一种多点定位方法及装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201611035658.1

申请日:

2016.11.22

公开号:

CN106535128A

公开日:

2017.03.22

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):H04W 4/02申请日:20161122|||公开

IPC分类号:

H04W4/02(2009.01)I; H04W64/00(2009.01)I; H04B7/26

主分类号:

H04W4/02

申请人:

四川九洲电器集团有限责任公司

发明人:

谢京华; 邓洪有; 高晓利

地址:

621000 四川省绵阳市科创园区九华路6号

优先权:

专利代理机构:

北京同达信恒知识产权代理有限公司 11291

代理人:

黄志华

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内容摘要

本发明公开了一种多点定位方法及装置。所述方法包括:接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位置信息确定所述目标设备的位置。通过这样的方式,提供了一种可以用于位置会移动的基站的新的多点定位方法。

权利要求书

1.一种多点定位方法,包括:
接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在
所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着时间的变化而变
化,所述M为大于等于3的整数;
根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位置信息,确定所
述目标设备的位置。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据每个所述基站的接收时刻以及每个
所述基站在所述接收时刻的位置信息确定所述目标设备的位置,包括:
在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述第一时刻每个所述基站的第一位置信
息;
基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所述目标设备的位置。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述确定所述目标设备的位置,包括:
获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其中所述第一个基站为所述M个基站中
任意一个基站;
获取所述目标设备到除所述第一个基站外的M-1个基站的M-1个第二距离;
获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距离差;
确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极值点
为所述目标设备的位置坐标。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述确定由所述M-1个距离差形成的一曲面
上距离坐标原点最近的一极值点,包括:
在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长逐步移动到第一坐标
点;
判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件;
当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐标点
为所述极值点。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述预设条件时,通过预设修正值对
所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第二坐标点以第二移动步长逐步移动
到第三坐标点;
判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;
当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第三坐
标点为所述极值点。
6.一种多点定位装置,包括:
接收模块,用于接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接
收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着
时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;
确定模块,用于根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位
置信息,确定所述目标设备的位置。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述确定模块具体用于:
在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述第一时刻每个所述基站的第一位置信
息;
基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所述目标设备的位置。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述确定模块具体用于:
获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其中所述第一个基站为所述M个基站中
任意一个基站;
获取所述目标设备到除所述第一个基站外的M-1个基站的M-1个第二距离;
获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距离差;
确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极值点
为所述目标设备的位置坐标。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,所述确定模块还用于:
在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长向所述极值点移动到第
一坐标点;
判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件;
当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐标点
为所述极值点。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述确定模块还用于:
当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述预设条件时,通过预设修正值对
所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第二坐标点以第二移动步长向所述极
值点移动到第三坐标点;
判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;
当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第三坐
标点为所述极值点。

说明书

一种多点定位方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种多点定位方法及装置。

背景技术

多点定位的方式是现在常用的用来对航空器的监视手段,可以使用在航路、机场
场面监视中,通过这种多点定位方式可以解决这些机场监视效率不高的问题,同时能够提
高飞机和车辆在机场场面的安全性。并且这种多点定位方式还可以扩展应用在海上舰船
中,可以实现对直升机、私人飞机、游艇等目标进行区域定位与监视。

本发明发明人发现现有的电子设备存在如下缺陷:

现有技术中,这种多点定位方式只适用于各个基站是固定基站的情况,即现有技
术中各个基站的位置不随时间的变化而变化,并且各个基站的位置坐标是已知的。但是实
际操作过程中并非所有的基站的位置都是固定的,对于位置会移动的基站,还没有相应的
多点定位方法。

发明内容

本发明提供一种多点定位方法及装置,用以提供一种可以用于位置会移动的基站
的新的多点定位方法。

本发明第一方面提供了一种多点定位方法,包括:

接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以
及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着时间的变化
而变化,所述M为大于等于3的整数;

根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位置信息确
定所述目标设备的位置。

可选的,所述根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的
位置信息确定所述目标设备的位置,包括:

在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述第一时刻每个所述基站的第一位
置信息;

基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所述目标设备的位置。

可选的,所述确定所述目标设备的位置,包括:

获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其中所述第一个基站为所述M个基
站中任意一个基站;

