CN102137488B

CN102137488B - 定位方法及装置

Info

Publication number: CN102137488B
Application number: CN 201110039045
Authority: CN
Inventors: 邓中亮; 余彦培; 关维国; 袁协; 徐连明; 刘雯
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: CN102137488A

Abstract

本发明公开了一种定位方法及装置，属于定位技术领域。方法包括：步骤A：分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；步骤B：根据所述伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息；步骤C：在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回步骤B，至到达到预定修正次数。本发明通过根据查找所得的非视距值对定位得到的位置信息进行循环修正，使得用户设备的定位精度大大提高，且实现方法简单且高效。

Description

定位方法及装置

技术领域

本发明涉及定位技术领域，具体涉及一种定位方法及装置。

背景技术

随着社会经济的高速发展，人们的活动范围越来越大，“位置信息”就成为人们生活中越来越重要的信息，例如，当人们来到陌生环境时，需要位置信息为其提供导航；当发生紧急情况时，援助人员也需要被援助人员的位置信息以迅速赶到现场进行援助。

目前，CELL（小区）-ID定位技术在各移动网络中广泛使用，它的原理是通过获取目标用户设备所在的蜂窝小区ID来确定其所在的位置。若小区为全向小区，则用户设备的位置是以服务基站为中心，半径为小区覆盖半径的一个圆内；若小区分扇区，则可以进一步确定用户设备处于某个扇区覆盖的范围内。

由上可知，CELL-ID定位得到的位置在小区覆盖或扇区覆盖范围内，定位精度非常低。

第二代定位技术，如TOA（Time of Arrival，到达时间）、TDOA（TimeDifference of Arrival，无源时差）等，则是通过测量信号由基站到达用户设备的时间，从而获取用户设备到多个基站的距离，并据此解算出用户设备的位置。

但是，由于城市中信号存在严重的NLOS(Non Line of Sight,非视距）传播，导致TOA、TDOA定位误差较大，尤其在楼群密集的地区，NLOS更为严重，导致定位误差可能达到百米以上。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种定位方法及装置。所述技术方案如下：

一种定位方法，所述方法包括：

步骤A0：建立预设的区域及所述区域内非视距值的映射表；

步骤A：分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

步骤B：根据所述伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息；

步骤C：在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回步骤B，至到达到预定修正次数；

所述步骤A0包括如下步骤：

步骤1、按预设范围划分小区得到区域信息；

步骤2、在当前区域内的多个测量点，测量得到所述当前区域内的各个测量点的非视距值，根据所述各个测量点的非视距值估计得出当前区域内的非视距值，当前所述区域内的修正次数加1，所述修正次数的初始值为0；

步骤3、建立当前区域及所述当前区域内非视距值的映射表并存储；

步骤4、计算所述各个测量点的非视距值的标准差，并判断所述标准差是否大于预设门限值，

如果不大于，则操作结束；

如果大于，则按次级预设范围划分所述当前区域得到次级区域，返回步骤2。

一种定位装置，所述装置包括：映射表建立模块、第一计算模块、第二计算模块和查找修正模块；

所述映射表建立模块，用于建立预设的区域及所述区域内非视距值的映射表；

所述第一计算模块，用于分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

所述第二计算模块，用于根据所述伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息；

所述查找修正模块，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回到所述第二计算模块，至到达到预定修正次数；

所述映射表建立模块包括：

第一划分单元，用于按预设范围划分小区得到区域信息；

测量估算单元，用于在当前区域内的多个测量点，测量得到所述当前区域内的各个测量点的非视距值，根据所述各个测量点的非视距值估计得出当前区域内的非视距值，当前所述区域内的修正次数加1，所述修正次数的初始值为0；

