[发明专利]一种UWB基站天线相位中心偏差建模与改正的研究方法

说明书

本发明涉及一种UWB基站天线相位中心偏差建模及改正的研究方法。天线相位中心偏差是由于接收天线的电气中心和几何中心不一致引起的，在高精度GNSS定位中，一般会考虑接收机天线相位中心误差的影响，并已有较为成熟的误差改正模型。但是在UWB定位解算中，天线相位中心偏差还没有被考虑进去。而如今UWB定位已达到5‑10厘米甚至更高的精度，天线相位中心偏差误差已成为制约其定位精度的一个重要因素。因此，本发明参考GNSS天线相位中心校正方法，提出了一种高度角相关的UWB天线相位偏差改正模型，以及一套完整的UWB天线相位中心偏差建模及误差改正方法。该方法在UWB定位解算中考虑了天线相位偏差的影响，并有效改正了该项误差，使UWB定位的数学模型更加严密，定位结果更加准确，提高了UWB的定位精度。

技术领域

本发明涉及超宽带(UWB：ultra-wide band)室内导航定位技术数据处理领域，尤其涉及一种用于UWB基站天线相位中心偏差校正方法。

背景技术

近年来，随着高精度室外导航定位技术如全球卫星导航系统(GNSS)的发展，其在军用与民用领域都得到了广泛应用。同时，室内环境下的高精度导航定位技术也成为了各大研究机构与企业的研究热点。与室外定位相比，室内环境的结构更为复杂，人员和障碍物更为密集，且没有稳定而普适的传感器体系。目前常用的室内定位技术包括超宽带(Ultra-wide band),射频识别(Radio-Frequency Identification，RFID)，红外线(Infrared-Ray，IR)，超声波(Ultrasound-Wave)，蓝牙以及无线局域网(Wireless Local Area Networks,WLAN)等技术。

其中，UWB技术是二十世纪中期美国军方开发的一种无线通信技术，21世纪初叶逐步开始转向民用用途。UWB技术具有定位精度高(可达10cm以内)、传输速率高(可达1Gbit/s)、空间容量大、功耗低、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点。能够满足一些高精度室内定位场景的需求，如工业测量、军事训练、人员监管、大型场馆导航等领域。

UWB系统由定位基站和定位标签组成，其原理是通过测量信号由标签到基站间的传播时间测定标签位置。但是由于基站天线相位中心偏差的存在，其几何中心和电气中心并不一致，导致观测值中存在偏差。经测试，该项误差对传播时间的影响可达2ns左右，对距离观测值的影响达能够到几分米，在高精度UWB定位中其影响不可忽略。但是在现有的UWB定位算法研究中，并没有考虑该项误差的影响。

相比之下，GNSS导航定位中对天线相位中心误差的研究已较为成熟。由于不同类型的天线其相位中心误差不同，而同种天线对应不同频率信号的相位中心误差也不同，并且该类误差还与入射信号的角度与强度有关，因此，一般情况下天线相位中心误差很难通过差分的方式消除或减弱。而是事先对不同类型天线的相位中心偏差进行建模，再于定位过程中改正该项误差。近年来，GNSS天线相位中心改正模型不断精化，从相对模型发展到绝对模型，现已相当成熟。天线校正的精度可达0.2至0.4毫米。

发明内容

本发明的目的在于提供一种UWB基站天线相位中心偏差建模与改正方法，能够处理UWB室内导航定位等应用中基站天线相位中心偏差的问题。

本发明参考GNSS天线相位中心误差改正思想，结合UWB系统特点，提出了一种UWB天线相位中心误差建模与改正方法。首先，参考GNSS相位中心改正模型，假设UWB天线相位中心偏差与基站高度角有关。设计实验获取不同高度角下各基站观测值，研究确定UWB天线相位偏差的基本模型。再根据不同天线类型确定模型参数，在UWB定位解算过程中在观测值上改正该项误差。通过该方法对UWB天线相位中心偏差进行建模与改正，使UWB定位的数学模型更为严密，提高了UWB导航定位精度。

为了达到上述目的，本发明提供的方法技术方案为:

一种UWB基站天线相位中心偏差建模与改正方法，包括：

步骤L1：确定UWB基站天线相位中心偏差校正的基本模型；