一種基于多個(gè)基站的精確定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于多個(gè)基站的精確定位方法，屬于手機(jī)基站信息定位技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來隨著蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于手機(jī)基站信息的定位技術(shù)也逐漸 趨于成熟，開始受到更多人的關(guān)注。國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的飛速興起和3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模普及， 使得基站定位技術(shù)必將擁有更廣闊的前景，它現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的增值業(yè)務(wù)之一，能夠帶 來巨大的商業(yè)價(jià)值的同時(shí)，還能夠很好地為個(gè)人和企業(yè)提供服務(wù)，具體包括：基于位置信息 的查詢和發(fā)布、導(dǎo)航以及殘障人士的救助、車輛調(diào)度、交通管理、防盜等。
[0003] 目前，基站定位的主要計(jì)算方法有：
[0004] 1.發(fā)源區(qū)定位（CellofOrigin，C00)，主要根據(jù)移動(dòng)終端所在的區(qū)域標(biāo)識(shí)來確定 其坐標(biāo)位置。該方法的定位精度取決于基站覆蓋區(qū)域的大小，因此，C00定位最簡(jiǎn)單、最容 易實(shí)現(xiàn)，但誤差也最大，一般在200M以上。
[0005] 2.入射角定位（ArrivalofAngle，A0A)，通過基站接受天線陣列測(cè)出移動(dòng)平臺(tái)發(fā) 射電波的入射角，利用兩個(gè)入射角，交會(huì)確定出被測(cè)移動(dòng)臺(tái)的位置，適用于視距傳播情況， 對(duì)設(shè)備要求較高。
[0006] 3.到達(dá)時(shí)間定位（TimeofArrival)與到達(dá)時(shí)間差定位（TimeDifferenceof Arrival，TD0A)均利用移動(dòng)終端信號(hào)達(dá)到多個(gè)地面基站的時(shí)間特征量計(jì)算偽距值，并由距 離交會(huì)的方法進(jìn)行定位解算。其中T0A直接利用信號(hào)從基站至用戶的傳輸時(shí)間特征量得到 偽距值，利用基站位置和偽距值建立球面交會(huì)方程，求解得到用戶的位置；TD0A則利用多 段偽距間的時(shí)間差特征量，通過雙曲面交會(huì)方程求解。
[0007] 4.混合定位技術(shù)，是一種基站與衛(wèi)星系統(tǒng)聯(lián)合的定位方法，包括A-GPS(Assisted GPS)和A_MPS(AssistedMobilePositionSystem)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] -種基于多個(gè)基站的精確定位方法，屬于定位技術(shù)領(lǐng)域。
[0009] 1、一種基于多個(gè)基站的精確定位方法，其特征在于：通過移動(dòng)終端與服務(wù)器端的 數(shù)據(jù)交換來達(dá)到通過基站的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的目的；在此過程中，需要對(duì)基站數(shù)據(jù)進(jìn)行 一系列的篩選工作，同時(shí)對(duì)獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行離散變換以求得最優(yōu)解；求解的過程中會(huì) 根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇合適的物理模型，信號(hào)-距離關(guān)系中最常用的并且涉及到的有對(duì)數(shù)路徑 損耗模型和自由空間損耗模型，以此來確定不同元素的變化趨勢(shì)和相互之間的關(guān)系，并用 模糊數(shù)學(xué)的求解方法確定中間結(jié)果，最后用影響因子模型確定最終的結(jié)果；
[0010] 移動(dòng)終端處理流程：
[0011] 第一步：通過移動(dòng)終端獲取到終端所處在的物理環(huán)境中連接的臨近基站的基本信 息，如基站編號(hào)、信號(hào)強(qiáng)度；
[0012] 第二步：終端對(duì)數(shù)據(jù)不做任何處理，直接發(fā)送給服務(wù)器，等待返回結(jié)果；
[0013] 第三步：終端在收到服務(wù)器傳回的定位數(shù)據(jù)之后顯示在地圖上或者進(jìn)行其他的操 作；
[0014] 服務(wù)器端處理流程：
[0015] 第一步：對(duì)接收到來自客戶端的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；
[0016] 第二步：根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度得到距離每個(gè)基站的距離，通過等比指數(shù)變換等過程得到 推算的距離序列；
