CN1832627A - 提高移动终端运动状态下的蜂窝网络定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高移动终端运动状态下的蜂窝网络定位精度的方法，包括：移动终端在超宽带通信范围内寻找定位参考点RT，在t₀时刻移动终端处于位置U₀，在t₀+Δt时刻DT运动到位置U₁，从而RT、U₀和U₁构成三角形；在t₀时刻和t₀+Δt时刻，网络多次测量RT、U₀和U₁的位置坐标的估计位置，得到多组的位置坐标信息；测量RT与U₀之间的距离r₀、RT与U₁之间的距离r₁以及RT与U₀和U₁之间的夹角θ，计算RT、U₀和U₁所构成的三角形的外心O；以外心O为圆心得到多个任意半径的圆，在多组位置坐标信息中寻找位于或者接近于以外心O为圆心的圆上的一组位置，从而得到具体位置坐标A₀点、B₀点和C₀点；确定坐标A₀点、B₀点和C₀点所构成的三角形的外心O′点的具体位置坐标；利用外心O′的具体坐标位置，以及外心O与RT、U₀、U₁之间位置关系，得到移动终端的实际位置。

Description

提高移动终端运动状态下 的蜂窝网络定位精度的方法

技术领域

本发明涉及蜂窝网络定位技术、超宽带(UWB)定位技术，尤其涉及一种提高移动终端运动状态下的蜂窝网络定位精度的方法。

背景技术

蜂窝网络定位方式根据定位所用参数不同，可分为场强测量法(SSOA)、增强型场强测量法/多径指纹法(ESSOA/FingerPrint)、到达角度测量法(AOA)、到达时间/时间差测量法(TOA/TDOA)及混合参数定位法等。但无论哪种定位方式，其定位精度都在百米的量级，有大幅度的提高空间。UWB技术是一种基于时域上离散传输的极窄脉冲信号的无线通信技术，它在定位应用上具有显著优势。理论上，基于UWB技术的定位算法精确度可达到厘米级。把UWB技术在定位应用上的优势用于改善蜂窝网络定位的精度，正是基于该构思，本发明提出一种提高移动终端运动状态下蜂窝网络定位精度的方法。

发明内容

本发明提出一种提高移动终端运动状态下蜂窝网络定位精度的方法，从而提高蜂窝网络中移动终端运动状态下的定位精度。

根据本发明，提供了一种提高移动终端运动状态下的蜂窝网络定位精度的方法，所述方法包括步骤：

(1)在所述蜂窝网络确定移动终端的位置时，所述移动终端在超宽带通信范围内寻找一个定位参考点RT，在t₀时刻移动终端处于位置U₀，在t₀+Δt时刻DT运动到位置U₁，从而定位参考点RT、位置U₀和位置U₁构成三角形；

(2)在t₀时刻和t₀+Δt时刻，所述蜂窝网络多次测量所述定位参考点RT、移动终端的位置U₀和U₁的位置坐标的估计位置RT′、U₀′和U₁′，从而得到多组的位置坐标信息；

(3)通过基于超宽带的测距方法，测量定位参考点RT与U₀之间的距离r₀、RT与U₁之间的距离r₁以及定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ，并且计算参考点RT、位置U₀和位置U₁所构成的三角形的外心O以及外心O与此三角形各顶点之间位置关系；

(4)以所述计算的外心O为圆心得到多个任意半径的圆，在所述得到的多组位置坐标信息中寻找位于或者接近于以所述外心O为圆心的圆上的一组位置RT′、U₀′和U₁′，从而得到具体位置坐标A₀点、B₀点和C₀点；

(5)确定坐标A₀点、B₀点和C₀点所构成的三角形的外心O′点的具体位置坐标；

(6)利用外心O′的具体坐标位置，以及步骤(3)中得到的外心O与RT、U₀、U₁之间位置关系，得到移动终端的实际位置。

优选地，Δt为0.1-0.5秒。

优选地，在步骤(3)中计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ的步骤包括：

利用移动终端DT的运动速度计算位置U₀和U₁之间距离，从而计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ。