映射表建立单元，用于建立当前区域及所述当前区域内非视距值的映射表并存储；

第二计算单元，用于计算所述各个测量点的非视距值的标准差；

第二判断单元，用于判断所述标准差是否大于预设门限值；

第三执行单元，用于在所述第二判断单元的判断结果为不大于时，结束操作；

第四执行单元，用于在所述第二判断单元的判断结果为大于时，按次级预设范围划分所述当前区域得到次级区域，返回所述测量估算单元。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过利用未加修正的伪距计算得到用户设备的位置信息，根据该位置信息查找所在区域内对应的非视距值，利用该非视距值对伪距进行修正，并根据修正后的伪距从新计算得到用户设备的位置信息，提高用户设备的定位精度，且实现方法简单。另外，还可以查找利用修正后伪距计算得到的位置信息所在区域内对应的非视距值，对修正后的伪距再次进行修正，并根据再次修正后的伪距再次计算得到用户设备更精确的位置信息，通过上述循环修正的方式可以根据定位需要得到满足多种定位精度的位置信息。

附图说明

图1是本发明实例1提供的一种定位方法的流程图；

图2是本发明实例1提供的一种定位方法的流程图；

图3本发明实例2提供的一种定位装置的框图；

图4本发明实例2提供的一种定位装置的框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

参见图1，一种定位方法，该定位方法的执行主体可以是用户设备也可以是基站等，本发明不做具体限定。包括：

步骤101：分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

步骤102：根据伪距及多个信号可达基站的位置信息计算得到用户设备的位置信息；

步骤103：在预设的区域及区域内非视距值的映射表中，查找得到位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据该非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回步骤102，至到达到预定修正次数；

下面，具体介绍上述定位方法，该定位方法的执行主体可以是用户设备也可以是基站等，本发明不做具体限定。参见图2，具体方法如下：

步骤201：按照预设范围将小区进行区域划分；

具体地，预设范围是自定义数值，可以根据一个小区内建筑物的分布规律进行选择等，例如将100m*100m范围内比较密集的建筑群划分为一个区域。

步骤202：在划分得到的当前区域内的多个测量点，测量得到当前区域内各个测量点的的非视距值，并根据各个测量点的非视距值估计得出当前区域内的非视距值；

下面，在划分得到的当前某一个区域内的多个测量点，统计测量当前区域内的非视距值为例来说明如何得到区域内的非视距值，而其他各区域均采用相同方法统计得到各自的非视距值；如下：

步骤202-1：在当前区域内的多个测量点，测量测量仪器到信号可达基站的信号传播时延t_i，从而得到信号传播距离R_i，其中，R_i=c*t_i，c为信号传播速度；

在具体实现时，步骤202-1也可由如下步骤替换：

步骤202-1，：在当前区域内的多个测量点，测量测量仪器的测量信号接收强度与信号传播衰减模型进行计算得到信号传播距离R_i，该信号传播衰减模型包括测量信号接收强度与传输距离的对应关系；

步骤202-2：利用差分GPS（DGPS，differential GPS-DGPS）定位得到测量仪器的位置；

这里，使用差分GPS可以达到更高精度的定位效果，因为，差分GPS本身具有误差修正功能，定位得到的位置是进行了误差修正后的位置。

当然，在具体实现时，也可以使用GPS等其他的定位方法得到测量仪器的位置。

步骤202-3：根据定位得到的测量仪器的位置与已知信号可达基站的位置计算得到测量仪器与信号可达基站间的真实距离r_i;

步骤202-4：根据公式Ri-ri计算得到测量点与信号可达基站间的非视距值；

步骤202-5：对多个测量点得到的非视距值进行估计，得出当前区域内的非视距值NLOS_i；

具体地，可以采用MMSE（minimum mean-square error，线性最小均方误差估计）、ML（Maximum Likelihood，极大似然估计）等方法对多个测量点得到的非视距值进行估计，得到各区域的非视距值NLOS_i；

步骤202-6：当前区域内的修正次数加1，该修正次数的初始值为0；

步骤203：建立当前区域与当前区域内非视距值和修正次数的映射表，并将该映射表保存起来；

步骤204：计算当前区域内各个测量点的非视距值的标准差；

步骤205：判断计算得到的标准差是否大于预设门限值，如果不大于，则操作结束；如果大于，执行步骤206；

需要说明的是，所述预设门限值为自定义的，例如15米（m），可以根据定位精度进行选择。

例如，计算区域₁中的各个测量点得到的非视距值的标准差，得到该标准差为50m，大于预设门限值，说明该区域内的各个测量点的非视距值之间误差较大，需要对该区域进一步进行划分。

