[发明专利]稀疏直接定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，特别涉及一种利用无线通信设施进行无线定位的方法。

背景技术

无线定位技术在搜索救援、智能交通、物流管理、地质勘探和国土开发、航海/航空导航等诸多领域都有广泛应用。如今在军事行动和日常生活的各个领域，具有空间位置特性的地理信息发挥着越来越重要的作用，高精度的无线定位技术也越来越受到广泛关注。

在众多无线定位系统中，最著名的是把无线电发射源设置在各种轨道卫星上的定位系统，例如美国的全球定位系统(GPS)、欧洲的伽利略(Galileo)系统、俄罗斯的GLONASS系统以及我国的“北斗”定位系统等，凭借着广域覆盖的巨大优势，将无线电定位技术发展到一个新的高度。尽管卫星定位技术已经在国民经济各个方面得到广泛应用，但是在应用领域由于受到各种接收误差的影响，需要通过其它辅助手段(例如建立差分基准站)才能达到所需的定位精度要求；同时在接收信号受到物理遮挡的情况下常常无法完成导航任务。因此，利用现有和即将建设的庞大的民用无线通信设施进行无线定位，不仅可以弥补卫星定位系统的不足，而且可以作为无线通信高附加值的服务。尤其是在美国联邦通信委员会颁布了E911(Emergency call 911)强制性定位要求后，加上巨大市场利润的驱动，国内外出现了研究移动通信系统终端定位技术的热潮。

受卫星定位系统的影响，当前利用民用通信设施的定位方法绝大多数采用两步定位模式(如图2所示)，即首先估计接收信号的一个或多个特征参数(如信号强度(RSS)、信号到达时间(TOA)、信号到达时间差(TDOA)和信号到达角度(AOA)等)，再根据这些参数估计出移动终端的位置。此类定位模式的定位精度取决于第一步参数估计的精度和第二步位置解算算法的性能。在两步定位模式下，众多研究一直试图从提高参数估计精度和增强定位算法性能两个角度提出改进方案，以达到改善最终定位性能的目的。但不同于卫星定位系统，无线通信网络不是专门为定位设计的系统，其特征参数测量和估计是在完成通信功能的同时进行的，而且在信号格式上一般也没有为定位目的专门设计的定位信息域，难以保证特征参数测量精度，其误差不仅影响定位参数的估计精度，而且会传递到第二步位置解算阶段，引起更大误差。尽管已有大量关于参数估计的论文发表，但因为实际环境的复杂性和随机性，目前还没有在所有环境下都能进行高精度参数估计的一般方法。直接定位方法(Direct Position Determination，DPD)是无线定位领域近几年发展起来的一种定位新模式(如图3所示)，该方法突破了传统两步定位方法的局限，将特征参数检测和定位融为一体，直接利用信号波形进行定位，无需专门的参数估计过程。

目前主流的直接定位方法是Weiss提出的格点搜索方法(Weiss AJ.“Direct position determination of narrowband radio frequency transmitters，”IEEE Signal Processing Letters，2004，Vol.11，No.5，pp.513-516.)。假设有L个已知自身坐标的参考基站参与定位，该方法将第n个基站接收到待定位移动终端发出的信号表示为：

r_n＝α_nθ_ns(t-τ_n(p))+v_n(t)

其中r_n表示接收信号，s(t-τ_n(p))表示信号波形，p表示待定位移动终端的位置。α_n表示移动终端与第n个基站之间的信道衰减。τ_n(p)表示电磁波从移动终端到基站所经历的时延，而θ_n＝[θ_n(0)，…，θ_n(M-1)]^T是第n个基站的天线阵列响应，M表示天线阵元数目。v_n(t)表示噪声矢量。

然后对r_n抽样N_s点，并经离散傅里叶变换得：