專利名稱：一種雙到達時間定位中準(zhǔn)確定位移動臺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位技術(shù)，尤指一種雙到達時間(TOA，Time of Arrival)定位中存在兩個解時準(zhǔn)確定位移動臺(MS，Mobile Station)的方法。
背景技術(shù)：
在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，TOA定位是通過測量無線電波在MS和基站(BS，Base Station)之間的傳播時間，來估計移動臺的位置，實現(xiàn)對移動臺定位的。
BS對處于其覆蓋范圍內(nèi)的MS進行測量獲得TOA，不同BS對同一MS測量可獲得多個TOA，根據(jù)TOA數(shù)量的不同，可以采用多種方法對MS進行定位，TOA數(shù)量越多，對MS的定位精度越高。很多情況下，只存在兩個BS對同一MS進行測量，可以獲得兩個TOA。當(dāng)只存在兩個TOA時，通常采用雙圓相交算法對MS進行定位，也稱為雙TOA定位。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙圓相交算法示意圖，x軸表示橫坐標(biāo)，y軸表示縱坐標(biāo)，如圖1中陰影部分所示兩個三角形，根據(jù)三角形勾股定理，很容易得出MS與BS之間存在方程組(1)所示的關(guān)系(x-x1)2+(y-y1)2=R12(x-x2)2+(y-y2)2=R22---(1)]]>方程組(1)中，(x，y)為MS的位置信息，(x1，y1)、(x2，y2)分別為MS相鄰基站BS1、BS2的位置信息。R1為MS與BS1之間的距離，R2為MS與BS2之間的距離。其中，BS1和BS2的位置信息是基站安裝后的工程數(shù)據(jù)，為已知信息；根據(jù)測量無線電波在MS和BS之間的傳播時間T，并按照計算公式R＝C×T，可以分別計算得到R1和R2，其中，C為電磁波在空中的傳播速度，C＝3×108m/s。位置信息可以是經(jīng)緯度信息等。
求解上述方程組(1)，可能出現(xiàn)以下三種情況之一1)得到一個解，該解就是MS的位置信息；2)得到兩個解，其中一個是MS的準(zhǔn)確位置信息，但不能確定是哪一個；3)無解，不能獲得MS的位置信息。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)雙TOA定位中存在兩個解的示意圖，如圖2所示，兩個解分別是兩個圓相交的兩個交點P1和P2，其中一個圓以BS 1為圓心、BS1與MS間的距離R1為半徑的圓，另一個圓以BS2為圓心、BS2與MS間的距離R2為半徑。目前，針對圖2所示的雙TOA定位方法中存在兩個解的情況，通過下述兩種方法來確定MS當(dāng)前位置一是以兩個交點的中點作為MS當(dāng)前的位置，如圖2中的P點；二是根據(jù)MS所處的服務(wù)小區(qū)來確認(rèn)MS的當(dāng)前位置①如果基站確定P1位于MS所在服務(wù)小區(qū)內(nèi)，P2位于MS所在的相鄰小區(qū)內(nèi)，則選擇P1作為MS的當(dāng)前位置；反之，如果P2位于MS所在服務(wù)小區(qū)內(nèi)，P1位于MS所在的相鄰小區(qū)內(nèi)，則選擇P2作為MS的當(dāng)前位置；②如果P1、P2都位于MS所在服務(wù)小區(qū)內(nèi)，則選擇P1、P2的中點作為MS的當(dāng)前位置；當(dāng)雙圓算法存在兩個解即存在兩個交點時，現(xiàn)有技術(shù)中一種方法是以兩個交點的中點作為MS的當(dāng)前位置，此時，若R1和R2較大，則中點與P1和P2的距離會較遠，而兩個交點之一是MS的準(zhǔn)確位置，因此，按照現(xiàn)有方法對MS的定位會存在很大的誤差；另一種根據(jù)服務(wù)小區(qū)的范圍來確定MS的位置，由于在實際無線環(huán)境中服務(wù)小區(qū)與相鄰小區(qū)的界定比較模糊，而且小區(qū)覆蓋范圍的測量也存在很大的不確定性，所以選擇出的位于小區(qū)內(nèi)的交點是不準(zhǔn)確的，從而造成對MS進行定位的誤差。
現(xiàn)有雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的方法存在較大誤差，不能準(zhǔn)確定位MS，因此，加強雙TOA定位方法的研究，提高MS定位精度迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙傳播時間定位中準(zhǔn)確定位移動臺的方法，能夠準(zhǔn)確定位MS，提高MS定位精度。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的一種雙到達時間TOA定位中準(zhǔn)確定位移動臺MS的方法，通過雙TOA定位獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息，該方法還包括A.根據(jù)所述可能位置信息、已知的MS相鄰兩個基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的定位夾角，并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度；B.根據(jù)所述獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS當(dāng)前定位位置。
