專利名稱：一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩網(wǎng)絡定位技術(shù)、超寬帶(UWB)定位技術(shù)，尤其涉及一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法。
背景技術(shù)：
近十年來，蜂窩移動通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出了迅猛發(fā)展的勢頭。隨著第三代CDMA通信技術(shù)的發(fā)展與應用，蜂窩移動通信市場的不斷擴展，移動用戶數(shù)量的急劇增加，蜂窩移動定位服務的重要性逐漸凸現(xiàn)出來。蜂窩移動定位技術(shù)在公共安全服務、犯罪偵察、蜂窩系統(tǒng)設(shè)計、動態(tài)資源管理、位置敏感付費以及船舶管理、導航和智能交通系統(tǒng)等多方面都有廣泛的應用。尤其是在美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)強烈要求所有的無限業(yè)務提供商必須在2001年10月前向E-911公共安全服務系統(tǒng)提供在概率不低于67％的情況下、精度為125米的用戶位置信息后，蜂窩移動定位技術(shù)更是受到了高度重視和深入研究。目前的蜂窩定位技術(shù)主要包括小區(qū)標識(CELL-ID)、信道強度測量、到達角度(AOA)測量、上行到達時間差測量、下行觀察時間差測量、混和測量等多種方式。但由于蜂窩移動通信系統(tǒng)的復雜信號環(huán)境，不可避免的會降低移動定位的精度。因此，不斷提高定位精度算法的研究是一個非常實用又具有挑戰(zhàn)性的課題，它將能進一步促經(jīng)定位業(yè)務的高速發(fā)展。
超寬帶技術(shù)是一種高速、低成本和低功耗的新興無線通信技術(shù)。它的信號是帶寬大于500MHz或基帶帶寬和載波頻率的比值大于0.2的脈沖信號。UWB信號特點說明它在定位上具有低成本、抗多徑干擾、穿透能力強的優(yōu)勢，所以能提供十分精確的定位精度，理論上可以達到厘米級。本發(fā)明就是利用移動臺與一個參考點之間的基于超寬帶技術(shù)確定兩者之間的相對距離來提高蜂窩系統(tǒng)的定位精度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法，從而提高了蜂窩系統(tǒng)中移動終端的定位精度。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法，包括(1)在所述蜂窩系統(tǒng)中測量移動終端的運動速度向量 所述向量包括運動速度的大小 和方向；(2)所述移動終端在超寬帶通信范圍內(nèi)尋找一個參考點O，其中所述參考點O的位置信息(X0，Y0)是已知的；(3)所述移動終端分別在t1、t2時刻測得其與所述參考點O點的距離分別為 相應的向量為 這些向量的方向記作MT→O，其中Δt＝t2-t1，并且在Δt時間內(nèi)，所述移動終端移動的距離為Δd=|v→|·Δt;]]>(4)其中 與 的夾角被記為θ=∠(v→,d1→),]]>通過公式θ=arccos(|d1→|2+(Δd)2-|d2→|22|d1→|·(Δd))]]>得到θ的大小，從而得到所述移動終端的具體位置。
優(yōu)選地，通過超寬帶技術(shù)測量所述移動終端和所述參考點O之間的距離。
優(yōu)選地，Δt為幾十毫秒到幾百毫秒。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的原理圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的基本構(gòu)思，提供一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法，包括步驟
(1)在所述系統(tǒng)中要確定移動終端(MT)的位置時，所述終端可在該系統(tǒng)中利用各種不同的方法測得該MT的運動速度向量 包括運動速度的大小 和方向。
(2)在所述系統(tǒng)中要確定移動終端(MT)的位置時，所述終端在超寬帶通信范圍內(nèi)尋找一個參考點O，該參考點O自身的位置信息是已知，可記為(X0，Y0)，MT和參考點O之間可以直接以UWB技術(shù)通信。因而MT與O點的距離可以測得。MT應該位于以O(shè)點為圓心，以MT與O點的距離為半徑的圓上。
(3)所述MT分別在t1、t2時刻測得該MT與O點的距離分別為 相應的向量為 它的方向記作是MT→O。
(4)步驟(3)中所述t1與t2時刻的時間間隔記為Δt＝t2-t1，這是一個微小的時間間隔，Δt的大小與運動速度有關(guān)，一般可以取幾十毫秒到幾百毫秒。在Δt時間內(nèi)，MT移動的距離記為Δd=|v→|·Δt.]]>(5)步驟(1)中所述 與步驟(3)中所述 的夾角記為θ=∠(v→,d1→),]]>通過三角形邊與角的關(guān)系即θ=arccos(|d1→|2+(Δd)2-|d2→|22|d1→|·(Δd))]]>可以求出θ的大小。通過θ的值就可以定出MT的位置。
