Cdma移動目標的手持式探測設備及探測方法
2023-06-03 14:05:26
專利名稱：Cdma移動目標的手持式探測設備及探測方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種無線探測及定位系統。
背景技術：
目前CDMA無線蜂窩通信系統中的定位技術主要有兩種體制。一種是基於移動臺的定位技術也稱為基於下行鏈路的定位技術；一種是基於行動網路的定位技術也稱為基於上行鏈路的定位技術。基於移動臺的定位技術要求移動臺參與定位參數的測量以及測量值的求解計算，因此需要對現有移動臺的軟硬體進行修改和升級。基於蜂窩網絡的或移動臺的定位技術對網絡有較大的改動，導致成本增加。同時這兩種體制依賴於蜂窩網絡或手機終端，缺乏靈活性。特別是當手機終端關閉定位功能，或不發送定位請求時，不能獲取定位參數，延誤對目標的探測，實時性不夠。
與本發明最接近的現有技術，中國專利CN1710987A公開了一種獨立於蜂窩網絡系統和手機的車載多基站定位系統。車載定位系統使用車載定位基站，對蜂窩網移動終端進行搜索、定位和跟蹤。在實際使用中，由於需要布置定位基站，使得定位基站布置時間過長降低其實用效果；特別是使用TDOA定位方法需要布置定位基站過多，需要投入較大的資金，同時還要投入大量的人力和物力；定位精度受到定位基站的幾何布局，定位基站地理位置，定位基站間的非水平面等因素的影響，使得定位精度較低。而且受環境影響大，靈活性受到限制，在山區和建築物密集的地方或者車輛無法通行的地方無法布置基站。
發明內容
為了解決現有技術中的上述技術問題，本發明設計了一種基於CDMA移動目標的手持式探測設備，提供了一種相對獨立於蜂窩網絡和手機本身，不需要對現有系統進行改動，具有高度的靈活性，能夠實現對移動目標的探測以及相對定位的方法。
該方法具體包括以下步驟，探測設備測向天線捕獲CDMA移動目標服務基站的前向公共信道(導頻信道，同步信道，尋呼信道)的信號；通信模塊對前向公共信道解碼，獲取同步信道，尋呼信道的消息體結構，構造長碼掩碼，通過長碼掩碼作用於通信模塊中的長碼發生器生成長碼(即目標參考信號)；啞呼模塊對待定位目標終端進行啞呼；測向天線捕獲反向接入信號，通信模塊通過目標參考信號對反向接入信號進行解碼，獲取反向接入信道消息體中的移動用戶識別號MSID，查找控制處理單元存儲的MSID和手機號碼的對應表，確定移動目標的身份；如果不是待定位終端目標，再次啞呼，直到監測到待定位終端，控制處理單元完成定位參數的估計，由位置計算模塊進行位置解算，完成對移動目標進行相對定位跟蹤，確定位置區域。
可根據接收的信號強度多次調整測向天線方向，以及根據接收信號的到達時間延遲調整手持探測設備與目標的距離，確定待測目標的最佳位置，提高目標位置的探測精度。還可利用多個手持發備聯合組網，通過控制中心指揮調度手持設備，改變手持設備的位置和調整測向天線，使其逼近目標，進一步縮小目標的位置區域，通過多次逼近，最終獲取更加精確的定位結果。
本發明設計了一種基於CDMA移動目標的手持式探測設備，包括測向天線，通信模塊，啞呼模塊，控制處理單元，位置計算模塊以及鍵盤顯示。測向天線主要完成信號的收發，同時通過測量接收信號的強度，進行測向天線的方位調整，確定移動目標的方向；通信模塊完成對前向信道的信號進行處理，構造目標參考信號；同時也完成對反向接入信號的解碼，檢測目標信號。啞呼模塊對目標用戶進行啞呼，在保證目標用戶不振鈴，毫無覺察的情況下，已經發送響應信息；控制處理單元一方面判斷檢測的信號是否是目標信號，它根據判斷結果對啞呼模塊發出是否再次進行啞呼的指令，另一方面在確定目標信號後，完成目標信號的定位參數的估計；位置計算模塊主要對進行獲取的定位參數進行計算處理，估計用戶目標的區域。鍵盤顯示用來撥號，顯示位置信息等。
