CN116017693A - 可移动基站定位方法、装置、计算机设备和可移动基站 - Google Patents

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CN116017693A
CN116017693A CN202310036275.XA CN202310036275A CN116017693A CN 116017693 A CN116017693 A CN 116017693A CN 202310036275 A CN202310036275 A CN 202310036275A CN 116017693 A CN116017693 A CN 116017693A
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贾兴华
齐望东
刘鹏
黄永明
刘升恒
李晓东
郑旺
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Network Communication and Security Zijinshan Laboratory
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Abstract

本申请涉及一种可移动基站定位的方法、装置、计算机设备、存储介质、计算机程序产品和可移动基站。所述方法包括：建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。采用本方法能够解决基于可移动基站单锚点定位问题，还可在典型山区、灾害区域、战场、夜间、恶劣天气等环境下应用可移动基站进行人员搜救等作业。

Description

可移动基站定位方法、装置、计算机设备和可移动基站
技术领域
本申请涉及无线通信技术与导航定位技术领域，特别是涉及一种可移动基站定位方法、装置、计算机设备、存储介质、计算机程序产品和可移动基站。
背景技术
信息技术的不断发展，催生出大量新兴数字产业与应用，而这些新应用对精确位置信息的依赖越来越强烈，特别在物联网、自动驾驶、智慧城市、工业互联网等新型技术领域，广域覆盖的精确定位是很多技术应用的前提，因此对精确定位提出了更高要求。
在此前提下，5G(The fifth-generation mobile communication technology，第五代移动通信技术)通信技术走入大众视野。
5G未来应用场景中将包括立体空间覆盖，而基于无人机的中继通信将是必然的通信辅助设施。目前采用无人机定位方法大多是对无人机自身位置标定的方法，尚未有基于无人机单站定位终端方法被报道。而无人机利用视觉定位终端的方法虽有研究，但存在一定的限制，如会受到天气、遮挡、亮度等影响。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可移动基站定位方法、装置、计算机设备、存储介质、计算机程序产品和可移动基站，能够利用无线通信系统的高精度测向与测距能力，实现对覆盖区域内终端的定位。
第一方面，本申请提供了一种可移动基站定位方法。该方法包括：
建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
在一个实施例中，基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵包括：
基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息；
接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号；
基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息包括：
通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关；
根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置；
通过可移动基站在第二坐标系中的位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息。
在一个实施例中，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息之后还包括：
预设可移动基站的行进轨迹；
可移动基站在行进轨迹的多个时间点上获取待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集；
根据可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取待定位终端的第二位置信息。
在一个实施例中，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息之后还包括：
根据待定位终端的第一位置信息预测待定位终端的区域以及可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置；
移动可移动基站至可移动基站预测的位置；
重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取待定位终端的第三位置信息。
在一个实施例中，在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息包括：
可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
第二方面，本申请还提供了一种可移动基站定位装置。该装置包括：
通信建立模块，用于建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
信息接收模块，用于在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
信道估计模块，用于基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
信息处理模块，用于通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
第六方面，本申请还提供了一种可移动基站。该可移动基站包括：
空中移动装置，用于搭载基站；
基站，包括天线阵列，搭载在空中移动装置上，用于定位。
在一个实施例中，天线阵列处于水平状态。
