一種移動臺定位系統及其定位方法
2023-10-27 14:59:07
專利名稱：一種移動臺定位系統及其定位方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統，特別是利用多個參數進行移動臺定位的移動臺定位系統及其定位方法。
背景技術：
在移動通信系統中，終端定位業務有著廣闊的應用前景，尤其在交通導航、緊急求救等方面，有著巨大的商機。
在移動通信系統中，可利用OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival，觀測到達時間差)進行定位測量和計算。儘管不同基站的OTDOA測量值很容易獲得，但是OTDOA的測量誤差對定位性能影響比較大，特別是移動臺距離基站較近時，由於其它基站信號與本基站信號功率相差較大，OTDOA測量準確度大為下降，因而導致定位性能的下降。
在TD-SCDMA(Time Division Synchronous Code Division MultipleAccess，時分復用碼分多址)系統中，移動臺對於所屬基站的接收定時、時間提前量和信號到達方位角是比較容易得到的，可利用來進行移動臺定位，但是在移動臺距離基站較遠時，接收定時、時間提前量和信號到達方位角誤差帶來的定位誤差也會比較大，也會導致定位性能的下降。
所以分別使用這兩種方法都會因為環境的限制，在一定的環境條件下有可能使得定位性能急速下降，不穩定。
發明內容
本發明的目的在於提供一種移動臺定位系統及其定位方法，綜合利用OTDOA、接收定時、時間提前量和信號到達方位角等參數進行定位，避免現有定位方法的定位性能不穩定、精度低的問題。
為了實現上述目的，本發明提供了一種移動臺定位系統，包括定位信息搜集裝置、定位控制裝置和定位計算裝置，其特徵在於定位信息搜集裝置，用於獲取到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站及鄰基站坐標信息；定位控制裝置，用於挑選適合於定位的鄰基站坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息；定位計算裝置，用於根據最終定位信息進行定位計算，獲取定位結果。
上述的系統，其中，適合於定位的鄰基站為信號最好的預定個數的鄰基站或信號功率大於閾值的鄰基站。
上述的系統，其中，信號最好的預定個數的鄰基站為與移動臺距離最近的預定個數的鄰基站或接收信號碼功率最大的預定個數的鄰基站。
為了更好的實現上述目的，本發明還提供了一種移動臺定位方法，包括步驟A，獲取到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站及鄰基站坐標信息；步驟B，挑選適合於定位的鄰基站的坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息；步驟C，用於根據最終定位信息進行定位計算，獲取移動臺定位結果。
上述的方法，其中，適合於定位的鄰基站為信號最好的預定個數的鄰基站或信號功率大於閾值的鄰基站。
上述的方法，其中，信號最好的預定個數的鄰基站為與移動臺距離最近的預定個數的鄰基站或接收信號碼功率最大的預定個數的鄰基站。
本發明的移動臺定位系統及其定位方法，綜合利用了信號到達時間差、接收定時、時間提前量和信號到達方位角等來估計移動臺位置，並選擇最優的鄰基站信息來對移動臺進行定位計算，同時在計算的時候對誤差進行估計得到加權值，最後通過加權最小二乘法計算得到最優解，避免了使用單一方法時的局限性，提高了定位算法的性能以及穩定性。
圖1為本發明的移動臺定位系統的結構示意圖；圖2為本發明的移動臺定位方法的流程示意圖。
具體實施例方式
本發明的移動臺定位方法和定位系統利用TD-SCDMA系統中的常規測量量OTDOA(Observed Time Difference of Arrival，到達時間差)、AOA(到達方位角)、TA(時間提前量)、TD(接收定時)，以及終端設備UE所屬基站和鄰基站坐標等信息進行混合定位。
如圖1所示，本發明的移動臺定位設備包括定位信息搜集裝置11、定位控制裝置12和定位計算裝置13，其中定位信息搜集裝置11，用於根據定位控制裝置12的指示收集用於定位的第一定位信息，並根據第一定位信息獲取第二定位信息，同時將第二定位信息發送給定位控制裝置12；定位控制裝置12，用於在接收到申請定位設備的定位請求後指示定位信息搜集裝置11收集第一定位信息，並接收第二定位信息，同時還用於從第二定位信息中選擇部分定位信息形成最終定位信息後發送給定位計算裝置13；還用於將定位計算結果發送給申請定位設備；定位計算裝置13，用於接收最終定位信息，並根據最終定位信息進行定位計算後將定位計算結果發送給定位控制裝置12。
當然，也可以由定位計算裝置直接將定位計算結果發送給申請定位設備。
