[發(fā)明專利]一種適于復(fù)雜環(huán)境下的虛擬多站TDOA定位方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610840381.3
• 申請日: 2016-09-21
• 公開（公告）號: CN107843910B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王巍;王遠(yuǎn)建
• 申請（專利權(quán)）人: 上海創(chuàng)遠(yuǎn)儀器技術(shù)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(wù)所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發(fā)明涉及無線信號定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適于復(fù)雜環(huán)境下的虛擬多站TDOA定位方法與裝置，其特征在于，設(shè)置2～3個用于接收待定位發(fā)射裝置所發(fā)送數(shù)據(jù)用的接收機(jī)；并利用接收機(jī)在定位過程中不斷移動的特性，將接收機(jī)每次經(jīng)過的地理位置所采集的TDOA數(shù)據(jù)，當(dāng)作是一個在該地理位置上的虛擬的接收機(jī)所采集的TDOA數(shù)據(jù)，從而以2～3個接收機(jī)來虛擬多個接收機(jī)，形成多于實(shí)際接收機(jī)站位的多站定位獲取數(shù)據(jù)信息，并利用數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，判斷是否是合適的定位點(diǎn)；工作時接收機(jī)通過天線采集待定位發(fā)射裝置發(fā)送的信號后通過無線上傳方式發(fā)送至處理器進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對待定位發(fā)射裝置的定位。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，提高定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線信號定位技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種適于復(fù)雜環(huán)境下的虛擬多站TDOA定位方法與裝置。

背景技術(shù)

無線電定位技術(shù)最初是為了滿足航海、航空位置服務(wù)要求，而后隨著無線電技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是公用通信網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)的發(fā)展，與定位有關(guān)的需求越來越大，如GPS導(dǎo)航、生活服務(wù)、物流快遞等。由于無線技術(shù)占用了大量的頻譜資源，不同的信號發(fā)射臺相互之間有可能產(chǎn)生干擾，影響正常通信。部分“黑廣播”在沒有申報的情況下，以高功率發(fā)射廣告信息，干擾了正常電臺。部分不法分子采用“偽基站”等技術(shù)，向廣大人民群眾發(fā)送虛假短信，導(dǎo)致一些巨額財產(chǎn)損失。因此，需要對干擾、“黑廣播”和“偽基站”等無線信號開展定位工作，實(shí)現(xiàn)電波秩序的有效管理。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，需要對雷達(dá)、無人機(jī)、敵方軍用電臺等實(shí)施定位，同時在定位過程中不能暴露自身坐標(biāo)。

無線電信號定位通常分為有源和無源定位兩類。所謂有源指定位系統(tǒng)需要發(fā)射信號，通過比對發(fā)射和接收信號的相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。所謂無源指定位系統(tǒng)不發(fā)射任何無線電波，僅依據(jù)待定位目標(biāo)發(fā)射的無線信號實(shí)現(xiàn)定位的技術(shù)。可見無源定位技術(shù)具有非常重要的作用和意義。

現(xiàn)在影響定位精度的因素主要有如下幾種：

(1)地理環(huán)境因素

NLOS(Non Line of Sight，非視距)路徑和LOS(Line of Sight，視距)路徑相對應(yīng)。視距路徑，又稱為直接路徑，它指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在一條直線的傳播路徑。發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號可以通過多徑或單徑的方式到達(dá)接收機(jī)，但信號傳播中至少存在一條路徑，它具有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間光線傳播的最短時延。

在多種影響定位精度的因素中，NLOS傳播誤差是最為關(guān)鍵的要素之一。NLOS傳播誤差存在的原因是由于移動臺和接收端之間存在高大的障礙物，如圖1所示。接收端接收的移動臺信號無直射信號，而只有反射或散射信號。在基于到達(dá)時間的定位體制中，由于無直射信號，接收端估計的信號時延為直射信號的時延加反射或散射造成的附加時延。該附加時延對定位精度的影響非常大。在本文中，NLOS傳播誤差(或稱為NLOS誤差)指由附加時延導(dǎo)致的附加距離，即將時延轉(zhuǎn)換成距離。NLOS傳播誤差的大小通常分布在[0,1300]m之間，如何降低或消除NLOS誤差對定位精度的影響是無線定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

例如，基于TDOA的定位技術(shù)首先是將移動臺到接收端的時延對應(yīng)成二者之間的距離差，然后以接收端的坐標(biāo)為焦點(diǎn)的雙曲線，各雙曲線的交點(diǎn)即為目標(biāo)的位置。但在NLOS環(huán)境下，各雙曲線可能并不交于一點(diǎn)。如圖2所示，接收端1、2、3和4由于與目標(biāo)之間存在NLOS誤差，雙曲線并不經(jīng)過目標(biāo)的位置，同時交匯出了3個位置。

(2)多徑因素

多徑干擾是普遍存在的。多徑會導(dǎo)致時延擴(kuò)展、頻率擴(kuò)展和角度擴(kuò)展。這對某些參數(shù)，如TDOA、AOA等的估計精度影響很大。對于時差估計而言，多徑會降低時差估計精度。如圖3所示，當(dāng)存在多徑時，特別是多徑時延差小于信號帶寬倒數(shù)時，一般的時差估計算法很難將其分辨出來從而導(dǎo)致時差估計精度降低，進(jìn)一步導(dǎo)致定位精度降低。

(3)其影響因素，如信噪比、帶寬、幾何精度因子等