CN100499920C - Cdma移动目标的手持式探测设备及探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种CDMA移动目标的探测设备及探测方法，涉及无线通信技术领域。本发明的技术方案为：测向天线捕获CDMA移动目标服务基站的前向公共信道信号；通信模块根据前向公共信道的消息体内容构造目标参考信号；哑呼模块对待定位目标终端进行哑呼；测向天线捕获反向接入信号；通信模块根据构造的参考信号对接入信号进行译码，获取反向接入信道消息体中的移动用户识别号；控制处理单元确定待测移动目标的身份，进行定位参数的估计；位置计算模块对目标的位置进行解算，进而完成对待测移动目标进行的相对定位跟踪。本发明灵活方便，实时性强，有效性高，组网方便，可适用于山区和建筑物密集地方的定位。

Description

CDMA移动目标的手持式探测设备及探测方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无线探测及定位系统。

背景技术

目前CDMA无线蜂窝通信系统中的定位技术主要有两种体制。一种是基于移动台的定位技术也称为基于下行链路的定位技术；一种是基于移动网络的定位技术也称为基于上行链路的定位技术。基于移动台的定位技术要求移动台参与定位参数的测量以及测量值的求解计算，因此需要对现有移动台的软硬件进行修改和升级。基于蜂窝网络的或移动台的定位技术对网络有较大的改动，导致成本增加。同时这两种体制依赖于蜂窝网络或手机终端，缺乏灵活性。特别是当手机终端关闭定位功能，或不发送定位请求时，不能获取定位参数，延误对目标的探测，实时性不够。

与本发明最接近的现有技术，中国专利CN1710987A公开了一种独立于蜂窝网络系统和手机的车载多基站定位系统。车载定位系统使用车载定位基站，对蜂窝网移动终端进行搜索、定位和跟踪。在实际使用中，由于需要布置定位基站，使得定位基站布置时间过长降低其实用效果；特别是使用TDOA定位方法需要布置定位基站过多，需要投入较大的资金，同时还要投入大量的人力和物力；定位精度受到定位基站的几何布局，定位基站地理位置，定位基站间的非水平面等因素的影响，使得定位精度较低。而且受环境影响大，灵活性受到限制，在山区和建筑物密集的地方或者车辆无法通行的地方无法布置基站。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明设计了一种基于CDMA移动目标的手持式探测设备，提供了一种相对独立于蜂窝网络和手机本身，不需要对现有系统进行改动，具有高度的灵活性，能够实现对移动目标的探测以及相对定位的方法。

该方法具体包括以下步骤，探测设备测向天线捕获CDMA移动目标服务基站的前向公共信道(导频信道，同步信道，寻呼信道)的信号；通信模块对前向公共信道译码，获取同步信道，寻呼信道的消息体结构，构造长码掩码，通过长码掩码作用于通信模块中的长码发生器生成长码(即目标参考信号)；哑呼模块对待定位目标终端进行哑呼；测向天线捕获反向接入信号，通信模块通过目标参考信号对反向接入信号进行译码，获取反向接入信道消息体中的移动用户识别号MSID，查找控制处理单元存储的MSID和手机号码的对应表，确定移动目标的身份；如果不是待定位终端目标，再次哑呼，直到监测到待定位终端，控制处理单元完成定位参数的估计，由位置计算模块进行位置解算，完成对移动目标进行相对定位跟踪，确定位置区域。

可根据接收的信号强度多次调整测向天线方向，以及根据接收信号的到达时间延迟调整手持探测设备与目标的距离，确定待测目标的最佳位置，提高目标位置的探测精度。还可利用多个手持设备联合组网，通过控制中心指挥调度手持设备，改变手持设备的位置和调整测向天线，使其逼近目标，进一步缩小目标的位置区域，通过多次逼近，最终获取更加精确的定位结果。