上述一种可移动基站定位方法、装置、计算机设备、存储介质、计算机程序产品和可移动基站，通过建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息，其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。能够利用无线通信系统的高精度测向与测距能力，实现对覆盖区域内终端的定位。解决了基于可移动基站单锚点定位问题，可应用于基于可移动基站的通信定位一体化应用场景，直接应用无线通信设备收发定位信号实现定位功能。该方法可在典型山区、灾害区域、战场、天气恶劣等环境中实施，应用可移动基站进行人员搜救、晚间作业等任务。
附图说明
图1为一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图2为一个实施例中可移动基站定位方法的应用示意图；
图3为一个实施例中基于定位请求信息生成待定位终端的信道估计矩阵步骤的流程示意图；
图4为一个实施例中通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的基站位置与关系参数定位终端，获得终端的第一位置信息步骤的流程示意图；
图5为另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图6为另一个实施例中可移动基站定位方法的应用示意图；
图7为另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图8为另一个实施例中可移动基站定位方法的应用示意图；
图9为一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图10为另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图11为另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图；
图12为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
以GNSS(Global navigation satellite system，全球导航卫星系统)技术为核心的PNT(Positioning,navigation,and timing，导航、定位与授时)体系在不断演进，旨在提供全天候、全覆盖、高动态、强实时、差异化的PNT服务。
然而GNSS定位信号极弱，且必须同时接收多颗卫星的视距信号，当部分GNSS信号被遮挡会造成NLOS(Non-light of sight，非视距)与多径现象，严重影响终端测量精度。
5G通信技术在演进，其大带宽、低时延、高频段等新特征，不仅显著提升了通信容量，也为基于5G体制的高精度定位带来新的机遇。例如，5G通信将利用毫米波频段，其短波长特性可便于使用大规模阵列技术，而大规模天线技术的尖波束赋形更有利于进行高精度测向，毫米波频段更短的时延要求，也有助于距离测量精度的提升。
5G系统高精度测向的优势，使得搭载5G系统的可移动基站实现单站定位服务成为可能，这种合作式定位方式相比其他定位方法，不仅部署灵活、成本可控，更是通信定位一体化的体现。更重要的是，基于可移动基站单站定位系统，是GNSS定位系统无法有效覆盖区域的最佳补充手段。基于可移动基站的定位系统部署灵活，可应用于应急救援场景，如登山遇难者搜寻、地震围困人员搜救等场景。此外，基于5G系统信道状态信息的强感知能力，也可应用于环境感知场景。
目前的针对可移动基站定位的方法基本都是对可移动基站自身位置的标定方法，而利用可移动基站定位终端的研究通常是利用视觉方式定位，但视觉定位存在一定的限制。
新一代无线通信系统的大阵列、大带宽等新特征使得基于无线通信系统实现高精度定位成为可能。而基于可移动基站的通信覆盖已是必然趋势，则利用可移动基站的通信设备同时提供定位服务将是非常有前景的应用。
因此，提出基于可移动基站的单站定位的基本方法，可移动基站悬停空中，通过静态测量确定覆盖区域内终端的位置坐标。进一步的，提出基于可移动基站轨迹辅助的可移动基站单站定位方法，该方法为进一步利用可移动基站轨迹信息，提高单站定位精度。进一步的，提出基于可移动基站的渐进式搜索终端的定位方法，该方法通过多次测量并逐渐接近终端的方式，最终锁定终端位置。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种可移动基站定位方法，本实施例以该方法应用于基站进行举例说明，可以理解的是，例如该方法可以应用于如图2所示的环境中。可移动基站升空并悬停，其配备的通信基站可有效覆盖下方一定区域，可移动基站挂载一个天线阵列，通过其阵列信号处理技术增强通信信号传输，可移动基站结合惯性导航系统、视觉与云台等技术保障该天线阵列处于水平状态，即天线阵列法向垂直并指向地面。可移动基站定位待定位终端202。该方法针对GNSS信号无法有效覆盖的场景。该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：
步骤102，建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数。
在一个实施例中，第一坐标系以可移动基站的中心为坐标原点，以可移动基站的朝向为x轴正向，以可移动基站的法向为z轴正向。
在一个实施例中，第二坐标系为三维空间物体所在的全局坐标系。
在一个实施例中，第一坐标系与第二坐标系的关系参数包括由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度和将第一坐标系下的坐标值转换到第二坐标系下的坐标值的转换矩阵。
在一个实施例中，(α，β，γ)表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度，γ表示绕z轴逆时针旋转的角度，β表示绕x轴逆时针旋转的角度，α表示绕y轴逆时针旋转的角度。
在一个实施例中，R表示由将第一坐标系下的坐标值转换到第二坐标系下的坐标值的转换矩阵，
Figure BDA0004043816080000071
在一个实施例中，可移动基站为搭载了具有定位功能的通信基站的可移动装置，如车辆、轮船或无人机等。该基站配备一个天线阵列，通过其阵列信号处理技术增强通信信号传输，可移动基站结合惯导、视觉与云台等技术保障该天线阵列处于水平状态，即天线阵列法向垂直并指向地面。
在一个实施例中，可移动基站与待定位终端建立通信链接。
步骤104，在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息。
在一个实施例中，待定位终端向可移动基站请求定位，或者可移动基站根据任务需求要获取待定位终端位置信息。
步骤106，基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，可移动基站根据终端定位的要求配置上行参考信号资源集，将参考信号资源集配置信息发送给终端。
