CN103298109B - 提高基站定位成功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高基站定位成功率的方法，是在移动定位系统加载基站信息时，加载基站的位置信息和邻区基站列表，对于任意一个位置未知基站，利用其邻区基站列表中邻区基站的位置信息估算其位置信息，并将该估算的位置信息用于移动定位系统的定位计算，用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表由所述位置未知基站的邻区基站中部分或全部位置已知基站组成，估算算法可以采用重心法、外心法等方法。另外，还可加载邻区基站的方向信息和/或高度信息，以进一步提高估算的准确度，适应高的定位精度要求。采用本发明可以在基站位置信息没有及时加载或更新的情况下，利用邻区基站的位置信息估算本基站的位置，从而有效提高移动定位的成功率。

Description

提高基站定位成功率的方法

技术领域

本发明涉及一种通过对移动通讯网络中的位置未知基站的位置估算，提高移动通讯网络对移动终端的定位成功率的方法。

背景技术

在移动通讯网络中，可以使用多种方法对移动终端进行定位，在多种定位方法中，基站的位置信息都是最重要的基础数据。基站位置信息是否全面和准确，决定了对移动终端的定位的成功率和准确性。

在移动定位系统中，基站位置信息是由系统管理人员进行配置和加载的。由于移动通讯网络经常对基站进行优化和调整，因此基站信息经常会发生变化，基站信息发生变化后，要求系统管理人员能够及时对配置进行修改和重新加载。但是在实际系统运行过程中，经常出现基站信息不全的情况，尤其是新增加的基站的位置信息并不能很及时地加载到移动定位系统中。

如果移动定位系统得到移动终端的服务小区后，在基站信息中不能找到这个小区的基站的位置信息，就无法继续定位计算，无法确定此移动终端的位置，此次定位就不成功。可见，缺少基站位置信息将影响对移动终端的定位的成功率。

发明内容

为了避免因基站位置信息加载不及时导致的移动定位系统定位失败，本发明提供了一种提高基站定位成功率的方法，该方法可利用邻区基站的位置信息估算本基站的位置信息，来弥补本基站位置信息没有及时更新加载的缺陷，从而提高移动定位成功率。

本发明的主要技术方案是：

一种提高基站定位成功率的方法：在移动定位系统加载基站信息时，加载基站的位置信息和基站的邻区基站列表，对于任意一个位置未知基站，利用其邻区基站列表中邻区基站的位置信息估算其位置信息，并将该估算的位置信息用于移动定位系统的定位计算。

用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表可以由所述位置未知基站的邻区基站中部分或全部位置已知基站组成。

用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表的构造方法优选为：查询位置已知基站的邻区基站列表，当发现所述位置未知基站出现在某个位置已知基站的邻区基站列表中时，将该位置已知基站列入到对应所述位置未知基站的一个邻区基站集合中，部分或全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合或者全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合的非空真子集合即构成所述用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表。

该方法采用如下优选步骤：

（1）构建位置已知基站集合CM1：以初始状态下所有位置已知基站作为集合的元素构建集合CM1；

（2）构建位置未知基站集合CM2：查询集合CM1中所有基站的邻区基站列表，以邻区基站列表中所有位置未知基站作为集合的元素构建集合CM2，并将这些位置未知基站在集合CM1中对应的所有位置已知基站加入到集合CM2中隶属于该位置未知基站的邻区基站列表中；

（3）如此构建的集合CM2中各邻区基站列表即构成为用于估算相应位置未知基站的位置信息的邻区基站列表，利用集合CM2中各邻区基站列表中的位置已知基站的位置信息估算集合CM2中各位置未知基站的位置信息；

（4）将集合CM2的经过估算的原位置未知基站加入到集合CM1中；

（5）把集合CM1中各基站的基站信息加载到移动定位系统。

其中，步骤（2）中确定集合CM1的邻区基站列表中的邻区基站为位置未知基站的方法为：判断邻区基站是否属于步骤（1）构建的集合CM1，如果属于，则确定其为位置已知基站，如果不属于，则确定其为位置未知基站。

