CN108696931A - 基于移动通信网络的定位方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于移动通信网络的定位方法及计算机可读存储介质。其中定位方法包括：接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号，并获取无线信号的信号强度指示，无线信号包含有发送该无线信号的锚点基站的标识；根据锚点基站的标识确定无线信号的衰减因子以及锚点基站的位置信息；根据信号强度指示以及衰减因子，计算定位目标至锚点基站的距离值；以及根据距离值以及锚点基站的位置信息确定定位目标的位置。本方案考虑到周边电磁环境的差别，动态调整无线信号的衰减因子，使得计算得到的距离值更加准确，从而可以得到更加准确的位置。

Description

基于移动通信网络的定位方法及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及无线设备定位领域，特别是涉及基于移动通信网络的定位方法 及计算机可读存储介质。

背景技术

移动终端的定位服务是利用无线信号确定地理位置信息的技术，现有的定 位方法主要包括卫星定位技术(例如全球定位系统(Global Positioning System， 简称GPS)以及无线网络定位技术(例如GPRS、CDMA、LTE等移动通信网 络定位技术)。

卫星定位技术是被定位的终端通过与之相连的卫星信号接收终端，同时接 收多颗定位卫星发射的定位信号，计算出该物体所处的经纬度和高度坐标而实 现定位。现有的卫星定位系统包括GPS、北斗等。卫星定位技术成本及运营成 本高，并且需要卫星信号接收机与卫星之间存在直线连接，因此卫星信号在建 筑物密集的城区及建筑物内部存在信号接收盲区，导致卫星定位在高楼林立的 城市中容易出现失效的情况。

无线网络定位技术是被定位的终端通过与多个已知坐标位置的固定基站进 行交互，获得相应测量参数后，利用适当的处理方法获得移动目标在空间中的 位置。目前最常见的无线网络定位算法为基于接收信号强度指示(Received Signal StrengthIndication，简称RSSI)的定位方法，其原理为无线电信号在空 间中传播时，会有不同程度的损耗，在已知固定基站的发射信号强度，根据被 定位终端收到的信号强度。计算出信号的传播损耗，再利用理论和经验模型将 传输损耗转换为终端至固定基站的距离，从而得到终端的位置。无线网络定位 技术可以应用于室内以及无法接受卫星信号的环境，但是由于无线信号传输受 到城市中非视距传播、多径效应和多址干扰等因素的极大影响，造成无线网络 定位技术的定位精度较差。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种定位精度高的基于移动通信网络的定位方 法及计算机可读存储介质。

特别地，本发明提供了一种一种基于移动通信网络的定位方法，该方法包 括：接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号，并获取无线信号的信号强 度指示，无线信号包含有发送该无线信号的锚点基站的标识；根据锚点基站的 标识确定无线信号的衰减因子以及锚点基站的位置信息；根据信号强度指示以 及衰减因子，计算定位目标至锚点基站的距离值；以及根据距离值以及锚点基 站的位置信息确定定位目标的位置。

可选地，根据锚点基站的标识确定无线信号的衰减因子的步骤包括：根据 锚点基站的标识确定定位目标所在的区域；以及从预设的衰减因子库中查询出 定位目标所在的区域中各基站的衰减因子，从中提取出锚点基站的衰减因子。

可选地，衰减因子库用于保存定位区域内移动基站各方向的衰减因子，并 且采集一备采基站的衰减因子的步骤包括：以备采基站为中心将其周围区域划 分为多个采集扇区；在每个采集扇区内的设定位置处测量备采基站发出的无线 信号的信号强度指示；获取设定位置至备采基站的距离；根据设定位置至备采 基站的距离以及备采基站发出的无线信号的信号强度指示计算该采集扇区的衰 减因子；将备采基站的标识、采集扇区的标识以及计算出的衰减因子匹配保存 至衰减因子库。

可选地，计算采集扇区的衰减因子的步骤包括：将设定位置至备采基站的 距离以及备采基站发出的无线信号的信号强度指示代入衰减因子计算公式，计 算得到采集扇区的衰减因子，衰减因子计算公式为：

k＝(-A+rssi+32.44)/(-10*log10(frequency)-log10(distance)*10))，在该衰减因 子计算公式中：k为衰减因子，A为常数，rssi为备采基站发出的无线信号的信 号强度，frequency为备采基站发出的无线信号的信号频率，distance为设定位 置至备采基站的距离。

