[发明专利]基于波束空间的低通信量高精度定位方法及系统

说明书

本发明实施例公开一种基于波束空间的低通信量高精度定位方法及系统，能实现高精度低时延的用户定位。方法包括：S1、本地基站接收待定位用户的发射信号，得到高维阵列信号，根据所述高维阵列信号构造波束空间，通过将所述高维阵列信号转换进波束空间，生成低维波束空间信号，并将所述低维波束空间信号传至中心基站；S2、所述中心基站接收所述本地基站传输的低维波束空间信号，将所述低维波束空间信号恢复为高维阵列信号，并利用直接定位算法和高维阵列信号对所述待定位用户进行定位。

技术领域

本发明实施例涉及阵列定位网络领域，具体涉及一种基于波束空间的低通信量高精度定位方法及系统。

背景技术

高精度的用户位置信息在人民日常生产生活和国防军事领域都起着至关重要的作用。目前，基于无线基站的定位网络大多采用两步式定位算法，基本框架如下：各个基站独立接收来自目标用户的信号，在本地完成到达角或到达时间等位置相关参数估计后，再将结果传输到中心基站，中心基站利用几何关系实现用户的定位。

然而根据香农信息处理定理，信号经过中间处理会导致信息耗散，因此传统的两步式定位由于中间参量的估计，无法充分利用接收信号中包含的位置信息，只能达到次优定位性能。此外，在多个目标以及多径信号同时存在的情形下，关联每个用户在各基站的估计结果是一个非常复杂的组合优化问题，遍历搜索的计算复杂度高。

为了解决这些问题，以色列Weiss教授团队在2004年提出了直接定位算法，即各节点将接收到的信号直接传输给中心基站进行定位，数值仿真实验结果显示，直接定位算法在低信噪比下，单目标场景下定位精度提高58％，多目标场景下定位精度提高51％，且随着天线阵列规模的增大，用户定位精度随之提高。

上述直接定位算法的核心思想是联合处理各基站处接收到的阵列信号，因此需要各基站传输阵列信号至中心节点以完成定位。在天线阵列规模日益增大的发展趋势下，基站处接收到的阵列信号维度急速上升，多基站信息融合的通信负担大幅加重，然而紧张的无线频谱资源和定位追踪系统的实时性要求，又对单位响应时间内系统可负担的数据通信量提出了限制，从而导致现有通信系统无法满足高维信号的低时延传输要求。

面对通信资源受限这一约束，一方面，香农信息论确定了系统传输通信速率无法突破的上限，而另一方面，近年来硬件系统芯片技术的快速发展，雾计算和边缘计算等体系架构的提出，使得本地基站具有一定的计算能力，可以利用计算资源补偿通信资源。因此如何设计一种高维阵列信号压缩算法，构造高精度低通信量的阵列定位网络，在本地计算节点先对高维阵列信号进行预处理，在满足定位精度要求下降低传输阵列信号的冗余性，再传输低维信号至中心节点处，利用直接定位算法实现用户定位，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供一种基于波束空间的低通信量高精度定位方法及系统。

一方面，本发明实施例提出一种基于波束空间的低通信量高精度定位方法，包括：

S1、本地基站接收待定位用户的发射信号，得到高维阵列信号，根据所述高维阵列信号构造波束空间，通过将所述高维阵列信号转换进波束空间，生成低维波束空间信号，并将所述低维波束空间信号传至中心基站；

S2、所述中心基站接收所述本地基站传输的低维波束空间信号，将所述低维波束空间信号恢复为高维阵列信号，并利用直接定位算法和高维阵列信号对所述待定位用户进行定位。

另一方面，本发明实施例提出一种基于波束空间的低通信量高精度定位系统，包括：

中心基站和至少一个本地基站；其中，

所述本地基站，用于接收待定位用户的发射信号，得到高维阵列信号，根据所述高维阵列信号构造波束空间，通过将所述高维阵列信号转换进波束空间，生成低维波束空间信号，并将所述低维波束空间信号传至中心基站；