步骤206：按次级预设范围划分所述当前区域得到次级区域，返回步骤202；

需要说明的是，次级预设范围是自定义数据，要小于预设范围，依据预设范围的大小进行选择，如预设范围为100m*100m的区域范围，次级预设范围可以是50m*50m的区域范围等。

步骤202至步骤206是循环执行的步骤，目的是对小区进行分级划分，形成多级划分区域。例如：将小区按照200m*200m的区域范围进行划分得到一级区域，这里假设计算得出的各一级区域内各个测量点的非视距值的标准差大于预设门限（例如15m），即该一级区域内各个测量点对应的非视距值之间误差较大；则对各一级区域按照50m*50m的区域范围进行划分得到二级区域，这里依然假设计算得出的各二级区域内各个测量点的非视距值的标准差大于预设门限（例如15m），即该二级区域内各个测量点对应的非视距值之间误差较大；则按照20m*20m的区域范围对各二级区域进行划分得到三级区域，这里假设计算得出的各一级区域内各个测量点的非视距值的标准差不再大于预设门限（例如15m），即该三级区域内各个测量点对应的非视距值之间误差是可以接受的，则区域划分到此结束，而经过该三次区域划分后，可以得出在该小区内需要进行三次修正。最后得到的映射表如下所示：

通过上述过程可以知道，在保证高精度的定位目的的情况下，不需要进行大量的数据统计，降低了数据库建立和维护的成本。

这里，划分得到的各分级区域及区域内对应的非视距值可以相同也可以不同，本发明对此不做限定，例如，上述划分得到的区域1内对应的非视距值、与区域1内的二级区域11对对应的非视距值及区域1内的三级区域111内的非视矩值可以相同也可以不同。

步骤207：计算用户设备到多个信号可达基站的伪距；

具体地，根据用户设备的测量信号传播时间及测量信号传播速度计算得到所述伪距；

或者，根据述用户设备的测量信号接收强度与信号传播衰减模型进行计算得到所述伪距，所述信号传播衰减模型包括测量信号接收强度与传输距离的对应关系。

步骤208：根据伪距及所述多个信号可达基站的位置信息建立用户设备位置信息的曲线方程，对所述曲线方程求解得出用户设备的位置信息；

其中，建立的曲线方程包括：

\{\begin{matrix} R_{1} = \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2}} \\ R_{2} = \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2}} \\ R_{3} = \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2}} \end{matrix}

或者：

\{\begin{matrix} R_{21} = R_{2} - R_{1} \\ = \sqrt{{(x_{2} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2}} - \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{2} - y)}^{2}} \\ R_{31} {= R}_{3} - R_{1} \\ = \sqrt{{(x_{3} - x)}^{2} + {(y_{3} - y)}^{2}} - \sqrt{{(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2}} \end{matrix}

其中，R_i（R₁、R₂和R₃）为用户设备与多个信号可达基站间的伪距，(x₁,y₁)为已知信号可达基站1的位置坐标，(x₂,y₂)为已知信号可达基站2的位置坐标，(x₃,y₃)为已知信号可达基站3的位置坐标，(x,y)为用户设备的位置坐标。

步骤209：在预设的区域及区域内非视距值的映射表中查找用户设备的位置信息所在区域内的非视距值和修正次数；

例如，查询得到的用户设备的位置信息所在区域1对应的非视值为NLOS₁；

步骤210：根据查询得到的非视距值对用户设备到多个基站的伪距进行修正，获得用户设备与基站之间新的伪距；

具体地，将伪距减去查找得到的非视距值计算得到新的伪距；

步骤211：根据步骤210计算得到的新的伪距及多个信号可达基站的位置信息建立用户设备位置信息的曲线方程，对所述曲线方程求解得出用户设备的位置信息，并将修正标识加1，该修正标识的初始值为0；