可选地，获取设定位置至备采基站的距离的步骤包括：利用卫星定位系统 获取设定位置的经纬度数据；获取备采基站的经纬度数据；根据设定位置的经 纬度数据和备采基站的经纬度数据计算得出设定位置至备采基站的距离。

可选地，根据信号强度指示以及衰减因子计算定位目标至锚点基站的距离 值的步骤包括：将根据信号强度指示以及衰减因子代入距离计算公式，计算得 到定位目标至锚点基站的距离值，距离计算公式为：

D＝10^((A-RSSI-32.44+10*K*log10(f))/(10*K))，在该距离计算公式中：D 为定位目标至锚点基站的距离值，A为常数，RSSI为锚点基站发出的无线信 号的信号强度指示，f为锚点基站发出的无线信号的信号频率，K为衰减因子。

可选地，接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号的步骤包括：扫描 定位目标周围预定网络模式的无线信号；根据扫描出的无线信号中的基站标识 确定定位目标周围的基站，从定位目标周围的基站中选择至少两个基站作为锚 点基站。

可选地，根据距离值以及锚点基站的位置信息确定定位目标的位置的步骤 包括：分别计算定位目标至多个锚点基站的距离值；根据多个锚点基站的坐标 以及定位目标至多个锚点基站的距离值计算得出多个待选位置坐标；计算多个 待选位置坐标的质心，并将质心位置作为定位目标的位置。

可选地，从定位目标周围的基站中选择至少两个基站作为锚点基站的步骤 包括：将扫描出的无线信号按照信号强度指示进行排序，选择信号强度指示最 大的至少两个基站作为锚点基站。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储 有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种的定位方 法。

本发明的基于移动通信网络的定位方法，在根据无线信号的信号强度指示 计算定位目标至锚点基站的距离值时，考虑到周边电磁环境的差别，动态调整 无线信号的衰减因子，使得计算得到的距离值更加准确，从而可以得到更加准 确的位置。

进一步地，本发明的基于移动通信网络的定位方法，预先根据实测数据计 算衰减因子，建立定位区域的衰减因子库，以供定位时查询，由于衰减因子与 实际环境功能对应，经过实际测试可以大幅提升定位精度。

更进一步地，本发明的基于移动通信网络的定位方法，通过对无线信号的 传输损耗模型进行分析，总结出衰减因子计算公式以及距离计算公式，用于定 位计算，充分用了RSSI数据信息，使得数据信息得到了最大程度的使用。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会 更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实 施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人 员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的基于移动通信网络的定位方法的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的计算机可读存储介质的示意图；以及

图3是使用本实施例的定位方法对一个实例地理区域的进行定位的对比 图。

具体实施方式

本发明的实施例首先提供了一种基于移动通信网络的定位方法，该定位方 法通过对无线信号的传输衰减模型的分析，根据定位区域内电磁环境的特点动 态调整衰减因子，准确计算定位目标至锚点基站的距离值，以确定定位目标准 确位置。经过实际测试，可将定位精度提升。

信号的传输衰减计算公式如下：

RSSI＝Pt+Pf+Gt-Lc-PL(d) (1)

在式(1)中：RSSI为信号强度指示，其表示信号强度的指示值；Pt为无 线信号的发射功率；Pf为接收天线增益，实际应用时，由于采用厂商统一规格 器材，因此可视为常量；Gt为发射天线增益，实际应用时，由于采用厂商统一 规格器材，因此可视为常量；Lc为电缆和缆头的损耗；PL(d)为路径损耗，其 中d为距离信号发射源的距离，单位为米。

根据式(1)，求解距离D，公式如下：

D＝10^((Pt+Pf-RSSI-PL(d0)-X0)/(10*K)) (2)

在式(2)中：k为路径衰减因子；f为信号频率，可以在接收终端侧进行 采集；X0为平均值为0的高斯分布随机函数。

PL(d0)为初始路劲损耗，其计算公式如下：

PL(d0)＝32.44+10*K*log10(f) (3)

令A＝Pt+Pf–X0，则A是一常数，距离D的公式可以整理为：

D＝10^((A-RSSI-PL(d0))/(10*K)) (4)

通过式(4)分析可以看出影响信号传输距离的关键因素为k以及f，由于 在移动通信网络中，信号频率f可以通过系统调用获得，例如中国境内主要电 信用运营商的频段为：中国移动频段为：1880-1900MHz、2320-2370MHz、 2575-2635MHz；中国联通频段为：2300-2320MHz、2555-2575MHz； (bands:40bands:41)；中国电信频段为：2370-2390MHz、2635-2655MHz； (bands:40bands:41)；中国联通FDD已知频段为：1800MHz(Band:3)；中国电信FDD已知频段为：2100MHz(Band:1)。f可以利用接收终端采集获得。