获取所述目标设备到除所述第一个基站外的M-1个基站的M-1个第二距离;

获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距离差;

确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极
值点为所述目标设备的位置坐标。

可选的,所述确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极
值点,包括:

在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长向所述极值点移动
到第一坐标点;

判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件;

当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐
标点为所述极值点。

可选的,所述方法还包括:

当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述预设条件时,通过预设修正
值对所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;

使所述第二坐标点以第二移动步长向所述极值点移动到第三坐标点;

判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;

当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第
三坐标点为所述极值点。

本发明第二方面提供了一种多点定位装置,包括:

接收模块,用于接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息
的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置
随着时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;

确定模块,用于根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻
的位置信息,确定所述目标设备的位置。

可选的,所述确定模块具体用于:

在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述第一时刻每个所述基站的第一位
置信息;

基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所述目标设备的位置。

可选的,所述确定模块具体用于:

获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其中所述第一个基站为所述M个基
站中任意一个基站;

获取所述目标设备到除所述第一个基站外的M-1个基站的M-1个第二距离;

获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距离差;

确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极
值点为所述目标设备的位置坐标。

可选的,所述确定模块还用于:

在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长向所述极值点移动
到第一坐标点;

判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件;

当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐
标点为所述极值点。

可选的,所述确定模块还用于:

当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述预设条件时,通过预设修正
值对所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第二坐标点以第二移动步长向所
述极值点移动到第三坐标点;

判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;

当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第
三坐标点为所述极值点。

本发明实施例中的技术方案具有如下有益效果:

在本发明实施例中,M个所述基站的位置随着时间的变化而变化,接收M个基站发
送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个
所述基站的位置信息;并根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻
的位置信息,确定所述目标设备的位置。通过这样的方式提供一种可以用于位置会移动的
基站的新的多点定位方法,相对于现有技术中基站的位置固定不变并且每个基站位置信息
已知的情况,本申请的提供的方案具有普适性。

附图说明

图1为本发明一实施例中的一种多点定位方法的流程图;

图2为本发明一实施例中的一种多点定位系统的结构图;

图3为通过本发明一实施例提供的一种多点定位方法获得的目标设备的点迹与目
标设备的真实点迹的对比图;

图4为本发明一实施例中的一种多点定位装置的结构图;

图5为本发明一实施例中的一种多点定位系统的结构图。

具体实施方式

本发明提供一种多点定位方法及装置,用以提供一种可以用于位置会移动的基站
的新的多点定位方法。

本发明实施例中的技术方案的总体思路如下:

在本发明实施例中,M个所述基站的位置随着时间的变化而变化。接收M个基站发
送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个
所述基站的位置信息;并根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻
的位置信息,确定所述目标设备的位置。通过这样的方式提供一种可以用于位置会移动的
基站的新的多点定位方法。

为了更好的理解上述技术方案,下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案
进行详细的说明,应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的
详细的说明,而不是对本发明技术方案的限定,在不冲突的情况下,本发明实施例以及实施
例中的技术特征可以相互组合。

请参考图1所示,为本发明一实施例中的一种多点定位方法的流程图。该方法包
括:

步骤101:接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收
时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着时
间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;

步骤102:根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位
置信息确定所述目标设备的位置。

可选的,本发明提供的多点定位方法可以应用在航路、机场等场面监视中,能够检
测飞机、车辆等在检测区域的位置以提高安全性。此外,还可以扩展应用在海上舰船编队
中,实现对直升机、私人飞机、游艇等目标进行区域定位与监视。在不同的应用场景,目标设
备和基站是不同的,例如在海上舰船编队中,基站可以是每个舰船,目标设备可以是直升
机、游艇等设备。

可选的,在实际操作过程中,在整个多点定位系统中,包含的设备可以有很多,请
参考图2所示,为多点定位系统的结构图。在图中,用来获取目标设备发送的目标信息的M个
基站、用来处理数据的中心处理站,以及其它辅助设备例如参考设备、询问基站、数据链设
备等。它们之间协同配合。例如询问基站可以接收中心处理站的询问信号并将该询问信号
发送给每个目标设备,当目标设备接收到询问信号后将自己的目标信息发送给各个基站。
参考设备可以作为整个多点定位系统的参照物。数据链设备用来传输数据信息例如可以是
无线通信设备等。中心处理站可以进行数据处理并输出经过数据处理后得到的目标设备的
轨迹信息。