本发明设计了一种基于CDMA移动目标的手持式探测设备，包括：测向天线，通信模块，哑呼模块，控制处理单元，位置计算模块以及键盘显示。测向天线主要完成信号的收发，同时通过测量接收信号的强度，进行测向天线的方位调整，确定移动目标的方向；通信模块完成对前向信道的信号进行处理，构造目标参考信号；同时也完成对反向接入信号的译码，检测目标信号。哑呼模块对目标用户进行哑呼，在保证目标用户不振铃，毫无觉察的情况下，已经发送响应信息；控制处理单元一方面判断检测的信号是否是目标信号，它根据判断结果对哑呼模块发出是否再次进行哑呼的指令，另一方面在确定目标信号后，完成目标信号的定位参数的估计；位置计算模块主要对进行获取的定位参数进行计算处理，估计用户目标的区域。键盘显示用来拨号，显示位置信息等。

采用本发明的探测设备对CDMA移动目标进行位置探测，与现有定位技术相比，具有以下有益的效果：

◆全捕捉

只要开机，即可对目标进行探测，实时性高；

◆适应性强

适应城市、郊区、乡村等各种地形地貌环境；

◆安全保密

使用哑呼功能，手机使用者无法察觉；同时可以隐藏在室内等隐蔽环境，具有较高的保密性。

◆系统灵活机动

系统基于手持式，方便携带，当确定目标的大致区域后，可采用多个手持设备进行对目标的逐步逼近实现对目标的捕获。

◆组网方便

该发明所设计的手持探测设备可和CDMA车载探测设备结合进行组网，由车载探测设备完成对目标的区域探测，然后由手持设备完成逐步捕获和逼近。

附图说明

图1为本手持探测设备的原理结构框图

图2为本手持探测设备对移动目标捕获流程图

图3为本手持探测设备进行目标信号定位流程图

图4为三个手持探测设备联合组网定位图

具体实施方式

以下针对附图和具体实施例对本发明的具体实施作进一步的描述。

进行CDMA移动终端目标探测主要是依靠反向信号，根据物理信道特性的不同，对反向信号的探测可以分为连续探测和非连续探测两种方式。连续探测主要是对移动终端发射的连续信号如业务信号进行探测，为了捕获到该信号，需要确定相应的业务信道号，该业务信道号是在进行业务链接时进行分配的，而对于独立于基站蜂窝网络的探测设备来说，进行业务信道号的获取很难；或者使用扩频码和扰码进行捕获，但是业务信道的扩频码和扰码对于不同的用户是不同的，不容易获取。非连续探测主要是对移动终端发射的非连续信号如接入信号进行探测。对于非连续信道，其发送的扩频码和扰码在一个扇区内是相同的。因此，一般情况下，利用反向接入信道的短时接入信号进行目标信号的捕获。具体地对CDMA移动通信目标的探测主要包括以下几个方面：

1)CDMA移动通信目标接入信号特征；

2)CDMA移动通信目标参考信号的构造；

3)CDMA移动通信目标信号捕获；

4)移动目标的相对定位跟踪。

(一)CDMA接入信号特征

CDMA的反向接入信道是经过编码、交织、扩频，加扰和调制的信道，移动终端使用反向接入信道发送非业务信息，接入信道传送的信息主要包括：

■登记信息：移动台通知基站它所处的位置、转台以及其他登记所需的参数；

■始呼信息：允许移动台发起呼叫(发送拨号数字)；

■寻呼响应信息：对寻呼发出响应；

■鉴权查询响应信息：用于验证移动台合法身份；

接入信号的特征是根据目标的发射信号消息体中所包含的身份信息来确定。因此在进行非连续信号的捕获时，只要在探测设备中构造具有扩频码特性和扰码的参考信号即可。对于接入信道而言，其发送的扩频码和扰码在一个扇区内是相同的，当扇区确定后，该参考信号是唯一的。由于接入信道所用的扩频码Walsh码的阶数和序号都是固定的，比较容易构造，因此关键是构造参考信号长码。构造好参考信号，就能够对捕获的接入信号进行译码，获取验证移动台身份信息的MSID-移动用户识别号，确定移动目标身份。