基于上述分析，本实施例的基于移动通信网络的定位方法，预先根据实测 数据计算衰减因子，建立定位区域的衰减因子库，以供定位时查询用于计算。 图1是根据本发明一个实施例的基于移动通信网络的定位方法的示意图，该基 于移动网络的定位方法一般性地可以包括：

步骤S102，接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号，并获取无线信 号的信号强度指示，无线信号包含有发送该无线信号的锚点基站的标识。

锚点基站可以为移动通信网络中通信基站，这些基站的位置时已知且确定 的。上述接收无线信号的步骤可以包括：扫描定位目标周围预定网络模式的无 线信号；根据扫描出的无线信号中的基站标识确定定位目标周围的基站，从定 位目标周围的基站中选择至少两个基站作为锚点基站(一般选择三个锚点基 站)。

选择锚点基站的依据可以根据信号强度指示来进行，例如将扫描出的无线 信号按照信号强度指示进行排序，选择信号强度指示最大的至少两个(一般选 择三个)基站作为锚点基站。

步骤S104，根据锚点基站的标识确定无线信号的衰减因子以及锚点基站的 位置信息，其一种可选确定衰减因子的方法为：根据锚点基站的标识确定定位 目标所在的区域；以及从预设的衰减因子库中查询出定位目标所在的区域中各 基站的衰减因子，从中提取出锚点基站的衰减因子。其中衰减因子库用于保存 定位区域内移动基站各方向的衰减因子。

衰减因子库可以通过预先采集定位区域内的全部基站衰减因子来建立，在 采集过程中将正在采集的基站称为备采基站。

采集一备采基站的衰减因子的步骤包括：以备采基站为中心将其周围区域 划分为多个采集扇区；在每个采集扇区内的设定位置处测量备采基站发出的无 线信号的信号强度指示；获取设定位置至备采基站的距离；根据设定位置至备 采基站的距离以及备采基站发出的无线信号的信号强度指示计算该采集扇区的 衰减因子；将备采基站的标识、采集扇区的标识以及计算出的衰减因子匹配保 存至衰减因子库。通过将定位区域内各基站逐一进行采集，可以建立得出涵盖 定位区域内基站情况的衰减因子库。

由于基站四周的信号传输路径可能不一致，因此本实施例中可以在被采集 站不同方向分别采集衰减因子，具体实施时，以备采基站为中心将其周围区域 划分为多个采集扇区(例如划分为3个扇区，每个扇区覆盖120度的范围)。 设定位置可以根据基站之间的位置关系以及具体的地理环境进行选择，一般而 言，可以选择靠近采集扇区的中心的位置，从而可以反应该扇区内的电磁信号 传输路径情况。

将设定位置至备采基站的距离以及备采基站发出的无线信号的信号强度指 示代入衰减因子计算公式，计算得到采集扇区的衰减因子，衰减因子计算公式 如下所示：

k＝(-A+rssi+32.44)/(-10*log10(frequency)-log10(distance)*10)) (5)

在该式(5)中，k为衰减因子，A为常数，rssi为备采基站发出的无线信 号的信号强度，frequency为备采基站发出的无线信号的信号频率，distance为 设定位置至备采基站的距离。

在式(5)中，设定位置至备采基站的距离可以通过实际测量等手段得出。 在可以使用卫星定位的情况下，可以利用经纬度数据进行距离的计算，过程可 以包括：利用卫星定位系统获取设定位置的经纬度数据；获取备采基站的经纬 度数据；根据设定位置的经纬度数据和备采基站的经纬度数据计算得出设定位 置至备采基站的距离。

在批量计算定位区域每个备采基站的衰减因子，建立衰减因子库的过程中 需要获取或配置以下辅助数据：

定位区域标识(或称为基站小区ID)，用于区别定位区域，识别地域；

片区标识(或称为区域标识)，用于区别不同运营商，并划定各运营商的 片区，并使用该标识确定唯一性；

运营商ID，如中移动46000等，用于区分运营商；

采集扇区ID，可以将一个备采基站划分3个扇区，每个扇区负责相应的 120度片区(扇区的数量可以根据地理环境进行设置，例如可以划分为4个扇 区，每个扇区负责90度片区)；

网络类型，例如LTE、CDMA、GSM等。

终端的基带芯片类型，baseband，通过baseband可以确定信号频率。

步骤S106，根据信号强度指示以及衰减因子，计算定位目标至锚点基站的 距离值。计算的方法可以包括：将根据信号强度指示以及衰减因子代入距离计 算公式，计算得到定位目标至锚点基站的距离值，距离计算公式为：

