CN104301995A - 混合定位方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种混合定位方法和装置。其中在混合定位方法中,确定移动终端的候选区域,将候选区域进行网格划分,利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子,其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个。利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值。利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。由于综合利用多种参数综合进行定位处理,因此可有效提升定位精度和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,特别涉及一种混合定位方法和装置。
背景技术
目前主要的多基站定位方法包括基于时间差的:TOA(Time ofArrival,到达时间)、TDOA(Time Difference of Arriva,到达时间差),是通过测量信号从基站到终端间的传播时间,换算出相应的距离,然后根据多个距离及已知的基站位置来计算出终端的经纬度坐标;或者基于信号强度的SA(Signal Attenuation,信号衰减),用信号强度来估算基站与终端距离;或者通过计算终端和基站角度的AOA(Angle of Arrival,到达角度)定位。
以上的定位方法,通常是用单一时间差或信号强度参数来计算,不便于多种网络(如3G和LTE(Long Term Evolution,长期演进)双模的情况下)的多种参数来参与计算,而且鲁棒性较差,在有多个基站的多个参数时候,可能出现不同计算结果的位置计算结果无交集的情况。
例如现有OTDOA(Observed Time Difference of Arrival,观察到达时间差)计算时候,理论计算结果是由时间差确定的多条双曲线的交点,在实际计算时候,由于无线信号的反射/折射造成干扰,用测量到的多个基站的时间差计算的交点可能落在不同区域,没有交集,同样用信号强度、角度测量等方式获得的多个基站定位到的终端位置,很可能分布到没有交集的区域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合定位方法和装置。通过将移动终端所处的候选区域进行网格划分,根据多种基站参数计算移动终端在网格中的概率,由此对移动终端进行定位。通过利用多种参数综合地计算移动终端位置,可有效提升定位精度和鲁棒性。
根据本发明的一个方面,提供一种混合定位方法,包括:
确定移动终端的候选区域;
将候选区域进行网格划分;
利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子,其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数;
利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数;
利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
优选的,对于到达基站时间差,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2);
其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
优选的,对于小区信号强度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1));
其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,其中1≤k≤M。
优选的,对于移动终端到基站的角度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-|A-A0|);
其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
优选的,利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
移动终端的位置坐标(X,Y)为:
其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
优选的,利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
根据本发明的另一方面,提供一种混合定位装置,包括:区域确定单元、网格划分单元、概率因子确定单元、概率分布值确定单元和位置确定单元,其中:
区域确定单元,用于确定移动终端的候选区域;
网格划分单元,用于将候选区域进行网格划分;
概率因子确定单元,用于利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子,其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数;
概率分布值确定单元,用于利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数;
位置确定单元,用于利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
优选的,概率因子确定单元具体对于到达基站时间差,利用公式:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2)
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
优选的,概率因子确定单元具体对于小区信号强度,利用公式:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1))
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,1≤k≤M。
优选的,概率因子确定单元具体对于移动终端到基站的角度,利用公式:
F=exp(-|A-A0|);
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
优选的,位置确定单元具体利用公式:
确定移动终端的位置坐标(X,Y),其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
优选的,位置确定单元具体将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
本发明通过将移动终端的候选区域进行网格划分,利用至少一个测量的基站参数确定移动终端在每个网格中的概率因子,进而确定出移动终端的具体位置。由于综合利用多种参数综合进行定位处理,因此可有效提升定位精度和鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例的混合定位方法的示意图。
图2为本发明对候选区域进行网格划分的示意图。
图3为本发明一个实施例的混合定位装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明一个实施例的混合定位方法的示意图。如图1所示,本实施例的方法步骤如下:
步骤101,确定移动终端的候选区域。
优选的,可将移动终端的服务小区作为候选区域。服务小区为基站扇区所覆盖,直径约几百米。在移动通信网络中,通常每个基站包括3个或更多个方向的天线,每个天线覆盖一个扇形的小区。
步骤102,将候选区域进行网格划分。
优选的,可将候选区域划分为若干个直径几十米的小网格,如图2所示。
步骤103,利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子。
其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数。
步骤104,利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数。
可利用多种方式确定移动终端位于第i个网格的概率分布值。例如,可将移动终端在第i个网格中的全部概率因子相乘,再归一化到[0,1]区间,以作为移动终端位于第i个网格的概率分布值。也可以将移动终端在第i个网格中的全部概率因子相加或按一定的公式进行计算处理,最后归一化到[0,1]区间。
例如,某个网格中有4个概率因子,分别为Fa、Fb、Fc和Fd,则该网格的概率分布值P为:
P=Fa×Fb×Fc×Fd。
此外,还可对各概率因子设计不同的权重或优先级。
例如,可根据预定的规则,分别为Fa、Fb、Fc和Fd分配相应的权重值ka、kb、kc和kd。则该网格的概率分布值P为:
P=Faka×Fbkb×Fckc×Fdkd。
步骤105,利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
基于本发明上述实施例提供的混合定位方法,通过将移动终端的候选区域进行网格划分,利用至少一个测量的基站参数确定移动终端在每个网格中的概率因子,进而确定出移动终端的具体位置。由于综合利用多种参数综合进行定位处理,因此可有效提升定位精度和鲁棒性。
需要说明的是,这里涉及的移动终端,是可通过移动通信网络进行通信的终端设备,所述移动通信网络包括但不限于WCDMA(WidebandCode Division Multiple Access,宽带码分多址)、CDMA(Code DivisionMultiple Access,码分多址)、TD-CDMA(Time Division-Code DivisionMultiple Access,时分码分多址)、WiFi(Wireless Fidelity,无线保真)、LTE等,包括但不限于2G、3G、4G移动网络。所述终端可以是单模终端,也可以是多模多待终端,可测量到多种网络的无线参数用于定位。