如圖2所示，本發明的移動臺定位方法包括如下步驟步驟S21，申請定位設備(如移動臺)向定位控制裝置發起定位請求；步驟S22，定位控制裝置接收定位請求後指示信息收集裝置收集第一定位信息；步驟S23，信息收集裝置根據定位控制裝置的指示收集第一定位信息，並根據第一定位信息獲取第二定位信息，同時將第二定位信息發送給定位控制裝置；步驟S24，定位控制裝置從第二定位信息中挑選適合於定位的鄰基站坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息，並發送給定位計算裝置；步驟S25，定位計算裝置接收最終定位信息，並根據最終定位信息進行定位計算，並將定位計算結果發送給定位控制裝置；步驟S26，定位控制裝置將定位計算結果轉發給申請定位設備。
其中，該第一定位信息包括時間提前量TA、接收定時TD、移動臺到達所屬基站的到達方位角1、移動臺所屬基站的坐標(x1，y1，z1)、所有鄰基站坐標(xi，yi，zi)、所有鄰基站與移動臺所屬基站之間的到達時間差OTDi，其中，i＞1。
該第二定位信息根據第一定位信息獲取，包括移動臺與所屬基站的距離d1＝(TA-TD)*c/2；移動臺到達所屬基站的到達方位角1；移動臺所屬基站的坐標(x1，y1，z1)；所有鄰基站坐標(xi，yi，zi)；及移動臺到達所有鄰基站的距離di＝d1+OTDi*c，其中，c是光的傳播速度，OTDi為第i個鄰基站與移動臺所屬基站之間的到達時間差，i是鄰基站的編號，i＞1。
步驟S24中定位控制裝置從第二定位信息中挑選出適合於定位的鄰基站相關的信息，並結合移動臺與所屬基站的距離、移動臺到達所屬基站的到達方位角和移動臺所屬基站的坐標得到對應的最終定位信息，包括移動臺與所屬基站的距離d1＝(TA-TD)*c/2；移動臺到達所屬基站的到達方位角1；移動臺所屬基站的坐標(x1，y1，z1)；步驟S24中挑選的鄰基站的坐標(xn，yn，zn)，在此，選擇的鄰基站為信號最好的鄰基站或信號功率大於某一閾值的鄰基站，為方便描述，在此設置選擇的鄰基站的個數為n個；及移動臺到達選擇的n個鄰基站的距離dn＝d1+OTDn*c，其中，c是光的傳播速度，OTDn為鄰基站與移動臺所屬基站之間的到達時間差，n是鄰基站的編號，n＞1。
步驟S24中可以選擇dn最小的n個鄰基站，也可以是選擇RSCP(ReceivedSignal Code Power，接收信號碼功率)最大的n個鄰基站，也可以是信號功率大於某一閾值的鄰基站。
步驟S25中根據最終定位信息計算定位計算結果具體包括如下操作
假設挑選出的n個鄰基站中其中一個的發射機的已知位置坐標為(xn，yn，zn)，移動臺觀測的該基站發射機信號到達時間為τn，則移動臺和該基站發射機之間的距離為dn＝τn*c，可以得到非線性方程組dn=(x-xn)2+(y-yn)2+(z-zn)2]]>其中(x，y，z)為待求的移動臺位置坐標。
將上式進行線性化處理，可以得到(xn-x1)x+(yn-y1)y=(-dn2+xn2+yn2+zn2+d12-x12-y12-z12)/2]]>為方便描述，將選擇n個鄰基站依次編號為2、3...n+1，其坐標分別為(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)...(xn+1，yn+1，zn+1)，(x1，y1，z1)為移動臺所屬基站的坐標。
移動臺和該選擇的n個鄰基站的基站發射機之間的距離分別為d2、d3...dn+1，因此可建立如下線性方程組x＝x1+d1cos(1)y＝y1+d1sin(1)(x2-x1)x+(y2-y1)y=(-d22+x22+y22+z22+d12-x12-y12-z12)/2]]>(x3-x1)x+(y3-y1)y=(-d32+x22+y22+z22+d12-x12-y12-z12)/2]]>···(xn+1-x1)x+(yn+1-y1)y=(-dn+12+x22+y22+z22+d12-x12-y12-z12)/2]]>寫成矩陣形式如下Ar＝b其中A=1001x2-x1y2-y1x3-x1y3-y1xn+1-x1yn+1-y1]]>
r＝[x，y]T線性方程組中，方程個數大於未知數數目，是超定方程，因此採用加權最小二乘算法進行r的最優估計。
求解加權最小二乘問題，可以得到r＝(ATWA)-1ATWb其中，W為加權矩陣，如下所示W=w12000...00w2200...000w320...0000w42...0..................0000...wi+22]]>其中… w3=1(TA*OTD2*(b+a-a*b)+OTD22*(a2-a))c]]>w4=1(TA*OTD3*(b+a-a*b)+OTD32*(a2-a))c]]>wi+2=1(TA*OTDi+1*(b+a-a*b)+OTDi+12*(a2-a))c]]>
