[發明專利]一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法與裝置

有效

• 申請號: 201610840381.3
• 申請日: 2016-09-21
• 公開（公告）號: CN107843910B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王巍;王遠建
• 申請（專利權）人: 上海創遠儀器技術股份有限公司
• 主分類號: G01S19/46
• 分類號: G01S19/46
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

1.一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法，包括內嵌處理軟件的處理器，其特征在于，設置2～3個用于接收待定位發射裝置所發送數據用的接收機；并利用接收機在定位過程中不斷移動的特性，將接收機每次經過的地理位置所采集的TDOA數據，當作是一個在該地理位置上的虛擬的接收機所采集的TDOA數據，從而以2～3個接收機來虛擬多個接收機，形成多于實際接收機站位的多站定位獲取數據信息，并利用數據間的相關性，判斷是否是合適的定位點；工作時接收機通過天線采集待定位發射裝置發送的信號后通過無線上傳方式發送至處理器進行處理，實現對待定位發射裝置的定位；所述的天線至少包括GPS天線；所述的處理器的處理軟件包括進行如下處理步驟：

a、開始；b、接收待定位發射裝置以無線方式上傳的標記了GPS時戳的基帶數據；c、數據提取與格式化；d、低信噪比高分辨率時差估計；e、虛擬多站TDOA定位；

所述的數據提取與格式化為采用如下處理步驟：c1、接收所有接收機發送的數據；c2、從數據中按時間先后提取若干個UTC時標，并提取處在該UTC時標時每個接收機所處的經緯度，其中將每個UTC時標所處位置上的接收機看成是一個虛擬接收機；c3、對應每個接收機、每個UTC時標所獲取的基帶數據進行組包獲得數據包；

所述的低信噪比高分辨率時差估計采用如下處理步驟：d1、對數據包中每個UTC時標所對應的相應的接收機的基帶數據按大小進行分段，所述的分段至少分成2段；d2、以某個接收機為參考接收機，其余任一個接收機接收為比較接收機，比較接收機的基帶數據與參考接收機的基帶數據做平滑相關，計算平滑延遲函數J(D)：對每段內的數據按公式進行段內相干平滑；再對段間的數據按公式進行非相干平滑；d3、解卷積：計算平滑延遲函數的傅里葉變換，得到JF(w)；計算參考接收機的基帶數據的自相關，并取傅里葉變換，得到A(w)；用JF(w)在每個頻率w上除以A(w)得到解卷積數據F(w)；d4、基于數據F(w)應用多重信號分類算法MUSIC，估算多徑時差；其中，r(n)為比較接收機的基帶信號，其中，N為相干平滑長度；s_r(n-D)為參考接收機的信號，做參考信號；z為分段數目，Z＝K/N為非相干平滑長度；K為基準接收機的信號r(n)的長度；D為延遲；

所述的虛擬多站TDOA定位采用如下處理步驟：e1、采用低信噪比高分辨率時差估計模塊計算所有接收機在不同位置與不同時刻的時差，并分別對應在該UTC時標時各個接收機的經緯度形成虛擬站；e2、判斷UTC時標被記錄的數量是否達到預先設定的虛擬站數量，如果未達到則返回上一步；如果達到，啟動多站定位算法，對待定位發射裝置進行定位。

2.如權利要求1所述的一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的接收待定位發射裝置以無線方式上傳的標記GPS時戳的基帶數據時，所有接收機設置為相應的工作頻段，并設置為基帶數據采集模式，同時對GPS信息和1PPS進行驗證，判斷經緯度處于可采集狀態，并且所有接收機已經同步。

3.如權利要求1所述的一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的定位算法包括Chan定位、Talyor展開定位、定標節點定位算法。

4.如權利要求1所述的一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法，其特征在于，接收機每次采集數據都會依據GPS天線的秒脈沖1PPS打上時間戳，用以標記不同接收機之間的同步信息。

5.如權利要求1所述的一種適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的多站為至少3站。

6.一種如權利要求1～5任一項所述適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法的定位裝置，其特征在于：

包括2～3個接收機，每個接收機的一個信號端連接一組天線，每個接收機的另一信號端雙向分別各自連接一個LTE無線傳輸模塊的一個信號端，各LTE無線傳輸模塊的另一信號端分別與同一無線數據接入設備的一個信號端進行無線通訊，無線數據接入設備的另一信號端連接處理器；

所述的天線至少包括GPS天線。

7.如權利要求6所述的適于復雜環境下的虛擬多站TDOA定位方法的定位裝置，其特征在于，所述的天線包括起到授時和獲取經緯度作用的GPS天線、以及為提高天線接收增益而進行分段接收用的低頻段天線和高頻段天線所構成；所述的GPS天線發送的信號由接收機的中頻采集處理模塊處理，所述的低頻段天線和高頻段天線發送的信號分別由接收機的射頻處理模塊處理。