CN103209474A - 一种移动终端定位的方法、定位服务器及服务基站 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信领域，提供了一种移动终端定位的方法、定位服务器及服务基站，所述方法包括：根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法获取所述移动终端的初始位置坐标；将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。本发明在移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度。

Description

一种移动终端定位的方法、定位服务器及服务基站

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种移动终端定位的方法、定位服务器及服务基站。

背景技术

蜂窝移动通信系统定位技术是基于全球移动通信(Global System ForMobile Communication，GSM)、码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)、通用移动通信系统(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)等移动通信系统或全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、GLONAS、全球导航卫星系统(Galileo)以及北斗等卫星定位系统，并通过检测移动终端和基站之间无线电波传播信号的特征参数(如信号场强、传播时间或者时间差、信号入射角等)，再根据有关的定位算法来估计移动终端几何位置的技术。

无线移动定位技术根据不同的分类标准可以有多种分类方法，在蜂窝系统中，根据定位过程中依赖的无线资源的不同，无线移动定位技术分为三类：1)基于网络的定位技术；2)基于卫星的定位技术；3)混合定位技术。其中基于卫星的定位技术和混合定位技术都需要其他系统的辅助来定位，比如卫星系统、电子地图或者电子信标等，而且卫星接收芯片价格昂贵，导致移动终端定位的成本过高。另外，混合定位技术并不是在全部移动通信网络覆盖范围内都可用，例如在室内由于移动终端不能接收到卫星信号，使得基于卫星或者卫星辅助的混合定位技术失效。而基于网络的定位技术由于主要依靠于移动通信系统内部的无线资源特征参数检测，根据定位算法来估计移动终端位置，成为当前研究的热点。

现有技术存在一种基于到达时间(Time of Arrival，TOA)的定位算法，该算法为非线性整体最小二乘整体结构逼近定位法。它的主要思想可以描述如下：如图1所示，假设需要定位的移动终端坐标为y(y为一个二维的行向量)，它与三个基站

的测量距离记为d_ky(k＝1，2，3)，当移动终端与基站的测量距离有误差时，它根据移动终端与基站的测量距离以及基站与基站的实际距离计算出移动终端和基站构成的一个逼近结构，然后再利用最优刚体变换把这个计算的逼近结构坐标映射到原来基站坐标所在空间，从而得到移动终端在原基站坐标空间的最优定位点。非线性最小二乘整体结构逼近定位法在移动终端与基站之间的测量距离误差比较小时，由于采用了整体逼近策略，对移动终端的定位还是比较有效的。但是当移动终端与基站之间的测量距离误差比较大时，如150米，甚至250米的测量距离误差时，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法由于会放大测量距离误差，导致估计出的移动终端位置的不能有效满足联邦通信委员会(FCC)的定位精度要求，即定位精度100米的成功概率达到67％，定位精度300米的成功概率达到95％的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种移动终端定位的方法，旨在解决现有技术在移动终端与基站之间的测量距离误差比较大时，不能有效满足FCC定位精度要求的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种移动终端定位的方法，所述方法包括：

根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标；

将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，；d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

本发明实施例还提供一种定位服务器，所述定位服务器包括：

初始位置确定单元，用于根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标；

最终位置输出单元，用于将所述初始位置确定单元计算的初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例在获取初始位置坐标后，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出。由于该定位模型采用循环迭代的方式获取局部最优点，因此不会放大测量距离误差，从而当移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于TOA的定位方法的示意图；

图2是本发明实施例一提供的移动终端定位方法的实现流程图；

图3是本发明实施例一提供的UMTS实测数据的定位精度与定位概率的分布图；

图4是本发明实施例二提供的移动终端定位方法的实现流程图；

图5是本发明实施例三提供的定位服务器的组成结构图；

图6是本发明实施例四提供的定位服务器的组成结构图；

图7是本发明实施例五提供的服务基站的组成结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例在获取移动终端与定位基站的测量距离以及定位基站与定位基站之间的实际距离后，通过非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标，并在得到初始位置坐标后，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出。由于该定位模型采用循环迭代的方式获取局部最优点，因此不会放大测量距离误差，从而当移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度，满足FCC的定位精度要求。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图2示出了本发明实施例一提供的移动终端定位方法的实现流程，该方法过程详述如下：

在步骤S201中，根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标。

在本实施例中，所述定位基站为移动终端能接收到信号的基站。至于移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离(例如移动终端分别与定位基站a、定位基站b以及定位基站c之间的测量距离，以及定位基站a、定位基站b、定位基站c三者之间的实际距离)可以采用现有技术获得，在此不再赘述。