下面參照附圖1并結(jié)合實例來描述本發(fā)明的基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的原理圖。
參看圖1，X-Y坐標系上存在點O和點D，它們分別表示參考點及移動終端(MT)的真實位置。蜂窩系統(tǒng)需要測量MT的位置。而點O是用于輔助測量的，并且該點的真實位置是已知的，可記為(X0，Y0)。因此點D是目標點，點O是參考點。
蜂窩系統(tǒng)可以通過各種不同的方法測得MT的運動速度向量 包括運動速度的大小 和方向。
MT和參考點O均支持UWB無線傳輸方式，它們可構(gòu)成一個簡單的獨立的自組織網(wǎng)絡，網(wǎng)絡協(xié)議設(shè)計支持定位功能。采用UWB定位算法可以測得MT和參考點O之間的距離。在t1時刻測得MT與參考點O的距離為 即|DO→|=|d1→|,]]>從圖中可以看出此時MT的位置可能是A1、A2、…A3，B1、B2、…B3等等。
MT運動了一個微小的時間Δt后，在t2時刻再次測量MT與參考點O的距離，這時MT的位置變?yōu)镈′。在t2時刻點D′與參考點O的距離為 即|D′O→|=|d1→|.]]>t2時刻MT的位置可能是A1′、A2′…A3′、B1′、B2′…B3′等等。
在Δt的時間內(nèi)MT移動的距離為|DD′→|=Δd=|v→|·Δt,]]>也即 的大小為Δd。由參考點O及MT在t1、t2時刻的位置D、D′組成的三角形為ΔODD′，其中∠ODD′=∠(d1→,v→)=θ.]]>由參考點O及MT在t1、t2兩個不同時刻的可能位置組成的三角形是ΔOA1A1′或ΔOA2A2′…ΔOA3A3′或ΔOB1B1′或ΔOB2B2′…ΔOB3B3′。設(shè)∠OA1A1′＝θ1，∠OA2A2′＝θ1′，…∠OA3A3′＝θ3，∠OB1B1′＝θ2，∠OB2B2′＝θ2′…。通過三角形邊與角的關(guān)系可以得出∠(d1→,v→)=θ]]>的大小。
由|d2→|2=|d1→|2+(Δd)2-2|d1→|·Δd·cosθ]]>得θ=arccos(|d1→|2+(Δd)2-|d2→|22|d1→|·(Δd))]]>在(θ1，θ1′…θ，θ2，θ2′…)中找出與θ相等的角，同時就可以定出MT的位置。
上面描述了所發(fā)明基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的原理。下面是實例在一定條件下的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明，蜂窩定位精度為100米或50米，但采用本發(fā)明后，定位精度大大提高，可以達到厘米級。隨著移動終端運行速度的提高，定位的精度也隨著提高。而且隨著Δt的增加，定位精度也隨之提高?？傊摲椒ㄌ岣吡硕ㄎ坏木?，也減少了定位的時間。
權(quán)利要求
1.一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法，包括(1)在所述蜂窩系統(tǒng)中測量移動終端的運動速度向量 所述向量包括運動速度的大小 和方向；(2)所述移動終端在超寬帶通信范圍內(nèi)尋找一個參考點O，其中所述參考點O的位置信息(X0，Y0)是已知的；(3)所述移動終端分別在t1、t2時刻測得其與所述參考點O點的距離分別為 相應的向量為 這些向量的方向記作MT→O，其中Δt＝t2-t1，并且在Δt時間內(nèi)，所述移動終端移動的距離為Δd=|v→|·Δt;]]>(4)其中 與 的夾角被記為θ=∠(v→,d1→),]]>通過公式θ=arccos(|d1→|2+(Δd)2-|d2→|22|d1→|·(Δd))]]>得到θ的大小，從而得到所述移動終端的具體位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過超寬帶技術(shù)測量所述移動終端和所述參考點O之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中Δt為幾十毫秒到幾百毫秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于超寬帶技術(shù)提高蜂窩系統(tǒng)定位精度的方法，包括在所述蜂窩系統(tǒng)中測量移動終端的運動速度向量，所述向量包括運動速度的大?。鳎头较?；所述移動終端在超寬帶通信范圍內(nèi)尋找一個參考點O，其中所述參考點O的位置信息(X
文檔編號G01S13/46GK1834688SQ20061007598
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者陶小峰, 張平, 張月霞, 崔琪楣, 余雯, 劉俊, 劉寶玲, 李立華 申請人:北京郵電大學