在一个实施例中，待定位终端接收参考信号资源集配置信息，并根据配置信息发送SRS(Sounding Reference Signal，上行探测参考信号)信号。
在一个实施例中，可移动基站接收来自各个终端的SRS信号，对接收的SRS信号进行处理，估计出不同终端的信道估计矩阵Hi，其中Hi表示可移动基站接收的第i个待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，信道估计矩阵Hi表示终端天线到空中移动装置基站天线阵列的无线信道系数。
步骤108，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
在一个实施例中，可移动基站从信道估计矩阵中得到终端相对于可移动基站的方位角φi与俯仰角θi、待定位终端与可移动基站之间的距离di，其中φi表示可移动基站接收的第i个待定位终端的方位角，θi表示可移动基站接收的第i个待定位终端的俯仰角，di表示可移动基站接收的第i个待定位终端与可移动基站之间的距离。
在一个实施例中，可移动基站根据估计结果，计算待定位终端在第一坐标系下的三维坐标
Figure BDA0004043816080000081
其中角标L表示第一坐标系，角标T表示待定位终端。
在一个实施例中，可移动基站获取其第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000082
其中角标G表示第二坐标系，角标D表示可移动基站。
在一个实施例中，可移动基站根据其在第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000083
与表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度(α，β，γ)解算出终端的坐标。
在一个实施例中，可选地，第一位置信息用于确定待定位终端的位置，可用于使可移动基站测量的待定位终端位置更加准确。
上述可移动基站定位方法中，应用无线通信系统的高精度测向与测距能力，实现对覆盖区域内终端的定位，特别应用于基于可移动基站的通信定位一体化应用场景，直接应用无线通信设备收发定位信号实现定位功能，可在典型山区、灾害区域、战场、夜间、极端天气等场景中应用可移动基站进行人员搜救等任务。
在一个实施例中，在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息包括：
可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
在一个实施例中，可移动基站可根据任务需求获取待定位终端位置信息，或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站从而获取待定位终端的位置信息。
在一个实施例中，如图3所示，基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵包括：
步骤302，基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息。
在一个实施例中，可移动基站根据终端定位精度、定位时间等要求，依据资源配置策略配置上行参考信号资源集，并将参考信号资源集配置信息发送给终端。
步骤304，接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号。
在一个实施例中，待定位终端接收参考信号资源集配置信息，并根据配置信息，在确定的时频资源上发送SRS信号。
步骤306，基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，可移动基站接收来自各个终端的SRS信号，并结合已知配置信息，对接收的SRS信号进行处理，估计出不同终端的信道估计矩阵Hi。
在一个实施例中，应用最小二乘或最小均方误差等方法估计出不同终端的信道估计矩阵Hi。
本实施例中，通过基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息；接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号；基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵，能够为后续从信道估计矩阵中获得终端相对于天线阵列的方位角、俯仰角、终端与可移动基站天线阵列中心之间的距离等信息做好准备。
在一个实施例中，如图4所示，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息包括：
步骤402，通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关。
在一个实施例中，可移动基站使用阵列测向技术从信道估计矩阵Hi中得到终端相对于可移动基站的方位角φi与俯仰角θi。
在一个实施例中，在第一坐标系下计算方位角φi与俯仰角θi。
在一个实施例中，该阵列测向技术可为数字波束赋形、快速傅里叶变换、多重信号分类、模拟波束测向等技术。
在一个实施例中，可移动基站通过测距技术从Hi中得到终端与可移动基站之间的距离di。
在一个实施例中，该测距技术可为数字波束赋形、快速傅里叶变换、多重信号分类等技术。
步骤404，根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置。
在一个实施例中，可移动基站根据估计结果，计算待定位终端在第一坐标系下的三维坐标
Figure BDA0004043816080000091
该坐标可表示为：
Figure BDA0004043816080000092
其中，di为终端与可移动基站之间的距离，φi为终端相对于可移动基站的方位角，θi为终端相对于可移动基站的俯仰角。
步骤406，通过可移动基站在第二坐标系中的位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息。
在一个实施例中，可移动基站获取其第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000093
在一个实施例中，可移动基站根据其在第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000094
与表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度(α，β，γ)解算出终端的坐标。
在一个实施例中，可移动基站根据下式解算出移动终端的位置