其中,基站参数是指移动终端或基站测量到的,用于进行定位的参数,包括但不限于信号传播时间或信号传播时间差、信号强度等。其中所述信号传播时间,是信号在基站和终端间传播的时间,正比于基站和终端间的距离。所述信号传播时间差,是信号在不同基站到1个终端的传播时间差值;或者是信号从1个基站到多个不同终端的传播时间差值。
优选的,对于到达基站时间差,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2);
其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
优选的,对于小区信号强度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1));
其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,其中1≤k≤M。
优选的,对于移动终端到基站的角度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-|A-A0|);
其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
本领域技术人员可以了解的是,上述具体公式仅为示例性的,还可采用其它方式计算网格中的概率因子。
优选的,上述利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
移动终端的位置坐标(X,Y)为:
其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
在另一实施例中,上述利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
此外,还可采用其它方式确定移动终端的位置坐标。例如,在得到移动终端在网格中的概率分布值后,首先对概率分布值进行处理,排除概率分布值过低的网格,从而减小候选区域的范围,加快定位速度。
图3为本发明一个实施例的混合定位装置的示意图。如图3所示,混合定位装置包括:区域确定单元301、网格划分单元302、概率因子确定单元303、概率分布值确定单元304和位置确定单元305。其中:
区域确定单元301,用于确定移动终端的候选区域。
网格划分单元302,用于将候选区域进行网格划分。
概率因子确定单元303,用于利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子。
其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数。
概率分布值确定单元304,用于利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数。
位置确定单元305,用于利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
基于本发明上述实施例提供的混合定位装置,通过将移动终端的候选区域进行网格划分,利用至少一个测量的基站参数确定移动终端在每个网格中的概率因子,进而确定出移动终端的具体位置。由于综合利用多种参数综合进行定位处理,因此可有效提升定位精度和鲁棒性。
优选的,概率因子确定单元303具体对于到达基站时间差,利用公式:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2)
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
优选的,概率因子确定单元303具体对于小区信号强度,利用公式:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1))
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,1≤k≤M。
优选的,概率因子确定单元303具体对于移动终端到基站的角度,利用公式:
F=exp(-|A-A0|);
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
优选的,位置确定单元305具体利用公式:
确定移动终端的位置坐标(X,Y),其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
优选的,位置确定单元305具体将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
通过实施本发明,可得到以下有益效果:
1、通过将候选区域(如一个无线小区)划分为多个小网格,针对每个网格来计算各种基站参数概率因子,可以将各概率因子归一化考虑,有利于综合考虑多网络的多种参数的影响,使结果具有鲁棒性,提升了定位精度,同时提升定位的鲁棒性,避免已有单一定位方法可能无交集的情况。
2、便于灵活设置概率因子及权重,便于进行定位结果的优化。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成,也可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (12)
1.一种混合定位方法,其特征在于,包括:
确定移动终端的候选区域;
将候选区域进行网格划分;
利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子,其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数;
利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数;
利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
对于到达基站时间差,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2);
其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
对于小区信号强度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1));
其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,其中1≤k≤M。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,
对于移动终端到基站的角度,确定移动终端在每个网格中的概率因子的步骤包括:
移动终端在第i个网格中的概率因子F为:
F=exp(-|A-A0|);
其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,
利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
移动终端的位置坐标(X,Y)为:
其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,
利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标的步骤包括:
将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
7.一种混合定位装置,其特征在于,包括:区域确定单元、网格划分单元、概率因子确定单元、概率分布值确定单元和位置确定单元,其中:
区域确定单元,用于确定移动终端的候选区域;
网格划分单元,用于将候选区域进行网格划分;
概率因子确定单元,用于利用测量的基站参数,确定移动终端在每个网格中的概率因子,其中测量的基站参数包括到达基站时间差、小区信号强度、移动终端到基站的角度中的至少一个,其中到达基站时间差为移动终端发送的信号分别到达主小区基站和第j个邻小区基站的时间差,其中1≤j≤M,M为邻小区总数;
概率分布值确定单元,用于利用移动终端在第i个网格中的概率因子,确定移动终端位于第i个网格的概率分布值,其中1≤i≤N,N为网格总数;
位置确定单元,用于利用移动终端在每个网格中的概率分布值以及每个网格的位置坐标,确定移动终端的位置坐标。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
概率因子确定单元具体对于到达基站时间差,利用公式:
F=exp(-((|R1-R|-C)/W)2)
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第j个邻小区基站的距离,C为将测量到的到达基站时间差转换成的距离差值,W为预设的信号衰减经验常数。
9.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
概率因子确定单元具体对于小区信号强度,利用公式:
F=exp(-K×(P1/P0)×(R/R1))
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,K为预设的强度影响系数,P1为邻小区的归一化信号强度,P0为主小区的归一化信号强度,R为第i个网格的中心到主小区基站的距离,R1为第i个网格的中心到第k个邻小区基站的距离,1≤k≤M。
10.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,
概率因子确定单元具体对于移动终端到基站的角度,利用公式:
F=exp(-|A-A0|);
确定移动终端在第i个网格中的概率因子F,其中exp为指数函数,A为第i个网格的中心到主小区基站的角度,A0为测量到的移动终端和主小区基站的角度。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的装置,其特征在于,
位置确定单元具体利用公式:
确定移动终端的位置坐标(X,Y),其中P[i]为移动终端在第i个网格中的概率分布值,(X[i],Y[i])为第i个网格的中心坐标。
12.根据权利要求7-10中任一项所述的装置,其特征在于,
位置确定单元具体将具有最大概率分布值的网格的中心坐标,作为移动终端的位置坐标。
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