採用本發明的探測設備對CDMA移動目標進行位置探測，與現有定位技術相比，具有以下有益的效果◆全捕捉只要開機，即可對目標進行探測，實時性高；◆適應性強適應城市、郊區、鄉村等各種地形地貌環境；◆安全保密使用啞呼功能，手機使用者無法察覺；同時可以隱藏在室內等隱蔽環境，具有較高的保密性。
◆系統靈活機動系統基於手持式，方便攜帶，當確定目標的大致區域後，可採用多個手持設備進行對目標的逐步逼近實現對目標的捕獲。
◆組網方便該發明所設計的手持探測設備可和CDMA車載探測設備結合進行組網，由車載探測設備完成對目標的區域探測，然後由手持設備完成逐步捕獲和逼近。
圖1為本手持探測設備的原理結構框2為本手持探測設備對移動目標捕獲流程3為本手持探測設備進行目標信號定位流程4為三個手持探測設備聯合組網定位圖具體實施方式
以下針對附圖和具體實施例對本發明的具體實施作進一步的描述。
進行CDMA移動終端目標探測主要是依靠反向信號，根據物理信道特性的不同，對反向信號的探測可以分為連續探測和非連續探測兩種方式。連續探測主要是對移動終端發射的連續信號如業務信號進行探測，為了捕獲到該信號，需要確定相應的業務信道號，該業務信道號是在進行業務連結時進行分配的，而對於獨立於基站蜂窩網絡的探測設備來說，進行業務信道號的獲取很難；或者使用擴頻碼和擾碼進行捕獲，但是業務信道的擴頻碼和擾碼對於不同的用戶是不同的，不容易獲取。非連續探測主要是對移動終端發射的非連續信號如接入信號進行探測。對於非連續信道，其發送的擴頻碼和擾碼在一個扇區內是相同的。因此，一般情況下，利用反向接入信道的短時接入信號進行目標信號的捕獲。具體地對CDMA移動通信目標的探測主要包括以下幾個方面1)CDMA移動通信目標接入信號特徵；2)CDMA移動通信目標參考信號的構造；
3)CDMA移動通信目標信號捕獲；4)移動目標的相對定位跟蹤。
(一)CDMA接入信號特徵CDMA的反向接入信道是經過編碼、交織、擴頻，加擾和調製的信道，移動終端使用反向接入信道發送非業務信息，接入信道傳送的信息主要包括■登記信息移動臺通知基站它所處的位置、轉臺以及其他登記所需的參數；■始呼信息允許移動臺發起呼叫(發送撥號數字)；■尋呼響應信息對尋呼發出響應；■鑑權查詢響應信息用於驗證移動臺合法身份；接入信號的特徵是根據目標的發射信號消息體中所包含的身份信息來確定。因此在進行非連續信號的捕獲時，只要在探測設備中構造具有擴頻碼特性和擾碼的參考信號即可。對於接入信道而言，其發送的擴頻碼和擾碼在一個扇區內是相同的，當扇區確定後，該參考信號是唯一的。由於接入信道所用的擴頻碼Walsh碼的階數和序號都是固定的，比較容易構造，因此關鍵是構造參考信號長碼。構造好參考信號，就能夠對捕獲的接入信號進行解碼，獲取驗證移動臺身份信息的MSID-移動用戶識別號，確定移動目標身份。
(二)CDMA移動通信目標參考信號的構造長碼是長碼掩碼作用於長碼發生器產生的。反向接入信道的長碼掩碼只有公用掩碼一種。其定義如表1
表1反向接入信道長碼掩碼格式
其中ACN接入信道號。ACN的獲取是探測設備根據移動目標的MSID的後三位，可以通過哈希算法算出，PCN尋呼信道號，BASE_ID基站識別號，PILOT_PN前向信道的PN碼偏置，PCN，BASE_ID，PILOT_PN的獲取可以通過捕獲前向公共信道(導頻信道，同步信道，尋呼信道)，從它們的消息體內容中獲得。
