CN108513355A - 基于单基站的网络定位方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单基站的网络定位方法、装置及设备，所述方法包括：获取第一到达时间、第一到达角度、第二到达时间、第二到达角度、第三到达时间和第四到达时间，将第一到达时间、第一到达角度、第二到达时间、第二到达角度、第三到达时间以及第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，基于第一距离、第一到达角度确定第一目标节点在预设坐标系下的坐标，基于第二距离、第二到达角度确定第二目标节点在预设坐标系下的坐标。本发明提供的基于单基站的网络定位方法、装置及设备，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位和目标节点间的同步。

Description

基于单基站的网络定位方法、装置及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于单基站的网络定位方法、装置及设备。

背景技术

定位和同步技术在导航等方面的应用越来越广泛，同时各方面的应用对定位和同步的精度和时间效率的要求也越来越高。

现有技术中，最早期的定位技术是全球卫星定位系统(GPS)，通过多颗定位卫星对目标节点进行定位，GPS可以提供实时、全天候和全球性的定位、时间同步、导航等服务，基本可以满足开阔条件下的海陆空三大领域的应用需求。另外，在定位和同步领域还存在一些别的技术，比如基于无线电信号强度、基于磁场、基于角度测量以及基于超声波等，其中，无线电定位的测量方式主要包括到达时间方法(TOA)、到达时间差的方法(TDOA)、到达角度方法(AOA)、往返时间方法(RTT)等。

但是，GPS难以在室内、地下、洞穴等场合实现目标节点的定位和同步，而基于无线电信号强度、基于磁场、基于角度测量的定位方法定位精度较差并且不能实现节点之间的同步。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单基站的网络定位方法、装置及设备，解决了现有技术中在基站数量较少时的定位方法定位精度低或不能定位，以及不能实现节点间同步的技术问题。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种基于单基站的网络定位方法，包括：

获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

另一方面，本发明提供一种基于单基站的网络定位装置，包括：

获取模块，用于获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

计算模块，用于将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

定位模块，用于基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

再一方面，本发明提供一种用于基于单基站的网络定位方法的电子设备，包括：

存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。

又一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

本发明提供的基于单基站的网络定位方法、装置及设备，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位，并且实现了目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

附图说明

图1为依照本发明实施例的基于单基站的网络定位方法示意图；

图2为依照本发明实施例提供的网络定位方法的应用场景示意图；

图3为依照本发明实施例的在二维平面场景中两个目标节点和单基站之间的关系约束示意图；

图4为依照本发明实施例的基于单基站的网络定位装置示意图；

图5为本发明实施例提供的用于基于单基站的网络定位方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

图1为依照本发明实施例的基于单基站的网络定位方法示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于单基站的网络定位方法，其执行主体为基站，所述方法包括：

步骤S101、获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

步骤S102、将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离、第二距离、第一同步参数和第二同步参数，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离，所述第一同步参数为所述第一目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差，所述第二同步参数为所述第二目标节点的系统时间相对于所述标准时间的偏差；

步骤S103、基于所述第一距离、所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，基于所述第二距离、所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标。

具体的，图2为依照本发明实施例提供的网络定位方法的应用场景示意图，如图2所示，本应用场景中以三个目标节点为例进行场景描述，在实际应用中，只要存在至少两个目标节点均能实现本发明实施例提供的方法。

图3为依照本发明实施例的在二维平面场景中两个目标节点和单基站之间的关系约束示意图，如图3所示，首先，基站需要获取第一目标节点i将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间τ_0i，同时需要获取在预设坐标系下第一目标节点相对于基站的方位角ψ_i，同时需要获取第二目标节点j将第二测量特征信号发送到基站所需要的时间τ_0j，同时需要获取在预设坐标系下第二目标节点相对于基站的方位角ψ_j，同时需要获取第二目标节点将第二测量特征信号发送到第一目标节点所需要的时间τ_ij，还需要获取第一目标节点将第一测量特征信号发送到第二目标节点所需要的时间τ_ji。