为了更好的理解本实施例，下面对非线性最小二乘整体结构逼近定位法进行说明：

1、假设待定位移动终端的位置坐标为y，该移动终端与N个定位基站的测量距离为d_ky，定位基站的位置坐标为x_k(k＝1:N)，令x_N+1＝y，d_kl＝||x_k-x_l||，k，l＝1:N，d_(N+1)k＝d_k(N+1)＝d_ky，构造如下非线性最小二乘最优定位模型：

$\underset{Z}{\min }f\left(Z\right)=\underset{k=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}{|{\left|\right|z_k-z_l\left|\right|}^2-d_{\mathrm{kl}}^2|}^2=2\underset{k=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_k-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{k1}^2+d_{l1}^2-d_{\mathrm{kl}}^2)|}^2---\left(1\right)$

令

k＝1:(N+1)，

k，l＝1:(N+1)，将式(1)转换成如下矩阵结构的形式：

$\underset{H}{\min }f\left(Z\right)=2\underset{k=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_k-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{k1}^2+d_{l1}^2-d_{\mathrm{kl}}^2)|}^2=2{\left|\right|{\mathrm{HH}}^T-C\left|\right|}_F^2---\left(2\right);$

2、对式(2)中的矩阵C作奇异值分解

C＝USV^T，U^TU＝I，V^TV＝I，S＝diag(s₁，s₂)，s₁≥s₂≥0  (3)

并令

获得式(2)的最佳逼近解，从而得到式(1)的最佳逼近结构为：

3、通过求解如下最优化问题：

获得式(1)中坐标Z^*映射到定位基站坐标系所在坐标X的最优刚体变换：

$Q\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{V}_N{U}_N^T,b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{z}_c^{*}-x_{c}Q,U_N{S}_N{V}_N^T={(Z^{*}(1:N,1:2)-e^T{z}_c)}^T(X(1:N,1:2)-e^T{x}_c),$ (6)

$U_N^T{U}_N=I,V_N^T{V}_N=I,S_N=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥{\stackrel{\‾}{s}}_2\≥0,$

其中，

和

分别为式(1)和N个定位基站的质心坐标，

为式(1)中矩阵Z^*的第K行向量，并利用所述最优刚体变换，得到移动移动终端在定位基站所在坐标系的最优定位坐标，即本实施例中的初始位置坐标：

$\stackrel{\‾}{y}=z_{N+1}^{*}Q+b---\left(7\right)$

需要说明的是，非线性最小二乘整体结构逼近定位法在移动终端与定位基站的测量距离的误差较小时，移动终端定位的精度比较理想。但当移动终端与定位基站的测量距离的误差较大(例如大于150米)时，定位的精度则难以保证，其原因如下：

假设移动终端与N个定位基站的测量距离的误差为ε_k(k＝1:N)，即：

$d_{\mathrm{ky}}={\stackrel{\‾}{d}}_{\mathrm{ky}}+{\mathrm{\ϵ}}_k,(k=1:N)---\left(8\right)$

其中，

为移动终端y与第k个定位基站的有误差测量距离，d_ky为移动终端y与第k个定位基站的实际距离。

因此，对于非线性最小二乘整体结构逼近定位方法的最优定位模型(1)，由于测量距离误差的引入，实际求解的是如下的定位模型：

$\underset{Z}{\min }f\left(Z\right):=\underset{k=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}{|{\left|\right|z_k-z_l\left|\right|}^2-d_{\mathrm{kl}}^2|}^2=2\underset{k=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N+1}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_k-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{k1}^2+d_{l1}^2-d_{\mathrm{kl}}^2)|}^2$

$=2\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_k-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{k1}^2+d_{l1}^2-d_{\mathrm{kl}}^2)|}^2$

$+4\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_{N+1}-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{(N+1)1}^2+d_{l1}^2-d_{(N+1)l}^2)|}^2---\left(9\right)$

$=2\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_k-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{k1}^2+d_{l1}^2-d_{\mathrm{kl}}^2)|}^2$

$+4\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|{(z_{N+1}-x_1)(z_l-x_1)}^T-0.5(d_{l1}^2+{\stackrel{\‾}{d}}_{(N+1)1}^2-{\stackrel{\‾}{d}}_{(N+1)l}^2+(2{\stackrel{\‾}{d}}_{(N+1)1}{\mathrm{\ϵ}}_1-2{\stackrel{\‾}{d}}_{(N+1)l}{\mathrm{\ϵ}}_l+{\mathrm{\ϵ}}_1^2-{\mathrm{\ϵ}}_l^2))|}^2,$