Figure BDA0004043816080000101
Figure BDA0004043816080000102
其中，R为将第一坐标系下的坐标值转换到第二坐标系下的坐标值的转换矩阵。
在一个实施例中，因为待处理方程组是高度非线性的，所以需要应用优化算法求解。当可移动基站处于水平时，α角为0，β角为π，则方程组可进一步化简，可应用最小二乘法求解待定位终端的位置。
在本实施例中，通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关；根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置；通过可移动基站在第二坐标系中的位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位终端，获得终端的第一位置信息。从信道估计矩阵中获取终端相对位置参数，利用可移动基站自身的位置信息，解决了基于可移动基站单锚点定位问题。
由于可移动基站的设备性能限制，单纯的测向与测距功能无法得到精确的测量结果，特别在非视距情况下无法得到准确的视距测量值，因此需要引入预定轨迹辅助的方法增强定位性能。
在一个实施例中，可选的，如图5所示，提供了另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图。如图6所示，为该实施例中可移动基站定位方法的应用示意图，其中可移动基站升空并悬停，其通信功能可有效覆盖下方一定区域，可移动基站挂载天线阵列可应用惯性导航系统、视觉与云台技术保障该阵列处于水平状态，即阵列法向垂直并指向地面。可移动基站沿着预设轨道行径，示例性的，可移动基站从t-3时刻的可移动基站位置602，移动到t-2时刻的可移动基站位置604、t-1时刻的可移动基站位置606、到达t时刻的可移动基站位置608，从而在行进轨迹的多个时间点上获取终端的位置数据，使获取的终端位置信息更加准确。
在一个实施例中，如图5所示，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息之后还包括：
步骤502，预设可移动基站的行进轨迹。
在一个实施例中，可移动基站根据t时刻的位置信息，预定其行进轨迹，并设置在预定轨迹位置重复测量步骤多次测量终端坐标。
步骤504，可移动基站在行进轨迹的多个时间点上获取待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集。
在一个实施例中，可移动基站获得测量数据集
Figure BDA0004043816080000111
其中
Figure BDA0004043816080000112
为t时刻可移动基站测量的终端位置坐标。
在一个实施例中，根据可移动基站在每个测量点的位置和多次测量的第一位置信息，生成终端的第一位置信息数据集。
在一个实施例中，待定位终端在可移动基站多次测量过程中位置基本不变，相当于多个可移动基站定位终端。
在一个实施例中，可选的，待定位终端的位置可移动，可保持基本不变，在此不作限定。
在一个实施例中，可移动基站可应用信号识别技术，剔除异常的测量值；异常测量值包括应用非视距识别方法剔除非视距下的测量值。
步骤506，根据可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取待定位终端的第二位置信息。
在一个实施例中，可移动基站应用融合算法求解终端的第二位置信息。
在一个实施例中，第二位置信息包括应用第一位置信息数据集得出的待定位终端的位置信息。
在一个实施例中，可移动基站以多个第一位置信息为基础，获取待定位终端的第二位置信息，相较于第一位置信息，第二位置信息更具准确性。
在一个实施例中，可移动基站在t时刻接收来自各个终端的SRS信号，对接收的SRS信号进行处理，估计出不同终端的信道估计矩阵Hi,t，其中Hi,t表示可移动基站在t时刻接收的第i个待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，信道估计矩阵Hi,t表示终端天线到空中移动装置基站天线阵列的无线信道系数。
在一个实施例中，可移动基站使用阵列测向技术从信道估计矩阵Hi,t中得到终端相对于可移动基站的方位角φi，t与俯仰角θi，t，该角度是在第一坐标系下获得的，其中φi，t表示可移动基站在t时刻接收的第i个待定位终端相对于可移动基站的方位角，θi，t表示可移动基站在t时刻接收的第i个待定位终端相对于可移动基站的俯仰角。
在一个实施例中，可移动基站通过测距技术从Hi,t中得到终端与可移动基站之间的距离di,t，其中di,t表示可移动基站在t时刻接收的第i个待定位终端相对于可移动基站的距离。
在一个实施例中，可移动基站根据估计结果，计算待定位终端在第一坐标系下的三维坐标
Figure BDA0004043816080000121
该坐标可表示为：
Figure BDA0004043816080000122
其中，di,t为终端与可移动基站之间的距离，φi，t为终端相对于可移动基站的方位角，θi，t为终端相对于可移动基站的俯仰角。
在一个实施例中，可移动基站获取其第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000123
在一个实施例中，可移动基站根据其在第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000124
与表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度(αt，βt，γt)解算出终端的坐标。
在一个实施例中，(αt，βt，γt)表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度，γt表示绕z轴逆时针旋转的角度，βt表示绕x轴逆时针旋转的角度，αt表示绕y轴逆时针旋转的角度。
在一个实施例中，可移动基站根据下式解算出移动终端的位置
Figure BDA0004043816080000125
Figure BDA0004043816080000126
其中，Rt为将第一坐标系下的坐标值转换到第二坐标系下的坐标值的转换矩阵，可表示为
Figure BDA0004043816080000127
在一个实施例中，由于方程组是高度非线性的，需要应用优化算法求解，当阵列处于水平时，αt角为0，βt角为π，则方程组可进一步化简，可应用最小二乘法求解待定位终端的位置。