步驟A中所述獲取定位夾角的方法為a1.根據(jù)所述可能位置信息和該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息，獲取運算夾角；b1.計算直角與所述可能位置對應(yīng)基站的天線朝向角之差，再計算該差值與所述運算夾角之差獲得所述可能位置對應(yīng)的定位夾角。
步驟A中所述獲取定位夾角的方法為a2.根據(jù)所述可能位置信息和該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息，獲取運算夾角；b2.計算平角和所述可能位置對應(yīng)基站的天線朝向角之差得到第一差值，再計算直角與所述差值之差得到的第二差值，又計算該第二差值與所述運算夾角之差獲得所述可能位置對應(yīng)的定位夾角。
所述獲取運算夾角的方法為計算所述可能位置信息與該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息的橫坐標(biāo)之差，計算所述可能位置信息與該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息的縱坐標(biāo)之差，再計算所得橫坐標(biāo)差值與縱坐標(biāo)差值之商的絕對值，對所得的值進行反正切運算獲得所述運算夾角。
所述MS同時接收到來自同一基站不同扇區(qū)的信號時，步驟A中所述獲取定位夾角的方法為分別計算所述基站中每個扇區(qū)對應(yīng)天線朝向角與來自移動交換中心MSC的該扇區(qū)的導(dǎo)頻信號強度之積，將各扇區(qū)所得積值相加；相加所得值與來自MSC的各扇區(qū)導(dǎo)頻信號強度之和的商獲得所述定位夾角。
所述MS同時接收到來自同一基站不同扇區(qū)的信號時，步驟A中所述獲取可能位置對應(yīng)該基站的導(dǎo)頻信號強度的方法為選取來自MSC的所述基站中各扇區(qū)的導(dǎo)頻信號強度值中最小的一個作為所述可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度。
預(yù)先設(shè)置加權(quán)系數(shù)；步驟C中所述獲取權(quán)重的方法為計算所述可能位置對應(yīng)的定位夾角與該可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度之積；計算所述加權(quán)系數(shù)與所得積值之商獲取該可能位置對應(yīng)的權(quán)重。
所述加權(quán)系數(shù)大于或等于1。
由上述技術(shù)方案可見，本發(fā)明通過雙TOA定位獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息即雙TOA定位的兩個解P1和P2；根據(jù)所述可能位置信息、已知的MS相鄰兩個基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站小區(qū)的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的定位夾角即MS的可能位置與基站之間的連線和MS所在小區(qū)的天線朝向之間的夾角，并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度；根據(jù)獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS當(dāng)前定位位置。
本發(fā)明中，權(quán)重與導(dǎo)頻信號強度成反比，即導(dǎo)頻信號越強的可能位置的權(quán)重越大，該權(quán)重還與定位夾角成反比，即距離MS所在小區(qū)的天線朝向越近的可能位置的權(quán)重越大，可見，本發(fā)明根據(jù)可能位置對應(yīng)的權(quán)重，準(zhǔn)確地從兩個可能的位置中對MS進行了定位，提高了MS定位精度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)雙TOA定位示意圖；