即在上述式(2)中的矩阵C的最后一行和最后一列的每一个元素有二次项的测量距离误差

如当测量距离误差为100米时，式(9)中的测量距离误差达到10000米，无法有效满足FCC定位精度的要求。

在步骤S202中，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出。

本实施例具体过程如下：

1、令初始位置坐标为

并令l＝0，

作为初始迭代点；

2、解如下线性方程组：

$\frac{y_l-x_k}{\left|\right|y_l-x_k\left|\right|}\mathrm{\Δ}{y}_l^T=(d_{\mathrm{ky}}-||y_l-x_k|\left|\right),k=1:N---\left(10\right)$

得到

定位模型的下降搜索方向Δy：

${\mathrm{\Δy}}_l^T=\stackrel{\‾}{V}{\stackrel{\‾}{S}}^{-1}\stackrel{\‾}{U}b,A={\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{S}\stackrel{\‾}{V},{\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{U}=I,{\stackrel{\‾}{V}}^T\stackrel{\‾}{V}=I,\stackrel{\‾}{S}=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥\stackrel{\‾}{s}\≥0---\left(11\right)$

其中，

为2行2列的正交矩阵，

为N行2列的正交矩阵，

为2行2列的对角矩阵，

由矩阵A的奇异值分解得到，矩阵A和列向量b定义如下：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}\frac{y_l-x_1}{\left|\right|y_l-x_1\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{y_l-x_N}{\left|\right|y_l-x_N\left|\right|}\end{array}\right],$ $b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{d}_{1y}-\left|\right|y_l-x_1\left|\right|\\ .\\ .\\ .\\ d_{\mathrm{Ny}}-\left|\right|y_l-x_N\left|\right|\end{array}\right]---\left(12\right)$

3、令一维搜索的初始步长α_l＝1，当

时，令(将1/2α_l赋于α_l)直到

或者α_l＜0.01，并令：

$y_{l+1}=y_l+{\mathrm{\α}}_l{\mathrm{\Δy}}_l^T$ (将y_l加上

后赋于y_l+1)      (13)

4、计算||y_l+1-y_l||，当||y_l+1-y_l||≤0.001(约束条件)时计算终止，将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，否则令l＝l+1(将l加1后赋于l)，并转到步骤2。

从上述可以看出，本实施例的定位模型在||y_l+1-y_l||≤0.001时，才将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，因此不会放大测量距离误差，从而当移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度，满足FCC的定位精度要求。

结合实际应用，说明本发明实施例在UMTS蜂窝无线网络系统中移动终端的定位：

(1)移动移动终端向其服务基站上报接收到的所有Cell-ID(小区识别码)；

(2)服务基站根据接收Cell-ID时各定位基站的信号时延，计算该移动移动终端到各定位基站间的距离，具体为：

根据该移动移动终端与各定位基站之间的环回时延(Round Trip Time，RTT)和该移动移动终端测量的上行链路帧与下行链路帧之间的时延RxTx得到具体的计算公式：

$d=(\mathrm{RTT}-\mathrm{RxTx})\frac{c}{2}---\left(14\right)$

其中，c为光速。具体的，当定位服务器位于无线网络控制器(Radio NetworkController，RNC)中时，该移动终端与定位基站的环回时延RTT为无线电波从定位基站到该移动终端的时间以及无线电波从该移动终端返回定位基站的时间之和，定位基站可以通过空中接口Iub和Iur将RTT报告给RNC。移动终端也可以把测量的上行链路帧与下行链路帧之间的时延RxTx上报给RNC。RNC根据RTT和RxTx估测出该移动移动终端与各定位基站的距离；

(3)定位基站把估测距离和移动终端上报的Cell-ID一起发送给定位服务器定位服务器；

(4)定位服务器定位服务器在数据库里查询与所述Cell-ID对应的定位基站位置坐标，并根据查询到的定位基站位置坐标，计算定位基站与定位基站之间的实际距离。根据(2)中移动终端与定位基站的估测距离以及定位基站与定位基站之间的实际距离，利用本实施例方法计算出该移动终端的位置坐标。

本发明实施例还给出了计算机基于一定仿真条件下的仿真结果图，以体现出本发明实施例的技术方案获得的有益效果。

(1)仿真条件

将从日本某地UMTS网络实际测量的移动终端与各定位基站的时延数据中筛选每一个移动终端与三个不同的定位基站的时延数据作为测试集，并设置最终的定位误差的计算公式为：

$\mathrm{Error}=\sqrt{{(y_1^{\mathrm{LOC}}-y_1^{\mathrm{GPS}})}^2+{(y_2^{\mathrm{LOC}}-y_2^{\mathrm{GPS}})}^2}---\left(15\right)$