在执行步骤101之前,可以控制涉及到的各个设备之间时间同步。具体的实现方式
可以是通过卫星授时、GPS时间同步等方式实现时间同步。

当各个设备之间实现时间同步之后,开始执行步骤101,即接收M个基站发送的每
个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基
站的位置信息。

可选的,如果目标设备不主动向外界发送自己的目标信息,这种情况下,可以设置
询问基站,通过该询问基站周期性的向目标设备发送一询问信号,当目标设备接收到所述
询问信号之后,开始向各个基站发送其自身目标信息。当然,这里提到的目标设备向各个基
站发送的目标信息可以是目标设备的种类、型号等一切可以表征目标设备的信息。

当然,目标设备发送的目标信息的频率可以根据实际情况而设定,例如可以设置
询问基站以一定的周期例如每秒2次向目标设备发送询问信号,所以目标设备会以所述周
期向各个基站发送目标设备的目标信息。

之后,M个基站会接收到由目标设备发送的目标信息,由于每个基站所在的位置不
同,当然离目标设备的距离远近也不同,所以各个基站接收到目标设备发送的目标信息的
时间也不同。例如,1号基站距离目标设备比较远,那么它接收到目标设备发送的目标信息
的时间可能是00:08s,而2号基站距离目标设备比较近,那么它接收到目标设备发送的目标
信息的时间可能是00:05s。

在M个基站接收目标设备发送的目标信息的同时,每个基站会记录下接收到目标
设备发送的目标信息的接收时刻,同时,由于每个基站的位置都是随时间变化的,所以每个
基站会在所述接收时刻获取基站自身的位置信息。例如,1号基站接收到目标设备发送的目
标信息的时间是00:08s,1号基站可以将00:08s记录下来,同时1号基站会在00:08s获取1号
基站自己当前所处的位置信息,例如1号基站在00:08s时位于坐标为(X1,Y1,Z1)的位置处。
再例如,2号基站接收到目标设备发送的目标信息的时间可能是00:05s,那么2号基站可以
将00:05记录下来,同时2号基站会在00:05s时获取2号基站自己当前所处的位置信息,例如
2号基站在00:05s时位于坐标为(X2,Y2,Z2)的位置处。

紧接着,各个基站可以将接收目标设备发送的目标信息的接收时刻以及在所述接
收时刻每个基站自身的位置信息发送数据处理中心例如中心处理站进行下一步处理。请继
续结合图2理解,各个基站记录下了接收目标设备发送的目标信息的接收时刻以及在所述
接收时刻各个基站自身的位置信息,然后将所述接收时刻和各个基站自身的位置信息通过
数据链设备发送个中心处理器,由中心处理站进行下一步处理。

当执行完步骤101之后,开始执行步骤102,即根据每个所述基站的接收时刻以及
每个所述基站在所述接收时刻的自身的位置信息确定所述目标设备的位置。

可选的,这里提到的根据每个基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻
的位置信息确定所述目标设备的位置的方式可以是,在所述接收时刻中确定第一时刻,并
确定在所述第一时刻每个所述基站的第一位置信息,基于所述第一时刻和所述第一位置信
息,确定所述目标设备的位置。

由于目标设备可以以一定周期向基站发送信息的,那么每个基站必定会多次接收
到目标设备发送的目标信息。例如,目标设备以每秒2次的频率向基站发送信息。例如,对于
目标设备第一次发送的信息,1号基站是在00:08s接收到的目标信息,同时1号基站在00:
08s获取到1号基站自身的位置坐标为(X1,Y1,Z1),对于目标设备第二次发送的信息,1号基
站是在00:07s接收到的目标信息,同时1号基站在00:07s获取到自身的位置坐标为(X1’,
Y1’,Z1’)。

对于其它基站也是同样的方式,为了方便理解,请参考表1所示。



表1

表1中记录了1、2、3号基站在每次接收到目标设备发送的目标信息时的接收时刻
以及在所述接收时刻每个基站的位置坐标。表中只列举了三个基站的情况,是为了方便理
解,但不限于三个基站的情况。

