一种基于5G定位信号的室内定位算法制造技术

本发明专利技术属于室内定位技术领域，具体涉及一种基于5G定位信号的室内定位算法。本发明专利技术包括以下步骤，S1，基站接收用户端提供的5G定位信号；S2，通过特征空间分解法对基站所接收到的5G定位信号进行分解计算，并得到以当前基站为起点贯穿所述用户端的信号到达角度射线；S3，对基站所接收到的5G定位信号进行信道估计，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延；S4，服务器基于所述信号到达时延以及所述信号到达角度射线得出用户端的定位坐标。本发明专利技术不仅能够有效地提高室内用户端的定位精度，而且可以实现大范围的定位；同时，本发明专利技术能够适用于复杂的空间环境，且定位系统的稳定性较好。的稳定性较好。的稳定性较好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G定位信号的室内定位算法


[0001]本专利技术属于室内定位
，具体涉及一种基于5G定位信号的室内定位算法。

技术介绍

[0002]卫星定位技术无法穿透建筑物的墙壁，无法建立稳定低延时的定位信息，也无法分辨出楼层，不能满足室内定位的要求。
[0003]目前室内定位通常是通过蓝牙技术来实现定位的。蓝牙定位是通过在室内安装适当的蓝牙局域网接入点后，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微网络的主设备。这样通过检测信号强度就可以获得用户的位置信息。但是，蓝牙定位主要应用于小范围定位，并且对于复杂的空间环境，蓝牙定位系统的稳定性较差，受噪声信号的干扰较大。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于，针对因现有卫星定位技术无法穿透建筑物的墙壁，无法建立稳定低延时的定位信息，也无法分辨出楼层，不能满足室内定位要求的问题，提供一种基于5G定位信号的室内定位算法。
[0005]一种基于5G定位信号的室内定位算法，包括以下步骤
[0006]S1，基站接收用户端提供的5G定位信号；
[0007]S2，通过特征空间分解法对基站所接收到的5G定位信号进行分解计算，并得到以当前基站为起点贯穿所述用户端的信号到达角度射线；
[0008]S3，对基站所接收到的5G定位信号进行信道估计，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延；
[0009]S4，服务器基于所述信号到达时延以及所述信号到达角度射线得出用户端的定位坐标。
[0010]进一步的，步骤S2具体包括以下步骤，
[0011]S21，将5G定位信号的观测空间分解为信号子空间和噪声子空间；
[0012]S22，利用信号子空间和噪声子空间的正交性，构建空间谱函数；
[0013]S23，对该空间谱函数进行谱峰搜索，确定该5G定位信号的到达角度；
[0014]S24，以当前基站为起点，构建贯穿用户端的信号到达角度射线。
[0015]进一步的，该5G定位信号观测空间分解公式为，
[0016][0017]其中，Y
i
是接收信号；是对Y
i
进行的共轭转置；是估计的信道相应；R
Y
是接收5G定位信号的协方差矩阵；R
r
是传输5G定位信号的协方差矩阵；是对进行的共轭转置；为噪声功率；I是单位矩阵；U
i
是信号的正交矩阵；是对U
i
进行的共轭转置；∧是特征值
矩阵；V
i
为噪声的正交矩阵；是对V
i
进行的共轭转置。
[0018]进一步的，所述空间谱函数的具体计算公式为，
[0019][0020]其中，A
i
是信归一化振幅的方向响应向量；是对A
i
进行的共轭转置；为方位角θ
i
的估计值，即信号在水平面正半轴投影的角度；为俯仰角φ
i
的估计值，即信号与水平面的夹角。
[0021]进一步的，步骤S3具体包括以下步骤，
[0022]S31，对所接收到的5G定位信号进行信道估计，并将经信道估计处理后的5G定位信号与用户端所提供的5G定位信号进行相关运算；
[0023]S32，将相关运算后的结果经傅里叶变换后转到时域；
[0024]S33，计算时域的功率大小，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延。
[0025]进一步的，步骤S31中，相关运算的公式为，
[0026][0027]其中，表示估计的信道响应，X
′
是对用户端所提供的5G定位信号X进行的共轭转置；Y
i
是基站所接受到的5G定位信号。
[0028]进一步的，时域的功率计算公式为：
[0029][0030]其中，P
i
是估计功率；为信道时域响应；α是调整噪声影响的经验值；N为信号长度；
[0031]由确定，其中，K表示占用频域的集合，L表示信号时域符号长度；N
R
表示基站个数。
[0032]进一步的，步骤S4包括以下步骤，
[0033]S41，根据所有信号到达时延计算出每个基站到所述用户端之间的距离；