其中，

为通过本发明实施例的技术方案获得的移动终端位置坐标，

为根据全球定位系统获得的移动终端位置坐标。

(2)仿真结果

图3是针对实测的UMTS时延数据，采用现有的非线性最小二乘整体结构逼近定位方法以及本发明实施例的技术方案获取移动终端位置坐标的比较结果图。在图3中，用“--◆--”表示非线性最小二乘整体结构逼近定位方法(即图中的NLS改进前)，用“--■--”表示本发明实施例技术方案(即图中的NLS改进后)的定位精度和定位成功概率的曲线趋势图，横坐标为定位精度即定位误差，纵坐标为满足此定位精度的定位成功概率。

从图3中可以看出，在移动终端只与三个定位基站具有测量时延的情况下，对于测量距离误差为150米以及250米的实际UMTS测量数据，本发明实施例技术方案的定位性能与非线性最小二乘整体结构逼近定位方法的定位性能相比具有大幅度的提升，在200米和400米的定位精度下能分别提高大约40％和60％的定位成功率，本发明实施例的技术方案在200米定位精度时，定位成功概率达到了67％，400米定位精度时，定位成功概率达到了95％，可以有效满足FCC的定位精度需求。

实施例二：

图4示出了本发明实施例二提供的移动终端定位方法的实现流程，该方法过程详述如下：

在步骤S401中，根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法获取所述移动终端的初始位置坐标。

在本实施例中，步骤S401和实施例一中的步骤S201相同，其具体实施过程详见实施例一中骤S201的相关描述，在此不再赘述。

在步骤S402中，获取移动终端与每个定位基站的测量距离误差，判断其中是否存在至少一个测量距离误差大于设置的误差阈值(例如50米)，若判断结果为“是”，则执行步骤S404，若判断结果为“否”，则执行步骤S403。

在本实施例中，获取测量距离误差包括获取同步网络内的测量距离误差和/或获取异步网络内的测量距离误差。

在获取同步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端获取其服务基站的参考信号发送时刻，根据所述参考信号发送时刻进行参考信号的首达径估计，并将估计的首达径以及参考信号接收质量发送给所述服务基站。其中，参考信号的首达径估计以及参考信号接收质量可以采用现有技术获得，在此不再赘述。

在本实施例中，因为是同步网络，服务基站的参考信号发送时刻与其他定位基站的参考信号发送时刻相同。

所述服务基站在接收到估计的首达径以及各个定位基站的参考信号接收质量后，根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径的估计误差，即所述移动终端与各个定位基站的测量距离误差。

在本实施例中，当参考信号接收质量较高时，首达径的估计误差就小，反之误差就大。因此可以通过仿真、现场测试等手段预先建立参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，如表1所示：

表1

参考信号接收质量	首达径估计误差
		X1 dB	Y1 ms
X2 dB	Y2 ms
		X3 dB	Y3 ms

表1只用于说明本实施例中参考信号接收质量与首达径估计误差的一种映射关系，不以该为限。本领域技术人员在实际应用中可以根据实现方式的不同，建立不同的映射关系，例如：映射关系可以是一个值(参考信号接收质量值)对应一个值(首达径估计误差值)，一个值(参考信号接收质量值)对应一个区间(首达径估计误差范围/区间)，或者是一个区间(参考信号接收质量范围/区间)对应一个值(首达径估计误差值)，或者是一个区间(参考信号接收质量范围/区间)对应一个区间(首达径估计误差范围/区间)。

在获取异步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端的服务基站获取其他定位基站的参考信号发送延时并将所述参考信号发送延时以及所述服务基站的参考信号发送时刻广播给所述移动终端；其中，其他定位基站是指除服务基站之外的定位基站；所述参考信号发送延时是针对所述服务基站的参考信号发送时刻的延时。

所述移动终端根据所述服务基站的广播获取所述服务基站和其他定位基站的参考信号发送时刻，根据所述参考信号发送时刻进行参考信号的首达径估计，并将估计的首达径以及参考信号接收质量发送给所述服务基站；

所述服务基站在接收到估计的首达径以及各个定位基站的参考信号接收质量后，根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径的估计误差，即所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差。

优选的是，在获取同步和/或异步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端所在服务基站获取每个定位基站的路损模型(通过X2口交互)，并在接收到所述移动终端发送的各个定位基站的参考信号接收质量后，通过所述路损模型估计所述移动终端与每个定位基站的距离，并根据设置的参考信号接收质量与路损模型估计误差的映射关系，确定所述路损模型的估计误差，即所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差。

在本实施例中，服务基站获取每个定位基站的路损模型，其中所述路损模型包括了服务基站的路损模型。通过所述路损模型估计所述移动终端与每个定位基站的距离属于现有技术，在此不再赘述。而参考信号接收质量与路损模型估计误差映射关系建立的方法与上述参考信号接收质量与首达径估计误差建立的方法相同，在此不再赘述。