然后，基站将τ_0i、ψ_i、τ_0j、ψ_j、τ_ij以及τ_ji，输入至预设的半正定规划模型，输出第一目标节点与基站间的距离d_0i，第二目标节点与基站间的距离d_0j，第一目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差第二目标节点的系统时间相对于所述标准时间的偏差

最后，基于d_0i和ψ_i确定第一目标节点在预设坐标系下的坐标作为第一坐标，基于d_0j和ψ_j确定第二目标节点在预设坐标系下的坐标作为第二坐标， 其中，为ψ_i的估计值，为ψ_j的估计值。

如图3所述，基站侧通过简单的运算，单基站可以得到第一目标节点i和第二目标节点j之间的距离为d_ij，d_ij＝c(τ_ij+τ_ji)/2,c为电磁波的传播速度，即为光速。

第一目标节点i和第二目标节点j到单基站的距离差为Δd_ij，Δd_ij＝c(τ_0j-τ_0i-(τ_ij-τ_ji)/2)。根据获取到的第一到达角度ψ_i和第二到达角度ψ_j，进一步我们可以得到中间角度变量θ，θ＝(π-ψ_i+ψ_j)/2。利用正弦定理，我们可以确定角度变量利用三角形中内角关系，我们可以得到角度进一步利用参数d_ij,Δd_ij和余弦定理，我们可以得到距离

一旦确定了角度ψ_i，那么目标节点i的位置坐标必然在由角度ψ_i和单基站所共同确定的直线上。进一步利用由d_ij,Δd_ij和三条边确定的三角形的形状，我们可以唯一的确定该三角形的位置，那么目标节点i和j的位置也被唯一的确定。最后利用τ_0i和τ_0j，我们也可以确定同步参数和

本发明实施例提出的基于单基站的目标节点的定位方法，没有对目标节点之间以及目标节点和单基站之间的时钟同步的要求，在最终的解算中可以确定出目标节点的时钟同步参数，这样就节省了首先进行网络时钟同步的操作，扩展了本发明适用范围，有利于提高无线网络的效率。

单基站侧的天线阵列不需要发送任何信号(即可以使用被动天线阵列)，这样节省了整个网络的宝贵的时频资源，节约了网络的能量，有利于提高无线网络的使用效率。

在单基站侧进行目标节点位置和同步参数求解过程中，不需要人为的设定目标方程的初始解，放宽了对目标节点位置和同步参数数值范围和初始解的限制，有利于从整个可行域空间寻找到目标方程的最优解。

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位方法，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位，并且实现了目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述方法还包括：

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至所述半正定规划模型，输出第一同步参数和第二同步参数，所述第一同步参数为所述第一目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差，所述第二同步参数为所述第二目标节点的系统时间相对于所述标准时间的偏差；

根据所述第一同步参数和所述第二同步参数，实现对所述第一目标节点和所述第二目标节点的初步同步。

具体的，在实现对第一目标节点和第二目标节点定位的同时，基站将第一到达时间、第一到达角度、第二到达时间、第二到达角度、第三到达时间以及第四到达时间，输入至所述半正定规划模型，输出第一同步参数和第二同步参数，第一同步参数为第一目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差，第二同步参数为第二目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差；

然后基站根据第一同步参数和第二同步参数，实现对第一目标节点和第二目标节点的初步同步。

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位方法，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位，并且实现了目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