[0034]S42，根据每个基站与用户端之间的距离，以及每个基站与用户端之间的信号到达角度射线，构建用户端相对于不同基站的位置坐标；
[0035]S43，对所有位置坐标加权处理并得到用户端的定位坐标。
[0036]进一步的，在步骤S41中，第i个基站到用户端之间距离的计算公式如下：
[0037][0038]其中，d
i
为用户端到第i个基站间的距离；(x0，y0，z0)为用户端位置；(x
i
，y
i
，z
i
)为第i个基站的位置，为c为电磁波传播速度,t
i
‑
t
j
为发送信号到达第i个基站和第j个基站的
信号到达时延，Δd
i，j
表示两个基站到用户端之间的距离差。
[0039]进一步的，步骤S43包括，
[0040]通过如下公式，基于所述用户端到第i个基站间的距离，确定用户端相对于第i个基站的位置坐标，
[0041][0042]其中，(x
′
o
,y
′
o
,z
′
o
)为用户端相对于第i个基站的位置坐标；(x
i
，y
i
，z
i
)为第i个基站的坐标；d
i
为第i个基站到用户端的距离；θ
i
为用户端到第i个基站间定位信号到达射线的角度；
[0043]对所述用户端相对于第i个基站的位置坐标进行加权处理，得到用户端的定位坐标
[0044][0045]其中，Λ是定位计算的优化权重向量；
[0046]Γ
x
Γ
y
Γ
z
分别为，
[0047][0048]本专利技术的有益效果为：
[0049]本专利技术提供了一种基于5G定位信号的室内定位算法(以下简称本算法)。相比于通过蓝牙技术实现室内用户端的定位坐标而言，本算法是基于室内用户端所生成的5G定位信号，并通过将该5G定位信号分别发送给不同基站，同时由基站获得信号到达角度射线和信号到达时延，并同时联合信号到达角度射线和信号到达时延来计算室内用户端的定位坐标。本算法不仅能够有效地提高室内用户端的定位精度，而且本算法可以实现大范围的定位，能够适用于复杂的空间环境，且定位系统的稳定性较好。另外，在室内环境下，利用5G定位技术，可以减少室内通信设备的建设，进而可以减少系统资源开销。此外，本算法尤其适用于工业物联网环境，能够在资源开销、功率限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：包括以下步骤S1，基站接收用户端提供的5G定位信号；S2，通过特征空间分解法对所接收到的5G定位信号进行分解计算，并得到以当前基站为起点贯穿所述用户端的信号到达角度射线；S3，对所接收到的5G定位信号进行信道估计，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达时延；S4，服务器基于所述信号到达时延以及所述信号到达角度射线得出用户端的定位坐标。2.根据权利要求1所述的基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤，S21，将5G定位信号的观测空间分解为信号子空间和噪声子空间；S22，利用信号子空间和噪声子空间的正交性，构建空间谱函数；S23，对该空间谱函数进行谱峰搜索，确定该5G定位信号的到达角度；S24，以当前基站为起点，构建贯穿用户端的信号到达角度射线。3.根据权利要求2所述的基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：该5G定位信号观测空间分解公式为，其中，Y
i
是接收信号；是对Y
i
进行的共轭转置；是估计的信道相应；R
Y
是接收5G定位信号的协方差矩阵；R
r
是传输5G定位信号的协方差矩阵；是对进行的共轭转置；为噪声功率；I是单位矩阵；U
i
是信号的正交矩阵；是对U
i
进行的共轭转置；∧是特征值矩阵；V
i
为噪声的正交矩阵；是对V
i
进行的共轭转置。4.根据权利要求3所述的基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：所述空间谱函数的具体计算公式为，其中，A
i
是信归一化振幅的方向响应向量；是对A
i
进行的共轭转置；为方位角θ
i
的估计值，即信号在水平面正半轴投影的角度；为俯仰角φ
i
的估计值，即信号与水平面的夹角。5.根据权利要求1所述的基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：步骤S3具体包括以下步骤，S31，对所接收到的5G定位信号进行信道估计，并将经信道估计处理后的5G定位信号与用户端所提供的5G定位信号进行相关运算；S32，将相关运算后的结果经傅里叶变换后转到时域；S33，计算时域的功率大小，确定该5G定位信号从所述用户端到不同基站间的信号到达
时延。6.根据权利要求5所述的基于5G定位信号的室内定位算法，其特征在于：步骤S31中，相关运算的公式为，其中，表示估计的信道响应，X
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，蒋龙江，王晓东，陈华敏，
申请(专利权)人：北京遥感设备研究所，
类型：发明
国别省市：