本实施例中，通过预设可移动基站的行进轨迹；可移动基站在行进轨迹的多个时间点上获取待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集；根据可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取待定位终端的第二位置信息。通过预设轨迹多次测量，在多次获取的第一位置信息的基础上，提高可移动基站测量结果的准确性。
由于任务需要可移动基站最终接近并锁定待定位终端，此时需要可移动基站以渐近的方式，多次测量终端坐标，每次测量均根据上次测量结果缩小目标区域，每次测量结束根据当前结果计算接近移动终端的轨迹，直到可移动基站与终端足够接近。
在一个实施例中，可选的，如图7所示，提供了另一个实施例中可移动基站定位方法的流程图。图8为该实施例可移动基站定位方法的应用示意图。进一步地，提供一种渐近式搜索终端方法，当前可移动基站升空并悬停，其通信功能可有效覆盖下方一定区域，可移动基站挂载天线阵列可应用惯性导航系统、视觉与云台技术保障该阵列处于水平状态，即阵列法向垂直并指向地面。示例性的，可移动基站从t1次可移动基站悬停的位置802，移动到t2次可移动基站悬停的位置804，移动到t3次可移动基站悬停的位置806，通过不断修正可移动基站悬停的位置靠近待定位终端。
在一个实施例中，如图7所示，通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息之后还包括：
步骤702，根据待定位终端的第一位置信息预测待定位终端的区域以及可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置。
在一个实施例中，可移动基站根据t时刻的位置信息，确定终端所在的区域Sarea(t)，计算出可移动基站下一时刻(即t+1时刻)悬停的位置
Figure BDA0004043816080000131
在一个实施例中，可移动基站可通过视觉等技术对前方障碍物有效识别，从而避免撞到障碍物，同时根据障碍物信息，生成可移动基站下一时刻悬停的位置
Figure BDA0004043816080000132
在一个实施例中，可移动基站可应用信号识别技术，剔除异常的测量值，如应用非视距识别方法剔除非视距下的测量值。
步骤704，移动可移动基站至可移动基站预测的位置。
在一个实施例中，可移动基站行进到预定位置。
步骤706，重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取待定位终端的第三位置信息。
在一个实施例中，第三位置信息包括通过移动可移动基站至足够接近待定位终端所得的待定位终端的位置信息。
在一个实施例中，可移动基站以第一位置信息为基础，确定下一时刻悬停的位置，直至足够接近待定位终端，获得待定位终端的第三位置信息，相较于第一位置信息，第三位置信息更具准确性。
在一个实施例中，可移动基站重复上述步骤，直到与终端足够接近。
在一个实施例中，可移动基站在t时刻接收来自终端的SRS信号，对接收的SRS信号进行处理，估计出不同终端的信道估计矩阵Ht，其中Ht表示可移动基站在t时刻接收的待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，信道估计矩阵Ht表示终端天线到空中移动装置基站天线阵列的无线信道系数。
在一个实施例中，可移动基站使用阵列测向技术从信道估计矩阵Ht中得到终端相对于可移动基站的方位角φt与俯仰角θt，该角度是在第一坐标系下计算的，其中φt表示可移动基站在t时刻接收的待定位终端的方位角，θt表示可移动基站在t时刻接收的待定位终端的俯仰角。
在一个实施例中，可移动基站通过测距技术从Ht中得到终端与可移动基站之间的距离dt，其中dt表示可移动基站在t时刻接收的待定位终端与可移动基站之间的距离。
在一个实施例中，可移动基站根据估计结果，计算待定位终端在第一坐标系下的三维坐标
Figure BDA0004043816080000141
该坐标可表示为：
Figure BDA0004043816080000142
其中，dt为终端与可移动基站之间的距离，φt为终端相对于可移动基站的方位角，θt为终端相对于可移动基站的俯仰角。
在一个实施例中，可移动基站获取其第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000143
在一个实施例中，可移动基站根据其在第二坐标系下的坐标
Figure BDA0004043816080000144
与表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度(αt，βt，γt)解算出终端的坐标。
在一个实施例中，(αt，βt，γt)表示由第一坐标系转换到第二坐标系需要旋转的角度，γt表示绕z轴逆时针旋转的角度，βt表示绕x轴逆时针旋转的角度，αt表示绕y轴逆时针旋转的角度。
在一个实施例中，可移动基站根据下式解算出移动终端的位置
Figure BDA0004043816080000145
Figure BDA0004043816080000146
其中，Rt为将第一坐标系下的坐标值转换到第二坐标系下的坐标值的转换矩阵，可表示为
Figure BDA0004043816080000151
在一个实施例中，由于方程组是高度非线性的，需要应用优化算法求解，当阵列处于水平时，αt角为0，βt角为π，则方程组可进一步化简，可应用最小二乘法求解待定位终端的位置。
在一个实施例中，第二位置信息与第三位置信息均以第一位置信息为基础，相较于第一位置信息更具准确性；但第二位置信息与第三位置信息获取的方法不同，第二位置信息是可移动基站在获取多个第一位置信息后、基于多个第一位置信息生成的第一位置信息数据集获得，第三位置信息是可移动基站基于第一位置信息不断接近待定位终端、直至与待定位终端足够接近后获得。
本实施例中，根据待定位终端的第一位置信息预测待定位终端的区域以及可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置；移动可移动基站至可移动基站预测的位置；重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取待定位终端的第三位置信息。通过第一位置信息确定终端所在区域，通过多次计算不断接近缩小目标区域，直至可移动基站与待定位终端足够接近，使测量结果更加精确。
在一个实施例中，提供一种可移动基站，包括：
空中移动装置，用于搭载基站；
基站，包括天线阵列，搭载在空中移动装置上，用于定位。
在一个实施例中，空中移动装置包括无人机。
在一个实施例中，可移动基站的天线阵列处于水平状态。示例性的，可移动基站配备具有定位功能的通信基站，该基站配备天线阵列，该阵列通过结合惯性导航系统与视觉的云台技术可保障阵列处于绝对水平状态。该基站通过无线回传方式与固定数据交换中心交换信息。该可移动基站可向有效覆盖区域内的终端提供定位服务。
