基于出发角的无线电定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于出发角的无线电定位方法及系统，包括：基站定位步骤：基站端发射定位信号，定位信号中包含基站的真北方位和基站识别码信息，移动端通过接收基站端发射的定位信号来估计移动端相对于基站端的方位，再通过三角测量实现自身定位；调制步骤：根据单刀双掷射频开关对基站端发射的信号进行周期性调制，在一个调制周期内，定位信号分别接到两个天线单元并向空间辐射出去；计算步骤：移动端计算接收的定位信号中的基波分量与第一次谐波分量，再利用基波分量与第一次谐波分量的数学关系估计移动端相对于基站端的方位。本发明专利技术无需通过定位基站之间、定位基站与移动端之间的多次数据交互，其系统容量更高，系统结构及算法流程均简单。

【技术实现步骤摘要】
基于出发角的无线电定位方法及系统
本专利技术涉及无线电定位
，具体地，涉及一种基于出发角的无线电定位方法及系统。尤其地，涉及一种移动端通过估计定位基站发射信号的离去角来实现三角测量定位的无线电定位系统。
技术介绍
现有的无线电定位方法主要有全球定位系统、到达时间定位(timeofarrival,ToA)、到达时间差定位(timedifferenceofarrival,TDOA)、测角定位(angleofarrival,AoA)等。其中，全球性定位系统主要包括美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统以及中国的北斗系统等，主要应用于广域室外定位，用于室内定位时由于建筑物等的衰减，效果较差或无法使用。到达时间定位和到达时间差定位利用定位基站与移动端之间的到达时间或时间差来定位，需要定位基站端及移动端之间的精密的时间同步。一般的测角定位系统在基站端测量移动端相对于基站端的方位信息，再通过两站或多站的方位信息来联合解算移动端的位置。由于通常采用干涉仪测向或者空间谱估计测向方法，设备相对复杂。另外，通常要求由一个特定的中心站点来完成位置解算，因此需要多个定位基站之间的数据交互。综上，现有的无线电定位方法，尤其是室内无线电定位方法，存在同步要求高、系统实现复杂等缺陷。专利文献CN107706547A(申请号：201710868889.9)公开了一种实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，包括：微处理器、基座组件、水平控制传动组件、俯仰控制传动组件、上托板、水平电机、竖直电机和定向天线；所述微处理器分别与水平电机、竖直电机电性连接。本专利技术可对目标物体实现方位角和俯仰角的双重定位，并可不断根据定向天线检测到的目标物体的方位角和俯仰角信息，自动调节定向天线的方位角和俯仰角，实现对目标物体的位置锁定。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于出发角的无线电定位方法及系统。根据本专利技术提供的基于出发角的无线电定位方法，包括：基站定位步骤：基站端发射定位信号，所述定位信号中包含基站的真北方位和基站识别码信息，移动端通过接收基站端发射的定位信号来估计移动端相对于基站端的方位，再通过三角测量实现自身定位；调制步骤：根据单刀双掷射频开关对基站端发射的信号进行周期性调制，在一个调制周期内，定位信号分别接到两个天线单元并向空间辐射出去；计算步骤：移动端计算接收的定位信号中的基波分量与第一次谐波分量，再利用基波分量与第一次谐波分量的数学关系估计移动端相对于基站端的方位。优选的，所述调制步骤包括：在定位基站，发射的窄带定位信号的中心频点为Fc，信号的带宽为B，射频开关的调制频率为Fp，周期为Tp，满足：Fp>B在一个调制周期Tp内，发射信号连接到定位基站天线单元1的时间为(0,Tp/2]，连接到天线单元2的时间为(Tp/2,Tp]，发射的定位信号经过周期性调制后，产生中心频率为Fc的基波分量以及中心频率为Fc±kFp的谐波分量，并通过两个天线单元向空间辐射，定位基站发射的窄带定位信号为：其中，sl(t)为基带信号，k表示谐波阶数，j表示虚数单位，t表示时间，e表示自然对数。优选的，将定位信号周期性地接通定位基站的两个天线单元并向空间辐射，则在θ方向上，远场移动端接收的定位信号为：其中，A0为由空间传播引起的复损耗，D为定位基站的两个天线单元的间距，K为载频Fc对应的波数，m表示周期性调制时序的周期序号；将sr(t)简写为：其中U(t)为周期函数：将U(t)用傅里叶级数展开为：αk表示：第k次谐波分量；其中基波分量α0和+1次谐波分量分别为：优选的，在移动端，对接收的定位信号进行频谱分析，通过比较其中的基波分量α0和+1次谐波分量α1的关系，移动端相对于定位基站的方向为：优选的，若两个定位基站A和B的位置分别为(-L/2,0)和(L/2,0)，则真北方位均为正北方向，在移动端C测得其相对于A和B的方向分别为θ1和θ2，则移动端C的位置为：L表示：定位基站A和B之间的距离。根据本专利技术提供的基于出发角的无线电定位系统，包括：基站定位模块：基站端发射定位信号，所述定位信号中包含基站的真北方位和基站识别码信息，移动端通过接收基站端发射的定位信号来估计移动端相对于基站端的方位，再通过三角测量实现自身定位；调制模块：根据单刀双掷射频开关对基站端发射的信号进行周期性调制，在一个调制周期内，定位信号分别接到两个天线单元并向空间辐射出去；计算模块：移动端计算接收的定位信号中的基波分量与第一次谐波分量，再利用基波分量与第一次谐波分量的数学关系估计移动端相对于基站端的方位。优选的，所述调制模块包括：在定位基站，发射的窄带定位信号的中心频点为Fc，信号的带宽为B，射频开关的调制频率为Fp，周期为Tp，满足：Fp>B在一个调制周期Tp内，发射信号连接到定位基站天线单元1的时间为(0,Tp/2]，连接到天线单元2的时间为(Tp/2,Tp]，发射的定位信号经过周期性调制后，产生中心频率为Fc的基波分量以及中心频率为Fc±kFp的谐波分量，并通过两个天线单元向空间辐射，定位基站发射的窄带定位信号为：其中，sl(t)为基带信号，k表示谐波阶数，j表示虚数单位，t表示时间，e表示自然对数。优选的，将定位信号周期性地接通定位基站的两个天线单元并向空间辐射，则在θ方向上，远场移动端接收的定位信号为：其中，A0为由空间传播引起的复损耗，D为定位基站的两个天线单元的间距，K为载频Fc对应的波数，m表示周期性调制时序的周期序号；将sr(t)简写为：其中U(t)为周期函数：将U(t)用傅里叶级数展开为：αk表示：第k次谐波分量；其中基波分量α0和+1次谐波分量分别为：优选的，在移动端，对接收的定位信号进行频谱分析，通过比较其中的基波分量α0和+1次谐波分量α1的关系，移动端相对于定位基站的方向为：优选的，若两个定位基站A和B的位置分别为(-L/2,0)和(L/2,0)，则真北方位均为正北方向，在移动端C测得其相对于A和B的方向分别为θ1和θ2，则移动端C的位置为：L表示：定位基站A和B之间的距离。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术提出的定位系统和方法是基于出发角的测角定位，直接在移动端解算其位置，无需通过定位基站之间、定位基站与移动端之间的多次数据交互，其系统容量也更高；2、本专利技术提出的定位系统和方法的出发角测量使用单射频通道，与现有的基于多通道波束扫描及接收信号强度指示的出发角测量方法相比，系统结构及算法流程均简单；3、本专利技术可用于室内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，包括：/n基站定位步骤：基站端发射定位信号，所述定位信号中包含基站的真北方位和基站识别码信息，移动端通过接收基站端发射的定位信号来估计移动端相对于基站端的方位，再通过三角测量实现自身定位；/n调制步骤：根据单刀双掷射频开关对基站端发射的信号进行周期性调制，在一个调制周期内，定位信号分别接到两个天线单元并向空间辐射出去；/n计算步骤：移动端计算接收的定位信号中的基波分量与第一次谐波分量，再利用基波分量与第一次谐波分量的数学关系估计移动端相对于基站端的方位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，包括：
基站定位步骤：基站端发射定位信号，所述定位信号中包含基站的真北方位和基站识别码信息，移动端通过接收基站端发射的定位信号来估计移动端相对于基站端的方位，再通过三角测量实现自身定位；
调制步骤：根据单刀双掷射频开关对基站端发射的信号进行周期性调制，在一个调制周期内，定位信号分别接到两个天线单元并向空间辐射出去；
计算步骤：移动端计算接收的定位信号中的基波分量与第一次谐波分量，再利用基波分量与第一次谐波分量的数学关系估计移动端相对于基站端的方位。