在以上各实施例的基础上，进一步地，所述获取第一到达时间和第一到达角度，具体为：

接收第一目标节点发送的第一测量特征信号；

根据所述第一测量特征信号获取第一到达时间和第一到达角度。

所述获取第二到达时间和第二到达角度，具体为：

接收第二目标节点发送的第二测量特征信号；

根据所述第二测量特征信号获取第二到达时间和第二到达角度。

所述获取第三到达时间，具体为：

获取第一目标节点发送的第三到达时间，所述第三到达时间由所述第一目标节点根据第二目标节点发送的第二测量特征信号获得。

所述获取第四到达时间，具体为：

获取第二目标节点发送的第四到达时间，所述第四到达时间由所述第二目标节点根据第一目标节点发送的第一测量特征信号获得。

具体的，在双工通信模式下，目标节点通过两类帧信息的传输，在单基站侧实现对目标节点的定位和同步参数的解算。这两类帧信息可以在不同的频带内传输，也可以在不同的时隙内传输，分别为测距特征信号帧和数字信号响应帧。工作场景如图2所示，目标节点之间相互发送不同的测距特征信号，单基站处于侦听模式接收来自无线网络中目标节点发送的信号。

无线网络中的第一目标节点发送自己的第一测距特征信号，无线网络中的其他目标节点和单基站接收来自第一目标节点的第一测距特征信号。无线网络中的第二目标节点发送自己的第二测距特征信号，无线网络中的其他目标节点和单基站接收来自第二目标节点的第二测距特征信号。

目标节点和单基站对接收到的特征信号进行解调，估计其中包含的到达时间参数、信噪比以及到达角度等，即，基站接收第一目标节点发送的第一测量特征信号，根据第一测量特征信号获取第一到达时间τ_0i和第一到达角度ψ_i。基站接收第二目标节点发送的第二测量特征信号，根据第二测量特征信号获取第二到达时间τ_0j和第二到达角度ψ_j。第一目标节点根据第二目标节点发送的第二测量特征信号，获得第三到达时间τ_ij，然后第一目标节点将第三到达时间τ_ij发送到基站，基站获取的第三到达时间τ_ij。第二目标节点根据第一目标节点发送的第一测量特征信号，获得第四到达时间τ_ji，然后第二目标节点将第四到达时间τ_ji发送到基站，基站获取的第四到达时间τ_ji。

第一目标节点i的第一测距特征信号为s_i(t)，第二目标节点j的第二测距特征信号为s_j(t)，当i≠j时，信号s_i(t)和信号s_j(t)不相同。为了清晰的描述各个节点接收信息的情况，在此给出目标节点接收信号的情况。第一目标节点i接收到的来自第二目标节点j的第一测距特征信号为r_i(t)，r_i(t)＝α_js_j(t-τ_ij)+w_i(t)，其中，w_i(t)为第一目标节点i端口的噪声，τ_ij为信号由第二目标节点j发送到第一目标节点i之间的到达时间，并且c代表光速。d_ij代表第一目标节点i和第二目标节点j之间的真实距离，和分别代表了第一目标节点i和第一目标节点j相对于标准时间的偏差(也即同步参数)，α_j为信号的幅度。第一目标节点i根据接收到的信号r_i(t)估计出第二目标节点j的到达时间τ_ij以及相应的信噪比ω_ij等。

包含M个天线阵元的单基站接收到的来自第二目标节点j的测距特征信号为r₀(t)，其中，阵元i上的信号形式为v_i(t)，

噪声部分可以写为 为天线阵元i端口的噪声。天线阵元之间的距离为d，ψ_j为第二目标节点j到单基站的到达角度，α_0j为信号的幅度，λ为载波的波长，为第二目标节点j的特征信号到单基站的到达时间，d_0j为第二目标节点j到单基站之间的距离。单基站根据接收到的信号r₀(t)估计出第二目标节点j的到达时间τ_0j、到达角度ψ_j以及相应的信噪比ω_0j等。

第一目标节点i和第二目标节点j分别将估计得到的到达时间、信噪比等参数封装进数字信号响应帧中，并将该响应帧发送回无线网络中。单基站接收到来自第一目标节点i和第二目标节点j的数字信号响应帧并解调出其中包含的参数。单基站可以得到τ_0i、τ_0j、τ_ij、τ_ji、ψ_i和ψ_j等基本参数。