D＝10^((A-RSSI-32.44+10*K*log10(f))/(10*K))，在该距离计算公式中：D 为定位目标至锚点基站的距离值，A为常数，RSSI为锚点基站发出的无线信号 的信号强度指示，f为锚点基站发出的无线信号的信号频率，K为衰减因子。 通过对多个锚点基站分别进行计算，可以得到定位目标至多个锚点基站的各自 距离值。

步骤S108，根据距离值以及锚点基站的位置信息确定定位目标的位置。在 分别计算定位目标至多个锚点基站的距离值后，可以根据多个锚点基站的坐标 以及定位目标至多个锚点基站的距离值计算得出多个待选位置坐标；计算多个 待选位置坐标的质心，并将质心位置作为定位目标的位置。

上述基于移动通信网络的定位方法可以动态调整无线信号的衰减因子，使 得计算得到的距离值更加准确。

本实施例还提供了一种计算机可读存储介质20，图2是根据本发明一个实 施例的计算机可读存储介质20的示意图，该计算机可读存储介质20上存储有 计算机程序200，该计算机程序200被处理器执行时用于实现上述任一种实施 例的方法。

计算机可读存储介质20可以是易失性存储器(volatile memory)，例如随 机存取存储器(random-access memory，简称RAM)；也可以是非易失性存储 器(non-volatilememory)，例如只读存储器(：read-only memory，简称ROM)， 快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，简称HDD)或固态硬盘 (solid-state drive，简称SSD)、或者是能够用于携带或存储具有指令或数据结构 形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。计 算机可读存储介质20可以是上述存储器的组合。

处理器用于执行存储器存储的计算机程序200，以执行上述实施例中的基 于移动通信网络的定位方法。计算机程序200可以是汇编指令、指令集架构 (ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、 或者用一个或多个编程语言的任意组合书写的源代码或目标代码，一个或多个 编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Smalltalk、C++等)以及传统的过程 编程语言(诸如“C”编程语言或者类似的编程语言)。

下面根据具体实例介绍计衰减因子的流程：

确定已知某一备采基站的经纬度坐标，利用可以通过运营商发布的数据来 获取备采基站的经纬度坐标；

通过测试终端的卫星定位系统获取测试终端的经纬度坐标。计算代码可以 为：

public static double distance(double lat_a,double lng_a,double lat_b,double lng_b){

//定义备采基站的经纬度坐标(lat_a,lng_a)，测试终端的经纬度坐标(lat_b,lng_b)

double radLat1＝(lat_a*Math.PI/180.0)；//备采基站的纬度数据处理

double radLat2＝(lat_b*Math.PI/180.0)；-----//测试终端的纬度数据处理

double a＝radLat1-radLat2；//计算纬度距离

double b＝(lng_a-lng_b)*Math.PI/180.0；//计算经度距离

double s＝2*Math.asin(Math.sqrt(Math.pow(Math.sin(a/2),2)

+Math.cos(radLat1)*Math.cos(radLat2)

*Math.pow(Math.sin(b/2),2)))；//备采基站至测试终端的距离计算

s＝s*EARTH_RADIUS；

s＝Math.round(s*10000)/10000；

return s；//返回计算结果

将计算结果代入式(5)，得到

k＝(-A+rssi+32.44)/(-10*Math.log10(frequency)-(Math.log10(distance*1.0/100 0d)*10))；

给出一组具体的数据：

rssi:-48,-53,-65,-70,-84,-97；

distance:30,40,80,100,240,420；

frequence＝2320f；

利用上述的计算方式可以得到输出的k＝4.100706671、4.094436373、4.080088987、4.124307569、4.090618687、4.167646351。从而在给定一组rssi 以及距离ditance后，可以得到一组k。

图3是使用本实施例的定位方法对一个实例地理区域的进行定位的对比 图。在图3中，位置点1、位置点2、位置点3分别为三个移动基站的位置经纬 度数据分别为：(114.463642,38.073036)、(114.463133,38.072599)、(114.464501, 38.072532)，移动终端接收到三个移动基站的rssi分别为：-49、-51、-40。计 算得到三个距离，分以对应的位置点为圆心以计算得到的距离为半径画圆，则 定位位置应该在三个圆的交集部分内，此时三个圆的三个交点为待选位置坐标， 然后计算这三个交点的质心位置，将该质心位置作为定位结果。

