基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法，利用多徑和NLOS路徑信號的思路進行定位，通過信息融合技術(shù)，對基站不同的信號到達路徑進行反向跟蹤，逐步縮小移動臺的位置可行域，最終實現(xiàn)對移動臺的定位。本發(fā)明使用環(huán)境地理信息減輕NLOS誤差對定位結(jié)果的影響，提高定位精度，提高反向射線跟蹤定位方法的有效性，到達路徑數(shù)目越多，定位精度越準(zhǔn)確，提高無線定位方法的可靠性，定位精度更高，魯棒性更強。
【專利說明】基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線電定位領(lǐng)域，特別涉及一種基于到達路徑反向追蹤的無線電定位 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 位置信息作為與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的基礎(chǔ)信息，在現(xiàn)代社會當(dāng)中成為了不可 或缺的需求，其應(yīng)用涉及交通、天文、氣象、環(huán)保、救災(zāi)、移動通信、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)學(xué)、地震 監(jiān)測等眾多領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，人們對定位精度的要求也越來越高，這些需求不斷推動 定位新概念、新技術(shù)的提出。無線電定位技術(shù)在國防領(lǐng)域也具有重要的應(yīng)用價值，現(xiàn)代局部 戰(zhàn)爭是高技術(shù)的信息戰(zhàn)爭，而電子戰(zhàn)又是信息戰(zhàn)的重要支柱，誰取得了電子戰(zhàn)的優(yōu)勢，誰就 掌握了戰(zhàn)爭的主動權(quán)。用無線電定位技術(shù)確定軍事目標(biāo)的地理位置是電子戰(zhàn)的重要方面， 是奪取制空權(quán)、制電磁權(quán)、實施精確打擊的首要前提。無線電定位技術(shù)也是一種重要的偵察 手段，可以用于獲取敵方指揮中心、戰(zhàn)場部署和部隊調(diào)動等作戰(zhàn)信息。
[0003] 射線跟蹤方法基于幾何光學(xué)理論，通過模擬射線（光線）的傳播路徑來確定反射、 折射和陰影等，在無線電學(xué)中，通過射線跟蹤可以辨認(rèn)出多徑信道中收發(fā)之間所有可能的 射線路徑，從而計算場點的相關(guān)無線電參數(shù)。射線跟蹤主要用來做無線電波覆蓋預(yù)測，可以 輔助進行無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、基站選址和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。把射線跟蹤技術(shù)引入到無線定位領(lǐng)域是一 項新的嘗試，旨在提高復(fù)雜無線環(huán)境下的目標(biāo)定位精確度和定位反應(yīng)速度。基于射線跟蹤 的蜂窩網(wǎng)目標(biāo)定位算法，其原理是根據(jù)射線跟蹤在基站選址應(yīng)用中所建立的電波覆蓋數(shù)據(jù) 庫，反向匹配目標(biāo)手機的可能位置。該方法的優(yōu)點是無需對現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)進行改造，定位響 應(yīng)速度快，且對NL0S誤差不敏感，在復(fù)雜無線環(huán)境下相比現(xiàn)有算法定位精度較高。但是該 方法對目標(biāo)位置的解算是利用定位參數(shù)特征序列匹配技術(shù)，主要存在以下三個方面問題： (1)離線建立指紋庫工作量龐大繁瑣，周期長、費用高；(2)當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時需要對指紋 庫進行更新，維護不夠方便；（3)在位置解算時僅使用定位參數(shù)在數(shù)據(jù)庫中進行簡單匹配， 沒有從理論和全局角度研究最優(yōu)化的定位結(jié)果，因此定位精度還有待進一步提高。對于傳 統(tǒng)無線電定位技術(shù)來說，大多僅使用觀測站測量信息進行定位，但由于實際無線環(huán)境的復(fù) 雜性，定位測量數(shù)據(jù)往往會受到較大的噪聲污染，從而影響定位系統(tǒng)的定位精度和可定位 概率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方 法，使用環(huán)境地理信息融合定位，摒棄傳統(tǒng)抑制多徑及非直達徑的思路，有效利用多徑信息 和NL0S路徑信息，減輕NL0S誤差對定位結(jié)果的影響，通過逐步縮小移動臺位置可行域，實 現(xiàn)對移動臺的定位，提_基于到達路徑反向追蹤的無線電定位的有效性，定位精度更_，魯 棒性更強。按照本發(fā)明所提供的設(shè)計方案，一種基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法， 其特征在于：包含如下步驟 ：
[0005] 步驟一.根據(jù)地理信息系統(tǒng)GIS位置信息和觀測基站測量的到達角A0A和到達時 間T0A的參數(shù)信息，判斷接收信號的傳播路徑是否為直射，若是，根據(jù)A0A和T0A參數(shù)信息 構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT，否則，進入步驟二，計算反向跟蹤射線和與反向跟蹤射線相交鏡 像面的交點及該觀測基站關(guān)于鏡像面的鏡像點；