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位方法，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位，并且实现了目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

在以上各实施例的基础上，进一步地，所述半正定规划模型为：

其中，d_0i为第一距离，为第一同步参数，d_0j为第二距离，为第二同步参数，为d_0i的估计值，为的估计值，为d_0j的估计值，为的估计值，ε为参数矢量，τ＝[τ_0i,τ_0j,τ_ij,τ_ji]^T，为τ的估计值，τ_0i为第一到达时间，τ_0j为第二到达时间，τ_ij为第三到达时间，τ_ji为第四到达时间，为τ_0i的估计值，为τ_0j的估计值，为τ_ij的估计值，为τ_ji的估计值，c为光速，ψ_i为第一到达角度，ψ_j为第二到达角度，为ψ_i的估计值，为ψ_j的估计值，ρ^T＝[d_0i,d_0j]，[X]_ij为矩阵变量X的第i行和j列对应的元素，ε_i、ε_j、和均为辅助变量。

具体的，通过预设的半正定规划模型的解算过程如下：

目标节点和单基站分别估计出到达时间和到达角度参数，得到这些参数的估计值(即和)。通过目标节点和基站间的数据传输，单基站可以得到所有的这些到达时间和到达角度参数(即 和)。为了构造目标函数，我们定义参数矢量为τ＝[τ_0i,τ_0j,τ_ij,τ_ji]^T。以作为τ的估计值，我们得到以下使目标函数残差最小的优化问题。

为了求解该优化问题，我们使用余弦定理、变量代换以及凸松弛等方法，将其转换为半正定规划问题，如下所示：

其中，d_0i为第一距离，为第一同步参数，d_0j为第二距离，为第二同步参数，为d_0i的估计值，为的估计值，为d_0j的估计值，为的估计值，ε为参数矢量，τ＝[τ_0i,τ_0j,τ_ij,τ_ji]^T，为τ的估计值，τ_0i为第一到达时间，τ_0j为第二到达时间，τ_ij为第三到达时间，τ_ji为第四到达时间，为τ_0i的估计值，为τ_0j的估计值，为τ_ij的估计值，为τ_ji的估计值，c为光速，ψ_i为第一到达角度，ψ_j为第二到达角度，为ψ_i的估计值，为ψ_j的估计值，ρ^T＝[d_0i,d_0j]，[X]_ij为矩阵变量X的第i行和j列对应的元素，ε_i、ε_j、和均为辅助变量。进一步结合测量到的到达角度，我们可以得到第一目标节点初始的同步和位置的解，第二目标节点初始的同步和位置的解如下：

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位方法，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位，并且实现了目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

在以上各实施例的基础上，进一步地，还包括：

获取第一信噪比、第二信噪比、第三信噪比和第四信噪比，其中，所述第一信噪比为所述基站接收到所述第一目标节点发送的所述第一测量特征信号的信噪比，所述第二信噪比为所述基站接收到所述第二目标节点发送的所述第二测量特征信号的信噪比，所述第三信噪比为所述第一目标节点接收到所述第二目标节点发送的所述第二测量特征信号的信噪比，所述第四信噪比为所述第二目标节点接收到所述第一目标节点发送的所述第一测量特征信号的信噪比；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间、所述第四到达时间、所述第一信噪比、所述第二信噪比、所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第一坐标、所述第二坐标、所述第一同步参数，以及所述第二同步参数，输入至预设的迭代解算模型，输出所述第一坐标的精确值和所述第二坐标的精确值；

根据所述第一坐标的精确值实现对所述第一目标节点的精确定位；根据所述第二坐标的精确值实现对所述第二目标节点的精确定位。

所述方法还包括：

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间、所述第四到达时间、所述第一信噪比、所述第二信噪比、所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第一坐标、所述第二坐标、所述第一同步参数，以及所述第二同步参数，输入至所述迭代解算模型，输出所述第一同步参数的精确值和所述第二同步参数的精确值；

