一种校准阵列天线姿态的方法及系统技术方案

本发明专利技术揭示了一种校准阵列天线姿态的方法及系统，所述方法包括以下步骤：精确测量阵列测向天线中心点的真实坐标；获得加速度值；根据加速度值计算阵列天线的俯仰角和横滚角；放置定位标签于阵列天线的周围，测量所述定位标签的真实坐标以及所述定位标签相对于所述阵列天线的方位角θ和俯仰角计算得到定位标签的测量坐标以及测量坐标旋转后的坐标，联合阵列天线的俯仰角、横滚角、定位标签测量坐标以及测量坐标旋转后的坐标计算得到方位角。本发明专利技术通过在阵列天线上安装加速计，综合使用加速度计和定位标签进行校准，提高了校准的效率和准确性，在这种方式下，最少只需要一个标签位置，就能够完成校准工作。就能够完成校准工作。就能够完成校准工作。

【技术实现步骤摘要】
一种校准阵列天线姿态的方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线通信定位
，具体涉及一种校准阵列天线姿态的方法及系统。

技术介绍

[0002]随着室内定位越来越广泛的应用场景和体现出来的巨大的商业价值，涌现了各种定位技术，基于阵列测向的定位方法相对于测距类的定位方法，能够极大的减少基站的部署数量，但是其对阵列天线的姿态比较敏感，对姿态的准确度要求较高，即阵列天线的姿态误差可能会导致比较大的定位偏差。
[0003]为了消除阵列天线安装姿态对定位带来的误差，我们需要严格要求阵列天线的安装姿态，但是这个在实际使用中难度太大，无法大面积使用。对阵列天线姿态进行人工测量比较耗时，而且需要专业设备，成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种综合使用加速度计和定位标签校准阵列天线姿态的方法及系统，可以极大提高校准的效率和准确性，解决了校准阵列天线过程中难度大、成本高、校准方法复杂等问题。
[0005]本专利技术为了实现上述的专利技术目的，提供了一种校准阵列天线姿态的方法，包括：
[0006]精确测量阵列天线中心点A的真实坐标；
[0007]阵列天线上安装加速度计，获得阵列天线的俯仰角p和横滚角r；
[0008]放置定位标签于所述阵列天线的周围，测量所述定位标签的真实坐标Pr以及所述定位标签相对于所述阵列天线的方位角θ和俯仰角
[0009]利用所述阵列测向天线中心点A的真实坐标，所述方位角θ和俯仰角以及所述定位标签的真实坐标Pr计算所述定位标签的测量坐标P；
[0010]得到所述测量坐标P点旋转后的坐标P
’
；
[0011]联合所述俯仰角p、横滚角r以P和P
’
的坐标计算方位角δ。
[0012]可选的，阵列天线上安装的加速度计的坐标系与阵列天线的坐标系重合。
[0013]可选的，获得阵列天线的俯仰角p和横滚角r的过程包括：加速度计在坐标系x、y、z三个方向上获得的加速度值为分别为a
x
,a
y
,a
z
，得到阵列天线的俯仰角p和横滚角r为：
[0014][0015]r＝arctan(a
y
/a
z
)。
[0016]可选的，所述定位标签相对于所述阵列天线的俯仰角范围为20度到50度。
[0017]可选的，所述阵列天线采集数据并上传至服务器，所述服务器对所述定位标签进行测向处理，从而获得所述方位角θ和俯仰角
[0018]所述利用所述阵列测向天线中心点A的真实坐标，所述方位角θ和俯仰角以及所
述定位标签的真实坐标Pr的过程包括：
[0019]利用所述阵列测向天线中心点A的真实坐标(x0,y0,z0)，方位角θ和俯仰角以及所述定位标签的真实坐标Pr(Xr1,Yr1,Zr1)计算所述定位标签的测量坐标P；
[0020]将所述阵列天线中心点A(x0,y0,z0)平移为(0,0,z0)，则所述定位标签的真实坐标Pr也随之变为：(Xr1‑
x0,Yr1‑
y0,Zr1)，记为：(X1,Y1,Z1)；
[0021]当阵列天线位于(0,0,z0)时，定位标签的高度为Z1，则定位标签与阵列天线之间的高度差为z0
‑
Z1，通过方位角θ和俯仰角确定定位标签测量坐标P的坐标点：
[0022][0023]得到所述定位标签的测量坐标P：(x1,y1,z1)，其中z1为定位标签的真实高度。
[0024]得到所述测量坐标P点旋转后的坐标P
’
的过程包括：将所述阵列测向天线中心点A与所述定位标签真实坐标Pr连线获得线段APr，将水平面通过旋转矩阵R旋转后获得一平面，所述线段APr与所述平面的交点为P
’
，则P
’
相对于阵列天线坐标系的位置与P相对于地图坐标系的位置是相同的，故P
’
是P点通过旋转矩阵R旋转后的点；
[0025]通过A点坐标(0,0,z0)、P点坐标(x1,y1,z1)得到：
[0026][0027]由所述定位标签的真实坐标Pr(X1,Y1,Z1)以及AP
’
的长度，计算得到P
’
的坐标记为(x
′1,y
′1,z
′1)。
[0028]可选的，所述联合俯仰角p、横滚角r、P以及P
’
坐标计算方位角的过程包括：
[0029]根据公式：
[0030]R＝R
z
R
y
R
x
[0031]其中，R表示旋转矩阵；
[0032]Rz，Ry，Rx分别表示z、y、x方向上的旋转矩阵；
[0033]δ,p,r分别表示方位角、俯仰角和横滚角；
