CN113596985A - 基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于路径损耗校正模型的接收信号强度(RSS)定位装置和定位方法，采用室外移动通信的RSS作为定位的测距信息，首先根据移动通信信号的频率范围、传播环境、基站布设选择已有的路径损耗模型建立路径损耗的校正模型，求解该模型的校正参数，将校正参数与解析出的信号参数及其他相关信息用于校正参数指纹库的构建中；建立LTE接收信号强度与距离的伪距模型，进行基于移动通信信号的RSS定位的方法。本发明通过路径损耗校正模型将RSS与收发机之间的距离相关联，路径损耗校正模型的RSS定位方法具有自适应能力，能够在同一类环境下不同位置直接用RSS与已有自适应调正后的校正参数来获取LTE基站到定位装置的伪距信息，产生较高的定位精度。
Description
技术领域
本发明涉及室外导航定位技术领域，具体涉及一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法。
背景技术
全球定位系统(GNSS)凭借其本身应用成本低、精度高等优点，正广泛深入地渗透于测绘、交通、公共安全和遥感等领域，目前已成为应用最广泛、技术最成熟、精度最高的导航定位技术。但是，地球表面接收到的卫星导航信号非常微弱，地形以及不可避免的的干扰都会对其造成影响，尤其是在城市峡谷、室内、地下和隧道等复杂中小城市环境下，信号传播遭受严重的遮挡而造成定位系统“丢星”，甚至导致系统因为缺少必要数目的卫星而无法完成定位。
为了有效补充GNSS定位系统，为用户在任何时间、任何地点都能提供精确的导航定位服务，研究一种既可以低成本、高精度、独立完成定位任务，又可以提供接口辅助GNSS稳定定位导航的技术成为现今定位导航领域亟待解决的问题。近几年来，在复杂城市环境下基于已有的蜂窝基站信号进行定位进行了深入的研究，由于基于移动通信的RSS定位算法简单，并且易于实现、硬件设备价值低，因此得到了广泛的关注。目前，主要采用自由空间下路径损耗信号强度定位与指纹数据库定位法，这两种方法都是提前在测试区域建立移动通信的RSS与对应位置坐标点匹配的指纹数据库信息，只能在该数据库指定的位置范围内进行定位，其数据库信息不能在其他位置下通用。故基于移动通信RSS定位时，如何将测试时得到数据参数信息在不同位置能够直接或间接用于定位解算，并提高其定位精度，也正是现阶段亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法，实时接收并解析基站信号进行无源定位，具有很好的自适应定位能力，并能提高定位精度。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，所述定位方法包括以下步骤：
(1)根据移动通信信号的频率范围、传播环境、基站布设选择已有的一种路径损耗模型，如COST231-HATA模型、扩展后COST231-HATA模型、COST231-Walfish-Ikegami模型、SUI模型及SPM模型等，建立路径损耗校正模型，确定待校正的参数个数；
(2)对一预设范围进行多次打点，采集室外基站发射的移动通信信号及本地基站信息数据库并实时解析，获取打点处位置的实时环境信息数据；
(3)将步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据用于路径损耗校正模型中，采用共轭梯度法求解路径损耗校正模型，获取多组校正参数；
(4)在同一类环境下不同位置，利用步骤(3)获得移动通信信号数据及校正参数，建立移动通信信号解析参数及周围环境GIS信息—校正参数对应关系的校正参数指纹库；
(5)根据路径损耗校正模型中信号强度衰减值与距离关系，构建伪距模型，利用步骤(2)解析出的移动通信信号参数及环境信息数据与步骤(4)建立的校正参数指纹库进行匹配得到最佳的一组校正参数，代入伪距模型中得到较为精确的伪距值，再进行位置解算获取定位坐标点，即获取打点处的实时定位结果。
作为上述技术方案的进一步改进：
上述方法中优选地，所述室外基站发射的移动通信信号及本地基站信息数据库包括：基站发射信号频率、基站天线发射功率、基站位置坐标点、基站发射信号小区ID、基站的TAI。
上述方法中优选地，所述步骤(2)中，根据基站信号频点实时接收周围基站发射的移动通信信号并解析，根据解析到的基站发射信号小区ID、基站的TAI信息与基站信息数据库进行匹配；若不匹配，则舍弃该信号数据；若相匹配，则使用数据结构表示，数据结构包含：基站发射信号频率、基站天线发射功率、基站位置坐标点、基站的TAI、基站发射信号小区ID、移动通信信号强度、基站数量。
上述方法中优选地，所述步骤(2)中，打点处位置的实时环境信息数据是从解析出的移动通信信号参数、GIS信息数据库、基站信息数据库中获取多组数据。
