一种基于脉冲幅度比值指纹的天线阵列单基站定位方法

摘要

本发明公开了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：2)利用指纹数据库进行AOA估计：3)进行TOA估计：使用传统的方法测得TOA，进而计算出距离；4)进行UWB无线定位：根据AOA和TOA估计值，再利用传统的UWB定位算法，进行基于UWB的无线定位。通过以上方法，使用脉冲幅度的测量替代了以往脉冲到达微量时间差的测量，可以避免因使用微量时间差的测量来计算信号到达角度所需要的高精度时钟，从而简化了基站的设备要求，同时因为幅度的测量比较简单且精度较高，亦可提高系统的定位精度。仿真的结果表明，使用脉冲幅度测量来计算AOA的误差可控制在0.1度以内。

主权项

一种基于脉冲幅度比值指纹的天线阵列单基站定位方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立指纹数据库：(1)从已知入射角θ发射超宽带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；$R=\frac{F_n\left(\theta \right)-F_{n-1}\left(\theta \right)}{F_{n-1}\left(\theta \right)}---\left(7\right)$其中：$F_n\left(\theta \right)={\mathrm{Ae}}^{-k{(\theta -{\mathrm{n\theta }}_0)}^2}$$F_{n-1}\left(\theta \right)={\mathrm{Ae}}^{-k{(\theta -(n-1){\theta }_0)}^2}$其中θ₀为天线波束的轴线间距，k是与半功率波束宽度有关的一个常量，接收信号幅度最大的天线序号为n号，次强的天线序号为(n‑1)号；A为UWB信号到达天线序号为n号和天线序号为(n‑1)号天线处的幅度；(3)在每个角度区间内，用曲线拟合或者神经网络的方式建立入射角θ与R的指纹对照关系；2)利用指纹数据库进行测量信号的到达角度AOA估计：(1)在估计AOA时，首先测量所有天线接收到的信号强度，找到信号强度最大的两个天线，根据这两个天线的序号，确定在哪个角度区间；(2)根据所述公式(7)得到一个归一化的比值R；(3)在所述角度区间通过一定的指纹比对方法查询与比值对应的角度，即为估计的AOA；3)进行脉冲到达时间TOA估计：使用传统的方法测得TOA，进而计算出距离；4)进行UWB无线定位：根据AOA和TOA估计值，再利用传统的UWB定位算法，进行基于UWB的无线定位。