根据所述第一同步参数的精确值和所述第二同步参数的精确值，实现对所述第一目标节点和所述第二目标节点的精确同步。

具体的，为了获取目标节点的位置和同步参数的精确值，基站在接收到第一目标节点发送的第一测量特征信号时，需要同时获取第一测量特征信号的信噪比ω_oi。基站在接收到第二目标节点发送的第二测量特征信号时，需要同时获取第二测量特征信号的信噪比ω_oj。第一目标节点接收到第二目标节点发送的第二测量特征信号时，需要同时获取第二测量特征信号的信噪比ω_ij，并将ω_ij发送给基站。第二目标节点接收到第一目标节点发送的第一测量特征信号时，需要同时获取第一测量特征信号的信噪比ω_ji，并将ω_ji发送给基站。依据到达时间和到达角度，重新定义一个参数矢量y，y＝[cos(ψ_i),cos(ψ_j),τ_0i,τ_0j,τ_ij,τ_ji]^T，其对应的参数矢量的估计为从Fisher信息分析的角度，我们可以得到关于参数矢量y的Fisher信息矩阵的Ω，在此将其设定为对角矩阵。矩阵Ω中对角线上的元素确定为：

其中，为信噪比ω_oi的估计值，为信噪比ω_oj的估计值，是信噪比ω_ij的估计值，为信噪比ω_ji的估计值，d为天线阵列中阵元之间的间距，M为天线阵列中阵元的数量，λ为载波波长，F_c为信号带宽，

再次依据单基站获得的到达时间、到达角度以及信噪比参数，我们可以构造出迭代解算模型，该模型中新的目标函数如下：

从初始解和出发，采用迭代的方法(比如牛顿迭代法、梯度下降法、坐标下降法等)求解位置和同步参数的精确解和

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位方法，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位和目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

图4为依照本发明实施例的基于单基站的网络定位装置示意图，如图4所示，本发明实施例提供一种基于单基站的网络定位装置，包括获取模块401、计算模块402和定位模块403，其中，获取模块401用于获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

计算模块402用于将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

定位模块403用于基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

本发明实施例提供一种基于单基站的网络定位装置，用于完成上述实施例中所述的方法，通过本实施例提供的装置完成上述实施例中所述的方法的具体步骤与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明实施例提供的基于单基站的网络定位装置，通过至少两个目标节点的配合，仅在一个基站的条件下就能完成目标节点的定位和目标节点间的同步，并且提高了目标节点间同步、定位的精度和时间效率，降低了单基站定位中对时钟同步和天线阵列的特性要求。在无线网络中仅存在单个具有被动天线阵列的基站的情况下，实现目标节点的同步和定位，从而节省大量的通信时隙等资源，提高了无线网络的使用效率。

图5为本发明实施例提供的用于基于单基站的网络定位方法的电子设备的结构示意图，如图5所示，所述设备包括：处理器501、存储器502和总线503；

其中，处理器501和存储器502通过所述总线503完成相互间的通信；

处理器501用于调用存储器502中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置及设备等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于单基站的网络定位方法，其特征在于，包括：

获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至所述半正定规划模型，输出第一同步参数和第二同步参数，所述第一同步参数为所述第一目标节点的系统时间相对于标准时间的偏差，所述第二同步参数为所述第二目标节点的系统时间相对于所述标准时间的偏差；

根据所述第一同步参数和所述第二同步参数，实现对所述第一目标节点和所述第二目标节点的初步同步。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取第三到达时间，具体为：

获取第一目标节点发送的第三到达时间，所述第三到达时间由所述第一目标节点根据第二目标节点发送的第二测量特征信号获得；

所述获取第四到达时间，具体为：

获取第二目标节点发送的第四到达时间，所述第四到达时间由所述第二目标节点根据第一目标节点发送的第一测量特征信号获得。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半正定规划模型为：