之后,在所有的接收时刻中确定出第一时刻,其中一种较佳的方式可以是,首先可
以将各个基站中接收时刻相同的时刻作为第一时刻,对于没有所述第一时刻的部分基站可
以通过数学拟合的方式或者插值法获取所述部分基站的第一时刻。举例来说,根据表1可以
看出2号基站和3号基站都有接收时刻为00:05s的情况,所以可以确定00:05s为第一时刻。
但是1号基站并没有接收时刻为00:05s的情况,所以可以通过数学拟合法或者数学插值法
在1号基站的接收时刻00:08、00:07、00:06的数据中估测出1号基站在接收时刻为00:05s的
情况,例如可以在已知数据即00:08、00:07、00:06三个时刻以及在所述三个时刻时1号基站
的位置信息的情况下通过拟合法获得数学图形估测出1号基站在00:05s时的位置信息。例
如估测出在00:05s时1号基站的第一位置信息是(X1,Y1,Z1)。通过这样的方式,可以在所述
接收时刻中确定出第一时刻例如00:05s,并且确定出在所述第一时刻每个基站的第一位置
信息,例如在00:05s,1号基站的第一位置信息为(X1,Y1,Z1),2号基站的第一位置信息为
(X2,Y2,Z2),3号基站的第一位置信息为(X3,Y3,Z3)。

当然,在所有的接收时刻中确定出第一时刻还有其它的方式,例如在所有接收时
刻中任意确定一个时刻作为第一时刻,然后,对于没有所述第一时刻的部分基站,可以采用
类似于上述数学插值或者拟合的方式获取第一时刻。

通过以上的描述可以看出,本发明提供的多点定位的方法也可以用于固定基站的
情况,只是每个基站每次获取的位置信息是固定值。当然也可以用于M个基站中部分基站是
固定基站,部分是位置移动的基站的情况。还可以用于M个基站均是位置移动的基站的情
况。

通过上述的步骤,可以确定出第一时刻时,以及在所述第一时刻每个基站的第一
位置信息。然后基于所述第一时刻以及所述第一位置信息,确定目标设备的位置。

下面介绍确定目标设备位置的可能的实现方法。

可选的,上述确定目标设备位置的方式可以是获取所述目标设备到第一个基站的
第一距离,其中所述第一个基站为所述M个基站中任意一个基站;获取所述目标设备到除所
述第一个基站外的M-1个基站的M-1个第二距离;获取所述第一距离与所述M-1个第二距离
之间的M-1个距离差;确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值
点,所述极值点为所述目标设备的位置坐标。

可选的,在所述获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距离差之
前,首先可以给M个基站分别标号,例如1号基站、2号基站一直到M号基站。标号的顺序可以
是任意的,即M个基站中具体哪一个作为1号基站,哪一个作为2号基站不做限定。当每个基
站的顺序标定好以后,开始获取目标设备到所述M个基站中各个基站的距离与到第1个基站
的距离差函数,具体的获取方式可以是通过理论计算,当然还可以是通过计算机模拟的方
式。

举例来说,可以假设目标设备的位置坐标为(x,y,z),在确定第一时刻例如第一时
刻为00:05s,以及在所述第一时刻,各个基站的第一位置信息的情况下,那么可以获取目标
位置坐标到1号基站、2号基站、3号基站的距离。

例如目标设备到2号基站的距离可以通过来表示。

而目标设备到1号基站的距离可以通过来表示,那么目
标设备到2号基站和到1号基站的距离差可以通过下式表示:


同样的,目标设备到3号基站的距离可以通过来表示。那
么目标设备到3号基站与到1号基站之间的距离差可以通过下式表示:


同样,目标设备到M个基站中的第i+1个基站与到第1个基站之间的距离差可以为,


其中,i为从1到M-1的整数。因此这样的距离差共有M-1个。为了说明书的简洁,在
此不一一列出。

在获取到M-1个距离差之后,确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原
点最近的一极值点,所述极值点为所述目标设备的位置坐标。

