[發明專利]一種基于無線通信基站的三維定位方法

在審

• 申請號: 201710269149.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107205268A
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 覃團發;董鵬琳;胡永樂;沈湘平;陳俊江
• 申請（專利權）人: 廣西大學;潤建通信股份有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 靳浩

技術領域

本發明涉及通信領域，尤其涉及一種基于無線通信基站的三維定位方法。

背景技術

由于無線通信網絡與移動互聯網的大力發展，提供基于地理位置信息的服務(簡稱LBS)業已成為最有市場潛力的業務之一。目前，實現精確定位的手段有GPS定位、WiFi定位、無線通信基站定位等。GPS定位雖然精度高但是有2個缺陷：一是無法解決室內定位，二是費用比較昂貴；WiFi定位的覆蓋范圍有限，并且WiFi信號的工作頻段易受干擾。所以，使用基于運營商的無線通信基站進行定位就成為本發明的選擇，不但可以進行準確定位，而且可以規避上述問題。現代商用通信基站可以用于確定終端(用戶的手機)在三維空間中的位置坐標，也就是三維定位問題。但現有通信基站的定位方法也存在以下問題，基站計時與手機終端計時無法精確同步從而影響定位精度的問題；非視距傳播(NLOS)對定位精度帶來的影響；無線電信號在傳播過程中受噪聲干擾導致接收到的信號強度劇烈波動繼續影響定位的問題。

發明內容

針對上述技術問題，本發明設計開發了一種收斂速度快，對干擾和噪聲具有魯棒性的基于無線通信基站的三維定位方法。

本發明提供的技術方案為：

一種基于無線通信基站的三維定位方法，包括：

步驟一、假定手機終端到第一個基站與第個基站的距離差是di，1，采取卡爾曼平滑濾波算法對每組的所有測量值進行平滑濾波處理，然后取平穩階段的估計值的均值作為濾波優化后的di，1值；

步驟二、計算出終端的位置估計值：

假設一移動終端到第i個基站的距離是di，則：

假定移動終端到第一個基站與第i個基站的距離差是d_i，1，這兩個基站發出的信號到達移動終端的時間差為Δt_i，1，Δt_i，1＝|t_i-t₁|，則d_i，1＝c×Δt_i，1，c為電磁波在空間中的傳播速度；

繼而有：d_i，1＝d_i²-d₁²＝(x-x_i)²+(y-y_i)²+(z-z_i)²-(x-x₁)²-(y-y₁)²-(z-z₁)²；

令X_i，1＝x-x_i，Y_i，1＝y-y_i，Z_i，1＝z-z_i，則上式可簡化為：

其中K_i＝x_i²+y_i²+z_i²；

當基站數目N＝4時，根據d₁的值，則所述移動終端的位置估計值為：

優選的是，所述的基于無線通信基站的三維定位方法中，所述步驟一的具體過程為：

在定位期間，保持終端的位置不變，獲取在多次d_i，1的觀測值；在測量過程中真實值受到加性噪聲n(k)的干擾，假設任意兩個時刻的噪聲互相獨立，根據卡爾曼平滑濾波理論，建立系統狀態估計，設系統的狀態方程與參數方程分別為：

X(k)＝X(k-1)，

Z(k)＝X(k)+n(k)，

其中，X(k)表示k時刻d_i，1的真實值，Z(k)是k時刻d_i，1的觀測值，X(k)的最佳估計由卡爾曼濾波方程給出：

預測：

狀態估計：

濾波增益為：K(k)＝P(k,k-1)[P(k,k-1)+σ²]^-1，

預測的誤差協方差為：P(k,k-1)＝P(k-1)，

估計的誤差協方差為：P(k)＝[1-K(k)]P(k,k-1)，

給定初始值和P(0)，由k時刻的d_i，1觀測值計算出k時刻的值，起始狀態的估計為：從第3個d_i，1的觀測值開始計算。