一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法。通过对不同载波功率分别建模，并实时选择受环境影响较小的载波建立分集，利用分集内的信号传输模型和载波功率实现精密的测距定位。本发明专利技术充分利用多载波信号的传输特点，选择受环境因素影响较小的子载波信号功率和分集路径损耗模型进行距离的测量，可以有效提高室内环境中无线信号距离测量的精度和稳定性。而且本发明专利技术可以充分利用现有的大面积覆盖网络，不但可以节约室内定位系统的部署成本，无需考虑基站的供电费用和后期维护，而且能为用户在多种复杂环境下提供移动终端上安全、稳定、高精度的位置服务。高精度的位置服务。高精度的位置服务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法


[0001]本专利技术属于无线定位导航领域，特别是涉及一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法。

技术介绍

[0002]目前的定位方法主要包括传统的GNSS定位、室内无线信号定位(基于WIFI、蓝牙、超宽带等)以及多源传感器定位。传统的GNSS定位技术由于在室内及城市峡谷地区存在严重的信号衰减和多径现象，无法在这些地区为用户提供高精度稳定的位置服务。基于WIFI、蓝牙、超宽带等机会信号的室内无线信号定位技术主要包括指纹定位和几何交汇定位两类。其中，基于信号指纹的室内定位方法需要大量的前期数据采集工作并定时对指纹数据更新，需要耗费大量的人力、物力成本。基于WIFI和蓝牙等信号的几何交汇室内定位方法容易受到环境和人类日常活动的影响，虽然其可以在一些特定环境为用户提供较高精度的位置服务，但通常需要额外部署更多的基站实现交汇定位，基站部署和持续供电成本的限制使该方法难以大规模的普及和推广。基于多源传感器的定位技术需要各种传感器的精确测量结果和较严格的时间同步，这往往意味着较高的成本。同时，基于多源传感器的定位技术在使用过程中定位误差会不断累积，难以提供连续的高精度位置服务。
[0003]多载波信号传输过程中，不同子载波上搭载的信号会受到室内环境不同程度的影响。其中，一些子载波上的信号受环境影响较大，难以反映信号功率随距离的衰减关系；一些子载波上的信号受环境影响较小，可以根据其功率得到准确稳定的距离估算结果。基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法可以充分利用多载波信号的传输特点，选择受环境因素影响较小的子载波信号功率和分集路径损耗模型进行距离的测量，可以有效的提高室内环境中无线信号距离测量的精度和稳定性。同时，由于近年来LTE和5G技术的发展，已经形成了全球范围内的大面积组网，基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法可以充分利用现有的大面积覆盖网络，不但可以节约室内定位系统的部署成本，无需考虑基站的供电费用和后期维护，而且能为用户在多种复杂环境下提供移动终端上安全、稳定、高精度的位置服务。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法。首先根据采集的多载波信号的协议，完成多载波信号的粗同步，然后根据多载波信号的相关参数及信号起始位置进行信号的解调，提取导频信息，再根据PLM原理对不同子载波对应的多载波功率分别训练，得到每个子载波的分集功率衰减模型，利用实时多载波功率和实时多载波信号平均功率的差值筛选衰减模型，建立子载波分集，根据分集内的不同子载波的距离衰减模型和多载波功率计算得到最终的实时距离估算结果，并通过几何交汇的方法实现高精度定位。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是一种基于多载波信号的子载波分集
精密测距定位方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，信号粗同步及导频提取；
[0007]步骤1.1，信号粗同步；
[0008]步骤1.2，信号解调及导频提取；
[0009]步骤2，子载波分集模型训练；
[0010]步骤2.1，多载波功率计算；
[0011]步骤2.2，子载波分集模型训练；
[0012]步骤3，基于子载波分集模型的距离计算；
[0013]步骤3.1，实时平均功率计算；
[0014]步骤3.2，子载波分集模型的选择；
[0015]步骤3.3，距离计算；
[0016]步骤4，位置计算。
[0017]而且，所述步骤1.1是根据采集的多载波信号的协议，采用对应协议下的参考信号与接收信号相关，获取接受信号的起始位置，完成多载波信号的粗同步。
[0018]而且，所述步骤1.2是根据多载波信号的相关参数及步骤1.1检测到的信号起始位置进行信号的解调，提取对应的导频信息。