可选的,确定由所述M-1个距离差形成的一曲面的方式可以是将上述M-1个距离差
通过最速下降法获得


确定F(x,y,z)在空间坐标系中形成一曲面。

可选的,上述确定所述M-1个距离差形成的一曲面的方式还可以是除最速下降法
之外的其它方式例如计算机模拟等,本发明不作具体的限定。

之后,确定所述曲面上距离坐标原点最近的极值点,所述极值点为所述目标设备
的位置坐标。下面介绍确定曲面上距离坐标原点最近的一极值点的可能的实现方式。

可选的,在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长向所述极
值点移动到第一坐标点;判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件;
当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐标点为所
述极值点。

以下的举例将继续以上述通过最速下降法确定F(x,y,z)形成的一曲面为例。可选
的,在F(x,y,z)的定义域内确定一初始点(x0,y0,z0),所以这个初始点一定是位于所述曲面
上的,之后使所述初始点以第一移动步长逐步移动到第一坐标点(x1,y1,z1)。

对于第一移动步长的可能的获取方式为,可以利用公式(3)变形而得,具体为:

令其中,T表示转置矩阵,以初始点(x0,y0,z0)作为解的一个近似
值,获取F(x,y,z)在此点的梯度方向即向所述极值点移动的方向为:G=(g10,g20,g30)T,其




假设第一移动步长用λ来表示。移动的方式可以是对于初始点横纵坐标分别移动,

这样的话,得到的新坐标点即第一坐标点(x1,y1,z1)就是极值点。具体的,将(x1,
y1,z1)带入上述公式(8),则F中含有变量λ,第一移动步长λ的获取方式可以是,

令然后获得:



通过这样的方式,可以获得与初始点对应的第一移动步长λ。这里需要说明的是,
对于上述第一移动步长的获取方式不限于上述方式,还可以通过其它的方式获取,例如事
先预定好的移动步长,具体的实现方式本发明不作限定。

当在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一移动步长向所述极值点移
动到第一坐标点之后,判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件。

可选的,上述预设条件是系统总体要求的误差因子,不同的设备具体的误差因子
不同。可以是预设的具体的值,也可以是通过计算获取的精确值。当所述第一坐标点与所述
初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第一坐标点为所述极值点。这样的话,所述
极值点就是目标设备的位置坐标。

可选的,判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是否满足预设条件其中一种
方式可以是第一坐标点(x1,y1,z1)与初始点(x0,y0,z0)的差x1-x0=e1,y1-y0=e2,z1-z0=e3,
而e1、e2、e3都是小于系统误差因子,那么所述第一坐标点与所述初始点之间的差就满足预
设条件。另一种可能的实现方式可以是|δx|+|δy|+|δz|≤ε,其中,δx=x1-x0、δy=y1-y0、δz
=z1-z0,ε是系统误差因子。当第一坐标点与初始点之间的差满足|δx|+|δy|+|δz|≤ε时,代
表满足预设条件。

可选的,当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述预设条件时,通过
预设修正值对所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第二坐标点以第二移动
步长向所述极值点移动到第三坐标点。之后继续判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之
间的差是否满足所述预设条件;当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预
设条件时,确定所述第三坐标点为所述极值点。

可选的,上述预设修正值可以是根据经验预先设定的值,也可以是通过计算获得
的精确值。下面介绍通过计算获取所述修正值的方法。

令fi(x,y,z)=Ri+1-R1,然后对其在初始点处进行泰勒展开并忽略二阶以上的分
量,得到KΔ=h+ε,其中:


通过上述公式获得加权最小二乘解Δ=(KTQ-1K)KTQ-1(h+ε),其中,RM,1为目标设备
到第M个基站与到第1个基站的距离差的观测值,Ri+1-R1为目标设备到第i个基站与到第1个
基站的距离差的真实值,其中,i为从1到M-1的整数。K为测量系数,ε为系统的误差因子,Q为
接收时间差的协方差矩阵,该协方差矩阵可以通过Q=c2ABA获得,其中,c为光速,A为对角
矩阵,其对角线上的矩阵元分别为R3,12,R4,12,一直到RM,12,B也为对角矩阵,其对角线上的矩
阵元分别为δ3,12,δ4,12,一直到δM,12。其中,δM,1为第M个基站与到第1个基站的径向距离测量
误差值。加权最小二乘解Δ即可作为上述修正值。