优选地，在步骤(3)中计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ的步骤包括：

通过到达角度测量法测量定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ。

优选地，所述移动终端与所述定位参考点RT以超宽带方式直接通信，而无需通过基站进行通信。

附图说明：

下面参照附图并结合实例来描述本发明的提高蜂窝网络定位精度的方法。

图1示出了根据本发明的UWB定位示意图；

图2示出了根据本发明的“拟相似”搜索示意图。

具体实施方式：

图1示出了根据本发明的的UWB定位示意图。参看图1，蜂窝网络需要测量DT的位置，而RT是辅佐测量的。DT首先在UWB通信范围内寻找一个MT作为定位参考点RT。DT、RT彼此能够以UWB传输方式不通过基站(或Node B或接入点(AP))而直接通信。DT处于运动状态，在t₀时刻DT处于位置U₀，在t₀+Δt(Δt通常取极小值，约0.1～0.5秒)时刻DT运动到位置U₁。首先，通过基于UWB的测距方法测量定位参考点RT与U₀之间的距离r0、RT与U₁之间的距离r1；通过移动终端DT的运动速度计算两个运动位置U₀和U₁之间距离。该过程等效于确定了一个三角形△RT U₀ U₁，然后计算三角形△RT U₀ U₁的外心(O点)。

在t₀时刻和t₀+Δt时刻，蜂窝网络可采用传统的几何定位算法(如OTDOA算法)多次测量RT、U₀点和U₁点的位置坐标，估计的位置分别表示为RT′、U₀′和U₁′。多次测量存储三组估计位置信息。

图2示出了根据本发明的“拟相似”搜索示意图。如图2所示，蜂窝网络在三组测量信息(RT′、U₀′和U₁′)中寻找位于以O点为圆心某选定长度为半径的圆上的三点，或十分接近以O点为圆心某选定长度为半径的圆上的三点(以O点为圆心的圆半径的大小是任意的)，所找到的三点命名为A₀点、B₀点和C₀点。寻找A₀、B₀和C₀三点的具体方法是由三组测量信息中任意选三点构成一个三角形，在多个构建的三角形中寻找与三角形ABC相似或“拟相似”的三角形，构成相似或拟相似三角形的三点就是要获得的A₀点、B₀点和C₀点。拟相似指不完全相似，但在一定的三角形角度误差范围内满足相似定义的三角形。

确定A₀点、B₀点和C₀点后，求三角形A₀ B₀ C₀的外心O′点。最后，利用三角形ABC的边和角及O′点坐标信息确定DT的位置。

上面描述了所发明提高蜂窝网络定位精度方法一个实例，下面是实例在一定条件下的仿真结果。蜂窝系统定位参数设置根据美国FCC‘911’紧急电话服务定位精度要求(定位精度在125米内概率不小于67％)分别取精度在125米和75米的均匀和正态分布；目标移动终端DT与参考移动终端RT间平均距离为15米。测量精度随着蜂窝网络测量次数的增加而提高。蜂窝定位误差取125米以67％概率均匀分布时，测量次数为5次时，定位误差从125米减小到10米左右；蜂窝定位误差取125米以67％概率均匀分布时，测量次数为5次时，定位误差从75米减小到5米左右。

Claims (5)

1、一种提高移动终端运动状态下的蜂窝网络定位精度的方法，所述方法包括步骤：

(1)在所述蜂窝网络确定移动终端的位置时，所述移动终端在超宽带通信范围内寻找一个定位参考点RT，在t₀时刻移动终端处于位置U₀，在t₀+Δt时刻DT运动到位置U₁，从而定位参考点RT、位置U₀和位置U₁构成三角形；

(2)在t₀时刻和t₀+Δt时刻，所述蜂窝网络多次测量所述定位参考点RT、移动终端的位置U₀和U₁的位置坐标的估计位置RT′、U₀′和U₁′，从而得到多组的位置坐标信息；

(3)通过基于超宽带的测距方法，测量定位参考点RT与U₀之间的距离r₀、RT与U₁之间的距离r₁以及定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ，并且计算参考点RT、位置U₀和位置U₁所构成的三角形的外心O；

(4)以所述计算的外心O为圆心得到多个任意半径的圆，在所述得到的多组位置坐标信息中寻找位于或者接近于以所述外心O为圆心的圆上的一组位置RT′、U₀′和U₁′，从而得到具体位置坐标A₀点、B₀点和C₀点；

(5)确定坐标A₀点、B₀点和C₀点所构成的三角形的外心O′点的具体位置坐标；

(6)利用外心O′的具体坐标位置，以及步骤(3)中得到的外心O与RT、U₀、U₁之间位置关系，得到移动终端的实际位置。

2、根据权利要求1所述的方法，其中Δt为0.1-0.5秒。

3、根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(3)中计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ的步骤包括：

利用移动终端DT的运动速度计算位置U₀和U₁之间距离，从而计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ。

4、根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(3)中计算定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ的步骤包括：

通过到达角度测量法测量定位参考点RT与位置U₀和U₁之间的夹角θ。

5、根据权利要求1所述的方法，其中所述移动终端与所述定位参考点RT以超宽带方式直接通信，而无需通过基站进行通信。