[發明專利]一種UWB基站天線相位中心偏差建模與改正的研究方法

有效

• 申請號: 201810645306.0
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN109061559B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 李博峰;劉天霞;鐘穎
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

本發明涉及一種UWB基站天線相位中心偏差建模及改正的研究方法。天線相位中心偏差是由于接收天線的電氣中心和幾何中心不一致引起的，在高精度GNSS定位中，一般會考慮接收機天線相位中心誤差的影響，并已有較為成熟的誤差改正模型。但是在UWB定位解算中，天線相位中心偏差還沒有被考慮進去。而如今UWB定位已達到5?10厘米甚至更高的精度，天線相位中心偏差誤差已成為制約其定位精度的一個重要因素。因此，本發明參考GNSS天線相位中心校正方法，提出了一種高度角相關的UWB天線相位偏差改正模型，以及一套完整的UWB天線相位中心偏差建模及誤差改正方法。該方法在UWB定位解算中考慮了天線相位偏差的影響，并有效改正了該項誤差，使UWB定位的數學模型更加嚴密，定位結果更加準確，提高了UWB的定位精度。

技術領域

本發明涉及超寬帶(UWB：ultra-wide band)室內導航定位技術數據處理領域，尤其涉及一種用于UWB基站天線相位中心偏差校正方法。

背景技術

近年來，隨著高精度室外導航定位技術如全球衛星導航系統(GNSS)的發展，其在軍用與民用領域都得到了廣泛應用。同時，室內環境下的高精度導航定位技術也成為了各大研究機構與企業的研究熱點。與室外定位相比，室內環境的結構更為復雜，人員和障礙物更為密集，且沒有穩定而普適的傳感器體系。目前常用的室內定位技術包括超寬帶(Ultra-wide band),射頻識別(Radio-Frequency Identification，RFID)，紅外線(Infrared-Ray，IR)，超聲波(Ultrasound-Wave)，藍牙以及無線局域網(Wireless Local Area Networks,WLAN)等技術。

其中，UWB技術是二十世紀中期美國軍方開發的一種無線通信技術，21世紀初葉逐步開始轉向民用用途。UWB技術具有定位精度高(可達10cm以內)、傳輸速率高(可達1Gbit/s)、空間容量大、功耗低、隱蔽性好、抗干擾能力強等特點。能夠滿足一些高精度室內定位場景的需求，如工業測量、軍事訓練、人員監管、大型場館導航等領域。

UWB系統由定位基站和定位標簽組成，其原理是通過測量信號由標簽到基站間的傳播時間測定標簽位置。但是由于基站天線相位中心偏差的存在，其幾何中心和電氣中心并不一致，導致觀測值中存在偏差。經測試，該項誤差對傳播時間的影響可達2ns左右，對距離觀測值的影響達能夠到幾分米，在高精度UWB定位中其影響不可忽略。但是在現有的UWB定位算法研究中，并沒有考慮該項誤差的影響。

相比之下，GNSS導航定位中對天線相位中心誤差的研究已較為成熟。由于不同類型的天線其相位中心誤差不同，而同種天線對應不同頻率信號的相位中心誤差也不同，并且該類誤差還與入射信號的角度與強度有關，因此，一般情況下天線相位中心誤差很難通過差分的方式消除或減弱。而是事先對不同類型天線的相位中心偏差進行建模，再于定位過程中改正該項誤差。近年來，GNSS天線相位中心改正模型不斷精化，從相對模型發展到絕對模型，現已相當成熟。天線校正的精度可達0.2至0.4毫米。

發明內容

本發明的目的在于提供一種UWB基站天線相位中心偏差建模與改正方法，能夠處理UWB室內導航定位等應用中基站天線相位中心偏差的問題。

本發明參考GNSS天線相位中心誤差改正思想，結合UWB系統特點，提出了一種UWB天線相位中心誤差建模與改正方法。首先，參考GNSS相位中心改正模型，假設UWB天線相位中心偏差與基站高度角有關。設計實驗獲取不同高度角下各基站觀測值，研究確定UWB天線相位偏差的基本模型。再根據不同天線類型確定模型參數，在UWB定位解算過程中在觀測值上改正該項誤差。通過該方法對UWB天線相位中心偏差進行建模與改正，使UWB定位的數學模型更為嚴密，提高了UWB導航定位精度。

為了達到上述目的，本發明提供的方法技術方案為:

一種UWB基站天線相位中心偏差建模與改正方法，包括：

步驟L1：確定UWB基站天線相位中心偏差校正的基本模型；