熟的定位技術，定位精度較高，但受環境影響較大，信號被城市建筑遮擋嚴重，導致定位精度、可靠性下降和定位時間延長。導航定位系統專業化強，不適合通信定位廣泛應用；UWB定位也是比較成熟的定位技術，它可以實現小范圍內的高精度定位，但主要適合室內環境；經典的定位方法是基于到達時間(TOA)、波達角度(DOA)、接收信號強度(RSS)的求解幾何方程的定位方法，需要運用分布式天線進行協同定位，需要信息融合，實現起來較為復雜，基于多維標度(MDS)的定位方法利用距離測量的平方量構建多維相似矩陣，但需要已知若干用戶之間的距離。

我們提出一種簡單有效的定位算法，該方法可以分為三個部分實施。首先，通過對目標用戶檢測概率的測量，得到目標用戶與接收機的距離；其次，利用多重信號分類方法(MUSIC)對目標用戶的波達角度(DOA)進行估計，得到目標用戶與接收機之間的夾角；最后，結合前兩部分的結果通過簡單換算就能得到目標用戶的位置。該方法的優勢在于只需要一個接收機便可以進行定位，運算簡單，易于實現。

發明內容