CN113063422B - 一种顾及钟差的5g终端室内定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，具体包括：数据采集：利用已经部署的5G终端进行信息的采集；数据预处理：对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净；构建定位方程；定位方程求解：通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对上式的位置参数进行估计；结果验证：输出估计方程协方差阵，验证位置参数估计方差，并对结果进行输出；本发明方法能够有效地解决现有技术中要求终端与微基站严格同步至较高的数量级存在一定困难的问题。

Description

一种顾及钟差的5G终端室内定位方法
技术领域
本发明涉及5G定位技术领域，具体涉及一种顾及钟差的5G终端室内定位方法。
背景技术
随着5G的兴起，5G定位技术得到了越来越多的关注。
5G室内定位利用5G终端接收来自不同方位的5G微基站的毫米波信号，通过将毫米波信号转换为距离量，再通过空间几何交会定位进而确定5G终端空间位置。
因此，5G微基站到待测终端信号到达时间的准确确定成为5G室内定位的关键，这一关键的前提是5G待测终端必须与基站间的时钟必须完全同步。
当前5G室内定位的主要算法包括四边测量法、极大似然法、泰勒算法、带地图修正算法、带路径拟合算法、Chan氏算法，其中较为Chan氏算法最为便捷，但仍然存在要求待测终端与基准站间的时钟同步。
事实上，要求待测终端与微基站时钟同步对于终端的要求太高，因此，现亟需一种能够满足待测终端与微基站时钟同步的定位方法。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术存在缺陷，提供一种顾及钟差的5G终端室内定位方法；本发明针对现有5G终端室内定位算法中严格要求待测终端与5G基站时钟同步的不足，提出基于顾及钟差的5G终端室内定位算法，进而实现一种基于顾及接收机钟差的5G终端室内定位方法。
本发明的技术方案为：一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，具体包括：
S1：数据采集
利用已经部署的5G终端进行信息的采集；
S2：数据预处理
对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净；
S3：构建定位方程
建立5G定位几何方程：
Figure BDA0002986975840000021
式中，i表示5G微基站编号，Ri表示待测终端到基站i的几何距离，单位为m，x、y、z分别表示待测终端的空间平面坐标，xi、yi、zi分别表示基站i的平面坐标，c表示光束，dt表示待测终端与基站的钟面时差。
由上式可得，不同基站间的观测方程做差可以得到观测方程：
Figure BDA0002986975840000022
令z＝0，由上式可以得到5G室内定位观测方程的矩阵形式：
Figure BDA0002986975840000023
S4：定位方程求解
通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对上式的位置参数进行估计；
S5：结果验证
输出估计方程协方差阵，验证位置参数估计方差，并对结果进行输出。
进一步地，所述S1信息采集具体包括原始数据信息的采集和基站坐标信息的采集。
更进一步地，所述S1具体步骤为：利用已经部署的5G基站，通过待测5G站向基站发送信号测定其信号传输时间来采集原始数据，采用测量机器人采用交付定位的方法进行基站坐标的信息采集。
进一步地，所述S2的具体步骤为：设定一定的阀值，观测历元间做差，如果超过设定阀值即可标定为粗差，以此方法来对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净。
进一步地，所述S4的具体步骤为：通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对公式
Figure BDA0002986975840000031
的位置参数x、y、z进行估计，估计结果即为站点的空间位置。
进一步地，所述S5的具体步骤为：输出估计方程协方差阵σ2，通过设定一定的阀值
Figure BDA0002986975840000032
验证位置参数估计方差，如果满足，
Figure BDA0002986975840000033
则并对定位结果输出，否则不输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明方法能够有效地解决现有技术中要求终端与微基站严格同步至较高的数量级存在一定困难的问题；提出基于顾及钟差的5G终端室内定位算法，进而实现一种基于顾及接收机钟差的5G终端室内定位方法。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2、3是本发明5G室内定位静态实验验证结果平面图。
具体实施方式
实施例：如图1所示的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，具体包括：
S1：数据采集
利用已经部署的5G终端进行信息的采集；其中，所述S1信息采集具体包括原始数据信息的采集和基站坐标信息的采集；具体步骤为：利用已经部署的5G基站，通过待测5G站向基站发送信号测定其信号传输时间来采集原始数据，采用测量机器人采用交付定位的方法进行基站坐标的信息采集；
S2：数据预处理
对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净；具体步骤为：设定一定的阀值，观测历元间做差，如果超过设定阀值即可标定为粗差，以此方法来对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净；
S3：构建定位方程
建立5G定位几何方程：
Figure BDA0002986975840000041
式中，i表示5G微基站编号，Ri表示待测终端到基站i的几何距离，单位为m，x、y、z分别表示待测终端的空间平面坐标，xi、yi、zi分别表示基站i的平面坐标，c表示光束，dt表示待测终端与基站的钟面时差。
由上式可得，不同基站间的观测方程做差可以得到观测方程：
Figure BDA0002986975840000042
令z＝0，由上式可以得到5G室内定位观测方程的矩阵形式：
Figure BDA0002986975840000043
S4：定位方程求解
通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对上式的位置参数进行估计；具体步骤为：通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对公式
Figure BDA0002986975840000051
的位置参数x、y、z进行估计，估计结果即为站点的空间位置；
S5：结果验证
输出估计方程协方差阵，验证位置参数估计方差，并对结果进行输出；具体步骤为：输出估计方程协方差阵σ2，通过设定一定的阀值
Figure BDA0002986975840000052
验证位置参数估计方差，如果满足，
Figure BDA0002986975840000053
则并对定位结果输出，否则不输出。
应用例：利用上述实施例方法对进行5G室内定位静态实验验证，具体结果如图2、3。
首先部署4个5G基站，具体位置通过测量机器人进行准备标定，然后在基站转成的4边形范围内架设待测5G站，进行长时间的静态测量。
如2、3所示，其中三角形表示微基站，微基站的实钟实验前进行精确同步，基站的位置已由高精度测量机器人进行标定。黑色表示未顾及终端钟差参数的估计结果，灰色表示顾及终端钟差的平面位置估计结果。
据统计黑色结果的平均标准差为0.25m，灰色的标准差为0.08m。
因此，可以得出顾及钟差的5G终端室内定位方法能够较好的应用于5G室内定位。