手持探測設備開機捕獲導頻信道，可能捕獲到多個導頻信道，解調導頻信息，確定對應扇區的PN短碼相位信息。接著手持探測設備進行同步信道的捕獲，基站發射同步信號用於傳送同步信息，在服務區內，各移動臺可利用這種信息進行同步捕獲，獲得初始的時間同步。由於同步信道上使用的導頻PN序列偏置與同一前向信道的導頻信道上使用的相同，一旦手持設備通過捕獲導頻信道獲得同步時，同步信道也就同步上了，這時就可以對同步信道進行解調。可以獲得長碼初始狀態、PN偏置、系統定時信息和其他一些基本的系統配置參數。當探測設備解調同步信道之後，便可以進一步藉助於同步信道的信息進行長碼的同步，進行尋呼信道的系統參數消息捕獲，獲取基站的地理位置(BASE-LAT、BASE-LONG)，尋呼信道號PCN，基站的識別號BASE-ID。
確定了BASE-ID，PN偏置，ACN，PCN這些系統參數之後，接入信道的長碼掩碼就確定了，通過長碼掩碼作用於長碼發生器生成長碼即目標參考信號。
(三)CDMA移動通信目標信號捕獲，身份確定。
為了獲取用戶的身份信息，手持式探測設備的啞呼模塊對移動目標進行啞呼(目標終端不振鈴，但通過反向接入信道發送尋呼響應信息)，同時由測向天線接收響應信息的接入信號，利用生成的目標參考信號對所接收的接入信號進行解碼，獲取用戶的身份信息移動用戶識別碼MSID，查找手持式探測設備處理單元存儲器中的MSID和手機號碼對應表，確定是否為待測目標。如果本次啞呼所獲得的信息不是待測目標的身份信息，則啞呼模塊再次進行呼叫，直到獲得待測目標的身份信息。
(四)移動目標的相對定位跟蹤確定了目標信號以後，就可以通過獲取目標信號的定位參數對目標進行位置估計。
●當手持設備捕獲到探測目標的反向信號，之前已經捕獲到同步信道，獲得了初始的同步，同時移動目標也與基站獲得了初始同步，故可以認為手持設備對接入信道是同步的，控制處理單元確定接入信號的到達時間延遲，根據時間延遲估計與目標的相對距離，手持設備不斷地去接近目標。
●同時本手持設備裝置有測向天線，多次對目標進行啞呼，不斷調整測向天線位置測量到達的目標信號的多個強度，通過信號強度差分和到達角度的查詢表來估計目標的方向。
●通過手持設備不斷地接近目標並調整測向天線，估計移動目標的距離和目標的方向，確定待定位目標最佳的位置區域。
●當移動目標位置變化足夠慢或靜止時，為獲取目標移動終端的更精確的定位值，在上述獲得目標的最佳範圍後，進一步利用多個手持設備聯合組網，通過控制中心指揮調度手持設備，改變手持設備的位置和調整測向天線，使其逼近目標，進一步縮小目標的位置區域，通過多次逼近，最終獲取更加精確的定位結果。
如圖1所示為本探測設備的原理結構框圖。
手持式探測設備主要由測向天線，通信模塊，啞呼模塊，控制處理單元，位置計算模塊以及鍵盤顯示幾部分構成。其中測向天線主要完成信號的收發，包括接收前向信號和反向接入信號，發送啞呼目標的信號，同時通過測量接收信號的強度，進行測向天線的方位調整，確定移動目標的方向；通信模塊完成對前向信道的上行信號進行處理，構造目標參考信號，同時也完成對接入信號的解碼，檢測目標信號；啞呼模塊對目標用戶進行啞呼，在保證目標用戶不振鈴，毫無覺察的情況下，向目標用戶發送響應信息；控制處理單元，其中設置有存儲手機號碼和移動識別號MSID對應關系列表的資料庫，利用通信模塊生成的目標參考信號對所接收的接入信號進行解碼，獲取用戶的身份信息移動用戶識別碼MSID，查找存儲器資料庫中的MSID和手機號碼對應表，判斷檢測的信號是否是目標信號，確定探測目標是否為待測目標，並對目標進行參數估計。另一方面它根據判斷結果對啞呼模塊發出是否進行再次進行啞呼的指令；位置信息計算模塊根據獲取的定位參數進行計算處理，估計用戶目標的區域。鍵盤顯示用來撥號，顯示位置信息等。
如圖2所示為本發明對移動目標進行捕獲的流程圖。