(二)CDMA移动通信目标参考信号的构造

长码是长码掩码作用于长码发生器产生的。反向接入信道的长码掩码只

有公用掩码一种。其定义如表1：

表1反向接入信道长码掩码格式

 

位数值	41～33	32～28	27～25	24～9	8～0
						掩码值	110001111	ACN	PCN	BASE_ID	PILOT_PN

其中：ACN：接入信道号。ACN的获取是探测设备根据移动目标的MSID的后三位，可以通过哈希算法算出，PCN：寻呼信道号，BASE_ID：基站识别号，PILOT_PN：前向信道的PN码偏置，PCN，BASE_ID，PILOT_PN的获取可以通过捕获前向公共信道(导频信道，同步信道，寻呼信道)，从它们的消息体内容中获得。

手持探测设备开机捕获导频信道，可能捕获到多个导频信道，解调导频信息，确定对应扇区的PN短码相位信息。接着手持探测设备进行同步信道的捕获，基站发射同步信号用于传送同步信息，在服务区内，各移动台可利用这种信息进行同步捕获，获得初始的时间同步。由于同步信道上使用的导频PN序列偏置与同一前向信道的导频信道上使用的相同，一旦手持设备通过捕获导频信道获得同步时，同步信道也就同步上了，这时就可以对同步信道进行解调。可以获得长码初始状态、PN偏置、系统定时信息和其他一些基本的系统配置参数。当探测设备解调同步信道之后，便可以进一步借助于同步信道的信息进行长码的同步，进行寻呼信道的系统参数消息捕获，获取基站的地理位置(BASE-LAT、BASE-LONG)，寻呼信道号PCN，基站的识别号BASE-ID。

确定了BASE-ID，PN偏置，ACN，PCN这些系统参数之后，接入信道的长码掩码就确定了，通过长码掩码作用于长码发生器生成长码即目标参考信号。

(三)CDMA移动通信目标信号捕获，身份确定。

为了获取用户的身份信息，手持式探测设备的哑呼模块对移动目标进行哑呼(目标终端不振铃，但通过反向接入信道发送寻呼响应信息)，同时由测向天线接收响应信息的接入信号，利用生成的目标参考信号对所接收的接入信号进行译码，获取用户的身份信息移动用户识别码MSID，查找手持式探测设备处理单元存储器中的MSID和手机号码对应表，确定是否为待测目标。如果本次哑呼所获得的信息不是待测目标的身份信息，则哑呼模块再次进行呼叫，直到获得待测目标的身份信息。

(四)移动目标的相对定位跟踪

确定了目标信号以后，就可以通过获取目标信号的定位参数对目标进行位置估计。

●当手持设备捕获到探测目标的反向信号，之前已经捕获到同步信道，获得了初始的同步，同时移动目标也与基站获得了初始同步，故可以认为手持设备对接入信道是同步的，控制处理单元确定接入信号的到达时间延迟，根据时间延迟估计与目标的相对距离，手持设备不断地去接近目标。

●同时本手持设备装置有测向天线，多次对目标进行哑呼，不断调整测向天线位置测量到达的目标信号的多个强度，通过信号强度差分和到达角度的查询表来估计目标的方向。

●通过手持设备不断地接近目标并调整测向天线，估计移动目标的距离和目标的方向，确定待定位目标最佳的位置区域。

●当移动目标位置变化足够慢或静止时，为获取目标移动终端的更精确的定位值，在上述获得目标的最佳范围后，进一步利用多个手持设备联合组网，通过控制中心指挥调度手持设备，改变手持设备的位置和调整测向天线，使其逼近目标，进一步缩小目标的位置区域，通过多次逼近，最终获取更加精确的定位结果。