上述方法中优选地，用于打点的设备设有接收机，所述打点处位置的实时环境信息数据的获取方法包括：设已知打点的设备的起始位置，获取周围GIS信息数据库，将基站的位置坐标点放入GIS信息数据库中进行信息匹配；若不匹配，则舍弃该信号数据；若相匹配，则使用数据结构表示，数据结构包含：基站的高度、周围建筑物平均高度、周围建筑物平均间隔、接收机所处位置街道宽度。
上述方法中优选地，所述基站的高度为基站所在建筑物高度和基站的发射天线高度之和。
上述方法中优选地，所述步骤(3)中，获取多组校正参数的具体步骤为：待测点通过接收机实时获取地理位置坐标，并计算接收机与基站之间的距离，将步骤(2)中解析得到的数据和实时环境数据及各基站与接收机的距离代入路径损耗校正模型中，将代入后的校正模型公式变形为一个求解多个最优校正参数的优化问题，最后利用共轭梯度法求解多组校正参数。
上述方法中优选地，所述根据步骤(3)接收到的信号强度获取基站到待测点的伪距信息，具体为：将路径损耗校正模型中预测信号强度接收值变为伪距模型中基站的发射天线与待测点的接收天线之间的预测距离，即伪距；将GIS信息数据库分别与解析得到移动通信信号的信道参数信息和步骤(4)校正参数指纹库中匹配参数进行匹配，得到最佳的校正参数；将校正参数与步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据代入到伪距模型中，得到基站的发射天线与待测点之间的伪距信息。
上述方法中优选地，所述步骤(5)中，获取打点处的实时定位结果的方法为：从校正参数指纹库中匹配最佳校正参数与步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据用于伪距模型中，得到待测点与至少3个基站的伪距信息；采用三边定位算法根据已获得的伪距信息和已知基站位置坐标点进行待测点位置坐标点的实时解算，得到待测点位置的定位结果。
本发明还提供一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置，用于上述定位方法的定位装置，所述定位装置包括多通道数据采集模块、数据融合匹配模块、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块和模块执行平台；
所述多通道数据采集模块用于实时采集基站发射的移动通信信号数据，并将数据发送给数据融合匹配模块；
所述数据融合匹配模块用于将接收到移动通信信号数据进行解析和匹配，将匹配后的数据发送至定位解算模块；
所述定位解算模块将匹配后的数据与校正参数用于解算定位坐标点信息；
所述数据保存模块用于保存移动通信信号数据、基站信息数据库、GIS信息数据库，以及数据融合匹配后的数据信息和定位解算后定位坐标点信息；
所述人机界面操作与显示模块用于程序指令的按键操作和定位结果的显示；
所述模块执行平台用于运行多通道数据采集模块、数据融合匹配、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块，完成相关操作。
作为上述技术方案的进一步改进为：
优先地，所述数据融合匹配模块将接收到移动通信信号数据进行解析得到参数数据，将参数数据与基站数据库进行匹配，并将匹配后的数据与GIS信息数据库进行匹配，将两次匹配的数据分别发送至定位解算模块。
优先地，多通道数据采集模块由多通道软件无线设备和USB串口通信组成，多通道软件无线设备包括全向天线、中射频模块、模数转换模块、FPGA；多通道软件无线设备通过USB串口通信和模块执行平台连接。
优先地，定位装置以步行速度移动时实时采集移动通信信号。
本发明提供的基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法，与现有技术相比有以下优点：
本发明的基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法，具有很好的自适应定位能力，并提高了定位精度。相对于现有的信号强度定位装置，该装置只需接收室外基站发射信号即可进行无源定位，并具备实时快速解析、定位解算及定位显示的功能，可以广泛应用于室外导航定位相关的领域。
本发明的基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置和定位方法，采用室外移动通信信号的RSS作为定位的测距信息，通过路径损耗校正模型将信号强度与距离相联系，相对现有的信号强度定位方法，该路径损耗校正模型的信号强度定位方法具有一定的自适应能力，能够在同一类环境下不同位置下直接利用接收到的信号强度及建立的校正参数指纹库中得校正参数来获取基站到定位装置的伪距信息，能实时完成无源定位，有效补充了室外GNSS定位系统，能够产生较高的定位精度。
附图说明
图1是本发明提供的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法示意图；