对于前述任意一种所述的提高基站定位成功率的方法，位置信息的估算方法为：（1）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中只有一个邻区基站，那么将这个邻区基站的位置信息作为估算的位置信息；（2）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有两个邻区基站，那么将这两个邻区基站的位置连线中点的位置信息作为估算的位置信息；（3）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有三个或三个以上邻区基站，则采用重心法或外心法进行估算，采用重心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的重心的位置信息作为估算的位置信息；采用外心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的外接圆圆心的位置信息作为估算的位置信息；或者，采用外心法估算的方法为：选取所有邻区基站中任意三个邻区基站构成一个三角形，每个三角形对应一个外接圆的圆心，所有这些三角形的外接圆的圆心都分别对应一组位置坐标，针对所有这些组位置坐标的每个方向的坐标计算算术平均值并组成一组估算位置坐标，将该估算位置坐标作为估算的位置信息，对于多边形没有经过所有顶点的外接圆的情况，采用后一种方法估算位置信息。

本发明的有益效果是：

采用本发明的方法，可以在基站位置信息不能及时更新加载的情况下，利用其位置已知的邻区基站的位置信息估算本基站的位置信息，从而有效提高移动定位的成功率。

估算过程既可只在水平面内计算基站的位置信息，也可以在此基础上加入高度信息参与位置信息的估算，对于一般的应用，由于基站的高度的差别相对于基站之间的水平距离来讲可以忽略不计，因此采用前者进行位置信息估算即可满足精度要求，且计算简单、效率高、成本低；而采用高度信息参与其中的位置信息估算方法，计算精度更高，可满足更高的定位精度要求。

无论是否有高度信息参与位置信息的估算，都可以选择加入邻区基站的方向信息参与估算，即方向信息既可以仅体现平面内的方向，也可以体现立体空间内的方向，不仅能够在相适应的场合下提高估算效率，还可以在一定程度上提高估算的精度。

附图说明

图1是本发明的基站信息估算和加载流程图。

具体实施方式

为了便于表达，本发明将没有位置信息或位置信息应该更新而未更新的基站简称为位置未知基站，将有位置信息且该位置信息不需更新或为已更新的基站简称为位置已知基站。

本发明提供了一种提高基站定位成功率的方法，是在移动定位系统加载基站信息时，加载基站的位置信息和基站的邻区基站列表，所谓邻区基站列表是指和所要加载的目标基站相邻的基站的列表，对于任意一个位置未知基站，利用其邻区基站列表中邻区基站的位置信息估算其位置信息，并将该估算的位置信息用于移动定位系统的定位计算。

用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表可以由所述位置未知基站的邻区基站中部分或全部位置已知基站组成。

用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表的构造方法优选为：查询位置已知基站的邻区基站列表，当发现所述位置未知基站出现在某个位置已知基站的邻区基站列表中时，将该位置已知基站列入到对应所述位置未知基站的一个邻区基站集合中，部分或全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合或者全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合的非空真子集合即构成所述用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表。在精度要求不高的情况下，将部分查询后得到的所述邻区基站集合或者全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合的非空真子集合作为所述用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表即可，相比将全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合作为所述用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表，参与估算运算的计算量更小，计算速度更快。

图1所示是本发明的基站信息估算和加载流程图，包括如下步骤：

1）建立两个基站集合CM1和CM2，初始化为空集合。

2）将当前所有的位置已知基站A1、A2、……、Am（m为整数，m≥1）放入到集合CM1中，基站与基站之间通过基站信息相区别，基站信息包括基站的位置信息和邻区基站列表。

3）对CM1中的每个基站重复步骤4）-7）。

4）对基站的邻区基站列表中的每个邻区基站重复步骤5）－7）。

5）判断邻区基站是否在CM1中，如果在CM1中，则该邻区基站是位置已知基站，则取下一个邻区基站，继续对该下一个邻区基站进行同样的判断；如果不在CM1中，则断定该邻区基站是位置未知基站，对其执行步骤6）。