其中，d_0i为第一距离，为第一同步参数，d_0j为第二距离，为第二同步参数，为d_0i的估计值，为的估计值，为d_0j的估计值，为的估计值，ε为参数矢量，τ＝[τ_0i,τ_0j,τ_ij,τ_ji]^T，为τ的估计值，τ_0i为第一到达时间，τ_0j为第二到达时间，τ_ij为第三到达时间，τ_ji为第四到达时间，为τ_0i的估计值，为τ_0j的估计值，为τ_ij的估计值，为τ_ji的估计值，c为光速，ψ_i为第一到达角度，ψ_j为第二到达角度，为ψ_i的估计值，为ψ_j的估计值，ρ^T＝[d_0i,d_0j]，[X]_ij为矩阵变量X的第i行和j列对应的元素，ε_i、ε_j、和均为辅助变量。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

获取第一信噪比、第二信噪比、第三信噪比和第四信噪比，其中，所述第一信噪比为所述基站接收到所述第一目标节点发送的所述第一测量特征信号的信噪比，所述第二信噪比为所述基站接收到所述第二目标节点发送的所述第二测量特征信号的信噪比，所述第三信噪比为所述第一目标节点接收到所述第二目标节点发送的所述第二测量特征信号的信噪比，所述第四信噪比为所述第二目标节点接收到所述第一目标节点发送的所述第一测量特征信号的信噪比；

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间、所述第四到达时间、所述第一信噪比、所述第二信噪比、所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第一坐标、所述第二坐标、所述第一同步参数，以及所述第二同步参数，输入至预设的迭代解算模型，输出所述第一坐标的精确值和所述第二坐标的精确值；

根据所述第一坐标的精确值实现对所述第一目标节点的精确定位；根据所述第二坐标的精确值实现对所述第二目标节点的精确定位。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间、所述第四到达时间、所述第一信噪比、所述第二信噪比、所述第三信噪比、所述第四信噪比、所述第一坐标、所述第二坐标、所述第一同步参数，以及所述第二同步参数，输入至所述迭代解算模型，输出所述第一同步参数的精确值和所述第二同步参数的精确值；

根据所述第一同步参数的精确值和所述第二同步参数的精确值，实现对所述第一目标节点和所述第二目标节点的精确同步。

7.一种基于单基站的网络定位装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取第一到达时间和第一到达角度；获取第二到达时间和第二到达角度；获取第三到达时间；获取第四到达时间；其中，所述第一到达时间为第一目标节点将第一测量特征信号发送到基站所需要的时间，所述第一到达角度为在预设坐标系下所述第一目标节点相对于所述基站的方位角，所述第二到达时间为第二目标节点将第二测量特征信号发送到所述基站所需要的时间，所述第二到达角度为在所述预设坐标系下所述第二目标节点相对于所述基站的方位角，所述第三到达时间为所述第二目标节点将所述第二测量特征信号发送到所述第一目标节点所需要的时间，所述第四到达时间为所述第一目标节点将所述第一测量特征信号发送到所述第二目标节点所需要的时间；

计算模块，用于将所述第一到达时间、所述第一到达角度、所述第二到达时间、所述第二到达角度、所述第三到达时间以及所述第四到达时间，输入至预设的半正定规划模型，输出第一距离和第二距离，其中，所述第一距离为所述第一目标节点与所述基站间的距离，所述第二距离为所述第二目标节点与所述基站间的距离；

定位模块，用于基于所述第一距离和所述第一到达角度确定所述第一目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第一坐标，并根据所述第一坐标实现对所述第一目标节点的初步定位；基于所述第二距离和所述第二到达角度确定所述第二目标节点在所述预设坐标系下的坐标，作为第二坐标，并根据所述第二坐标实现对所述第二目标节点的初步定位。

8.一种用于基于单基站的网络定位方法的电子设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至6任一所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一所述的方法。