CN101707805A - 移动终端多基站频移综合定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动终端多基站频移综合定位方法，该定位方法利用移动终端自身存在的多谱勒效应，将移动终端相对于多个基站产生的多谱勒效应进行综合得到移动终端的运动参数，并结合小区信息进一步得出移动终端的位置、运动速度和运动方向，实现移动终端的连续、动态定位，定位方法科学合理。

Description

移动终端多基站频移综合定位方法

技术领域

本发明涉及移动终端定位方法，具体涉及移动通信系统频率偏移与移动终端实时定位的移动终端多基站频移综合定位方法。

背景技术

众所周知，全球卫星定位系统GPS是通过GPS接收机接收三棵以上卫星定位信号组合计算出自身所在空间位置，这种定位方法需要专门的GPS接收机，也有利用蜂窝电话定位的，该方法是利用移动终端所在小区，通过网络上定位信息服务器跟踪记录位置来定位移动终端所在小区，而无法准确得知精确定置，定位精度低，还有将上述两种方法GPS和移动结合的辅助定位系统AGPS，将移动通信的小区定位服务与GPS组结起来，利用移动电话解决通信问题，但系统实现成本高。目前，3G移动通信系统要求移动终端能够根据频率偏移来实时定位，而现有的方法无法实现准确定位，如果要实现定位信息的共享还需要另外增加无线网络通信设备。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种移动终端多基站频移综合定位方法，该方法通过相邻几个基站产生的不同频偏综合计算得到移动终端的位置、速率和方向，实现移动终端的连续、动态定位。

本发明的技术解决方案是该定位方法包括以下步骤：

步骤1、移动终端相对于两基站频率偏移f_d1、f_d2和距离L₁、L₂的测量：在移动终端天线单元，通过对接收谐振电路的频率测量得到实际载频并计算它与标准载频f的差得到相对于两个基站的频率偏移分别为f_d1、f_d2，通过在码片接收过程中实时计算导码的到达差与载频(f+f_d)波长关系得到相对于两个基站的距离分别为L₁和L₂；

步骤2、确定移动终端的频偏与速度、方位角的关系如算式：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{d1}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_1\right)\\ f_{d2}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_2\right)\\ \cos ({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1)=\frac{L_1^2+L_2^2-S^2}{2L_1{L}_2}\end{array}\right.$

在步骤1中得到f_d1、f_d2、L₁和L₂又已知标准载频f和光速C，再由上式可以得到移动终端的速度v和方位角α₁、α₂；

步骤3、通过通信服务站的辅助信息得到移动终端定位信息：向中心通信服务站索取基站所在经纬度，再将相对于基站的本地坐标换算为全球坐标、速度和方位角，最终确定移动终端的位置和运动参数。

本发明的有益效果是：1、该定位方法利用移动终端自身存在的多谱勒效应，将移动终端相对于多个基站产生的多谱勒效应进行综合计算得到移动终端的运动参数，并结合小区信息进一步得出移动终端的位置、运动速度和运动方向，定位方法科学合理；2、较GPS定位方法无需GPS接收机，较蜂窝小区信息定位方法具有精确的位置、运动方向和速度定位能力.

附图说明

图1为移动终端与基站的相对位置、速度、方向与频率偏移关系解算图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术解决方案，不能理解为对技术方案的限制。

1、由多谱勒效应确定频率偏移与发射频率、运动速度以及运动方向的关系如算式

$f_d=\frac{f}{C}v\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)---\left(1\right)$

其中，α为终端移动方向和信号传播方向的角度，v是终端运动速度，C为电磁波传播速度，f为载波频率；

2、确定移动终端相对于某两个基站的频偏关系如算式

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{d1}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_1\right)\\ f_{d2}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_2\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，v为移动终端UE沿O2O1方向运动的速度，f_d1、f_d2为移动终端相对于基站Node B1和Node B2的频偏，实际；

3、确定移动终端相对于某些基站的相位差如算式

$\cos ({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1)=\frac{L_1^2+L_2^2-S^2}{2L_1{L}_2}---\left(3\right)$

其中，S为基站Node B1和Node B2之间的距离，L₁和L₂分别为移动终端与基站Node B1和Node B2的距离；

4、确定移动终端的频偏与速度、方位角的关系如算式

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{d1}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_1\right)\\ f_{d2}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_2\right)\\ \cos ({\mathrm{\α}}_2-a_1)=\frac{L_1^2+L_2^2-S^2}{2L_1{L}_2}\end{array}\right.---\left(4\right)$