其中BS(base station)為移動終端(MS)提供服務的基站，MS(mobile station)移動終端，PE(palm equipment)手持式設備。
①手持探測設備PE通過測向天線捕獲導頻信道，控制處理單元通過對捕獲的導頻信道的解調，獲得基站BS的PN短碼的相位信息；②PE中測向天線捕獲同步信道，通信模塊對同步信道進行解調，獲得PN偏置、長碼狀態、系統定時和其他一些基本的系統配置參數，同時也完成了接入同步；③測向天線進一步捕獲尋呼信道，獲取基站識別號BASE-ID，尋呼信道號等參數；④PE中啞呼模塊對待定位終端MS進行啞呼；⑤目標終端發起響應信息，PE測向天線捕獲反向接入信道，控制處理單元通過通信模塊構造的參考信號對接收到的信號進行檢測，判斷是否是需檢測的目標信號；⑥如果所捕獲的不是待定位目標的信號，重複④，⑤步驟，直到捕獲待定位目標信號；⑦捕獲反向接入信號，估計到達的目標信號時間延遲和信號強度定位參數，位置信息計算模塊通過定位計算確定目標所在的範圍。
如圖3所示為本發明手持探測設備進行目標信號定位的流程圖。
探測設備通過測向天線接收移動目標服務基站發來的前向信號，首先通信模塊進行射頻(RF)信號處理，再進行中頻(IF)處理，然後通過A/D變換，數字下變頻(DDC)。再進行基帶處理(BB)對捕獲扇區的導頻信號信息進行解碼，確定目標所在扇區的PN偏置；利用該PN偏置進行同步信道的捕獲，同時進行同步信道消息的解碼，獲取PILOT-PN-導頻PN序列偏移、LC-STATE-長碼狀態、SYS-TIME-系統時間等系統參數；藉助於同步信道的信息構造尋呼信道的長碼和短碼，進行尋呼信道的系統參數消息捕獲，獲取基站的地理位置(BASE-LAT、BASE-LONG)和基站的識別號(BASE-ID)；利用獲取的PN偏置，BASE-ID，ACN，PCN構造接入信道的長碼掩碼，作用於通信模塊中的長碼發生器，根據長碼的生成多項式生成長碼，該長碼即為所構造的用於接入信道目標信號捕獲的參考信息。
同時探測設備的啞呼模塊對探測目標進行啞呼，通過測向天線接收反向接入信號，通過通信模塊對反向接入信號進行RF處理，IF處理，A/D變換，DDC處理，根據構造的參考信號進行BB處理後，獲取反向接入信道消息體中的移動用戶識別號MSID，由控制處理單元查找存儲的MSID和手機號碼的對應表確認是否是所需檢測的對象，否則，控制處理單元指示啞呼模塊再次啞呼，重新進行目標信號的檢測，直到確定所要探測的移動用戶。啞呼模塊重複對探測目標再次進行啞呼，由控制處理單元完成定位參數如信號強度、信號到達時間延遲等定位參數的估計。
探測設備根據信號到達時間延遲與目標的相對距離不斷的接近目標，根據獲取的接收信號到達強度調整測向天線方向，根據信號強度和時間延遲確定待測目標的最佳位置範圍，可通過多次調整測向天線方向，提高目標位置的探測精度。
手持式探測設備首先捕獲同步信道，獲得了初始同步，同時移動目標也與基站獲得了初始同步，此時手持設備對接入信道是同步的，當手持探測設備捕獲到探測目標的反向信號，由控制處理單元，確定接入信道的時間延遲，根據時間延遲估計與目標的相對距離，手持設備不斷地去接近目標；同時通過啞呼模塊，多次對目標進行啞呼，不斷調整測向天線位置，測量到達探測設備的目標信號強度；通過查詢控制處理單元存儲的信號強度差分和到達角度的查詢表，估計目標的方向；通過不斷接近待測目標和調整測向天線的方向，確定目標最佳的位置區域。
可通過多個手持探測設備聯合組網，對移動目標進行更精確的定位，圖4所示為採用三個手持探測設備聯合定位組網示意圖。其中，PE1，PE2，PE3分別為手持式探測設備1，手持式探測設備2，手持式探測設備3。