在本实施例中，所述服务基站为所述移动终端所在小区的基站，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，定位基站包括服务基站。

在步骤S403中，将所述初始位置坐标作为所述移动终端的最终位置坐标输出。

在步骤S404中，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出。

在本实施例中，步骤S404和实施例一中的步骤S202相同，其具体实施过程详见实施例一中骤S202的相关描述，在此不再赘述。

由于非线性最小二乘整体结构逼近定位法在移动终端与定位基站的测量距离误差较小时，能够保证移动终端的定位精度，所以本发明实施例先通过非线性最小二乘整体结构逼近定位法获得移动终端的初始位置坐标，再获取移动终端与每个定位基站的测量距离误差，并在所述测量距离误差都小于或者等于设置误差阈值，将获取的初始位置坐标作为所述移动终端最终的位置坐标输出，提高移动终端定位的效率。在存在其中至少一个测量距离误差大于设置误差阈值时，才采用

定位模型获得满足所述定位模型约束条件的最优解，将所述最优解作为移动终端的最终位置坐标输出，使得在移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度。而且，本发明实施例在获取移动终端与每个定位基站的测量距离误差时，提供了不同网络获取所述测量距离误差的方案，以及同时适用于同步网络和异步网络获取所述测量距离误差的方案。

实施例三：

图5示出了本发明实施例三提供的定位服务器的组成结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该定位服务器可以是运行于各移动终端定位系统内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元。

该定位服务器5包括初始位置确定单元51以及最终位置输出单元52，其具体功能如下：

初始位置确定单元51，用于根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标；

最终位置输出单元52，用于将所述初始位置确定单元51计算得到的初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

其中，所述最终位置输出单元52还包括：

初始化模块521，用于令l＝0，

为初始位置坐标；

第一计算模块522，用于解如下线性方程组： $\frac{y_l-x_k}{\left|\right|y_l-x_k\left|\right|}{\mathrm{\Δy}}_l^T=(d_{\mathrm{ky}}-||y_l-x_k|\left|\right),$ k＝1:N，得到 $\underset{y}{\min }p\left(y\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right||x_k-y||-d_{\mathrm{ky}}|$ 定位模型的下降搜索方向Δy， ${\mathrm{\Δy}}_l^T=\stackrel{\‾}{V}{\stackrel{\‾}{S}}^{-1}\stackrel{\‾}{U}b,A={\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{S}\stackrel{\‾}{V},{\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{U}=I,{\stackrel{\‾}{V}}^T\stackrel{\‾}{V}=I,\stackrel{\‾}{S}=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥\stackrel{\‾}{s}\≥0,$ 其中，

为2行2列的正交矩阵，

为N行2列的正交矩阵，

为2行2列的对角矩阵，

由矩阵A的奇异值分解得到，矩阵A和列向量b定义如下：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}\frac{y_l-x_1}{\left|\right|y_l-x_1\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{y_l-x_N}{\left|\right|y_l-x_N\left|\right|}\end{array}\right],$ $b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{d}_{1y}-\left|\right|y_l-x_1\left|\right|\\ .\\ .\\ .\\ d_{\mathrm{Ny}}-\left|\right|y_l-x_N\left|\right|\end{array}\right];$

第二计算模块523，用于令一维搜索的初始步长α_l＝1，当

时，令

(将1/2α_l赋于α_l)，直到或者α_l＜0.01，并令

(将y_l加上

后赋于y_l+1)；

最终位置输出模块524，用于计算||y_l+1-y_l||，当||y_l+1-y_l||≤0.001时计算终止，将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，否则令l＝l+1(将l加1后赋于l)，并转到第一计算模块522进行计算。

本实施例提供的定位服务器可以使用在前述对应的移动终端定位方法中，详情参见上述移动终端定位方法实施例一的相关描述，在此不再赘述。

实施例四：

图6示出了本发明实施例四提供的定位服务器的组成结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该定位服务器可以是运行于各移动终端定位系统内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元。

该定位服务器6包括初始位置确定单元61、距离误差判断单元62以及最终位置输出单元63，其具体功能如下：

初始位置确定单元61，用于根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标；

距离误差判断单元62，用于获取所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差，并判断其中是否存在至少一个测量距离误差大于设置的误差阈值。

最终位置输出单元63，用于在所述距离误差判断单元62判断结果为是时，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；在所述距离误差判断单元62判断结果为否时，直接将所述初始位置坐标作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

