[發明專利]一種基于單基站的定位系統及方法

有效

• 申請號: 201811489672.8
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109597027B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 沈淵;王天宇;戈鋒
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;H04W4/029
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明實施例提供一種基于單基站的定位系統及方法，該系統包括基站和標簽，基站包括定位模塊和陣列天線，定位模塊和陣列天線連接，其中：標簽用于收發無線信號，實現與基站的信息交互；陣列天線用于根據測距測相算法獲取標簽到陣列天線的測量距離和信號相位，其中陣列天線的數量大于等于三，陣列天線的位置不共線，相鄰陣列天線之間的間距為預設值；定位模塊用于基于給定誤差準則，根據信號相位獲取標簽相對于基站的角度信息，并根據角度信息和測量距離獲取標簽相對于基站的位置。本發明實施例提供的基于單基站的定位系統及方法，只使用單個基站，配合多天線即可實現定位，降低了系統的規模和系統成本，提高了定位精度、定位速率和系統穩定性。

技術領域

本發明涉及定位技術領域，尤其涉及一種基于單基站的定位系統及方法。

背景技術

隨著萬物互聯時代的到來，基于位置感知的應用愈來愈受到人們的關注，高精度的位置信息給人們帶來越來越多的便利。全球定位系統(GPS)在室外環境下具有覆蓋范圍廣的特點，但定位精度一般在米及以上，無法滿足高精度定位的需求，同時衛星信號易受到樓宇、樹木等遮擋物及城市多徑環境的影響，導致定位精度急劇下降甚至無法定位。

目前定位技術發展迅速，實際中定位系統仍有著較為廣闊的發展空間。例如，一般定位系統具有系統復雜度高、部署成本高、魯棒性弱等缺點。現階段的定位系統多利用基于到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)的定位方法，這些方法要求基站數量為3個以上，并且對于拓撲的形狀和位置的設定有較高的要求，當基站距離接近時無法滿足高精度定位的全覆蓋，同時，基于TDOA的定位方法對于基站時鐘同步要求較高，這些都導致了定位成本的上升和定位精度的下降。基于信號到達相位差的技術可以獲得穩定的角度信息，這使得傳統的定位方式被打破。但目前基于相位差分求解信號到達角度仍存在許多不足，如嚴格要求天線間距小于信號半波長、天線位置要求相對整齊、測角不能實現三維全覆蓋、定位精度低、硬件系統復雜度高等。

發明內容

本發明實施例為克服上述技術缺陷，提供一種基于單基站的定位系統及方法。

第一方面，本發明實施例提供一種基于單基站的定位系統，包括基站和標簽，所述基站包括定位模塊和陣列天線，所述定位模塊和所述陣列天線連接，其中：

所述標簽用于收發無線信號，實現與所述基站的信息交互；

所述陣列天線用于根據測距測相算法獲取所述標簽到所述陣列天線的測量距離和信號相位，其中所述陣列天線的數量大于等于三，所述陣列天線的位置不共線，相鄰陣列天線之間的間距為預設值；

所述定位模塊用于基于給定誤差準則，根據所述信號相位獲取所述標簽相對于所述基站的角度信息，并根據所述角度信息和所述測量距離獲取所述標簽相對于所述基站的位置。

第二方面，本發明實施例提供一種基于單基站的定位系統的方法，包括：

根據測距測相算法獲取標簽到陣列天線的測量距離和信號相位；

基于給定誤差準則，根據所述信號相位獲取所述標簽相對于基站的角度信息；

根據所述角度信息和所述測量距離獲取所述標簽相對于所述基站的位置。

本發明實施例提供的基于單基站的定位系統及方法，只使用單個基站，配合多天線即可實現定位，極大地降低了系統的規模和系統成本，解決了現有技術中定位精度低、系統復雜度高的缺陷，提高了定位精度、定位速率和系統穩定性。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的一種基于單基站的定位系統的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的標簽和基站收發信號的時域示意圖；

圖3為本發明實施例提供的基于單基站定位方法的位置解算示意圖；

圖4為本發明又一實施例提供的基于單基站定位方法的位置解算示意圖；