利用多個手持探測設備聯合組網，通過控制中心指揮調度手持探測設備，改變手持設備的位置和調整測向天線，使其逼近目標，進一步縮小目標的位置區域，通過多次逼近，最終獲取更加精確的定位結果。例如，採用三個手持探測設備進行聯合，三個手持探測設備估計區域的交集就是目標的位置區域。首先，固定其中兩個探測設備位置，通過第三個探測設備再次測量到達時間延遲和信號強度，控制中心指揮調度不斷改變第三個手持設備的位置和測向天線，使其逼近目標，通過多次調整和逼近，逐步縮小目標的位置範圍，最終獲取目標精確的定位結果。
權利要求
1.一種CDMA移動目標手持式探測設備，該設備包括測向天線，通信模塊，啞呼模塊，控制處理單元，位置計算模塊，鍵盤顯示。其特徵在於，測向天線捕獲服務基站的前向公共信道信號，接收目標終端發回的響應信息，捕獲反向接入信號，並測量接收信號的強度；啞呼模塊對待定位目標終端進行啞呼；通信模塊根據前向公共信道信號構造目標參考信號，通過目標參考信號對反向接入信號進行解碼，確定移動目標的身份；控制處理單元判斷檢測的信號是否是待測目標信號，在確定目標信號後，完成定位參數的估計；位置信息計算模塊根據定位參數計算待測目標終端位置。
2.根據權利要求1所述的手持式探測設備，其特徵在於，通信模塊中包括長碼發生器，由長碼掩碼作用於長碼發生器生成目標參考信號。
3.一種用於CDMA移動目標的探測方法，其特徵在於，測向天線捕獲服務基站的前向公共信道信號；通信模塊對前向公共信道解碼，獲取長碼掩碼，長碼掩碼作用於長碼發生器生成目標參考信號；啞呼模塊對待定位目標終端進行啞呼；測向天線捕獲反向接入信號，通信模塊通過目標參考信號對反向接入信號進行解碼，獲取移動用戶識別號；控制處理單元根據用戶識別號確定待測移動目標的身份，完成定位參數的估計；位置信息計算模塊根據定位參數計算待測目標終端位置。
4.根據權利要求3所述的探測方法，其特徵在於，通信模塊對前向公共信道中同步信道和尋呼信道的消息體進行解碼。
5.根據權利要求4所述的探測方法，其特徵在於，所述同步信號的消息體具體包括導頻PN序列偏移、長碼狀態、系統時間；尋呼信道的消息體具體包括基站的地理位置，尋呼信道號，基站的識別號；長碼掩碼包括PN偏置、基站識別號、接入信道號、尋呼信道號。
6.根據權利要求3-5其中之一所述的探測方法，其特徵在於，測向天線捕獲信號過程中，可多次調整測向天線方向，比較天線調整前後接收的信號強度和時間延遲不斷逼近目標，確定待測目標的最佳位置。
7.根據權利要求3-5其中之一所述的探測方法，其特徵在於，利用多個手持探測設備聯合組網，通過控制中心指揮調度手持探測設備，獲取待測目標的精確定位結果。
全文摘要
本發明請求保護一種CDMA移動目標的探測設備及探測方法，涉及無線通信技術領域。本發明的技術方案為測向天線捕獲CDMA移動目標服務基站的前向公共信道信號；通信模塊根據前向公共信道的消息體內容構造目標參考信號；啞呼模塊對待定位目標終端進行啞呼；測向天線捕獲反向接入信號；通信模塊根據構造的參考信號對接入信號進行解碼，獲取反向接入信道消息體中的移動用戶識別號；控制處理單元確定待測移動目標的身份，進行定位參數的估計；位置計算模塊對目標的位置進行解算，進而完成對待測移動目標進行的相對定位跟蹤。本發明靈活方便，實時性強，有效性高，組網方便，可適用於山區和建築物密集地方的定位。
文檔編號H04W64/00GK101072440SQ20071007863
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者田增山, 周非, 徐海燕 申請人:重慶郵電大學