其中，所述最终位置输出单元63还包括：

初始化模块631，用于参数初始化，令l＝0，

为初始位置坐标；

第一计算模块632，用于解如下线性方程组： $\frac{y_l-x_k}{\left|\right|y_l-x_k\left|\right|}{\mathrm{\Δy}}_l^T=(d_{\mathrm{ky}}-||y_l-x_k|\left|\right),$ k＝1:N，得到 $\underset{y}{\min }p\left(y\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right||x_k-y||-d_{\mathrm{ky}}|$ 定位模型的下降搜索方向Δy， ${\mathrm{\Δy}}_l^T=\stackrel{\‾}{V}{\stackrel{\‾}{S}}^{-1}\stackrel{\‾}{U}b,A={\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{S}\stackrel{\‾}{V},{\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{U}=I,{\stackrel{\‾}{V}}^T\stackrel{\‾}{V}=I,\stackrel{\‾}{S}=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥\stackrel{\‾}{s}\≥0,$ 其中，

为2行2列的正交矩阵，

为N行2列的正交矩阵，

为2行2列的对角矩阵，

由矩阵A的奇异值分解得到，矩阵A和列向量b定义如下：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}\frac{y_l-x_1}{\left|\right|y_l-x_1\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{y_l-x_N}{\left|\right|y_l-x_N\left|\right|}\end{array}\right],$ $b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{d}_{1y}-\left|\right|y_l-x_1\left|\right|\\ .\\ .\\ .\\ d_{\mathrm{Ny}}-\left|\right|y_l-x_N\left|\right|\end{array}\right];$

第二计算模块633，用于令一维搜索的初始步长α_l＝1，当

时，令(将1/2α_l赋于α_l)，直到

或者α_l＜0.01，并令(将y_l加上

后赋于y_l+1)；

最终位置输出模块634，用于计算||y_l+1-y_l||，当||y_l+1-y_l||≤0.001时计算终止，将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，否则令l＝l+1(将l加1后赋于l)，并转到第一计算模块632进行计算。

本实施例提供的定位服务器可以使用在前述对应的移动终端定位方法中，详情参见上述移动终端定位方法实施例二的相关描述，在此不再赘述。

实施例五：

图7示出了本发明实施例五提供的服务基站的组成结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该服务基站可以是运行于各移动终端定位系统内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元。

该服务基站7包括接收单元71以及距离误差确定单元72，其具体功能如下：

接收单元71，用于接收移动终端发送的各个定位基站的参考信号接收质量；

距离误差确定单元72，用于根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径估计误差，并将确定后的首达径估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器；和/或根据设置的参考信号接收质量与路损模型估计误差的映射关系，确定各个路损模型的估计误差，并将确定后的路损模型的估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器。

在本实施例中，获取测量距离误差包括获取同步网络内的测量距离误差和/或获取异步网络内的测量距离误差。

在获取同步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端获取其服务基站的参考信号发送时刻，根据所述参考信号发送时刻进行参考信号的首达径估计，并将估计的首达径以及参考信号接收质量发送给所述服务基站。其中，参考信号的首达径估计以及参考信号接收质量可以采用现有技术获得，在此不再赘述。

在本实施例中，因为是同步网络，服务基站的参考信号发送时刻与其他定位基站的参考信号发送时刻相同。

所述服务基站在接收到估计的首达径以及各个定位基站的参考信号接收质量后，根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径的估计误差，即所述移动终端与各个定位基站的测量距离误差。

在本实施例中，当参考信号接收质量较高时，首达径的估计误差就小，反之误差就大。因此可以通过仿真、现场测试等手段预先建立参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，如表1所示：

表1

参考信号接收质量	首达径估计误差
		X1 dB	Y1 ms
X2 dB	Y2 ms
		X3 dB	Y3 ms

表1只用于说明本实施例中参考信号接收质量与首达径估计误差的一种映射关系，不以该为限。本领域技术人员在实际应用中可以根据实现方式的不同，建立不同的映射关系，例如：映射关系可以是一个值(参考信号接收质量值)对应一个值(首达径估计误差值)，一个值(参考信号接收质量值)对应一个区间(首达径估计误差范围/区间)，或者是一个区间(参考信号接收质量范围/区间)对应一个值(首达径估计误差值)，或者是一个区间(参考信号接收质量范围/区间)对应一个区间(首达径估计误差范围/区间)。

在获取异步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端的服务基站获取其他定位基站的参考信号发送延时并将所述参考信号发送延时以及所述服务基站的参考信号发送时刻广播给所述移动终端；其中，其他定位基站是指除服务基站之外的定位基站；所述参考信号发送延时是针对所述服务基站的参考信号发送时刻的延时。

所述移动终端根据所述服务基站的广播获取所述服务基站和其他定位基站的参考信号发送时刻，根据所述参考信号发送时刻进行参考信号的首达径估计，并将估计的首达径以及参考信号接收质量发送给所述服务基站；