针对GNSS信号无法有效覆盖的场景，提供可移动基站定位方法、装置、计算机设备、存储介质、计算机程序产品和可移动基站。可移动基站自身位置可根据可移动或固定的定位锚点、视觉、惯性导航系统等技术得到，其位置可以是相对或者绝对坐标位置。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种可移动基站定位方法，该方法包括以下步骤：
步骤902，建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数。
步骤904，可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
步骤906，基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息。
步骤908，接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号。
步骤910，基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
步骤912，通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关。
步骤914，根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置。
步骤916，通过可移动基站在第二坐标系中的位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息。
在另一个实施例中，如图10所示，提供了一种可移动基站定位方法，该方法包括以下步骤：
步骤1002，建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数。
步骤1004，可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
步骤1006，基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息。
步骤1008，接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号。
步骤1010，基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
步骤1012，通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关。
步骤1014，根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置。
步骤1016，通过可移动基站在第二坐标系中的基站位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位终端，获得终端的第一位置信息。
步骤1018，预设可移动基站的行进轨迹。
步骤1020，可移动基站在行进轨迹的多个时间点上获取待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集。
步骤1022，根据可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取待定位终端的第二位置信息。
在另一个实施例中，如图11所示，提供了一种可移动基站定位方法，该方法包括以下步骤：
步骤1102，建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数。
步骤1104，可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
步骤1106，基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息。
步骤1108，接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号。
步骤1110，基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
步骤1112，通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关。
步骤1114，根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置。
步骤1116，通过可移动基站在第二坐标系中的位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位终端，获得终端的第一位置信息。
步骤1118，根据终端的第一位置信息预测终端的区域以及可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置。
步骤1120，移动可移动基站至可移动基站预测的位置。
步骤1122，重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取终端的第三位置信息。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的可移动基站定位方法的可移动基站定位装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个可移动基站定位装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于可移动基站定位方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种可移动基站定位装置，包括：通信建立模块、信息接收模块、信道估计模块和信息处理模块，其中：
通信建立模块，用于建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
信息接收模块，用于在对待定位终端进行定位的情况下，获取待定位终端的定位请求信息；
信道估计模块，用于基于定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成待定位终端的信道估计矩阵；
信息处理模块，用于通过信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与关系参数定位待定位终端，获得待定位终端的第一位置信息；其中第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