如图1所示为本探测设备的原理结构框图。

手持式探测设备主要由测向天线，通信模块，哑呼模块，控制处理单元，位置计算模块以及键盘显示几部分构成。其中测向天线主要完成信号的收发，包括接收前向信号和反向接入信号，发送哑呼目标的信号，同时通过测量接收信号的强度，进行测向天线的方位调整，确定移动目标的方向；通信模块完成对前向信道的上行信号进行处理，构造目标参考信号，同时也完成对接入信号的译码，检测目标信号；哑呼模块对目标用户进行哑呼，在保证目标用户不振铃，毫无觉察的情况下，向目标用户发送响应信息；控制处理单元，其中设置有存储手机号码和移动识别号MSID对应关系列表的数据库，利用通信模块生成的目标参考信号对所接收的接入信号进行译码，获取用户的身份信息移动用户识别码MSID，查找存储器数据库中的MSID和手机号码对应表，判断检测的信号是否是目标信号，确定探测目标是否为待测目标，并对目标进行参数估计。另一方面它根据判断结果对哑呼模块发出是否进行再次进行哑呼的指令；位置信息计算模块根据获取的定位参数进行计算处理，估计用户目标的区域。键盘显示用来拨号，显示位置信息等。

如图2所示为本发明对移动目标进行捕获的流程图。

其中：BS(base station)：为移动终端(MS)提供服务的基站，

MS(mobile station)：移动终端，PE(palm equipment)：手持式设备。

①手持探测设备PE通过测向天线捕获导频信道，控制处理单元通过对捕获的导频信道的解调，获得基站BS的PN短码的相位信息；②PE中测向天线捕获同步信道，通信模块对同步信道进行解调，获得PN偏置、长码状态、系统定时和其他一些基本的系统配置参数，同时也完成了接入同步；③测向天线进一步捕获寻呼信道，获取基站识别号BASE-ID，寻呼信道号等参数；④PE中哑呼模块对待定位终端MS进行哑呼；⑤目标终端发起响应信息，PE测向天线捕获反向接入信道，控制处理单元通过通信模块构造的参考信号对接收到的信号进行检测，判断是否是需检测的目标信号；⑥如果所捕获的不是待定位目标的信号，重复④，⑤步骤，直到捕获待定位目标信号；⑦捕获反向接入信号，估计到达的目标信号时间延迟和信号强度定位参数，位置信息计算模块通过定位计算确定目标所在的范围。

如图3所示为本发明手持探测设备进行目标信号定位的流程图。

探测设备通过测向天线接收移动目标服务基站发来的前向信号，首先通信模块进行射频(RF)信号处理，再进行中频(IF)处理，然后通过A/D变换，数字下变频(DDC)。再进行基带处理(BB)：对捕获扇区的导频信号信息进行译码，确定目标所在扇区的PN偏置；利用该PN偏置进行同步信道的捕获，同时进行同步信道消息的解码，获取PILOT-PN—导频PN序列偏移、LC-STATE—长码状态、SYS-TIME—系统时间等系统参数；借助于同步信道的信息构造寻呼信道的长码和短码，进行寻呼信道的系统参数消息捕获，获取基站的地理位置(BASE-LAT、BASE-LONG)和基站的识别号(BASE-ID)；利用获取的PN偏置，BASE-ID，ACN，PCN构造接入信道的长码掩码，作用于通信模块中的长码发生器，根据长码的生成多项式生成长码，该长码即为所构造的用于接入信道目标信号捕获的参考信息。

同时探测设备的哑呼模块对探测目标进行哑呼，通过测向天线接收反向接入信号，通过通信模块对反向接入信号进行RF处理，IF处理，A/D变换，DDC处理，根据构造的参考信号进行BB处理后，获取反向接入信道消息体中的移动用户识别号MSID，由控制处理单元查找存储的MSID和手机号码的对应表确认是否是所需检测的对象，否则，控制处理单元指示哑呼模块再次哑呼，重新进行目标信号的检测，直到确定所要探测的移动用户。哑呼模块重复对探测目标再次进行哑呼，由控制处理单元完成定位参数如信号强度、信号到达时间延迟等定位参数的估计。

探测设备根据信号到达时间延迟与目标的相对距离不断的接近目标，根据获取的接收信号到达强度调整测向天线方向，根据信号强度和时间延迟确定待测目标的最佳位置范围，可通过多次调整测向天线方向，提高目标位置的探测精度。