6）判断该邻区基站是否在CM2中，如果不在CM2中，则将该邻区基站作为集合的元素加入到CM2中，该步的最终结果是将所有位置已知基站的邻区基站中所有位置未知基站B1、B2、……、Bn（n为整数，n≥1）搜集整理到集合CM2中。

7）将CM1中与本轮步骤6）中刚刚放入到CM2中的基站Bj（j为整数，1≤j≤n）相对应的基站Ai（i为整数，1≤i≤m）（Ai即本轮步骤3）所指向的基站）加入到位置未知基站Bj的邻区列表中，由于A1、A2、……、Am是位置已知基站，所以每个位置未知基站B1、B2、……、Bn的邻区基站都是位置已知基站，该步的执行结果是在CM2中重新建立了位置已知基站与位置未知基站的映射关系，与CM1中的映射关系不同的是，位置未知基站是集合的元素，位置已知基站则作为描述这些元素使之相区别的特征，位置未知基站B1、B2、……、Bn与位置已知基站A1、A2、……、Am是一对一或一对多的关系。

8）对CM2中的每个基站B1、B2、……、Bn，重复步骤9）－10）。

9）根据基站B1、B2、……、Bn的各自的邻区基站列表中的基站位置，分别估算基站B1、B2、……、Bn的位置，为了区分基站位置信息已知/未知，将其位置信息为估算的位置信息的上述基站对应标记为B1＇、B2＇、……、Bn＇。

10）把基站B1＇、B2＇、……、Bn＇加入到集合CM1中。

11）CM1中包含了估算出位置的新的基站信息，即此时CM1中包含了基站A1、A2、……、Am和B1＇、B2＇、……、Bn＇，且全部为位置已知基站。

12）把CM1加载给移动定位系统，由于包含了新估算出来的、原来没有的基站位置信息，所以可以提高移动定位系统的定位成功率。

所述位置信息优选仅使用其水平位置信息，相应地，位置信息的估算方法可以为：

（1）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中只有一个邻区基站，那么将这个邻区基站的位置信息作为估算的位置信息。

（2）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有两个邻区基站，那么将这两个邻区基站的位置连线中点的位置信息作为估算的位置信息。

（3）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有三个或三个以上邻区基站，则采用重心法或外心法进行估算，具体为：

采用重心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的重心的位置信息作为估算的位置信息；

采用外心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的外接圆圆心的位置信息作为估算的位置信息；或者，选取所有邻区基站中任意三个邻区基站构成一个三角形，每个三角形对应一个外接圆的圆心，所有这些三角形的外接圆的圆心都分别对应一组位置坐标，针对所有这些组位置坐标的每个方向的坐标计算算术平均值并组成一组估算位置坐标，将该估算位置坐标作为估算的位置信息。由于多边形不一定有经过所有顶点的外接圆，而三角形必定有外接圆，因此当多边形没有经过所有顶点的外接圆时，所采用的外心法是指其中的后一种算法，具体通过公式说明如下。

对n个顶点的多边形，任意3个点可以组成一个三角形，共可以组成K个三角形，K=C(n，3)=n*(n-1)*(n-2)/6。

对每个三角形，计算它的外接圆圆心，最后基站的估算位置为K个外心的平均值，即相当于已知K个外心坐标为(x1，y1)，(x2，y2)，…，(xk，yk)，计算：x=(x1+x2+…+xk)/k；y=(y1+y2+…+yk)/k，将估算坐标（x，y）作为本基站的估算位置信息。

需要说明的是，为了便于理解，上述各方法的描述所针对的是二维平面内的简化计算方法。本领域技术人员可以容易地将该简化计算方法的精神运用于立体空间的计算，例如将圆扩展到球，将多边形扩展到多面体，将二维平面坐标扩展到立体空间坐标。在进行二维平面内简化计算时，相当于将一个基站的位置抽象成二维坐标平面内的一个点。实践中，用于描述一个基站的位置可能涉及很多坐标，用平面内一个点的坐标代表一个基站的位置，可以极大地简化计算、提高估算效率。

