專利名稱：一種基于脈沖幅度比值指紋的天線陣列單基站定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于脈沖幅度比值指紋的天線陣列單基站定位方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，21世紀的世界將很快從網(wǎng)絡(luò)時代進入無線互聯(lián)時代。新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如WiF1、WiMax> ZigBee、Ad hoc、BlueTooth和UltraWideBand(UWB)，在辦公室、家庭、工廠、公園等大眾生活的方方面面得到了廣泛應(yīng)用，基于無線網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)的應(yīng)用更加具有廣闊的發(fā)展前景。根據(jù)投資銀行Rutberg公司、無線數(shù)據(jù)研究集團和國際數(shù)據(jù)公司等的預(yù)測，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)將在未來的3年內(nèi)達到幾百億甚至上千億美元的營業(yè)收入，而無線定位技術(shù)的應(yīng)用將在其中占有至少上百億美元的份額。除了全球定位系統(tǒng)(GPS)在導(dǎo)航和室外環(huán)境的應(yīng)用定位以外，人們對室內(nèi)定位、短距離定 位等應(yīng)用不甚了解。未來無線定位技術(shù)的趨勢是室內(nèi)定位與室外定位相結(jié)合，實現(xiàn)無縫的、精確的定位?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還不能完全滿足這個要求，而UWB技術(shù)由于功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點，在眾多無線定位技術(shù)中脫穎而出，成為未來無線定位技術(shù)的熱點。目前，UWB定位技術(shù)的理論研究與應(yīng)用開發(fā)在美國與歐洲均受到廣泛的關(guān)注。在美國，已經(jīng)有了廣泛的軍事應(yīng)用，而民用市場也正在發(fā)展之中。目前一個典型的UWB定位系統(tǒng)需要用3個以上參考基站來確定一個UWB標簽的3維位置，為保證精度，所有基站使用時鐘電纜互聯(lián)以保持精確的納秒級別的時間同步。定位參考基站接收定位標簽所發(fā)送的UWB脈沖，測量脈沖到達的時間(TOA)或到達不同基站之間的時間差(TDOA)或到達各個基站的到達角度(AOA)，則可以確定定位標簽到各個參考基站的距離，從而可以通過標簽與參考基站之間的位置關(guān)系確定定位標簽的三維位置。而該系統(tǒng)存在許多誤差源。發(fā)送端的誤差包括待測點傳送代碼序列的處理時間、從MAC層到信道的等待時間以及在物理層比特的傳輸時間；空間傳播誤差主要是無線鏈路的傳播環(huán)境帶來的時延；接收端誤差包括物理層比特的接收時間和代碼序列傳送到應(yīng)用層的時間。此外，還有NLOS影響、接收噪聲與參考點之間的同步以及求解方程帶來的誤差等，都是在設(shè)計系統(tǒng)時需要注意的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于目前現(xiàn)有的TD0A/A0A UffB多參考基站定位機制的局限與不足，本發(fā)明提出了一種基于脈沖幅度比值指紋的基于天線陣列的單參考基站的高精度UWB定位方法，來克服多參考基站系統(tǒng)在安裝部署、時間同步等方面的不足。從而可以降低對系統(tǒng)時鐘精度的要求，降低成本及系統(tǒng)復(fù)雜度，降低安裝與部署的難度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種基于脈沖幅度比值指紋的天線陣列單基站定位方法，包括以下步驟I)建立指紋數(shù)據(jù)庫
(I)從已知入射角Θ發(fā)射UWB信號，測得每個天線接收到的信號強度，找到信號強度最大的兩個天線，并確定所屬的角度區(qū)間；
(2)根據(jù)公式(7)得到一個歸一化的比值R，即R =(最大幅度-次大幅度)/次大幅度，在每個角度區(qū)間內(nèi)，R為一單調(diào)函數(shù)，均勻分布在O I之間；
權(quán)利要求
1.一種基于脈沖幅度比值指紋的天線陣列單基站定位方法，其特征在于，包括以下步驟1)建立指紋數(shù)據(jù)庫(1)從已知入射角Θ發(fā)射UWB信號，測得每個天線接收到的信號強度，找到信號強度最大的兩個天線，并確定所屬的角度區(qū)間；(2)根據(jù)公式(7)得到一個歸一化的比值R，即R=(最大幅度-次大幅度)/次大幅度，在每個角度區(qū)間內(nèi)，R為一單調(diào)函數(shù)，均勻分布在O I之間；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于脈沖幅度比值指紋的天線陣列單基站定位方法，包括以下步驟1)建立指紋數(shù)據(jù)庫2)利用指紋數(shù)據(jù)庫進行AOA估計3)進行TOA估計使用傳統(tǒng)的方法測得TOA，進而計算出距離；4)進行UWB無線定位根據(jù)AOA和TOA估計值，再利用傳統(tǒng)的UWB定位算法，進行基于UWB的無線定位。通過以上方法，使用脈沖幅度的測量替代了以往脈沖到達微量時間差的測量，可以避免因使用微量時間差的測量來計算信號到達角度所需要的高精度時鐘，從而簡化了基站的設(shè)備要求，同時因為幅度的測量比較簡單且精度較高，亦可提高系統(tǒng)的定位精度。仿真的結(jié)果表明，使用脈沖幅度測量來計算AOA的誤差可控制在0.1度以內(nèi)。
文檔編號H04W64/00GK103002576SQ20121042906
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張 浩, 李娟 , 崔學(xué)榮, 吳春雷, 張國平, 王景景, 王辛杰 申請人:中國海洋大學(xué)