上式中标准载频f及光速C为已知量，参数f_d1、f_d2、L₁和L₂是可以在移动终端相应单元增加测量算法得到，f_d1、f_d2是在天线单元，通过对接收谐振电路的频率测量得到实际载频并计算它与标准载频f的差得到，L₁和L₂则可以在通过在码片接收过程中实时计算导码的到达差与载频(f+f_d)波长关系得相对距离；在得到f_d1、f_d2、L₁和L₂又已知f、C后，通过(4)式可以解出移动终端UE的速度v和方位角α₁、α₂，计算过程如下，令

$\mathrm{\Δ}={\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1={\cos }^{-1}\left(\frac{L_1^2+L_2^2-S^2}{2L_1{L}_2}\right)$

(5)

联立(4)(5)可得

$\cos \left({\mathrm{\α}}_1\right)\cos \left({\mathrm{\α}}_2\right)=\frac{1}{2}(\cos ({\mathrm{\α}}_2+{\mathrm{\α}}_1)+\cos ({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1))={\left(\frac{C}{\mathrm{fv}}\right)}^2\·f_{d1}\·f_{d2}$

或

$\cos (2{\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\Δ})+\cos \left(\mathrm{\Δ}\right)=2{\left(\frac{C}{\mathrm{fv}}\right)}^2\·f_{d2}\·f_{d1}$

$=2{(\frac{C}{\mathrm{fv}}\·f_{d2})}^2\·\frac{f_{d1}}{f_{d2}}$

$=2{\cos }^2\left({\mathrm{\α}}_2\right)\·\frac{f_{d1}}{f_{d2}}$

$=(\cos \left(2{\mathrm{\α}}_2\right)+1)\·\frac{f_{d1}}{f_{d2}}$

则

$\cos (2{\mathrm{\α}}_2-\mathrm{\Δ})+\cos \left(\mathrm{\Δ}\right)=((\cos \left(2{\mathrm{\α}}_2\right)+1)\·\frac{f_{d1}}{f_{d2}}$

cos(2α₂)·f_d1-cos(2α₂-Δ)·f_d2＝f_d2·cos(Δ)-f_d1

(6)

由小到大选取α₂∈[0，180]中的不同的值，得上式中左右两端的值，当它们的差值达到误差要求时，α₂的值就是上式的数值解，将α₂代入(3)可得α₁，由(2)可得运动速度v，可见通过两个基站的频偏就可以得到移动终端的相对位置、速度v和方位角α₁、α₂；

5、通过移动终端将移动终端的相对位置、速度v和方位角α₁、α₂发往中心站，中心站根据基站的地理信息得出经纬度和速度，最终确定移动终端的位置和运动参数。

Claims (1)

1.移动终端多基站频移综合定位方法，其特征在于该定位方法包括以下步骤：

步骤1、移动终端相对于两基站频率偏移f_d1、f_d2和距离L₁、L₂的测量：在移动终端天线单元，通过对接收谐振电路的频率测量得到实际载频并计算它与标准载频f的差得到相对于两个基站的频率偏移分别为f_d1、f_d2，通过在码片接收过程中实时计算导码的到达差与载频(f+f_d)波长关系得到相对于两个基站的距离分别为L₁和L₂；

步骤2、确定移动终端的频偏与速度、方位角的关系如算式：

$\left\{\begin{array}{c}{f}_{d1}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_1\right)\\ f_{d2}=\frac{f}{C}v\·\cos \left({\mathrm{\α}}_2\right)\\ \cos ({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1)=\frac{L_1^2+L_2^2-S^2}{2L_1{L}_2}\end{array}\right.$

由步骤1得到f_d1、f_d2、L₁和L₂又已知f、C后，通过上式可以得到移动终端UE的速度v和方位角α₁、α₂；

步骤3、通过中心站服务系统得到移动终端定位信息：将前两个步骤求得的移动终端的相对与基站的距离L₁和L₂、速度v和方位角α₁、α₂发往中心站，中心站根据基站所在地理信息中的位置得出经纬度和速度，最终确定移动终端的位置和运动参数。

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