[0017] 第三步：逐個(gè)計(jì)算距離序列中值并作出匹配，確定最終的距離并帶入計(jì)算；
[0018] 第四步：查詢各個(gè)基站的經(jīng)緯度以及距離通過數(shù)學(xué)方程求解最終得到終端所在的 推算位置；
[0019] 第五步：將計(jì)算的位置結(jié)果返回給移動(dòng)終端；
[0020] 在服務(wù)器端接收到終端發(fā)來的數(shù)據(jù)時(shí)，首先按照傳輸協(xié)議對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向解 析，得到實(shí)際的數(shù)據(jù)，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)里相關(guān)的表中，同時(shí)對(duì)終端發(fā)來的信息進(jìn)行反饋，在 終端接收到反饋信息才能進(jìn)行接下來的操作；
[0021] 在獲取到數(shù)據(jù)之后接下來就是要進(jìn)行數(shù)據(jù)的求解，在對(duì)數(shù)路徑損耗模型中：
[0022] RSSI=Pt -Pl(D)
[0023] 其中，RSSI為接收信號(hào)強(qiáng)度，是指接收站設(shè)備接收到的無(wú)線信號(hào)的強(qiáng)度；Pt為基站 的發(fā)射功率，其中1G網(wǎng)絡(luò)為43Dbm，2G網(wǎng)絡(luò)為40Dbm;PJD)為距離為D時(shí)的路徑損耗值，具 體求解公式為：
[0024] PL(D) =PL(D0)+10*k*lg(D/D0)+X。（X。為計(jì)算的校正誤差）
[0025] 其中PL(D。）可以利用電磁波在自由空間的損耗模型，衰減公式為：
[0026] Lbf= 32. 5+20*lg(F) +20*lg(D)
[0027] 關(guān)于公式的說明：
[0028] Lbf?為電磁波在自由空間的損耗值；
[0029] F為頻率，其中1G網(wǎng)絡(luò)為900MHz，2G網(wǎng)絡(luò)為1800MHz;D為距離，關(guān)于D。的取值，通 常取值為1M，即l(T3Km作為一個(gè)基準(zhǔn)的參考距離；
[0030] 在計(jì)算過程中，由于在終端實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)是接收電平值，所以還要把其轉(zhuǎn)化為 信號(hào)強(qiáng)度，即由RXL轉(zhuǎn)化到RSSI;
[0031] 在CDMA網(wǎng)絡(luò)中，RSSI的范圍在-llOdbm至-20dbm之間，一般來說，如果 RSSI〈_95dbm，說明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋很差，幾乎沒什么信號(hào)；-95dmb〈RSSI〈-90dbm31Wi 前網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋很弱；RSSI>-90dbm，說明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋較好；一般都是以-90dbm為臨 界點(diǎn)，來初略判斷當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)覆蓋水平；
[0032] 由定義獲得RXL與RSSI的轉(zhuǎn)換公式：
[0033] RSSI=RXL-113
[0034] 公式中選取的值為113符合IP4和ASU的標(biāo)準(zhǔn)；
[0035] 上述模型求解公式中的k為環(huán)境變量值，該值隨著物理環(huán)境的變化而變化，該值 的變化對(duì)距離的最終結(jié)果影響較大；
[0036] 1)距離基站1米處的信號(hào)強(qiáng)度，計(jì)算該值的k= 3,取大眾平均值作為參考；
[0037] 2)網(wǎng)絡(luò)類型決定發(fā)射頻率，值影響較小；
[0038] 信號(hào)強(qiáng)度的損耗值主要與環(huán)境變量k值有關(guān)，k值就可以認(rèn)為是電磁波信號(hào)在實(shí) 際環(huán)境中傳播受各種因素的干擾率，稱之為"環(huán)境變量"，然而對(duì)該環(huán)境變量進(jìn)行實(shí)際的準(zhǔn) 確測(cè)算顯然由于設(shè)備的原因和眾多不確定的因素而顯得不切實(shí)際，但是可以認(rèn)為，在一塊 很小的區(qū)域內(nèi)，該值沒有顯著的變化，則k值是恒定的。所述的很小區(qū)域內(nèi)為移動(dòng)終端所能 連接的主基站和輔基站所圍成的最大區(qū)域，通常所圍成圓形的半徑不超過1000M。
[0039] 對(duì)基站數(shù)據(jù)的篩選過程如下，
