[發明專利]基于天線陣列的二維平面定位方法

有效

• 申請號: 202110308467.2
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113030855B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 賴正喜;康海強;舒德軍
• 申請（專利權）人: 深圳市邁諾電子有限公司
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01C15/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊;王品華

本發明公開了一種基于天線陣列的二維平面定位方法，主要解決現有天線陣列定位過程中因陣列不正交現象，影響定位準確性的問題。其技術方案是：首先將天線陣列產品至于產線的測試專用平臺，使用全站儀建立標準坐標系和天線陣列載體真實坐標系；然后將被測終端置于平臺的某個象限內，使用無線電測距和測角技術獲取被測終端與天線陣列的測量距離、測量角；再使用坐標系旋轉理論或橢圓擬合理論獲取標準坐標系和天線陣列載體真實坐標系之間產生的不正交角；最后在定位算法解算中使用不正交角對終端位置信息進行校準，完成目標定位。本發明有效解決了使用天線陣列在二維平面定位時陣列存在的不正交問題，提高了定位精度，且容易實現，具有廣泛適用性。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，進一步涉及定位技術，具體為一種基于天線陣列的二維平面定位方法，可用于室內定位基站。

背景技術

近年來，隨著對室內定位的深入研究，定位技術逐步發展后出現了一系列的室內定位手段。例如，飛行時間TOF(time?of?flight)、時間差TDOA(time?different?ofarrival)、相位差PDOA(phase?different?of?arrival)。由于時間差TDOA需要建立多個基站，且需要較大的物理距離部署，從而使得在某些應用場景中不適用；PDOA方案，可實現在一個基站上使用天線陣列，例如使用藍牙天線陣列、ZigBee天線陣列、UWB超寬帶天線陣列等對移動目標進行定位，且天線陣列之間的各個天線物理距離小于半波長即可，應用較為廣泛。天線陣列在絕大多數室內定位方案中必不可少，目前室內定位技術中使用的天線陣列，均假定其是在理想條件下生產出來的完美天線陣列，即認為定位時使用的天線陣列是絕對互相垂直的，基于這種情況去獲取最終定位結果。然而再精湛的生產工藝也不能保證數學上的完全垂直，天線陣列作為一種硬件產品，在其生產過程中一定會存在生產工藝帶來的物理上x、y坐標軸的非完全垂直，即不正交，這個角定義為不正交角。因不正交的問題造成二維平面定位時精度下降。

清華大學提出了一種基于天線陣列的定位方法及系統，申請號為201810311606.5，通過將TOA算法和TDOA進行融合作為融合算法對目標物體先進行測距，再根據測距結果對目標物體進行定位，雖然使用該融合算法獲取到的距離集合的精確度有所提高，但根據該方案定位的移動目標坐標位置，由于沒有考慮到二維平面定位時坐標系不正交角帶來的誤差，定位結果的準確性有所降低。在天津大學提出的申請號為201710156453.7，名稱為一種基于AOA和PDOA的陣列天線室內定位算法中，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，同樣也是忽略了二維平面定位時的不正交角問題。這兩篇文獻使用了天線陣列對移動目標進行定位，但對于不正交問題的處理均未提及。

現有采用陣列天線獲取移動目標坐標位置的技術方案中，由于定位過程疊加了上述不正交角引入的誤差，沒有在二維平面定位時針對該不正交角進行有效處理，從而影響定位的準確性。

發明內容

本發明目的在于針對以上現有技術的不足，提供一種基于天線陣列的二維平面定位方法；解決由于現有天線陣列定位方案中存在不正交角，引入誤差導致定位不準的問題。本發明通過對天線陣列硬件模型的重構，采用數學計算實現不正交角的標定，在實際應用場景中對定位過程使用該不正交角進行補償，從而有效提高定位精度。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下：

(1)使用高精度激光全站儀在標定環境中建立一個標準二維坐標系xoy；

(2)將PCB板中三個射頻RF單元的天線頂端相位中分別置于坐標系的x軸、原點o以及y軸上；其中，第一射頻RF1單元位于x軸上，第二射頻RF2單元位于原點o，第三射頻RF3單元心位于y軸上；

(3)在標準二維坐標系xoy的基礎上再構建一個硬件真實二維坐標系xoy'，令第一射頻RF1單元依然位于x軸上、第二射頻RF2單元依然位于坐標原點o，第三射頻RF3單元位于y'軸；