所述服务基站在接收到估计的首达径以及各个定位基站的参考信号接收质量后，根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径的估计误差，即所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差。

优选的是，在获取同步和/或异步网络内的测量距离误差时，具体包括：

所述移动终端所在服务基站获取每个定位基站的路损模型(通过X2口交互)，并在接收到所述移动终端发送的各个定位基站的参考信号接收质量后，通过所述路损模型估计所述移动终端与每个定位基站的距离，并根据设置的参考信号接收质量与路损模型估计误差的映射关系，确定所述路损模型的估计误差，即所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差。

在本实施例中，服务基站获取每个定位基站的路损模型，其中所述路损模型包括了服务基站的路损模型。通过所述路损模型估计所述移动终端与每个定位基站的距离属于现有技术，在此不再赘述。而参考信号接收质量与路损模型估计误差映射关系建立的方法与上述参考信号接收质量与首达径估计误差建立的方法相同，在此不再赘述。

在本实施例中，所述服务基站为所述移动终端所在小区的基站，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，定位基站包括服务基站。

本实施例提供的服务基站可以使用在前述对应的移动终端定位方法中，详情参见上述移动终端定位方法实施例二的相关描述，在此不再赘述。

另外，本发明实施例还提供了一种移动终端定位系统，所述系统包括所述的定位服务器和/或所述的服务基站；或所述的服务基站以及移动终端；或所述的定位服务器以及所述的服务基站以及移动终端。

本领域普通技术人员可以理解为上述实施例三-五所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元和模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

综上所述，本发明实施例提出了一种移动终端的定位方法，由于现有的非线性最小二乘整体结构逼近定位法在移动终端与定位基站的测量距离误差较小时，能够保证移动终端的定位精度，所以本发明实施例先通过非线性最小二乘整体结构逼近定位法获得移动终端的初始位置坐标，再获取移动终端与每个定位基站的测量距离误差，并在所述测量距离误差都小于或者等于设置误差阈值，将获取的初始位置坐标作为所述移动终端最终的位置坐标输出，提高移动终端定位的效率。在存在其中至少一个测量距离误差大于设置误差阈值时，采用

定位模型获得满足所述定位模型约束条件的最优解，将所述最优解作为移动终端的最终位置坐标输出，由于该定位模型采用循环迭代的方式获取局部最优点，因此不会放大测量距离误差，从而在移动终端与定位基站的测量距离误差较大时，仍能保证移动终端定位的精度。而且，本发明实施例在获取移动终端与每个定位基站的测量距离误差时，提供了不同网络获取所述测量距离误差的方案，以及同时适用于同步网络和异步网络获取所述测量距离误差的方案，具有较强的实用性。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

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，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 (11)

1.一种移动终端定位的方法，其特征在于，所述方法包括：

根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法获取所述移动终端的初始位置坐标；

将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

获取所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差，确定所述测量距离误差中存在至少一个测量距离误差大于设置的误差阈值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述测量距离误差都小于设置的误差阈值时，直接将所述初始位置坐标作为所述移动终端的最终位置坐标输出。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出，包括：

B1、令l＝0，

为初始位置坐标；

B2、解如下线性方程组：

k＝1:N，得到

定位模型的下降搜索方向Δy， ${\mathrm{\Δy}}_l^T=\stackrel{\‾}{V}{\stackrel{\‾}{S}}^{-1}\stackrel{\‾}{U}b,A={\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{S}\stackrel{\‾}{V},{\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{U}=I,{\stackrel{\‾}{V}}^T\stackrel{\‾}{V}=I,\stackrel{\‾}{S}=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥\stackrel{\‾}{s}\≥0,$ 其中，

为2行2列的正交矩阵，

为N行2列的正交矩阵，

为2行2列的对角矩阵，

由矩阵A的奇异值分解得到，矩阵A和列向量b定义如下：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}\frac{y_l-x_1}{\left|\right|y_l-x_1\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{y_l-x_N}{\left|\right|y_l-x_N\left|\right|}\end{array}\right],$ $b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{d}_{1y}-\left|\right|y_l-x_1\left|\right|\\ .\\ .\\ .\\ d_{\mathrm{Ny}}-\left|\right|y_l-x_N\left|\right|\end{array}\right];$

B3、令一维搜索的初始步长α_l＝1，当

时，将

赋于α_l，直到

或者α_l＜0.01，将y_l加上

后赋于y_l+1；

B4、计算||y_l+1-y_l||，当||y_l+1-y_l||≤0.001时计算终止，将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，否则将l加1后赋于l，并转到B2。