在一个实施例中，信息接受模块还用于可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取待定位终端的定位请求信息。
在一个实施例中，信道估计模块还用于基于定位请求信息向待定位终端发送参考信号资源集配置信息；接收探测参考信号；探测参考信号为待定位终端根据配置信息发送的信号；基于探测参考信号，生成待定位终端的信道估计矩阵。
在一个实施例中，信息处理模块还用于通过信道估计矩阵得到相对位置参数；相对位置参数与可移动基站和待定位终端的相对位置相关；根据相对位置参数获得待定位终端在第一坐标系中的位置；通过可移动基站在第二坐标系中的基站位置、待定位终端在第一坐标系中的位置与关系参数定位终端，获得终端的第一位置信息。
在一个实施例中，信息处理模块还用于预设可移动基站的行进轨迹；可移动基站在行进轨迹的多个时间点上获取待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集；根据可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取待定位终端的第二位置信息。
在一个实施例中，信息处理模块还用于根据终端的第一位置信息预测终端的区域以及可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置；移动可移动基站至可移动基站预测的位置；重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取终端的第三位置信息。
上述可移动基站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。上述各模块可以硬件形式内嵌于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。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图12所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI(Wireless fidelity，无线局域网)、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种可移动基站定位方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图12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。
在一个实施例中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是，本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述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、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种可移动基站定位方法，其特征在于，所述方法包括：
建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
在对待定位终端进行定位的情况下，获取所述待定位终端的定位请求信息；
基于所述定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成所述待定位终端的信道估计矩阵；
通过所述信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息；其中所述第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成所述待定位终端的信道估计矩阵包括：
基于所述定位请求信息向所述待定位终端发送参考信号资源集配置信息；
接收探测参考信号；所述探测参考信号为所述待定位终端根据所述配置信息发送的信号；
基于所述探测参考信号，生成所述待定位终端的信道估计矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息包括：
通过所述信道估计矩阵得到相对位置参数；所述相对位置参数与所述可移动基站和所述待定位终端的相对位置相关；
根据所述相对位置参数获得所述待定位终端在第一坐标系中的位置；
通过可移动基站在第二坐标系中的位置、所述待定位终端在第一坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息之后还包括：
预设可移动基站的行进轨迹；
可移动基站在所述行进轨迹的多个时间点上获取所述待定位终端的多个第一位置信息，生成待定位终端的第一位置信息数据集；
根据所述可移动基站的行进轨迹和第一位置信息数据集，获取所述待定位终端的第二位置信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息之后还包括：
根据所述待定位终端的第一位置信息预测所述待定位终端的区域以及所述可移动基站下一时刻在第二坐标系中的位置；
移动所述可移动基站至所述可移动基站预测的位置；
重复上述步骤，直至可移动基站与待定位终端足够接近，获取所述待定位终端的第三位置信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在对待定位终端进行定位的情况下，获取所述待定位终端的定位请求信息包括：
可移动基站根据任务需求，获取待定位终端位置信息；或者待定位终端向可移动基站请求定位，可移动基站获取所述待定位终端的定位请求信息。
7.一种可移动基站定位装置，其特征在于，所述装置包括：
通信建立模块，用于建立第一坐标系、第二坐标系，获取第一坐标系与第二坐标系的关系参数；
信息接收模块，用于在对待定位终端进行定位的情况下，获取所述待定位终端的定位请求信息；
信道估计模块，用于基于所述定位请求信息发送参考信号资源集配置信息，并根据待定位终端返回的探测参考信号生成所述待定位终端的信道估计矩阵；
信息处理模块，用于通过所述信道估计矩阵、可移动基站在第二坐标系中的位置与所述关系参数定位所述待定位终端，获得所述待定位终端的第一位置信息；其中所述第一位置信息用于确定待定位终端的位置。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
11.一种可移动基站，其特征在于，包括：
空中移动装置，用于搭载基站；
基站，包括天线阵列，搭载在所述空中移动装置上，用于定位。
12.如权利要求11所述的可移动基站，其特征在于，所述天线阵列处于水平状态。
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