图2是本发明提供的路径损耗校正模型的校正参数获取示意图；
图3(a)是本发明提供的定位装置中多通道数据采集模块采集LTE信号示意图；
图3(b)是本发明提供的定位装置中数据融合匹配模块解析LTE信号示意图；
图4是本发明提供的定位装置中程序运行流程示意图；
图5是本发明提供的定位装置的结构框图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，在中小城市环境NOLS环境下，通过选择cost 231Walfish-Ikegami经典模型和LTE信号，提供了一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，所述方法包括：
(1)根据cost 231Walfish-Ikegami经典模型进行简化并建立路径损耗校正模型。
如图2所示，预先在同一类环境中的中小城市NLOS环境下某一位置采集区域范围内获取了路径损耗校正模型的校正参数。
采集区域范围是在中小城市NLOS环境的支干道路上进行采集测试。
(2)获取起始位置及本地基站信息数据库相关参数
设已知待测点的起始位置坐标点信息，获取该起始位置坐标点采集区域范围内的GIS信息数据库与基站信息数据库中的相关参数，主要有LTE基站发射信号频率、LTE基站天线发射功率、LTE基站位置、LTE基站发射信号的小区ID、LTE的TAI(跟踪区标识)、周围建筑物平均高度、周围建筑物平均间隔、定位装置所处位置街道宽度等。
(3)获取室外LTE基站发射的LTE信号
当定位装置以步行速度移动时，定位装置接收基站频率信息LTE信号。
(4)解析LTE信号
根据LTE基站发射的LTE信号的信号制式，定位装置将接收到的LTE信号进行实时解析，得到LTE信号的解析参数。解析参数包括LTE基站发射信号频率、LTE基站发射信号小区ID、LTE信号强度、LTE基站数量、LTE的TAI。将解析出LTE基站发射信号频率、小区ID及LTE的TAI与基站信息数据库中的LTE基站发射信号频率、小区ID及LTE的TAI进行匹配，将匹配上的LTE基站发射信号频率、LTE基站天线发射功率、LTE基站位置坐标点、LTE基站发射信号小区ID、LTE信号强度、LTE基站数量用数据结构1表示。
(5)获取定位装置所处位置的实时环境信息
将数据结构1中得到的LTE基站位置坐标点在GIS信息数据库中获取LTE基站的高度(即LTE基站天线高度+所布设位置建筑物高度)，并与定位装置所在位置范围内得到的周围建筑物平均高度、周围建筑物平均间隔、接收机所处位置街道宽度一起用数据结构2表示。
(6)获取路径损耗校正模型的校正参数
以中小城市环境下的NLOS环境和LTE基站发射天线高度高于周围建筑物的平均高度为前提得到简化模型，基于多元线性回归对简化模型进行二次建模，建立校正模型，并确定待求解的校正参数的个数(b1～b5)。根据待求解参数个数建立多元一次方程组，然后将多元一次方程组问题通过矩阵变换为最优化问题，最后采用共轭梯度法求解校正参数。根据校正模型中信号强度衰减值与距离关系，获取伪距模型。
采用上述方式得到至少3个LTE基站位置坐标点及基站与伪距信息，将多组数据结构1与数据结构2中的数据应用到校正模型中进行求取，获取多组校正参数。
(7)获取中小城市NLOS环境下的校正参数指纹库
依照步骤(6)中所述方法，采集测试区域中所有基站发射的LTE信号，将获取的所有有效的校正参数与对应的LTE信号的解析参数及周围环境信息一一对应，建立该区域的校正参数指纹库。
(8)获取定位装置在室外的实时定位结果
设定位装置所处位置为中小城市环境下NLOS环境，并已知起始位置坐标，依照上述步骤(2)至步骤(6)中的方法，首先获取所述本地基站信息数据库及GIS信息数据库；当定位装置移动时实时接收并解析LTE信号，获取相应的数据结构1与数据结构2；与将步骤(7)中校正参数指纹中的参数数据进行匹配得到最佳的校正参数后一起用于伪距模型中，得到定位装置与多个LTE基站(至少3个LTE基站)的伪距信息。采用三边定位算法及最小二乘法根据已获得伪距信息与基站位置坐标点进行定位装置位置坐标点的实时解算，得到定位装置的位置定位结果，转换为实际地理位置并显示，并作为下一次定位过程中GIS信息数据库与基站信息数据库相关信息获取的前提条件。
将解算得到的定位装置位置坐标点作为下一次定位时定位装置的起始位置参与定位。
(9)获取定位装置与LTE基站之间的伪距信息
将路径损耗校正模型中预测信号强度接收值(因变量)和基站发射天线与定位装置接收天线的距离(自变量)变为伪距模型基站中发射天线与定位装置接收天线的预测距离，即伪距(因变量)与接收信号强度(自变量)，其它变量信息保持不变。通将步骤(7)中校正参数指纹中的参数数据进行匹配得到最佳的校正参数后，并与数据结构1及数据结构2中的相关数据信息代入到伪距模型中，得到LTE基站发射天线与定位装置之间伪距信息。