手持式探测设备首先捕获同步信道，获得了初始同步，同时移动目标也与基站获得了初始同步，此时手持设备对接入信道是同步的，当手持探测设备捕获到探测目标的反向信号，由控制处理单元，确定接入信道的时间延迟，根据时间延迟估计与目标的相对距离，手持设备不断地去接近目标；同时通过哑呼模块，多次对目标进行哑呼，不断调整测向天线位置，测量到达探测设备的目标信号强度；通过查询控制处理单元存储的信号强度差分和到达角度的查询表，估计目标的方向；通过不断接近待测目标和调整测向天线的方向，确定目标最佳的位置区域。

可通过多个手持探测设备联合组网，对移动目标进行更精确的定位，图4所示为采用三个手持探测设备联合定位组网示意图。其中，PE1，PE2，PE3分别为手持式探测设备1，手持式探测设备2，手持式探测设备3。

利用多个手持探测设备联合组网，通过控制中心指挥调度手持探测设备，改变手持设备的位置和调整测向天线，使其逼近目标，进一步缩小目标的位置区域，通过多次逼近，最终获取更加精确的定位结果。例如，采用三个手持探测设备进行联合，三个手持探测设备估计区域的交集就是目标的位置区域。首先，固定其中两个探测设备位置，通过第三个探测设备再次测量到达时间延迟和信号强度，控制中心指挥调度不断改变第三个手持设备的位置和测向天线，使其逼近目标，通过多次调整和逼近，逐步缩小目标的位置范围，最终获取目标精确的定位结果。

Claims (5)

1.一种CDMA移动目标手持式探测设备，该设备包括：测向天线，通信模块，哑呼模块，控制处理单元，位置计算模块，其特征在于，测向天线捕获服务基站的前向公共信道信号，接收目标终端发回的响应信息，捕获反向接入信号，并测量接收信号的强度；哑呼模块对待定位目标终端进行哑呼；通信模块对前向公共信道信号中同步信道和寻呼信道的消息体进行译码，获得导频序列偏移、寻呼信道号、基站识别号，根据移动目标的移动用户识别码获取接入信道号，由此确定接入信道的长码掩码，长码掩码作用于长码发生器生成目标参考信号，通过目标参考信号对反向接入信号进行译码，确定移动目标的身份；控制处理单元判断检测的信号是否是待测目标信号，在确定目标信号后，完成定位参数的估计；位置计算模块根据定位参数计算待测目标终端位置。

2.一种利用手持探测设备对CDMA移动目标进行探测的方法，手持探测设备包括：测向天线，通信模块，哑呼模块，控制处理单元，位置计算模块，其特征在于，测向天线捕获服务基站的前向公共信道信号；通信模块对前向公共信道信号中同步信道和寻呼信道的消息体进行译码，获得导频序列偏移、寻呼信道号、基站识别号，根据移动目标的移动用户识别码获取接入信道号，由此确定接入信道的长码掩码，长码掩码作用于长码发生器生成目标参考信号；哑呼模块对待定位目标终端进行哑呼；测向天线捕获反向接入信号，通信模块通过目标参考信号对反向接入信号进行译码，获取移动用户识别号；控制处理单元根据用户识别号确定待测移动目标的身份，完成定位参数的估计；位置信息计算模块根据定位参数计算待测目标终端位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同步信道的消息体具体包括：导频PN序列偏移、长码状态、系统时间；寻呼信道的消息体具体包括：基站的地理位置、寻呼信道号、基站的识别号；长码掩码包括：PN偏置、基站识别号、接入信道号、寻呼信道号。

4.根据权利要求2-3其中之一所述的方法，其特征在于，测向天线捕获信号过程中，可多次调整测向天线方向，比较天线调整前后接收的信号强度和时间延迟不断逼近目标，确定待测目标的最佳位置。

5.根据权利要求2-3其中之一所述的方法，其特征在于，利用多个手持探测设备联合组网，通过控制中心指挥调度手持探测设备，获取待测目标的精确定位结果。

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