5.一种获取测量距离误差的方法，其特征在于，所述方法包括：

接收移动终端发送的各个定位基站的参考信号接收质量；

根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径估计误差，并将确定后的首达径估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器；和/或根据设置的参考信号接收质量与路损模型估计误差的映射关系，确定各个路损模型的估计误差，并将确定后的路损模型的估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器。

6.一种定位服务器定位服务器，其特征在于，所述定位服务器包括：

初始位置确定单元，用于根据移动终端与至少两个定位基站的测量距离以及所述至少两个定位基站之间的实际距离，采用非线性最小二乘整体结构逼近定位法计算所述移动终端的初始位置坐标；

最终位置输出单元，用于将所述初始位置确定单元计算的初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；

其中，所述定位基站为所述移动终端能接收到信号的基站，d_ky为移动终端与定位基站的测量距离，x_k为第k个定位基站的位置坐标，y为移动终端的位置坐标。

7.如权利要求6所述的定位服务器，其特征在于，还包括：

距离误差判断单元，用于获取所述移动终端与每个定位基站的测量距离误差，判断其中是否存在至少一个测量距离误差大于设置的误差阈值。

8.如权利要求7所述的定位服务器，其特征在于，所述最终位置输出单元具体用于：在所述距离误差判断单元判断存在至少一个测量距离误差大于设置的误差阈值时，将所述初始位置坐标作为初始迭代点，通过解

定位模型，得到满足所述定位模型约束条件的最优解，并将所述最优解作为所述移动终端的最终位置坐标输出；在所述距离误差判断单元判断结果为否时，直接将所述初始位置坐标作为所述移动终端的最终位置坐标输出。

9.如权利要求6所述的定位服务器，其特征在于，所述最终位置输出单元包括：

初始化模块，用于令l＝0，

为初始位置坐标；

第一计算模块，用于解如下线性方程组： $\frac{y_l-x_k}{\left|\right|y_l-x_k\left|\right|}{\mathrm{\Δy}}_l^T=(d_{\mathrm{ky}}-||y_l-x_k|\left|\right),$ k＝1:N，得到 $\underset{y}{\min }p\left(y\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|\right||x_k-y||-d_{\mathrm{ky}}|$ 定位模型的下降搜索方向Δy， ${\mathrm{\Δy}}_l^T=\stackrel{\‾}{V}{\stackrel{\‾}{S}}^{-1}\stackrel{\‾}{U}b,A={\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{S}\stackrel{\‾}{V},{\stackrel{\‾}{U}}^T\stackrel{\‾}{U}=I,{\stackrel{\‾}{V}}^T\stackrel{\‾}{V}=I,\stackrel{\‾}{S}=\mathrm{diag}({\stackrel{\‾}{s}}_1,{\stackrel{\‾}{s}}_2),{\stackrel{\‾}{s}}_1\≥\stackrel{\‾}{s}\≥0,$ 其中，

为2行2列的正交矩阵，

为N行2列的正交矩阵，

为2行2列的对角矩阵，

由矩阵A的奇异值分解得到，矩阵A和列向量b定义如下：

$A\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}\frac{y_l-x_1}{\left|\right|y_l-x_1\left|\right|}\\ .\\ .\\ .\\ \frac{y_l-x_N}{\left|\right|y_l-x_N\left|\right|}\end{array}\right],$ $b\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}\left[\begin{array}{c}{d}_{1y}-\left|\right|y_l-x_1\left|\right|\\ .\\ .\\ .\\ d_{\mathrm{Ny}}-\left|\right|y_l-x_N\left|\right|\end{array}\right];$

第二计算模块，用于令一维搜索的初始步长α_l＝1，当

时，将赋于α_l，直到

或者α_l＜0.01，将y_l加上

后赋于y_l+1；

最终位置输出模块，用于计算||y_l+1-y_l||，当||y_l+1-y_l||≤0.001时计算终止，将y_l+1作为所述移动终端的最终位置坐标输出，否则将l加1后赋于l，并转到第一计算模块进行计算。

10.一种服务基站，其特征在于，所述服务基站包括：

接收单元，用于接收移动终端发送的各个定位基站的参考信号接收质量；

距离误差确定单元，用于根据设置的参考信号接收质量与首达径估计误差的映射关系，确定各个首达径估计误差，并将确定后的首达径估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器；和/或根据设置的参考信号接收质量与路损模型估计误差的映射关系，确定各个路损模型的估计误差，并将确定后的路损模型的估计误差作为所述移动终端与定位基站的测量距离误差发送给定位服务器。

11.一种移动终端定位系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求6-9任一项所述的定位服务器和/或如权利要求10所述的服务基站；或

如权利要求10所述的服务基站以及移动终端；或

如权利要求6-9任一项所述的定位服务器以及如权利要求10所述的服务基站以及移动终端。

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