其中，建立的曲线方程与步骤208中的一样，此处就不再赘述。

步骤212：判断查找得到的修正次数是否与修正标识相同，

如果相同，则操作结束，步骤211中计算得到的用户设备的位置信息便是用户设备最终的定位结果；

如果不相同，则返回步骤209；

步骤209至步骤212是一个循环执行的过程，即对用户设备的位置信息进行循环校正，例如：首先采用步骤208所述方法得到用户设备的位置信息，在步骤209中查找映射表，发现位置信息将会落入一级区域，如区域1，查找得到区域1内的非视距值NLOS₁，根据步骤210所述的方法对步骤207中计算得到的伪距进行修正得到新的伪距，根据新的伪距采用步骤211所述的方式计算得到第一次修正结果；在步骤209中查找映射表，发现该第一次修正结果将会落入二级区域内，如区域11，查找得到区域11内的非视距值为NLOS₁₁，并根据步骤210所述的方法对NLOS₁₁进行修正后再次得到新的伪距，根据再次计算得到的伪距采用步骤211所述的方式计算得到第二次修正结果；在步骤209中查找映射表，发现第二次修正结果将会落入三级区域内，如区域111，查找得到该区域111内的非视距值为NLOS₁₁₁，并根据步骤210所述的方法对NLOS₁₁₁进行更进一步的修正再一次得到新的伪距，根据再次计算得到的伪距采用步骤211所述的方式计算得到第三次修正结果，该第三次修正结果便是用户设备的最后定位结果。

实施例2

参见图3，一种定位装置，该装置具体与方法实施例中的用户设备或基站相对应，本发明对此并不做具体的限定。包括：第一计算模块301、第二计算模块302和查找修正模块303；

第一计算模块301，用于分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

第二计算模块302，用于根据第一计算模块301中计算得到的伪距及多个信号可达基站的位置信息计算得到用户设备的位置信息；

查找修正模块303，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到第二计算模块302中计算得到的位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据该非视距值对伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回到第二计算模块302，至到达到预定修正次数。

下面，结合附图详细介绍上述定位装置，参见图4，该装置具体与方法实施例中的用户设备或基站相对应，本发明对此并不做具体限制。包括：映射表建立模块401、第一计算模块402、第二计算模块403和查找修正模块404，下面，详细介绍上述各功能模块：

其中，映射表建立模块401，用于建立预设的区域及所述区域内非视距值的映射表

具体地，映射表建立模块401包括：

第一划分单元4011，用于按预设范围划分小区得到区域信息；

测量估算单元4012，用于在当前区域内的多个测量点，测量得到所述当前区域内的各个测量点的非视距值，根据所述各个测量点的非视距值估计得出当前区域内的非视距值，当前所述区域内的修正次数加1，所述修正次数的初始值为0；

映射表建立单元4013，用于建立当前区域及所述当前区域内非视距值的映射表并存储；

第二计算单元4014，用于计算所述各个测量点的非视距值的标准差；

第二判断单元4015，用于判断所述标准差是否大于预设门限值；

第三执行单元4016，用于在所述第二判断单元的判断结果为不大于时，结束操作；

第四执行单元4017，用于在所述第二判断单元的判断结果为大于时，按次级预设范围划分所述当前区域得到次级区域，返回所述测量估算单元。

其中，第一计算模块402，用于分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

具体地，第一计算模块402包括：

第一计算单元4021，用于根据所述用户设备的测量信号传播时间及所述测量信号传播速度计算得到所述伪距；

或者，第二计算单元4022，用于根据所述用户设备的测量信号接收强度与信号强度衰减模型进行计算得到所述伪距，所述信号强度衰减模型包括测量信号接收强度与传输距离的对应关系。

其中，第二计算模块403，用于根据所述伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息；

具体地，第二计算模块403，用于根据伪距及多个信号可达基站的位置信息建立用户设备的位置信息的曲线方程，对曲线方程求解得到用户设备的位置信息。

其中，查找修正模块404，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回到所述第二计算模块，至到达到预定修正次数；