其中，c是光的傳播速度，a是OTD測量的誤差係數，b是TA測量的誤差係數，θ是AOA測量的誤差係數，a、b和θ可根據經驗值設定。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種移動臺定位系統，包括定位信息搜集裝置、定位控制裝置和定位計算裝置，其特徵在於定位信息搜集裝置，用於獲取到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站及鄰基站坐標信息；定位控制裝置，用於挑選適合於定位的鄰基站坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息；定位計算裝置，用於根據最終定位信息進行定位計算，獲取定位結果。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述定位控制裝置還用於接收所述定位結果並發送到申請定位設備。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，適合於定位的鄰基站為信號最好的預定個數的鄰基站或信號功率大於閾值的鄰基站。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，信號最好的預定個數的鄰基站為與移動臺距離最近的預定個數的鄰基站或接收信號碼功率最大的預定個數的鄰基站。
5.根據權利要求1、2或3所述的系統，其特徵在於，所述定位計算裝置具體用於根據以下方程組計算移動臺位置x＝x1+d1cos(1)y＝y1+d1sin(1)(xi-x1)x+(yi-y1)y=(-di2+xi2+yi2+zi2+d12-x12-y12-z12)/2]]>d1為移動臺到所屬基站的距離，di為移動臺到選擇的相鄰基站的距離，d1和di根據到達時間差、接收定時、時間提前量獲取；(x1，y1，z1)為移動臺所屬基站的坐標，(xi，yi，zi)為選擇的鄰基站的坐標；1為移動臺與所屬基站的到達方位角；(x，y)為移動臺的坐標。
6.一種移動臺定位方法，其特徵在於，包括步驟A，獲取到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站及鄰基站坐標信息；步驟B，挑選適合於定位的鄰基站的坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息；步驟C，用於根據最終定位信息進行定位計算，獲取移動臺定位結果。
7.根據權利要求6所述的定位方法，其特徵在於，還包括步驟D，將定位計算結果發送給申請定位設備。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，適合於定位的鄰基站為信號最好的預定個數的鄰基站或信號功率大於閾值的鄰基站。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，信號最好的預定個數的鄰基站為與移動臺距離最近的預定個數的鄰基站或接收信號碼功率最大的預定個數的鄰基站。
10.根據權利要求6、7或8所述的方法，其特徵在於，所述步驟C具體根據以下方程組計算移動臺位置x＝x1+d1cos(1)y＝y1+d1sin(1)(xi-x1)x+(yi-y1)y=(-di2+xi2+yi2+zi2+d12-x12-y12-z12)/2]]>d1為移動臺到所屬基站距離；di為移動臺到相鄰基站距離；d1和di根據到達時間差、接收定時、時間提前量獲取；(x1，y1，z1)為移動臺所屬基站的坐標；(xi，yi，zi)為選擇的鄰基站的坐標；1為移動臺與所屬基站的到達方位角；(x，y)為移動臺的坐標。
11.根據權利要求10所述的移動臺定位方法，其特徵在於，所述步驟C具體包括步驟C1，建立如下線性方程組x＝x1+d1cos(1)y＝y1+d1sin(1)(xi-x1)x+(yi-y1)y=(-di2+xi2+yi2+zi2+d12-x12-y12-z12)/2]]>步驟C2，將上述線性方程組利用矩陣形式表示；步驟C3，利用加權最小二乘算法對移動臺坐標進行最優估計獲取定位結果。
12.根據權利要求11所述的移動臺定位方法，其特徵在於，加權最小二乘算法的加權值為到達時間差誤差、時間提前量誤差、到達方位角誤差、到達方位角、時間提前量、光速及到達時間差的函數。
全文摘要
本發明公開了一種移動臺定位系統及其定位方法，其中系統包括定位信息搜集裝置，用於獲取到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站及鄰基站坐標信息；定位控制裝置，用於挑選適合於定位的鄰基站坐標信息，並結合到達時間差、接收定時、時間提前量、到達方位角、移動臺所屬基站坐標信息形成最終定位信息；定位計算裝置，用於根據最終定位信息進行定位計算，獲取定位結果。本發明避免了使用單一方法時的局限性，提高了定位算法的性能以及穩定性。
文檔編號H04W64/00GK101087470SQ20061008797
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月9日 優先權日2006年6月9日
發明者李瓊, 孫長果 申請人:大唐移動通信設備有限公司