基于天线阵列的二维平面定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113030855A(43)申请公布日2021.06.25(21)申请号202110308467.2(22)申请日2021.03.23(71)申请人深圳市迈诺电子有限公司地址518000广东省深圳市光明区光侨路新健兴科技工业园A4栋3楼(72)发明人赖正喜康海强舒德军(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人侯琼王品华(51)Int.Cl.G01S5/02(2010.01)G01C15/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于天线阵列的二维平面定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于天线阵列的二维平面定位方法，主要解决现有天线阵列定位过程中因阵列不正交现象，影响定位准确性的问题。其技术方案是：首先将天线阵列产品至于产线的测试专用平台，使用全站仪建立标准坐标系和天线阵列载体真实坐标系；然后将被测终端置于平台的某个象限内，使用无线电测距和测角技术获取被测终端与天线阵列的测量距离、测量角；再使用坐标系旋转理论或椭圆拟合理论获取标准坐标系和天线阵列载体真实坐标系之间产生的不正交角；最后在定位算法解算中使用不正交角对终端位置信息进行校准，完成目标定位。本发明有效解决了使用天线阵列在二维平面定位时阵列存在的不正交问题，提高了定位精度，且容易实现，具有广泛适用性。CN113030855ACN113030855A权利要求书1/2页1.一种基于天线阵列的二维平面定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)使用高精度激光全站仪在标定环境中建立一个标准二维坐标系xoy；(2)将PCB板中三个射频RF单元的天线顶端相位中分别置于坐标系的x轴、原点o以及y轴上；其中，第一射频RF1单元位于x轴上，第二射频RF2单元位于原点o，第三射频RF3单元心位于y轴上；(3)在标准二维坐标系xoy的基础上再构建一个硬件真实二维坐标系xoy'，令第一射频RF1单元依然位于x轴上、第二射频RF2单元依然位于坐标原点o，第三射频RF3单元位于y'轴；(4)过原点o做垂直于y'轴的轴线x'轴，且x'轴正方向与x轴夹角为锐角，此时构成辅助坐标系x'oy'；(5)将移动目标置于标准二维坐标系xoy的第一象限，并使用高精度激光全站仪获取移动目标的坐标(X0,Y0)，得到标准二维坐标系中的测试向量(6)将测试向量投影到辅助坐标系x'oy'中，得到第二测试向量(7)采用TOF方式测距，获得测试向量模值和第二测试向量模值且(8)根据坐标系旋转理论或椭圆拟合理论标定不正交角θ；(9)在定位算法中使用不正交角θ进行补偿，完成目标定位。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(7)中采用TOF方式测距，具体是使用CPU控制第二射频RF2单元与移动目标进行3次通信，获得向量模值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(8)中根据坐标系旋转理论标定不正交角θ，具体按如下步骤实现：(8.1.1)根据坐标系旋转理论，得到第二测试向量模值表达式如下：其中，θ表示标准二维坐标系xoy中y轴与真实二维坐标系xoy'中y'轴的夹角，即不正交角；X0'表示测试向量在x'轴上的投影模值；Y0'表示测试向量在y'轴上的投影模值；(8.1.2)按照矩阵乘法对步骤(8.1.1)中表达式展开，得到测试向量在y'轴上的投影模值Y0'表达式：Y0'＝‑X0sinθ+Y0cosθ；(8.1.3)采用PDOA方式求测试向量与y'轴的夹角βy'：(8.1.4)已知sinθ≈θ、cosθ≈1，此时令sinθ＝θ、cosθ＝1，标定不正交角θ：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤(8.1.3)中PDOA方式具体是在CPU控制2CN113030855A权利要求书2/2页第二射频RF2单元与移动目标进行第三次通信时，第一射频RF1单元和第三射频RF3单元同时提取与移动目标的通信相位，经过余弦函数计算获取夹角。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(8)中根据椭圆拟合理论标定不正交角θ，具体按如下步骤实现：(8.2.1)将移动目标固定在物理场景中，并令标准二维坐标系xoy的原点o与高精度双轴转台原点重合，缓慢旋转转台一周；(8.2.2)在转台转动过程中采用TOF的方式多次获取测试向量的模值，得到测试向量模值集合与移动目标的实时位置坐标集合{(X1,Y1),(X2,Y2),…,(Xm,Ym),…,(XM,YM)}，其中m＝1,2,…,M，M表示采用TOF的总次数，表示第m次获取的测试向量模值，(Xm,Ym)表示第m次获取的移动目标坐标；(8.2.3)定义位置(Xm,Ym)的椭圆一般方程如下：22aXm+bXmYm+cYm+dXm+eYm+f＝0；其中，[a,b,c,d,e,f]表示待拟