实践中，当精度要求不高时，可不必估算所有位置未知基站的位置信息，相应地可以做如下变通：根据精度要求给出一个估算位置信息用的邻区列表中邻区基站的数量上限，当针对某个位置未知基站，所构造的其邻区基站列表中位置已知基站的数量达到该上限时，即停止针对该位置未知基站的邻区基站的继续添加，或者，在采用重心法或外心法进行估算时，只取一部分顶点构成多边形或只取全部顶点所构成的全部多边形中的一部分。

无论估算计算还是估算计算前的简化处理，本发明中基站的位置信息是指用于描述基站位置的各坐标，包括坐标的值，而估算计算是以已知的坐标的值为参数计算出新的坐标的值，该新的坐标的值连同其所构成的坐标则构成了估算的位置信息。

具体采用上述何种方法估算位置未知基站的位置信息，可根据移动通讯网络基站分布情况进行选择和调整，当然也可以采用上文中没有提及的其他计算方法，主要包括其他几何计算方法。

进行上述估算的二维平面最好是水平面，相应地上述估算可以说是水平位置的估算，如果将高度信息纳入基站信息，还可以利用高度信息提高计算精度。对此，本发明提供了另外一种在前述各算法基础上附加高度信息估算的新方法，即可将高度信息纳入基站的位置信息，计算参与估算的邻区基站的高度坐标的算术平均值得到估算的高度坐标，并将该估算的高度坐标作为估算的位置信息的高度信息。

对于一般的精度要求，以及基站高度的差别相对于基站之间的水平距离来讲可以忽略不计的情况下，可以采用仅估算基站水平位置信息的算法，计算过程简单、省时。

无论有无高度信息参与估算，或者无论是在二维平面还是三维空间内进行估算，都可以将邻区基站的方向信息纳入其中，在上述估算计算中加入方向信息，可以提高估算的准确度，此时，所述位置信息还包括邻区基站的方向信息。

下面以一个算法实例说明方向信息如何在二维平面内参与估算。定义邻区基站与所要估算其位置的位置未知基站的连线相对一固定方向（如某个坐标轴）的角度构成该邻区基站的方向信息。采用该实例所介绍方法进行估算需要满足如下条件：要求用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中至少应有两个邻区基站，当仅为两个邻区基站时要求这两个邻区基站所对应的两个方向不共线。该位置信息的估算方法为：任取两个其方向夹角不等于0度也不等于180度的邻区基站，利用这两个邻区基站各自的方向信息以及水平位置信息可分别作出这两个邻区基站与所述位置未知基站的连线，将这两条连线的交点的位置信息作为估算的位置信息。由于该交点与所述位置未知基站相重合，因此所估算的位置信息中的方向信息是没有实际意义的，可通过软件控制将其忽略掉或作特定的标识处理。

无论采用上述哪种算法，通常需要基于一定的坐标系，这个坐标系可以是二维直角坐标系或三维直角坐标系，且其中一个坐标平面为地表近似平面（根据简化计算需要人为定义的一个接近地表的平面，在该平面上进行计算相当于将参与计算的点都看成是位于该平面上，通常用于参与计算的点之间的高度差可以忽略的情况。）或者为与地表近似平面平行的平面；或者，这个坐标系也可以是球面坐标系，所述球面坐标系以地球的球心为坐标原点。

基站建于地球表面，实际上是位于一个球面，因而采用球面坐标系、使用三维空间中的球面几何计算方法更加符合实际状况，估算结果精度也更高，适于精度要求较高的场合。但对于一般精度要求，相应估算完全可以简化为在一个平面上的几何计算，即采用平面直角坐标系，由于相邻基站距离很近，所以这个简化计算对精度的影响也不会太大，此时，往往把地表近似为平面，简称为地表近似平面，将平面直角坐标系的一个坐标平面建立在该近似平面上，或者与该近似平面相平行的平面上。

本发明所称的提高基站定位成功率的方法也可称为基站定位方法或者移动终端定位方法。

Claims (12)