圖2是現(xiàn)有技術(shù)雙TOA定位中存在兩個解的示意圖；圖3是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的流程；圖4a是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的實施例一示意圖；圖4b是本發(fā)明定位夾角獲取實施例一示意圖；圖4c是本發(fā)明定位夾角獲取實施例二示意圖；圖5是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的實施例二示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是通過雙TOA定位獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息；根據(jù)所述可能位置信息、已知的MS相鄰兩個基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站小區(qū)的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的定位夾角，并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度；根據(jù)獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS當(dāng)前定位位置。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉較佳實施例，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
圖3是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的流程，根據(jù)雙TOA定位方法，求解雙圓相交算法的方程組(1)獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息P1和P2，本發(fā)明方法包括以下步驟步驟301分別根據(jù)P1和P2、已知的MS的兩個相鄰基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站小區(qū)的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的定位夾角；并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度ρ。
從現(xiàn)有技術(shù)可知，雙TOA定位中只存在兩個BS，假設(shè)為BS1和BS2，P1和P2分別是以BS1為圓心、BS1與MS間的距離R1為半徑的圓，與以BS2為圓心、BS2與MS間的距離R2為半徑的圓相交的兩個交點，如圖4a所示，圖4a是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的實施例示意圖。其中，R1和R2的獲得屬于現(xiàn)有技術(shù)，這里不再贅述；BS1和BS2的基站位置信息是在基站安裝后的確定工程數(shù)據(jù)，可從基站數(shù)據(jù)信息庫中獲?。籑S所對應(yīng)各基站小區(qū)的天線朝向角θ是指該小區(qū)的天線方向角，即小區(qū)天線與正北方向的夾角，如圖4b所示的天線朝向角θ，天線朝向角θ為小區(qū)天線的確定工程數(shù)據(jù)，可從基站數(shù)據(jù)信息庫中獲取，圖4b是本發(fā)明定位夾角獲取實施例一示意圖。
兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度ρ是來自移動交換中心(MSC)的已知數(shù)據(jù)，關(guān)于導(dǎo)頻信號強度ρ的測量與本發(fā)明無關(guān)，本發(fā)明強調(diào)的是利用該導(dǎo)頻信號強度ρ來獲取可能位置的權(quán)重。假設(shè)P1對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度為ρ1，P2對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度為ρ2。
本步驟中，如圖4a所示，假設(shè)P1對應(yīng)BS1，P2對應(yīng)BS2，需要說明的是，P1可以與其中任一BS對應(yīng)，那么P2就與另一BS對應(yīng)即可。如圖4b所示，x軸表示橫坐標(biāo)，y軸表示縱坐標(biāo)即為正北方向，以P1對應(yīng)BS1為例，描述獲取P1對應(yīng)的定位夾角α1的方法假設(shè)BS1的位置信息為(x1，y1)，P1的可能位置信息為(xp1，yp1)，先計算P1與BS1連線與水平方向的夾角q，容易得出tg(q)=|xp1-x1yp1-y1|---(2)]]>再計算公式(2)的反正切函數(shù)可容易得出夾角q的值，這里，將夾角q稱為運算夾角，假設(shè)天線朝向角θ為銳角，P1對應(yīng)的定位交角α1為α1＝π/2-θ-q(2’)當(dāng)天線朝向角θ為鈍角時，如圖4c所示，x軸表示橫坐標(biāo)，y軸表示縱坐標(biāo)即為正北方向，圖4c是本發(fā)明定位夾角獲取實施例二示意圖，容易得出α1＝π/2-(π-θ)-q(2”)同理，根據(jù)公式(2’)或公式(2”)可以獲得P2對應(yīng)的定位夾角α2，這里不再詳述。公式(2’)和公式(2”)中π/2為直角。公式(2”)中π為平角。