2.根据权利要求1所述的基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，所述调制步骤包括：
在定位基站，发射的窄带定位信号的中心频点为Fc，信号的带宽为B，射频开关的调制频率为Fp，周期为Tp，满足：
Fp>B
在一个调制周期Tp内，发射信号连接到定位基站天线单元1的时间为(0,Tp/2]，连接到天线单元2的时间为(Tp/2,Tp]，发射的定位信号经过周期性调制后，产生中心频率为Fc的基波分量以及中心频率为Fc±kFp的谐波分量，并通过两个天线单元向空间辐射，定位基站发射的窄带定位信号为：



其中，sl(t)为基带信号，k表示谐波阶数，j表示虚数单位，t表示时间，e表示自然对数。


3.根据权利要求2所述的基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，将定位信号周期性地接通定位基站的两个天线单元并向空间辐射，则在θ方向上，远场移动端接收的定位信号为：



其中，A0为由空间传播引起的复损耗，D为定位基站的两个天线单元的间距，K为载频Fc对应的波数，m表示周期性调制时序的周期序号；
将sr(t)简写为：



其中U(t)为周期函数：



将U(t)用傅里叶级数展开为：



αk表示：第k次谐波分量；
其中基波分量α0和+1次谐波分量分别为：








4.根据权利要求3所述的基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，在移动端，对接收的定位信号进行频谱分析，通过比较其中的基波分量α0和+1次谐波分量α1的关系，移动端相对于定位基站的方向为：





5.根据权利要求4所述的基于出发角的无线电定位方法，其特征在于，若两个定位基站A和B的位置分别为(-L/2,0)和(L/2,0)，则真北方位均为正北方向，在移动端C测得其相对于A和B的方向分别为θ1和θ2，则移动端C的位置为：



L表示：定位基站A和B之间的距离。

【专利技术属性】
技术研发人员：贺冲，曹岸杰，李海亭，易观理，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31