本发明基于路径损耗校正模型的定位装置的一种实施方式，定位装置包括多通道数据采集模块、数据融合匹配模块、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块、模块执行平台和供电模块。
多通道数据采集模块由多通道软件无线设备和USB串口通信组成，多通道软件无线设备包括全向天线、中射频模块、模数转换模块、FPGA；多通道软件无线设备通过USB串口通信和模块执行平台连接。
数据融合匹配模块用于将接收到LTE信号数据进行解析，将解析出的参数数据与基站数据库进行匹配用于获取数据结构1，将获取到的数据结构1与GIS信息数据库进行匹配获取数据结构2。将数据结构1与数据结构2发送至定位解算模块。数据融合匹配模块包括LTE信号解析单元和数据匹配单元。
LTE信号解析单元，根据LTE基站发送的LTE信号自身系统标准，将接收到的LTE信号进行实时解析，获得相关解析参数。
数据匹配单元，将解析参数中的LTE信号小区ID及LTE基站的TAI与本地基站信息数据库的LTE信号小区ID及LTE基站的TAI进行匹配，若能匹配上，则将基站信息数据库中LTE基站布设的地理位置坐标点、基站天线的发射功率、基站发射天线高度使其一一对应放入数据结构1中。将匹配到的LTE基站地理位置坐标点与GIS信息数据库进行匹配，若能匹配上，则将获取到的LTE基站实际高度(所在建筑物高度+发射天线高度)、周围建筑物平均间隔、道路宽度并使其一一对应并放入数据结构2中。
定位解算模块用于将接收到的数据结构1与数据结构2实时获取定位装置的解算位置。定位解算模块包括伪距获取单元和三边定位算法单元。
伪距获取单元，用于将数据结构1与数据结构2中的得到的LTE信号强度、LTE基站天线的发射功率、LTE基站的高度、LTE基站数量、周围建筑物平均间隔、道路宽度及经过自适应调整的校正参数一起放入到伪距模型中，得到对应基站离接收机的伪距信息，并将伪距信息与LTE发射基站坐标一一对应，用数据结构3表示。
三边定位算法单元，从特定数据结构3中得到的多个基站(至少3个)的地理位置坐标点、对应基站离接收机的伪距信息放入三边定位算法中进行解算，得到定位装置初步的定位点坐标。
数据保存模块用于保存多通道数据采集模块的LTE信号数据，以及基站信息数据库、GIS信息数据库、数据融合匹配后的数据信息及定位解算后定位坐标点信息。
人机界面操作与显示模块用于程序指令的按键操作，点击界面按键时能够自动执行定位装置的运行程序，并将每次的定位结果(坐标点)在软件界面上实时显示。
模块执行平台由高性能计算机组成，要保证定位装置能够实时接收数据、解析数据、数据融合与匹配、定位解算、定位结果实时显示，则需要上述多通道数据采集模块、数据融合模块、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块能够在高性能计算机平台快速运行，完成相关操作。
供电模块由可携带式小型UPS电源设备组成，为多通道数据采集模块及模块执行平台供电，保证了定位装置在室外能够长时间正常工作，各模块能够正常运行。
本实施例的定位装置在进行信号强度定位方法时，工作原理为：
如图3(a)所示，设已知定位装置的起始位置，根据该起始位置获取该范围内的基站信息数据库中LTE基站频点信息，将该频点信息设置到定位装置的多通道软件无线设备中，每个通道至少分配一个LTE信号频点，并根据LTE信号预设置信号采样率、信号接收带宽、信号采样点数、设备接收增益等。
供电模块启动后，首先利用多通道软件无线设备的全向天线接收空间传播的LTE信号移动通信信号，并将该信号传送至中射频模块进行扫频鉴别与滤波，选取接收频点信息为预设置的LTE信号，将移动通信信号通过设备中ADC(模数转换)模块变为数字信号，将LTE数字信号通过设备中FPGA进行上下变频、抽样等高速处理数据，并将该LTE信号数据通过USB串口通信传送至高性能计算机中进行实时解析。
如图3(b)所示，数据融合匹配模块解析LTE信号方法，将接收到的LTE信号进行采样滤波处理后，提取接收LTE信号中的PSS信号(主同步信号)与本地PSS信号进行同步，得到PSS信号序列位置后，从其特定位置解码SSS信号(辅同步信号)，然后根据SSS信号序列进行小区搜索，得到LTE信号小区ID等信息，然后将信号数据进行OFDM解调、信道估计、PBCH解码、MIB解码、PCFICH解码、PHICH解码及PDCCH解码，得到LTE信号的相关解析参数。相关解析参数包括：LTE基站发射信号频率、LTE基站发射信号小区ID、LTE信号强度、LTE基站数量、LTE的TAI等信息。