作为对比，利用没有动态调整衰减因子的算法进行定位，图3中位置点4、 位置点5、位置点6分别为使用现有技术的定位方法进行定位的结果(经纬度 数据为：114.464064,38.072778)、使用本实施例的定位方法进行定位的结果(经 纬度数据为：114.463759,38.07272)，移动终端的实际位置(经纬度数据为： 114.46366,38.0726)，通过实际测量发现使用本实施例的方法进行定位的位置 比未使用本方法的定位位置精度提高了24米，准确率提升了1.4倍。

发明人对多处区域进行了测试，验证得出，现使用本实施例的方法进行定 位的结果大大提高了精度。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的 多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本 发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因 此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种基于移动通信网络的定位方法，包括：

接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号，并获取所述无线信号的信号强度指示，所述无线信号包含有发送该无线信号的锚点基站的标识；

根据所述锚点基站的标识确定所述无线信号的衰减因子以及所述锚点基站的位置信息；

根据所述信号强度指示以及所述衰减因子，计算定位目标至所述锚点基站的距离值；以及

根据所述距离值以及所述锚点基站的位置信息确定所述定位目标的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述锚点基站的标识确定所述无线信号的衰减因子的步骤包括：

根据所述锚点基站的标识确定所述定位目标所在的区域；以及

从预设的衰减因子库中查询出所述定位目标所在的区域中各基站的衰减因子，从中提取出所述锚点基站的衰减因子。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述衰减因子库用于保存定位区域内移动基站各方向的衰减因子，并且采集一备采基站的衰减因子的步骤包括：

以所述备采基站为中心将其周围区域划分为多个采集扇区；

在每个所述采集扇区内的设定位置处测量所述备采基站发出的无线信号的信号强度指示；

获取所述设定位置至所述备采基站的距离；

根据所述设定位置至所述备采基站的距离以及所述备采基站发出的无线信号的信号强度指示计算该采集扇区的衰减因子；

将所述备采基站的标识、所述采集扇区的标识以及计算出的衰减因子匹配保存至所述衰减因子库。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，计算所述采集扇区的衰减因子的步骤包括：

将所述设定位置至所述备采基站的距离以及所述备采基站发出的无线信号的信号强度指示代入衰减因子计算公式，计算得到所述采集扇区的衰减因子，所述衰减因子计算公式为：

k＝(-A+rssi+32.44)/(-10*log10(frequency)-log10(distance)*10))，

在所述衰减因子计算公式中：k为所述衰减因子，A为常数，rssi为所述备采基站发出的无线信号的信号强度，frequency为所述备采基站发出的无线信号的信号频率，distance为所述设定位置至所述备采基站的距离。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，获取所述设定位置至所述备采基站的距离的步骤包括：

利用卫星定位系统获取所述设定位置的经纬度数据；

获取所述备采基站的经纬度数据；

根据所述设定位置的经纬度数据和所述备采基站的经纬度数据计算得出所述设定位置至所述备采基站的距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述信号强度指示以及所述衰减因子计算定位目标至所述锚点基站的距离值的步骤包括：

将根据所述信号强度指示以及所述衰减因子代入距离计算公式，计算得到所述定位目标至所述锚点基站的距离值，所述距离计算公式为：

D＝10^((A-RSSI-32.44+10*K*log10(f))/(10*K))，

在所述距离计算公式中：D为所述定位目标至所述锚点基站的距离值，A为常数，RSSI为所述锚点基站发出的无线信号的信号强度指示，f为所述锚点基站发出的无线信号的信号频率，K为所述衰减因子。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，接收由移动通信网络中的基站发送的无线信号的步骤包括：

扫描所述定位目标周围预定网络模式的无线信号；

根据所述扫描出的无线信号中的基站标识确定所述定位目标周围的基站，从所述定位目标周围的基站中选择至少两个基站作为所述锚点基站。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，根据所述距离值以及所述锚点基站的位置信息确定所述定位目标的位置的步骤包括：

分别计算所述定位目标至多个所述锚点基站的距离值；

根据所述多个所述锚点基站的坐标以及所述定位目标至多个所述锚点基站的距离值计算得出多个待选位置坐标；

计算所述多个待选位置坐标的质心，并将所述质心位置作为所述定位目标的位置。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述定位目标周围的基站中选择至少两个基站作为所述锚点基站的步骤包括：

将所述扫描出的无线信号按照信号强度指示进行排序，选择信号强度指示最大的至少两个基站作为所述锚点基站。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1至9中任一项所述的方法。