CN103052155A - 一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，在定位基站将移动终端到定位基站之间的信道冲激响应与通信基站到定位基站之间的信道冲激响应进行相关运算，测量相关峰脉冲宽度，并通过多采样点测量来拟合限定区域内相关峰脉冲宽度与移动终端到通信基站之间距离的函数关系，并进而用测量得到的相关峰脉冲宽度来反求待定位移动终端与通信基站之间的距离值，再结合传统的无线定位算法，就能够较精确的实现对移动终端的定位。本发明方法将时间反转技术与无线定位技术相结合，以相关峰脉冲宽度作为位置特征测量值，无需对定位信号进行功率控制，降低了定位过程的繁琐程度，提高了定位的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其是涉及一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法。
背景技术
由于市场需求，各国移动通信运营商均对移动通信中的蜂窝网无线定位技术表示了高度的重视并加大其发展力度。蜂窝网无线定位技术就是利用现有的通信网络通过对各种位置特征参数进行测量和估计来实现对移动终端的具体位置坐标进行定位。蜂窝网无线定位技术在社会生活中得到广泛的发展，尤其是在应急救援服务、自动定位导航、无线资源管理、智能交通、旅游信息管理等多个方面，对人们的生活具有重大的意义。
由于传统的蜂窝网无线定位技术都是采用时间、角度等作为位置特征参数进行测量和估计的，会受到非视距传播、信道噪声、多径传播等非理想信道因素的影响，对移动终端的定位精度也会相应地下降。如何能够基于现有的蜂窝移动通信网络，减小非理想信道因素的影响，提高对移动终端的定位精度是目前无线定位技术需要解决的问题。时间反转技术是一项空间信道匹配新技术，具有空间及时间聚焦特性。不同用户间的信道冲激响应一般是不相关或弱相关的，利用时间反转技术的这一特性能够减小信道噪声、多径干扰、非视距传输等因素对定位精度的影响。中国专利公开号CN101986756“一种基于时间反转信号的无线定位方案”利用定位信号的相关峰强度值来对移动终端进行定位，但该方案在发射定位信号前需要对信号进行功率控制，增加了定位过程的繁琐程度。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，该方法将时间反转技术与无线定位技术相结合，以相关峰脉冲宽度作为位置特征测量值，无需对定位信号进行功率控制，降低了定位过程的繁琐程度，提高了定位的准确性。
本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：
一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)选择能覆盖相同区域的至少四个基站，并记录所有基站的位置坐标，然后指定其中一个基站为定位基站，指定其余基站为通信基站；
(2)选定一个通信基站，采集通信基站到定位基站的信道冲激响应，并对该信道冲激响应进行数模转换，得到相对应的模拟波形h(t)，然后再求出该模拟波形h(t)的自相关函数的脉冲宽度S0；
(3)在步骤(1)中所述的相同区域内选择一个采样点，并记录该采样点的位置坐标以及该采样点到步骤(2)所述的通信基站的距离Li；
(4)采集前述采样点到定位基站的信道冲激响应，然后对该信道冲激响应进行时间反转处理，得到对应的时反信道冲激响应，然后再对时反信道冲激响应进行数模转换，得到对应的时反模拟波形
然后求出h(t)与
的互相关函数的脉冲宽度Si；
(5)重复步骤(3)和(4)，求出至少三组Li和Si，然后带入公式
求出系数a、b、c的值；
(6)采集待定位移动终端到定位基站的信道冲激响应，并求出h(t)与待定位移动终端到定位基站的时反信道冲激响应的互相关函数脉冲宽度，然后将该脉冲宽度反带入公式
即可求出待定位移动终端到步骤(3)所述的通信基站的距离；
(7)重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到至少三个不同通信基站的距离，然后根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。
所述的步骤(5)为，重复步骤(3)和(4)，求出三组Li和Si，然后带入公式
求出系数a、b、c的值。
所述的步骤(5)为，重复步骤(3)和(4)，求出大于三组Li和Si，然后每次取三组Li和Si带入公式求出多组系数a、b、c的值，然后各取均值，求出系数a、b、c的值。
所述的步骤(7)为，重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，然后根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。
所述的步骤(7)为，重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到大于三个不同通信基站的距离，然后每次取待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，并根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，然后将多次求出的待定位移动终端的具体位置取均值，实现无线定位。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、由于时间反转技术是一项空间信道匹配新技术，具有空间及时间聚焦特性，且不同用户间的信道冲激响应一般是不相关或弱相关的，因此利用时间反转技术的这一特性能够减小信道噪声、多径干扰、非视距传输等因素对定位精度的影响；
2、本发明在将时间反转技术应用于无线定位中的同时，还基于相关函数脉冲宽度进行定位，能够更好地提高定位的精确度；
3、将相关函数的脉冲宽度作为位置特征测量值，无需对定位信号进行功率控制，降低了定位过程的繁琐程度；
4、在测量过程中，由于有多次求平均值的过程，可进一步提高定位精确度。
附图说明
图1为本发明的定位方法流程图；
图2为选择定位区域和采样点示意图；其中1、2和3为通信基站，4为定位基站；101、102、103、104、105和106分别为对各通信基站进行测量时选择的采样点；
图3为定位信号结构示意图；
图4为定位方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1和图4所示，一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，包括前期准备阶段和定位解算阶段两个部分
前期准备阶段：
(1)如图2所示，其中1、2和3为通信基站，4为定位基站；101、102、103、104、105和106分别为对各通信基站进行测量时选择的采样点。选择能覆盖相同区域(区域如图2中阴影)的至少四个基站，并记录所有基站的位置坐标，然后指定其中一个基站为定位基站(4)，指定其余基站(1、2和3)为通信基站；
