[发明专利]一种基于脉冲幅度比值指纹的天线阵列单基站定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于脉冲幅度比值指纹的天线阵列单基站定位方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展，21世纪的世界将很快从网络时代进入无线互联时代。新兴的无线网络技术，例如WiFi、WiMax、ZigBee、Ad hoc、BlueTooth和UltraWideBand(UWB)，在办公室、家庭、工厂、公园等大众生活的方方面面得到了广泛应用，基于无线网络的定位技术的应用更加具有广阔的发展前景。根据投资银行Rutberg公司、无线数据研究集团和国际数据公司等的预测，网络新技术将在未来的3年内达到几百亿甚至上千亿美元的营业收入，而无线定位技术的应用将在其中占有至少上百亿美元的份额。除了全球定位系统(GPS)在导航和室外环境的应用定位以外，人们对室内定位、短距离定位等应用不甚了解。未来无线定位技术的趋势是室内定位与室外定位相结合，实现无缝的、精确的定位。现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而UWB技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点，在众多无线定位技术中脱颖而出，成为未来无线定位技术的热点。

目前，UWB定位技术的理论研究与应用开发在美国与欧洲均受到广泛的关注。在美国，已经有了广泛的军事应用，而民用市场也正在发展之中。目前一个典型的UWB定位系统需要用3个以上参考基站来确定一个UWB标签的3维位置，为保证精度，所有基站使用时钟电缆互联以保持精确的纳秒级别的时间同步。定位参考基站接收定位标签所发送的UWB脉冲，测量脉冲到达的时间(TOA)或到达不同基站之间的时间差(TDOA)或到达各个基站的到达角度(AOA)，则可以确定定位标签到各个参考基站的距离，从而可以通过标签与参考基站之间的位置关系确定定位标签的三维位置。

而该系统存在许多误差源。发送端的误差包括待测点传送代码序列的处理时间、从MAC层到信道的等待时间以及在物理层比特的传输时间；空间传播误差主要是无线链路的传播环境带来的时延；接收端误差包括物理层比特的接收时间和代码序列传送到应用层的时间。此外，还有NLOS影响、接收噪声与参考点之间的同步以及求解方程带来的误差等，都是在设计系统时需要注意的问题。

发明内容

鉴于目前现有的TDOA/AOA UWB多参考基站定位机制的局限与不足，本发明提出了一种基于脉冲幅度比值指纹的基于天线阵列的单参考基站的高精度UWB定位方法，来克服多参考基站系统在安装部署、时间同步等方面的不足。从而可以降低对系统时钟精度的要求，降低成本及系统复杂度，降低安装与部署的难度。

本发明的技术方案如下：

一种基于脉冲幅度比值指纹的天线阵列单基站定位方法，包括以下步骤：

1)建立指纹数据库：

(1)从已知入射角θ发射UWB信号，测得每个天线接收到的信号强度，找到信号强度最大的两个天线，并确定所属的角度区间；

(2)根据公式(7)得到一个归一化的比值R，即R＝(最大幅度-次大幅度)/次大幅度，在每个角度区间内，R为一单调函数，均匀分布在0～1之间；

R=Fn(θ)-Fn-1(θ)Fn-1(θ)---(7)]]>