那么当第一坐标点与初始点之间的差不满足预设条件时,通过预设修正值例如上
述Δ,对所述第一坐标点进行修正,获得第二坐标点,修正的方式可以是使所述第一坐标点
(x1,y1,z1)的横纵坐标分别减去修正值Δ,以获得第二坐标点(x2,y2,z2)。在获取到第二坐
标点之后,还需要确定第二移动步长。当所述第二坐标点以第二移动步长移动到第三坐标
点(x3,y3,z3)时,再次判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足预设条件,
如果满足,那么确定所述第三坐标点为所述极值点,即目标设备的位置。

可选的,上述获取第二移动步长方式可以与上述获取第一移动步长的方式类似。
即以第二坐标点(x2,y2,z2)替换初始点作为解的一个近似值,以第三坐标点(x3,y3,z3)替换
第一坐标点(x1,y1,z1),得到具体g10’,g20’,g30’重复公式(5)-(7)获得,λ’重
复公式(9)获得。

可选的,判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足预设条件的方
式也可以和上述判断第一坐标点与初始点之间差是否满足预设条件的方式类似。即只需要
将第三坐标点(x3,y3,z3)替换上述第一坐标点(x1,y1,z1),将第二坐标点(x2,y2,z2)替换初
始点(x0,y0,z0)即可。为了说明书的简洁,在此不做赘述。

可选的,如果所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差还是不满足预设条件,
那么继续对所述第三坐标点进行修正,修正值的获取方式可以与上述获取修正值的方式相
同,只需将第三坐标点(x3,y3,z3)替换初始点(x0,y0,z0),对fi(x,y,z)=Ri+1-R1在第三坐标
点处泰勒展开并获取第一加权最小二乘解即可。所述第一加权最小二乘解就是对第三坐标
点进行修正的第一修正值,通过所述第一修正值对第三坐标点修正获得第四坐标点,再次
判断第四坐标点与第三坐标点之间的差是否满足预设条件。直到获取到满足预设条件的坐
标点为止。采取上述方式的目的是,为了获得目标设备的精确位置。

需要说明的是,完成上述所有步骤之后,获取到的目标位置只是一个坐标点,如果
想要获取到目标在一段时间内的运动轨迹的话,还需要获取不同于第一时刻的第二时刻,
以及在所述第二时刻各个基站自身所处的第二位置信息。并基于所述第二时刻以及第二位
置信息,确定目标设备的另一个位置坐标。当获取不同时刻下,目标设备的多个位置坐标
时,就可以获得目标设备的移动轨迹。请参考图3所示,为通过本发明一实施例提供的一种
多点定位方法获得的目标设备的点迹与目标设备的真实点迹的对比图。图中由实点形成的
轨迹代表目标设备的真实点迹,由虚线形成的轨迹代表基站的移动轨迹,由圆圈形成的轨
迹代表通过该多点定位方法得到的目标设备的点迹,其中目标设备可以是直升机、游艇、车
辆等设备,由图3可以看出,通过该多点定位方法得到的目标设备的点迹与目标设备的真实
点迹很好的吻合。

通过以上的描述,可以看出,在本申请的技术方案中,M个所述基站的位置随着时
间的变化而变化。接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收
时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;并根据每个所述基站的接收时刻以
及每个所述基站在所述接收时刻的位置信息,确定所述目标设备的位置。通过这样的方式
提供一种可以用于位置移动的基站的新的多点定位方法。相对于现有技术中基站的位置固
定不变并且每个基站位置信息已知的情况,本申请的提供的方案具有普适性。

基于同样的发明构思,本发明第二方面提供一种多点定位装置,其结构图请参考
图4所示,该装置包括:

接收模块201,用于接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信
息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位
置随着时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;

确定模块202,用于根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收
时刻的位置信息,确定所述目标设备的位置。

可选的,确定模块202具体用于:在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述
第一时刻每个所述基站的第一位置信息;基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所
述目标设备的位置。

可选的,确定模块202具体用于:获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其
中所述第一个基站为所述M个基站中任意一个基站;获取所述目标设备到除所述第一个基
站外的M-1个基站的M-1个第二距离;获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个
距离差;确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极值
点为所述目标设备的位置坐标。