图4示出了定位装置中程序运行流程，当多通道软件无线设备连接好高性能计算机后，启动运行程序，首先检测设备是否正常连接；若否，则显示提示信息并退出运行程序；若是，则执行主控程序。通过软件接口执行多通道数据采集模块和数据融合匹配模块，并通过软件接口将数据传输至定位解算模块，以获取定位装置坐标点信息，并更新定位装置前一次的位置坐标点。最后通过软件接口将定位坐标点实时保存，利用百度地图API在界面上实时显示实际地理位置信息及定位装置行走轨迹。
人机界面操作与显示模块主要设有四个显示部分：定位运行指令部分、设备连接信息部分、定位结果地图部分、接收通道解析信息部分。当多通道软件无线设备成功连接高性能计算机时，设备连接信息部分会显示成功连接设备数量；启动定位运行指令部分，程序会按照上述流程运行流程，接收通信解析信息部分显示数据解析，并且不同接收通道可自由切换。数据分析后，定位结果地图部分显示定位解算的坐标点信息，其实际地理位置信息会在定位结果地图部分实时标注及显示。
如图5所示，高性能计算机包括通过系统总线连接的处理器、存储器、显示屏和输入装置。处理器用于提供计算和控制能力；存储器包括非易失性存储介质、内存储器，非易失性存储介质设有操作系统和计算机程序，内存储器是为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序运行提供环境。处理器执行计算机程序以实现定位方法。显示屏可以是液晶显示屏，输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是高性能计算机外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
图5中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本实施例中，处理器执行计算机程序时包括以下步骤：通过USB串口通信连接软件无线设备，软件无线设备接收LTE信号的频点信息并通过全向天线接收LTE信号，将LTE信号数据通过USB串口通信传送至高性能计算机中。
本实施例中，处理器执行计算机程序时所实现的所述从基于接收的室外LTE信号中获取解析信息，包括：LTE基站数量、LTE信号强度、LTE信号频点、LTE信号的小区ID。
本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有GIS信息数据库与基站信息数据库，处理器执行计算机程序时所实现的所述从基于解析信息、GIS信息数据库与基站信息数据库中获取伪距参考信息，包括：LTE基站个数、LTE基站位置、LTE信号强度、基站高度、周围建筑物平均高度及间隔、街道宽度。从基于伪距参考信息中获取定位参考信息，包括：多个LTE基站位置坐标，多个LTE基站位置与定位装置的伪距。从基于定位参考信息获取定位装置的定位结果(位置坐标点)。从定位装置位置坐标点中获取定位装置的地理位置信息并在显示屏上实时显示。
关于信号强度定位装置的具体限定与定位方法的限定相同。信号强度定位装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。各模块以硬件形式外接、内嵌或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，相应的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
上述实施案例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：
(1)根据移动通信信号的频率范围、传播环境、基站布设选择一组已有的路径损耗模型建立路径损耗校正模型公式，确定待校正的参数个数；
(2)对一预设范围进行多次打点，采集室外基站发射的移动通信信号及本地基站信息数据库并实时解析，获取打点处位置的实时环境信息数据；
(3)将步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据用于路径损耗校正模型中，采用共轭梯度法求解路径损耗模型，获取多组校正参数；
(4)在同一类环境下不同位置，利用步骤(3)获得移动通信信号数据及校正参数，建立移动通信信号解析参数及周围环境GIS信息—校正参数对应关系的校正参数指纹库；
(5)根据路径损耗校正模型中信号强度衰减值与距离关系，构建伪距模型，利用步骤(2)解析出的移动通信信号参数及环境信息数据与步骤(4)建立的校正参数指纹库进行匹配得到最佳的一组校正参数，代入伪距模型中得到伪距值，再进行位置解算获取定位坐标点，即获取打点处的实时定位结果。
2.根据权利要求1所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述室外基站发射的移动通信信号及本地基站信息数据库包括：基站发射信号频率、基站天线发射功率、基站位置坐标点、基站发射信号小区ID、基站的TAI。