1.一种提高基站定位成功率的方法，其特征在于在移动定位系统加载基站信息时，加载基站的位置信息和基站的邻区基站列表，对于任意一个位置未知基站，利用其邻区基站列表中邻区基站的位置信息估算其位置信息，并将该估算的位置信息用于移动定位系统的定位计算，包括如下步骤：

（1）构建位置已知基站集合CM1：以所有位置已知基站作为集合的元素构建集合CM1；

（2）构建位置未知基站集合CM2：查询集合CM1中所有基站的邻区基站列表，以邻区基站列表中所有位置未知基站作为集合的元素构建集合CM2，并将这些位置未知基站在集合CM1中对应的所有位置已知基站加入到集合CM2中隶属于该位置未知基站的邻区基站列表中；

（3）如此构建的集合CM2中各邻区基站列表即构成为用于估算相应位置未知基站的位置信息的邻区基站列表，利用集合CM2中各邻区基站列表中的位置已知基站的位置信息估算集合CM2中各位置未知基站的位置信息；

（4）将集合CM2的经过估算的原位置未知基站加入到集合CM1中；

（5）把集合CM1中各基站的基站信息加载到移动定位系统，

所述位置信息的估算方法为：

（1）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中只有一个邻区基站，那么将这个邻区基站的位置信息作为估算的位置信息；

（2）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有两个邻区基站，那么将这两个邻区基站的位置连线中点的位置信息作为估算的位置信息；

（3）如果用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表中有三个或三个以上邻区基站，则采用重心法或外心法进行估算，采用重心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的重心的位置信息作为估算的位置信息；采用外心法估算的方法为：以各邻区基站的位置为顶点连成一个多边形，将这个多边形的外接圆圆心的位置信息作为估算的位置信息；或者，采用外心法估算的方法为：选取所有邻区基站中任意三个邻区基站构成一个三角形，每个三角形对应一个外接圆的圆心，所有这些三角形的外接圆的圆心都分别对应一组位置坐标，针对所有这些组位置坐标的每个方向的坐标计算算术平均值并组成一组估算位置坐标，将该估算位置坐标作为估算的位置信息，对于多边形没有经过所有顶点的外接圆的情况，采用后一种方法估算位置信息。

2.如权利要求1所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表由所述位置未知基站的邻区基站中部分或全部位置已知基站组成。

3.如权利要求2所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表的构造方法为：查询位置已知基站的邻区基站列表，当发现所述位置未知基站出现在某个位置已知基站的邻区基站列表中时，将该位置已知基站列入到对应所述位置未知基站的一个邻区基站集合中，部分或全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合或者全部查询完毕后得到的所述邻区基站集合的非空真子集合即构成所述用于估算位置未知基站的位置信息的邻区基站列表。

4.如权利要求3所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于步骤（2）中确定集合CM1的邻区基站列表中的邻区基站为位置未知基站的方法为：判断邻区基站是否属于步骤（1）构建的集合CM1，如果属于，则确定其为位置已知基站，如果不属于，则确定其为位置未知基站。

5.如权利要求1、2、3或4所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于所述位置信息还包括邻区基站的方向信息，且方向信息参与所述位置信息的估算。

6.如权利要求5所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于所述位置信息还包括高度信息，且高度信息参与所述位置信息的估算。

7.如权利要求4所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为二维的直角坐标系或三维的直角坐标系，且其中一个坐标平面为地表近似平面或者为与地表近似平面平行的平面。

8.如权利要求5所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为二维的直角坐标系或三维的直角坐标系，且其中一个坐标平面为地表近似平面或者为与地表近似平面平行的平面。

9.如权利要求6所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为二维的直角坐标系或三维的直角坐标系，且其中一个坐标平面为地表近似平面或者为与地表近似平面平行的平面。

10.如权利要求4所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为球面坐标系，所述球面坐标系以地球的球心为坐标原点。

11.如权利要求5所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为球面坐标系，所述球面坐标系以地球的球心为坐标原点。

12.如权利要求6所述的提高基站定位成功率的方法，其特征在于估算位置未知基站的位置信息所基于的坐标系为球面坐标系，所述球面坐标系以地球的球心为坐标原点。