[0019]而且，所述步骤2.1是根据步骤1.2提取到的多载波信号导频信息，分别计算每一个子载波上的信号接收功率，得到每一个子载波上的多载波功率P
L
。
[0020]而且，所述步骤2.2是根据PLM的基本原理，分别对不同子载波上对应的多载波功率进行训练，得到每一个子载波对应的分集功率衰减模型。
[0021]PLM的基本结构如下：
[0022]P
L
＝A
‑
10
·
nlog
10
(d)+w
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023]其中，A为参考功率，n为环境因子，d为每一个训练点与基站的距离，ω为白噪声。
[0024]而且，所述步骤3.1是在测试或实际定位时，提取实时多载波功率P
L
′
，求取多个载波上P
L
′
的均值，得到实时多载波信号平均功率P
M
。实时多载波信号平均功率将用于子载波分集模型的选择。
[0025]而且，所述步骤3.2是通过计算每一个子载波上的实时多载波功率P
L
′
与实时多载波信号平均功率P
M
的差值，选择差值最小的m个子载波上对应的分集功率衰减模型，作为距离计算时应用的衰减模型。
[0026]而且，所述步骤3.3是将选择模型对应子载波的实时多载波功率P
L
′
分别代入选择的m个分集功率衰减模型中，得到m个不同的距离反演结果，并计算m个不同距离反演结果的均值，得到最终的实时距离估计结果。
[0027]而且，所述步骤4是根据同时测量到的多个基站与移动终端的距离，通过几何交汇的方法实现高精度定位。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术充分利用多载波信号的传输特点，选择受环境因素影响较小的子载波信号功率和分集路径损耗模型进行距离的测量，可以有效提高室内环境中无线信号距离测量的精度和稳定性。同时，由于近年来LTE和5G技术的发展，已经形成了全球范围内的大面积组网，本专利技术可以充分利用现有的大面积覆盖网络，不但可以节约室内定位系统的部署成本，无需考虑基站的供电费用和后期维护，而且能为用
户在多种复杂环境下提供移动终端上安全、稳定、高精度的位置服务。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例的流程图。
[0030]图2为本专利技术实施例的场景示意图。
[0031]图3为本专利技术实施例的误差统计结果图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，首先根据采集的多载波信号的协议，完成多载波信号的粗同步，然后根据多载波信号的相关参数及信号起始位置进行信号的解调，提取导频信息，再根据PLM原理对不同子载波对应的多载波功率分别训练，得到每个子载波的分集功率衰减模型，利用实时多载波功率和实时多载波信号平均功率的差值筛选衰减模型，建立子载波分集，根据分集内的不同子载波的距离衰减模型和多载波功率计算得到最终的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，信号粗同步及导频提取；步骤1.1，信号粗同步；步骤1.2，信号解调及导频提取；步骤2，子载波分集模型训练；步骤2.1，多载波功率计算；步骤2.2，子载波分集模型训练；步骤3，基于子载波分集模型的距离计算；步骤3.1，实时平均功率计算；步骤3.2，子载波分集模型的选择；步骤3.3，距离计算；步骤4，位置计算。2.如权利要求1所述的一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，其特征在于：所述步骤1.1是根据采集的多载波信号的协议，采用对应协议下的参考信号与接收信号相关，获取接受信号的起始位置，完成多载波信号的粗同步。3.如权利要求2所述的一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，其特征在于：所述步骤1.2是根据多载波信号的相关参数及步骤1.1检测到的信号起始位置进行信号的解调，提取对应的导频信息。4.如权利要求3所述的一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，其特征在于：所述步骤2.1是根据步骤1.2提取到的多载波信号导频信息，分别计算每一个子载波上的信号接收功率，得到每一个子载波上的多载波功率P
L
。5.如权利要求1所述的一种基于多载波信号的子载波分集精密测距定位方法，其特征在于：所述步骤2.2是根据PLM的基本原理，分别对不同子载波上对应的多载波功率进行训练，得到每一个子载波对应的分集功率衰减模型，PLM的基本结构如下：P
L
＝A
‑
10
·
nlog
1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，刘钊良，周鑫，阮焱林，陈锐志，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：