3.根据权利要求2所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据基站信号频点实时接收周围基站发射的移动通信信号并解析，根据解析到的基站发射信号小区ID、基站的TAI信息与基站信息数据库进行匹配；若不匹配，则舍弃该信号数据；若相匹配，则使用数据结构表示，数据结构包含：基站发射信号频率、基站天线发射功率、基站位置坐标点、基站的TAI、基站发射信号小区ID、移动通信信号强度、基站数量。
4.根据权利要求1所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中，打点处位置的实时环境信息数据是从解析出的移动通信信号参数、GIS信息数据库、基站信息数据库中获取多组数据。
5.根据权利要求4所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，用于打点的设备设有接收机，所述打点处位置的实时环境信息数据的获取方法包括：设已知打点的设备的起始位置，获取周围GIS信息数据库，将基站的位置坐标点放入GIS信息数据库中进行信息匹配；若不匹配，则舍弃该信号数据；若相匹配，则使用数据结构表示，数据结构包含：基站的高度、周围建筑物平均高度、周围建筑物平均间隔、接收机所处位置街道宽度。
6.根据权利要求5所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述基站的高度为基站所在建筑物高度和基站的发射天线高度之和。
7.根据权利要求1所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中，获取多组校正参数的具体步骤为：待测点通过接收机实时获取地理位置坐标，并计算接收机与基站之间的距离，将步骤(2)中解析得到的数据和实时环境数据及各基站与接收机的距离代入路径损耗校正模型中，将代入后的校正模型公式变形为一个求解多个最优校正参数的优化问题，最后利用共轭梯度法求解多组校正参数。
8.根据权利要求5所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述根据步骤(3)接收到的信号强度获取基站到待测点的伪距信息，具体为：将路径损耗校正模型中预测信号强度接收值变为伪距模型中基站的发射天线与待测点的接收天线之间的预测距离，即伪距；将GIS信息数据库分别与解析得到移动通信信号的信道参数信息和步骤(4)校正参数指纹库中匹配参数进行匹配，得到最佳的校正参数；将校正参数与步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据代入到伪距模型中，得到基站的发射天线与待测点之间的伪距信息。
9.根据权利要求5所述的基于路径损耗校正模型的信号强度定位方法，其特征在于，所述步骤(5)中，获取打点处的实时定位结果的方法为：从校正参数指纹库中匹配最佳校正参数与步骤(2)中解析得到的数据及实时环境数据用于伪距模型中，得到待测点与至少3个基站的伪距信息；采用三边定位算法根据已获得的伪距信息和已知基站位置坐标点进行待测点位置坐标点的实时解算，得到待测点位置的定位结果。
10.一种基于路径损耗校正模型的信号强度定位装置，其特征在于，用于权利要求1～9任一项所述定位方法的定位装置，所述定位装置包括多通道数据采集模块、数据融合匹配模块、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块和模块执行平台；
所述多通道数据采集模块用于实时采集基站发射的移动通信信号数据，并将数据发送给数据融合匹配模块；
所述数据融合匹配模块用于将接收到移动通信信号数据进行解析和匹配，将匹配后的数据发送至定位解算模块；
所述定位解算模块将匹配后的数据与校正参数用于解算定位坐标点信息；
所述数据保存模块用于保存移动通信信号数据、基站信息数据库、GIS信息数据库，以及数据融合匹配后的数据信息和定位解算后定位坐标点信息；
所述人机界面操作与显示模块用于程序指令的按键操作和定位结果的显示；
所述模块执行平台用于运行多通道数据采集模块、数据融合匹配、定位解算模块、数据保存模块、人机界面操作与显示模块，完成相关操作。
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| CN115276696A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-01 | 北京信息科技大学 | 用于透地通信定向装置和方法 |
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- 2021-07-07 CN CN202110767685.2A patent/CN113596985B/zh active Active
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