其中，所述映射表中还包含区域及所述区域内对应的修正次数；

相应地，查找修正模块404包括：

查找单元4041，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述位置信息所在区域内对应的非视距值；

修正单元4042，用于根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距；

具体地，修正单元4042，用于将所述伪距减去所述非视距值得到修正后的伪距；

第一计算单元4043，用于根据所述修正后的伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息，并将修正标识加1，所述修正标识的初始值为0；

第一判断单元4044、用于判断所述修正标识是否与所述位置信息所在区域内对应的修正次数相同；

第一执行单元4045，用于在所述第一判断单元的判断结果为是时，将所述计算单元计算得到的位置信息为所述用户设备的最终定位结果；

第二执行单元4046，用于在所述第一判断单元的判断结果为否时，返回所述查找单元。

以上实施例提供的技术方案中的全部或部分内容可以通过软件编程实现，其软件程序存储在可读取的存储介质中，存储介质例如：计算机中的硬盘、光盘或软盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种定位方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A0：建立预设的区域及所述区域内非视距值的映射表；

步骤A：分别计算用户设备与多个信号可达基站间的伪距；

步骤C：在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述用户设备的位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回步骤B，至到达到预定修正次数；

所述步骤A0包括如下步骤：

步骤1、按预设范围划分小区得到区域信息；

如果不大于，则操作结束；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述映射表中还包含区域及所述区域内对应的修正次数；

相应地，所述步骤C包括：

步骤C1、在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述用户设备的位置信息所在区域内对应的非视距值；

步骤C2、根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距；

步骤C3、根据所述修正后的伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息，并将修正标识加1，所述修正标识的初始值为0；

步骤C4、判断所述修正标识是否与所述用户设备的位置信息所在区域内对应的修正次数相同，

如果相同，则所述步骤C3计算得到的位置信息为所述用户设备的最终定位结果；

如果不相同，则返回步骤C1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

根据所述用户设备的测量信号传播时间及所述测量信号传播速度计算得到所述伪距；

或者，根据所述用户设备的测量信号接收强度与信号传播衰减模型进行计算得到所述伪距，所述信号传播衰减模型包括测量信号接收强度与传输距离的对应关系。

4.一种定位装置，其特征在于，所述装置包括：映射表建立模块、第一计算模块、第二计算模块和查找修正模块；

所述查找修正模块，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述用户设备的位置信息所在区域内对应的非视距值，并根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距，返回到所述第二计算模块，至到达到预定修正次数；

所述映射表建立模块包括：

第一划分单元，用于按预设范围划分小区得到区域信息；

第二判断单元，用于判断所述标准差是否大于预设门限值；

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述映射表中还包含区域及所述区域内对应的修正次数；

相应地，所述查找修正模块包括：

查找单元，用于在预设的区域及所述区域内非视距值的映射表中，查找得到所述用户设备的位置信息所在区域内对应的非视距值；

修正单元，用于根据所述非视距值对所述伪距进行修正，得到修正后的伪距；

第一计算单元，用于根据所述修正后的伪距及所述多个信号可达基站的位置信息计算得到所述用户设备的位置信息，并将修正标识加1，所述修正标识的初始值为0；

第一判断单元、用于判断所述修正标识是否与所述用户设备的位置信息所在区域内对应的修正次数相同；

第一执行单元，用于在所述第一判断单元的判断结果为是时，将所述第一计算单元计算得到的位置信息作为所述用户设备的最终定位结果；

第二执行单元，用于在所述第一判断单元的判断结果为否时，返回所述查找单元。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块包括：

计算单元，用于根据所述用户设备的测量信号传播时间及所述测量信号传播速度计算得到所述伪距；

或者，用于根据所述用户设备的测量信号接收强度与信号传播衰减模型进行计算得到所述伪距，所述信号传播衰减模型包括测量信号接收强度与传输距离的对应关系。