(2)定位基站保持不变，选定一个通信基站，采集该通信基站到定位基站的信道冲激响应，并对该信道冲激响应进行数模转换，得到相对应的模拟波形h(t)，然后再求出该模拟波形h(t)的自相关函数的脉冲宽度S0，设该通信基站的位置为B0，到该通信基站的距离为L0＝0；
(3)在步骤(1)中所述的相同区域内选择一个采样点，并记录该采样点的位置坐标以及该采样点到步骤(2)所述的通信基站的距离Li；
(4)采集前述采样点到定位基站的信道冲激响应，然后对该信道冲激响应进行时间反转处理，得到对应的时反信道冲激响应，然后再对时反信道冲激响应进行数模转换，得到对应的时反模拟波形
然后求出h(t)与
的互相关函数的脉冲宽度Si；
信号采集时，设计定位信号，如图3所示，定位信号包括该通信基站的识别码和经过时间反转后的移动终端到定位基站的信道冲激响应。移动终端在采样点的位置向定位基站发射定位信号，定位基站进行采集和处理。
(5)重复步骤(3)和(4)，求出至少三组Li和Si，然后带入公式
求出系数a、b、c的值；
此步骤中，如果只求出三组Li和Si，然后带入公式
即求出系数a、b、c的值。如果求出大于三组Li和Si，然后每次取三组Li和Si带入公式
求出多组系数a、b、c的值，然后各取均值，求出系数a、b、c的值，这样更能提高定位精度。
定位解算阶段：
(6)采集待定位移动终端到定位基站的信道冲激响应，并求出h(t)与待定位移动终端到定位基站的时反信道冲激响应的互相关函数脉冲宽度，然后将该脉冲宽度反带入公式
即可求出待定位移动终端到步骤(2)所述的通信基站的距离；
(7)重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到至少三个不同通信基站的距离，然后根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。
此步骤中，如果获得待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，则根据无线定位算法(该算法可采用TDOA算法)求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。如果获得待定位移动终端到大于三个不同通信基站的距离，则每次取待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，并根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，然后将多次求出的待定位移动终端的具体位置取均值，实现无线定位，可进一步提高定位精度。
本方法的工作原理：
本发明中将相关函数的脉冲宽度作为位置特征测量值，因为采样点离通信基站位置越近，采样点到定位基站的信道冲激响应与通信基站到定位基站的信道冲激响应的相关度越高；反之，采样点离通信基站位置越远，它们的相关度越低。所以，采样点距离通信基站越近，信道相关度越高，互相关函数的脉冲宽度越小；采样点距离通信基站越远，信道相关度越低，互相关函数的脉冲宽度越大，呈递增的指数关系。所以，可以通过多采样点采样建立移动终端到通信基站的距离与相关函数脉冲宽度的函数关系。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)选择能覆盖相同区域的至少四个基站，并记录所有基站的位置坐标，然后指定其中一个基站为定位基站，指定其余基站为通信基站；
(2)选定一个通信基站，采集通信基站到定位基站的信道冲激响应，并对该信道冲激响应进行数模转换，得到相对应的模拟波形h(t)，然后再求出该模拟波形h(t)的自相关函数的脉冲宽度S0；
(3)在步骤(1)中所述的相同区域内选择一个采样点，并记录该采样点的位置坐标以及该采样点到步骤(2)所述的通信基站的距离Li；
(4)采集前述采样点到定位基站的信道冲激响应，然后对该信道冲激响应进行时间反转处理，得到对应的时反信道冲激响应，然后再对时反信道冲激响应进行数模转换，得到对应的时反模拟波形
然后求出h(t)与
的互相关函数的脉冲宽度Si；
(5)重复步骤(3)和(4)，求出至少三组Li和Si，然后带入公式
求出系数a、b、c的值；
(6)采集待定位移动终端到定位基站的信道冲激响应，并求出h(t)与待定位移动终端到定位基站的时反信道冲激响应的互相关函数脉冲宽度，然后将该脉冲宽度反带入公式即可求出待定位移动终端到步骤(3)所述的通信基站的距离；
(7)重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到至少三个不同通信基站的距离，然后根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，所述的步骤(5)为，重复步骤(3)和(4)，求出三组Li和Si，然后带入公式
求出系数a、b、c的值。
3.根据权利要求1所述的一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，所述的步骤(5)为，重复步骤(3)和(4)，求出大于三组Li和Si，然后每次取三组Li和Si带入公式求出多组系数a、b、c的值，然后各取均值，求出系数a、b、c的值。
4.根据权利要求1所述的一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，所述的步骤(7)为，重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，然后根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，实现无线定位。
5.根据权利要求1所述的一种基于相关函数脉冲宽度的无线定位方法，其特征在于，所述的步骤(7)为，重复步骤(2)~(6)，获得待定位移动终端到大于三个不同通信基站的距离，然后每次取待定位移动终端到三个不同通信基站的距离，并根据无线定位算法求出待定位移动终端的具体位置，然后将多次求出的待定位移动终端的具体位置取均值，实现无线定位。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106664265A (zh) * | 2014-07-17 | 2017-05-10 | 欧利景无线有限公司 | 无线定位系统 |
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- 2013-01-14 CN CN2013100118136A patent/CN103052155A/zh active Pending
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郝明: "一种混合的无线定位技术的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (1)
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