[0040] S1、舍棄信號(hào)較差的數(shù)據(jù)；由距離求解公式可以看出在信號(hào)強(qiáng)度由強(qiáng)到弱過程中， 單位變化對(duì)距離的影響是逐漸增大的，在信號(hào)強(qiáng)度很低的情況下，一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度的單位變 化對(duì)距離造成的影響會(huì)被放大很多倍；同時(shí)，隨著距離的增大，接收信號(hào)強(qiáng)度的值也會(huì)因物 理環(huán)境的波動(dòng)而帶有很大的誤差，同樣的環(huán)境，同樣的位置的兩次測(cè)量值可能會(huì)相差幾個(gè) 單位；所以，在數(shù)據(jù)量很充足的條件下，優(yōu)先選擇信號(hào)強(qiáng)度較大的數(shù)據(jù)計(jì)算；
[0041] S2、舍棄小區(qū)號(hào)不同的數(shù)據(jù)；小區(qū)號(hào)不相同時(shí)，在信號(hào)的傳播中所受到的干擾量會(huì) 由于跨小區(qū)而產(chǎn)生很大的波動(dòng)，這種波動(dòng)對(duì)于距離較近并不明顯，但是對(duì)于跨小區(qū)的接收 設(shè)備而言，信號(hào)的偏差量在接收時(shí)會(huì)被放大很多倍，因此此時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度值不僅不準(zhǔn)確，連 相互之間的強(qiáng)弱關(guān)系也可以認(rèn)為是不準(zhǔn)確的，因此這種數(shù)據(jù)應(yīng)該丟棄；
[0042] S3、基站的分布形狀應(yīng)近似圓形；在選取數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)使得有數(shù)據(jù)的基站處于平均分 散的分布狀態(tài)，這樣相互之間的作用均勻，影響較小，同時(shí)在求解上由于橫向與縱向距離的 拉伸會(huì)使得解值的精度提高。
[0043] 對(duì)推算位置的求解過程可以分為如下幾步，
[0044] S1線性變化與指數(shù)變化的疊加；
[0045] S2求出幾個(gè)可能的推算位置；
[0046] S3通過信號(hào)強(qiáng)度的加權(quán)值求得的推算位置；
[0047] S4作比較確定最終唯一的位置坐標(biāo)。
[0048] 線性變化與指數(shù)變化的疊加如下，
[0049] 根據(jù)信號(hào)變化的規(guī)律來看，把信號(hào)作為一個(gè)線性變化的自變量的序列，那么距離 就認(rèn)為是關(guān)于信號(hào)強(qiáng)度線性變化的因變量，其變化的趨勢(shì)是指數(shù)形態(tài)；所以，對(duì)信號(hào)強(qiáng)度 采用等比值的縮放的線性變化的過程中，距離要呈現(xiàn)指數(shù)的變化才符合實(shí)際的規(guī)律；不過 在自然實(shí)際的環(huán)境下所受到的干擾力只會(huì)使得變化的細(xì)微趨勢(shì)會(huì)上下有所波動(dòng)，整體則不 變；
[0050] 在使用信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，對(duì)一組測(cè)量數(shù)值可以進(jìn)行等比的離散化，對(duì)離散化的信號(hào)強(qiáng) 度數(shù)值求解得到對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)。
[0051] 求可能的位置；
[0052] 根據(jù)三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和未知的點(diǎn)分別距離這三個(gè)點(diǎn)的距離，可以求得該未知點(diǎn)的坐 標(biāo)；
[0053] 具體的求解方法如下：
[0054] S1、根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和距離未知點(diǎn)的距離可以列出三個(gè)圓的方程，其中圓心為 已知點(diǎn)的坐標(biāo)，半徑則為距離未知點(diǎn)的距離大??；可以斷定，該未知的點(diǎn)一定在該圓的圓周 上；
[0055] S2、由三個(gè)圓方程求交點(diǎn)，該交點(diǎn)則為所要求的未知點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0056] 信號(hào)強(qiáng)度有波動(dòng)，并且距離與信號(hào)強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系也會(huì)有所偏差，所以，在實(shí)際的 計(jì)算中，所列出的三個(gè)圓的方程并不能相交于一點(diǎn)；但是通過將信號(hào)離散化后所形成的一 組距離值，可以形成很多組圓的方程，每組有三個(gè)圓的方程，若該組的三個(gè)方程可以做到相 交于一點(diǎn)，或者比較逼近于一點(diǎn)，則采用該組的距離值和求得的未知點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0057] 位置數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單糾正；
[0058] 在位置的求解過程中，可能會(huì)產(chǎn)生一組位置值，對(duì)于位置數(shù)據(jù)的