一种基于无线通信基站的三维定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无线通信基站的三维定位方法，根据信号从手机终端到两个不同的基站的时间差(得到相应的TDOA数据)计算出距离，然后求解定位方程组。本发明专利技术使用实测数据对本定位方法进行实验。实验测试表明，此方法能够实现较好的定位精度，对NLOS、同步误差及噪声干扰有较好的抑制作用。

Three dimensional positioning method based on wireless communication base station

The invention discloses a three-dimensional positioning method based on wireless communication base station, according to the signal from the mobile phone terminal to two different base station time difference (TDOA data corresponding) calculate the distance, then solving the location equations. The present invention uses the measured data to experiment with the positioning method. Experimental results show that this method can achieve better positioning accuracy, and has a good inhibitory effect on NLOS, synchronization error and noise interference.

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线通信基站的三维定位方法
本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种基于无线通信基站的三维定位方法。
技术介绍
由于无线通信网络与移动互联网的大力发展，提供基于地理位置信息的服务(简称LBS)业已成为最有市场潜力的业务之一。目前，实现精确定位的手段有GPS定位、WiFi定位、无线通信基站定位等。GPS定位虽然精度高但是有2个缺陷：一是无法解决室内定位，二是费用比较昂贵；WiFi定位的覆盖范围有限，并且WiFi信号的工作频段易受干扰。所以，使用基于运营商的无线通信基站进行定位就成为本专利技术的选择，不但可以进行准确定位，而且可以规避上述问题。现代商用通信基站可以用于确定终端(用户的手机)在三维空间中的位置坐标，也就是三维定位问题。但现有通信基站的定位方法也存在以下问题，基站计时与手机终端计时无法精确同步从而影响定位精度的问题；非视距传播(NLOS)对定位精度带来的影响；无线电信号在传播过程中受噪声干扰导致接收到的信号强度剧烈波动继续影响定位的问题。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术设计开发了一种收敛速度快，对干扰和噪声具有鲁棒性的基于无线通信基站的三维定位方法。本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线通信基站的三维定位方法，其特征在于，包括：步骤一、假定手机终端到第一个基站与第个基站的距离差是di，1，采取卡尔曼平滑滤波算法对每组的所有测量值进行平滑滤波处理，然后取平稳阶段的估计值的均值作为滤波优化后的di，1值；步骤二、计算出终端的位置估计值：假设一移动终端到第i个基站的距离是di，则：

【技术特征摘要】
1.一种基于无线通信基站的三维定位方法，其特征在于，包括：步骤一、假定手机终端到第一个基站与第个基站的距离差是di，1，采取卡尔曼平滑滤波算法对每组的所有测量值进行平滑滤波处理，然后取平稳阶段的估计值的均值作为滤波优化后的di，1值；步骤二、计算出终端的位置估计值：假设一移动终端到第i个基站的距离是di，则：假定移动终端到第一个基站与第i个基站的距离差是di，1，这两个基站发出的信号到达移动终端的时间差为Δti，1，Δti，1＝|ti-t1|，则di，1＝c×Δti，1，c为电磁波在空间中的传播速度；继而有：di，1＝di2-d12＝(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2-(x-x1)2-(y-y1)2-(z-z1)2；令Xi，1＝x-xi，Yi，1＝y-yi，Zi，1＝z-zi，则上式可简化为：其中Ki＝xi2+yi2+zi2；当基站数目N＝4时，根据d1的值，则所述移动终端的位置估计值为：2.如权利要求1所述的基于无线通信基站的三维定位方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：在定位期间，保持终端的位置不变，获取在多次di，1的观测值；在测量过程中真实值受到加性噪声n(k)的干扰，假设任意两个时刻的噪声互相独立，根据卡尔曼平滑滤波理论，建立系统状态估计，设系统的状态方程与参数方程分别为：X(k)＝X(k-1)，Z(k)＝X(k)+n(k)，其中，X(k)表示k时刻di，1的真实值，Z(k)是k时刻di，1的观测值，X(k)的最佳估计由卡尔曼滤波方程给出：预测：状态估计：滤波增益为：K(k)＝P(k,k-1)[P(k,k-1)+σ2]-1，预测的误差协方差为：P(k,k-1)＝P(k-1)，估计的误差协方差为：P(k)＝[1-K(k)]P(k,k-1)，给定初始值和P(0)，由k时刻的di，1观测值计算出k时刻的值，起始状态的估计为：从第3个di，1的观测值开始计算。3.如权利要求1所述的基于无线通信基站的三维定位方法，其特征在于，还包括：步骤三、使用平均定位误差评价公式对定位精度进行评估：其中，RMSE表示定位的均方误差；M表示移动终端的个数；表示某场景中第k个移动终端计算出来的三维坐标；(xk,yk,zk)表示某场景中第k个移动终端的实际三维坐标。4.一种基于无线通信基站的三维定位方法，其特征在于，包括：步骤一、假定手机终端到第一个基站与第个基站的距离差是di，1，采取卡尔曼平滑滤波算法对每组的所有测量值进行平滑滤波处理，然后取平稳阶段的估计值的均值作为滤波优化后的di，1值；步骤二、计算出终端的位置估计值：假设一移动终端到第i个基站的距离是di，则：假定移动终端到第一个基站与第i个基站的距离差是di，1，这两个基站发出的信号到达移动终端的时间差为Δti，1，Δti，1＝|ti-t1|，则di，1＝c×Δti，1，c为电磁波在空间中的传播速度；继而有：di，1＝di2-d12＝(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2-(x-x1)2-(y-y1)2-(z-z1)2；令Xi，1＝x-xi，Yi，1＝y...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃团发，董鹏琳，胡永乐，沈湘平，陈俊江，
申请(专利权)人：广西大学，润建通信股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45