Claims (7)

1.一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，具体包括：
S1：数据采集
利用已经部署的5G终端进行信息的采集；
S2：数据预处理
对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净；
S3：构建定位方程
建立5G定位几何方程：
Figure FDA0003809907390000011
式中，i表示5G微基站编号，Ri表示待测终端到基站i的几何距离，单位为m，x、y、z分别表示待测终端的空间平面坐标，xi、yi、zi分别表示基站i的平面坐标，c表示光束，dt表示待测终端与基站的钟面时差；
由上式可得，不同基站间的观测方程做差可以得到观测方程：
Figure FDA0003809907390000012
令zi＝zj＝0，由上式可以得到5G室内定位观测方程的矩阵形式：
Figure FDA0003809907390000013
S4：定位方程求解
通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对上式的位置参数进行估计；
S5：结果验证
输出估计方程协方差阵，验证位置参数估计方差，并对结果进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述S1信息采集具体包括原始数据信息的采集和基站坐标信息的采集。
3.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述S1具体步骤为：利用已经部署的5G基站，通过待测5G站向基站发送信号测定其信号传输时间来采集原始数据，采用测量机器人采用交付定位的方法进行基站坐标的信息采集。
4.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述S2的具体步骤为：设定一定的阈值，观测历元间做差，如果超过设定阈值即可标定为粗差，以此方法来对各基站的观测数据进行粗差处理，以保证参与室内定位的数据干净。
5.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述S4的具体步骤为：通过至少4个站的观测，利用最小二乘估计算法对公式
Figure FDA0003809907390000021
的位置参数x、y进行估计，估计结果即为站点的空间位置。
6.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述通过4～8个站的观测，利用最小二乘估计算法对上式的位置参数进行估计。
7.根据权利要求1所述的一种顾及钟差的5G终端室内定位方法，其特征在于，所述S5的具体步骤为：输出估计方程协方差阵σ2，通过设定一定的阈值
Figure FDA0003809907390000022
验证位置参数估计方差，如果满足，
Figure FDA0003809907390000023
则并对定位结果输出，否则不输出。
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