步驟302根據(jù)獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取MS的兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重w，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS定位位置。
假設(shè)P1對應(yīng)的權(quán)重為w1，P2對應(yīng)的權(quán)重為w2，權(quán)重w與導(dǎo)頻信號強度ρ成反比，即對應(yīng)基站導(dǎo)頻信號越強的可能位置的權(quán)重越大，權(quán)重w還與定位夾角α成反比，即距離MS所在小區(qū)的天線朝向越近的可能位置的權(quán)重越大，具體如公式(3)所示wi=kαiρi---(3)]]>其中，i＝1，2，k為加權(quán)系數(shù)，該k值可由試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到，一般k大于等于1；導(dǎo)頻信號強度ρ的值越小，表示導(dǎo)頻信號越強。
如圖4a所示，在MS接收到相鄰兩個基站中各一個小區(qū)信號如BS1中的小區(qū)C1和BS2中的小區(qū)C2的情況下，根據(jù)方程式(1)獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息為P1和P2；根據(jù)公式(2’)或公式(2”)獲得P1和P2對應(yīng)的定位夾角α1和α2；根據(jù)來自MSC的小區(qū)C1的導(dǎo)頻信號強度為ρ1、小區(qū)C2的導(dǎo)頻信號強度為ρ2，分別將獲得的定位夾角α1和導(dǎo)頻信號強度ρ1、定位夾角α2和導(dǎo)頻信號強度ρ2代入公式(3)，分別獲得MS的可能位置P1和P2的權(quán)重w1和w2。
采用本發(fā)明方法定位MS的準(zhǔn)確度分析如下當(dāng)ρ1＝ρ2時，若α1＞α2，表示移動臺距離小區(qū)C2的天線朝向近，即MS的真實位置應(yīng)該是靠近小區(qū)C2的天線朝向的P2，根據(jù)公式(3)可得，此時w1＜w2，即P2對應(yīng)的權(quán)重w較大，按照本發(fā)明方法選擇P2作為MS定位位置，與MS的真實位置相同；若α1＜α2，表示移動臺距離小區(qū)C1的天線朝向近，即MS的真實位置應(yīng)該是靠近小區(qū)C1的天線朝向的P1，根據(jù)公式(3)可得，此時w1＞w2，即P1對應(yīng)的權(quán)重w較大，按照本發(fā)明方法選擇P1作為MS定位位置，與MS的真實位置相同；當(dāng)α1＝α2時，若ρ1＞ρ2，表示移動臺在小區(qū)C2的導(dǎo)頻信號較強，即MS的真實位置應(yīng)該是P2，根據(jù)公式(3)可得，此時w1＜w2，即P2對應(yīng)的權(quán)重w較大，按照本發(fā)明方法選擇P2作為MS定位位置，與MS的真實位置相同；若ρ1＜ρ2，表示移動臺在小區(qū)C1的導(dǎo)頻信號較強，即MS的真實位置應(yīng)該是P1，根據(jù)公式(3)可得，此時w1＞w2，即P1對應(yīng)的權(quán)重w較大，按照本發(fā)明方法選擇P1作為MS定位位置，與MS的真實位置相同。
本發(fā)明根據(jù)可能位置對應(yīng)的權(quán)重，準(zhǔn)確地從兩個可能的位置中對MS進行了定位，提高了MS定位精度。
前文已提到，圖4a所示的是MS接收到相鄰兩個基站中各一個小區(qū)信號的情況下，但在實際基站環(huán)境中，MS可能同時接收到來自同一個BS的不同扇區(qū)的信號，圖5是本發(fā)明雙TOA定位中存在兩個解時定位MS的實施例二示意圖。如圖5所示，MS分別同時接收到來自基站BS1的小區(qū)C1以及基站BS2的扇區(qū)C21、C22的信號。P1對應(yīng)的α1、ρ1和w1的獲取如前所述，這里不再重述。對于基站BS2中α2的獲取可通過對C21、C22的天線朝向采用加權(quán)平均，公式(4)如下α2=Σi=1nθ2iρ2iΣi=1nρ2i---(4)]]>其中n為BS2中向MS發(fā)送信號的扇區(qū)的扇區(qū)個數(shù)，i為整數(shù)；θ2i為扇區(qū)C2i的天線朝向角，ρ2i為來自MSC的導(dǎo)頻信號強度，θ2i和ρ2i均為已知，圖5中α2即為通過公式(4)獲得的P2的定位夾角。
對基站BS2中導(dǎo)頻信號強度ρ2的獲取，可以選擇各扇區(qū)上報的導(dǎo)頻信號強度值中最小的一個，即ρ2＝Min(ρ2i)，如圖5所示，ρ2＝Min(ρ21，ρ22)。之后將獲得的α2和ρ2代入公式(3)，可獲得w2。
