[發明專利]一種基于AOA和PDOA的陣列天線室內定位方法

有效

• 申請號: 201710156453.7
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106793087B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 馬永濤;裴曙陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01C21/20
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 程毓英

本發明涉及一種基于AOA和PDOA的陣列天線室內定位算法，包括：利用陣列天線來區分多徑信號；根據接收到的信號的能量大小來選取出兩條能量最強的信號路徑，并且從天線中獲取兩條信號路徑的相位信息；利用AOA估計方法來計算兩條信號的到達角度；利用PDOA估計方法來計算兩條信號的傳播距離；根據定位場景總障礙物的位置，能夠建立虛擬基站，將非視距NLOS路徑轉化為視距LOS路徑；利用加權最小二乘WLS算法計算待定位物體的位置坐標；利用殘差加權LS算法對得到更加準確的位置坐標。

技術領域

本發明屬于室內定位算法技術領域，特別針對多徑和非視距的室內定位環境。

背景技術

定位技術的研究和應用十分廣泛，滲透于軍事、商業、生活等各個方面，全球定位系統(GPS)提供了良好的全球定位服務，但是它在室內環境下無法使用。無源超高頻射頻識別(UHF RFID)室內定位技術受到越來越多的人的關注，因為無源標簽具有體積小、部署簡單、無需供電、價格低廉、讀取距離較遠、較快的讀寫速度等優勢，無源超高頻RFID定位技術已逐步被應用到情景感知領域，如物流管理、智能交通、機器人、自動化辦公等方面。

室內無線定位的方法包括基于到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達角度(AOA)、到達信號強度(RSS)和到達相位差(PDOA)等。然而，在帶寬很窄的UHF FRID系統中，TOA和TDOA的方法很難被實現；基于RSS的方法對多徑的信號衰落很敏感，所以基于單純的RSS方法的定位系統，定位精度不是很高；基于PDOA的方法也受到多徑的影響，使得測距結果不準確；同時，基于AOA的方法受到非視距(NLOS)和多徑的影響。

常見的減弱多徑和非視距對室內定位精度影響的方法分為統計學辦法和幾何學辦法。這兩類方法不論在前端的建模環節，還是在后端的定位算法環節都有著廣泛的應用。對于建模環節抑制誤差的方法，統計建模一般是針對非視距誤差進行建模，用某種統計特征來描述非視距誤差，或者是對造成多徑問題的散射體進行建模；而幾何建模，如射線跟蹤(Ray-tracing)，主要是利用無線信號傳播特性與光的傳播特性相近，分析信號在具體環境下傳播的路徑。對于定位算法環節抑制誤差的方法，統計學的方法是通過測量接收信號誤差分布來確定信號路徑是視距還是非視距；而幾何學的方法是通過幾何關系來確定信號路徑是視距還是非視距。

統計學方法最大的缺點是需要已知信號在某種環境下的統計特性，這就需要通過大量的實際測量來獲得這種統計特性。當環境改變時，統計特性會發生變化，需要重新大量的測量來修正參數。而幾何學的方法不需要大量的測量，只需已知室內布局圖即可。但是現有的方法都是利用直射路徑或一次散射路徑進行定位，對于多次散射問題，或者假設不存在，或者通過算法判斷來濾除。

發明內容

本發明提供一種可以很好地改善多徑和非視距對室內定位的影響、有效地提高定位精度的室內定位算法，技術方案如下：

一種基于AOA和PDOA的陣列天線室內定位算法，包括如下步驟：

1)利用陣列天線來區分多徑信號；

2)根據接收到的信號的能量大小來選取出兩條能量最強的信號路徑，并且從天線中獲取兩條信號路徑的相位信息；

3)利用AOA估計方法來計算兩條信號的到達角度；

4)利用PDOA估計方法來計算兩條信號的傳播距離；

5)根據定位場景總障礙物的位置，能夠建立虛擬基站，將非視距NLOS路徑轉化為視距LOS路徑；

6)根據步驟3)中得到的角度信息、步驟4)中得到的距離信息，聯合步驟5)中建立的虛擬基站，利用加權最小二乘WLS算法計算待定位物體的位置坐標(x′,y′):