[0006] 步驟二.根據(jù)步驟一中的反向跟蹤射線和鏡像面的交點及鏡像點，由反射路徑和 繞射路徑判決法判斷反向跟蹤射線是繞射還是反射，若是繞射，則根據(jù)繞射點位置和剩余 時延構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT，若是反射，則根據(jù)反射點和鏡像點位置計算反射路徑；
[0007] 步驟三.根據(jù)步驟二中得到的反射路徑判斷是否發(fā)生二次反射或繞射，若沒有發(fā) 生，則根據(jù)T0A和A0A參數(shù)信息構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT，否則，計算反向跟蹤射線和該射 線正方向的鏡像面的交點及二級鏡像點；
[0008] 步驟四.根據(jù)步驟三中得到的交點及二級鏡像點，由反射路徑和繞射路徑判決法 判斷該次射線是繞射還是反射，若是繞射，則根據(jù)繞射點位置和剩余時延構(gòu)造目標(biāo)位置可 行域PLAT，若是反射，則根據(jù)反射點和二次鏡像點位置計算二次反射路徑，并根據(jù)T0A和 A0A參數(shù)信息構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT ;
[0009] 步驟五.判斷所有到達徑是否跟蹤完畢，若是，則構(gòu)造目標(biāo)位置可行域，否則，返 回步驟一。
[0010] 上述步驟中，所述反射路徑和繞射路徑判決法如下：建筑物兩個墻角的坐 標(biāo)分別為點A(x A，yA)和點B(xB，yB)，反向跟蹤射線和徑向面的交點為C(x。，y。)，則

【權(quán)利要求】
1. 一種基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法，其特征在于：包含如下步驟： 步驟一.根據(jù)地理信息系統(tǒng)GIS位置信息和觀測基站測量的到達角AOA和到達時間 TOA的參數(shù)信息，判斷接收信號的傳播路徑是否為直射，若是，根據(jù)AOA和TOA參數(shù)信息構(gòu)造 目標(biāo)位置可行域PLAT，否則，進入步驟二，計算反向跟蹤射線和與反向跟蹤射線相交鏡像面 的交點及該觀測基站關(guān)于鏡像面的鏡像點； 步驟二.根據(jù)步驟一中的反向跟蹤射線和鏡像面的交點及鏡像點，由反射路徑和繞射 路徑判決法判斷反向跟蹤射線是繞射還是反射，若是繞射，則根據(jù)繞射點位置和剩余時延 構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT，若是反射，則根據(jù)反射點和鏡像點位置計算反射路徑； 步驟三.根據(jù)步驟二中得到的反射路徑判斷是否發(fā)生二次反射或繞射，若沒有發(fā)生， 則根據(jù)TOA和AOA參數(shù)信息構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT，否則，計算反向跟蹤射線和該射線正 方向的鏡像面的交點及二級鏡像點； 步驟四.根據(jù)步驟三中得到的交點及二級鏡像點，由反射路徑和繞射路徑判決法判斷 該次射線是繞射還是反射，若是繞射，則根據(jù)繞射點位置和剩余時延構(gòu)造目標(biāo)位置可行域 PLAT，若是反射，則根據(jù)反射點和二次鏡像點位置計算二次反射路徑，并根據(jù)TOA和AOA參 數(shù)信息構(gòu)造目標(biāo)位置可行域PLAT ; 步驟五.判斷所有到達徑是否跟蹤完畢，若是，則構(gòu)造目標(biāo)位置可行域，否則，返回步 驟一。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法，其特征在于：所述反射路徑和繞射路徑判決法如下：建筑物兩個墻角的坐標(biāo)分別為點A(xA，yA)和點 B(xb, yB)，反向跟蹤射線和徑向面的交點為C(xc，yc)，則
數(shù)％為判決門限，即交點C距離建筑物拐角的距離門限。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法，其特征在于：步驟三中反射路徑判斷是否發(fā)生二次反射或繞射的判斷規(guī)則內(nèi)容為：?= T-Iw-Lra,
，當(dāng)反向跟蹤射線的剩余距離Stj為負值或者小于 判決門限A ^時，則反向跟蹤射線不會在鏡像面二處發(fā)生二次反射或者繞射現(xiàn)象，反向射線 跟蹤過程結(jié)束，否則，反向跟蹤射線在鏡像面二處發(fā)生二次反射或繞射時，根據(jù)反射路徑和 繞射路徑判決法對具體發(fā)生二次反射還是二次繞射進行繼續(xù)判決，其中，C為反向跟蹤射線 與鏡像面一的交點，G為反向跟蹤射線與鏡像面二的交點，0為觀測基站點，L。。為觀測基站 0到交點C之間的距離，Lra為交點C到交點G之間的距離，Stj為觀測基站到交點G的剩余 距離，T為時間測量值與光速系數(shù)的運算值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于到達路徑反向追蹤的無線電定位方法，其特征在于：所 述步驟二中剩余時延為反向跟蹤射線的反射射線到達繞射點時的剩余時延。
【文檔編號】G01S13/06GK104330788SQ201410603920
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】王建輝, 王大鳴, 崔維嘉, 楊旭輝, 王佳梁 申請人:中國人民解放軍信息工程大學(xué)