公式(4)給出了同一BS中存在多個扇區(qū)向MS發(fā)送信號時，如何獲取與該BS為一組的MS的可能位置對應(yīng)的定位夾角的方法。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙到達時間TOA定位中準(zhǔn)確定位移動臺MS的方法，通過雙TOA定位獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息，其特征在于，該方法還包括A.根據(jù)所述可能位置信息、已知的MS相鄰兩個基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的定位夾角，并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度；B.根據(jù)所述獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS當(dāng)前定位位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中所述獲取定位夾角的方法為a1.根據(jù)所述可能位置信息和該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息，獲取運算夾角；b1.計算直角與所述可能位置對應(yīng)基站的天線朝向角之差，再計算該差值與所述運算夾角之差獲得所述可能位置對應(yīng)的定位夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A中所述獲取定位夾角的方法為a2.根據(jù)所述可能位置信息和該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息，獲取運算夾角；b2.計算平角和所述可能位置對應(yīng)基站的天線朝向角之差得到第一差值，再計算直角與所述差值之差得到的第二差值，又計算該第二差值與所述運算夾角之差獲得所述可能位置對應(yīng)的定位夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述獲取運算夾角的方法為計算所述可能位置信息與該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息的橫坐標(biāo)之差，計算所述可能位置信息與該可能位置對應(yīng)基站的基站位置信息的縱坐標(biāo)之差，再計算所得橫坐標(biāo)差值與縱坐標(biāo)差值之商的絕對值，對所得的值進行反正切運算獲得所述運算夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MS同時接收到來自同一基站不同扇區(qū)的信號時，步驟A中所述獲取定位夾角的方法為分別計算所述基站中每個扇區(qū)對應(yīng)天線朝向角與來自移動交換中心MSC的該扇區(qū)的導(dǎo)頻信號強度之積，將各扇區(qū)所得積值相加；相加所得值與來自MSC的各扇區(qū)導(dǎo)頻信號強度之和的商獲得所述定位夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MS同時接收到來自同一基站不同扇區(qū)的信號時，步驟A中所述獲取可能位置對應(yīng)該基站的導(dǎo)頻信號強度的方法為選取來自MSC的所述基站中各扇區(qū)的導(dǎo)頻信號強度值中最小的一個作為所述可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，預(yù)先設(shè)置加權(quán)系數(shù)；步驟C中所述獲取權(quán)重的方法為計算所述可能位置對應(yīng)的定位夾角與該可能位置對應(yīng)基站的導(dǎo)頻信號強度之積；計算所述加權(quán)系數(shù)與所得積值之商獲取該可能位置對應(yīng)的權(quán)重。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述加權(quán)系數(shù)大于或等于1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙到達時間(TOA)定位中準(zhǔn)確定位移動臺的方法，該方法包括通過雙TOA定位獲得MS的兩個可能位置的可能位置信息；根據(jù)所述可能位置信息、已知的MS相鄰兩個基站的基站位置信息和MS所對應(yīng)各基站小區(qū)的天線朝向角，分別獲取兩個可能位置信息對應(yīng)的定位夾角，并分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的導(dǎo)頻信號強度；根據(jù)獲得的定位夾角和導(dǎo)頻信號強度，分別獲取兩個可能位置對應(yīng)的權(quán)重，并選擇權(quán)重較大的可能位置為MS當(dāng)前定位位置。本發(fā)明根據(jù)可能位置對應(yīng)的權(quán)重，準(zhǔn)確地從兩個可能的位置中對MS進行了定位，提高了MS定位精度。
文檔編號H04W64/00GK1852598SQ200510131840
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者田鳴華, 張志東 申請人:華為技術(shù)有限公司