[0034][0035][0036][0037]因为有P
′
＝RP，所以：
[0038][0039][0040]俯仰角和横滚角p和r已知，设：
[0041][0042]则：
[0043][0044]上式简化为：
[0045][0046]上式变形为：
[0047][0048]所以：
[0049][0050]从而获得方位角δ。
[0051]可选的，所述联合俯仰角p、横滚角r、P以及P
’
坐标计算方位角的过程还可以是：选择多组不同的定位标签的位置，利用多组P和P
’
计算得到方位角δ，从而有：
[0052][0053]设：
[0054][0055][0056][0057]则：
[0058]Am＝b
[0059]上式使用最小二乘法求m：
[0060]m＝(A
T
A)
‑1A
T
b
[0061]求得cos(δ)和sin(δ)，获得方位角δ。
[0062]可选的，还包括：通过旋转矩阵R对定位标签的测量坐标进行校准。
[0063]可选的，所述通过旋转矩阵R对定位标签的测量坐标进行校准包括：
[0064]根据公式：
[0065][0066]当基站位于点A(0,0,z0)，通过测向获得定位标签相对于基站的方位角和俯仰角为计算出定位标签的测量坐标P：
[0067][0068]其中z为定位标签的高度；
[0069]使用旋转矩阵R对定位标签的测量坐标P(x,y,z)进行旋转，得到点P
’
：
[0070][0071]计算基站点A与点P
’
确定的直线与定位标签所在的水平面的交点Pr(X1,Y1,z)；
[0072]结合基站的真实位置，计算得到定位标签的真实位置：(X1+x0,Y1+y0,z)。
[0073]本专利技术还提供了一种校准阵列天线姿态的系统，包括：加速度测量模块、测向模块、计算模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，包括：精确测量阵列天线中心点A的真实坐标；阵列天线上安装加速度计，获得所述阵列天线的俯仰角p和横滚角r；放置定位标签于所述阵列天线的周围，测量所述定位标签的真实坐标Pr以及所述定位标签相对于所述阵列天线的方位角θ和俯仰角利用所述阵列测向天线中心点A的真实坐标，所述方位角θ和俯仰角以及所述定位标签的真实坐标Pr计算所述定位标签的测量坐标P；得到所述测量坐标P点旋转后的坐标P
’
；联合所述俯仰角p、横滚角r、P和P
’
的坐标计算方位角δ。2.如权利要求1所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，阵列天线上安装的所述加速度计的坐标系与所述阵列天线的坐标系重合。3.如权利要求1所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，所述获得所述阵列天线的俯仰角p和横滚角r的过程包括：所述加速度计在坐标系x、y、z三个方向上获得的加速度值为分别为a
x
，a
y
，a
z
，得到所述阵列天线的俯仰角p和横滚角r为：r＝arctan(a
y
/a
z
)。4.如权利要求1所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，所述定位标签相对于所述阵列天线的俯仰角范围为20度到50度。5.如权利要求1所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，所述阵列天线采集数据并上传至服务器，所述服务器对所述定位标签进行测向处理，从而获得所述方位角θ和俯仰角6.如权利要求1所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，所述利用所述阵列测向天线中心点A的真实坐标，所述方位角θ和俯仰角以及所述定位标签的真实坐标Pr的过程包括：将所述阵列天线中心点A(x0，y0，z0)平移为(0，0，z0)，则所述定位标签的真实坐标Pr也随之变为：(Xr1‑
x0，Yr1‑
y0，Zr1)，记为：(X1，Y1，Z1)；当所述阵列天线位于(0，0，z0)时，所述定位标签的高度为Z1，则所述定位标签与所述阵列天线之间的高度差为z0
‑
Z1，通过所述方位角θ和俯仰角确定所述定位标签测量坐标P的坐标点：得到所述定位标签的测量坐标P：(x1，y1，z1)，其中z1为所述定位标签的真实高度。7.如权利要求6所述的一种校准阵列天线姿态的方法，其特征在于，得到所述测量坐标P点旋转后的坐标P
’
的过程包括：将所述阵列测向天线中心点A与所述定位标签真实坐标Pr连线获得线段APr，将水平面通过旋转矩阵R旋转后获得一平面，所述线段APr与所述平面的交点为P
’
；通过A点坐标(0，0，z0)、P点坐标(x1，y1，z1)得到：
由所述定位标签的真实坐标Pr(X1，Y1，Z1)以及AP
’
的长度，计算得到所述P
’
的坐标记为(X
′1，y
′1，z
′1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄令，贾颖焘，张会军，高阳，罗超，杨伟航，
申请(专利权)人：成都四相致新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：