可选的,确定模块202还用于:在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第
一移动步长向所述极值点移动到第一坐标点;判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差
是否满足预设条件;当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定
所述第一坐标点为所述极值点。

可选的,确定模块202还用于:当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所
述预设条件时,通过预设修正值对所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第
二坐标点以第二移动步长向所述极值点移动到第三坐标点;

判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;

当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第
三坐标点为所述极值点。

可选的,该多点定位装置例如集成在前述中心处理站中。

本实施例中的多点定位装置与前述图1-3所示的多点定位方法是基于同一构思下
的发明,通过前述对多点定位方法及其变化形式的详细描述,本领域技术人员可以清楚的
了解本实施例中多点定位装置的实施过程,所以为了说明书的简洁,在此不再赘述。

基于同样的发明构思,本发明第三方面提供一种多点定位系统,请参考图5所示,
为本发明实施例提供的一种多点定位系统的结构图,该系统包括:

接收器301,用于接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息
的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置
随着时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;

处理器302,用于根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时
刻的位置信息,确定所述目标设备的位置。

可选的,处理器302具体用于:在所述接收时刻中确定第一时刻,并确定在所述第
一时刻每个所述基站的第一位置信息;基于所述第一时刻和所述第一位置信息,确定所述
目标设备的位置。

可选的,处理器302具体用于:获取所述目标设备到第一个基站的第一距离,其中
所述第一个基站为所述M个基站中任意一个基站;获取所述目标设备到除所述第一个基站
外的M-1个基站的M-1个第二距离;获取所述第一距离与所述M-1个第二距离之间的M-1个距
离差;确定由所述M-1个距离差形成的一曲面上距离坐标原点最近的一极值点,所述极值点
为所述目标设备的位置坐标。

可选的,处理器302还用于:在所述曲面上确定一初始点,并使所述初始点以第一
移动步长向所述极值点移动到第一坐标点;判断所述第一坐标点与所述初始点之间的差是
否满足预设条件;当所述第一坐标点与所述初始点之间的差满足所述预设条件时,确定所
述第一坐标点为所述极值点。

可选的,处理器302还用于:当所述第一坐标点与所述初始点之间的差不满足所述
预设条件时,通过预设修正值对所述第一坐标点进行修正获得第二坐标点;并使所述第二
坐标点以第二移动步长向所述极值点移动到第三坐标点;

判断所述第三坐标点和所述第二坐标点之间的差是否满足所述预设条件;

当所述第三坐标点与所述第二坐标点之间的差满足所述预设条件时,确定所述第
三坐标点为所述极值点。

可选的,处理器302可以是通用的中央处理器(CPU)或特定应用集成电路(英文:
Application Specific Integrated Circuit,简称:ASIC),可以是一个或多个用于控制程
序执行的集成电路,可以是使用现场可编程门阵列(英文:Field Programmable Gate
Array,简称:FPGA)开发的硬件电路,可以是基带处理器。

可选的,本发明实施例提供的多点定位系统还可以包括存储器,例如只读存储器
(英文:Read Only Memory,简称:ROM)、随机存取存储器(英文:Random Access Memory,简
称:RAM)和磁盘存储器中的一种或多种。如果是随机存取存储器,可以静态随机存取存储器
也可以是动态随机存取存储器。

本实施例中的多点定位装置与前述图1-3所示的多点定位方法是基于同一构思下
的发明,通过前述对多点定位方法及其变化形式的详细描述,本领域技术人员可以清楚的
了解本实施例中多点定位系统的实施过程,所以为了说明书的简洁,在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形
式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计
算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精
神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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一种多点定位方法及装置.pdf_第2页
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资源描述

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本发明公开了一种多点定位方法及装置。所述方法包括:接收M个基站发送的每个所述基站接收目标设备发送的目标信息的接收时刻,以及在所述接收时刻,每个所述基站的位置信息;其中,每个所述基站的位置随着时间的变化而变化,所述M为大于等于3的整数;根据每个所述基站的接收时刻以及每个所述基站在所述接收时刻的位置信息确定所述目标设备的位置。通过这样的方式,提供了一种可以用于位置会移动的基站的新的多点定位方法。。

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