定位方法、装置、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种定位方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.随着互联网的快速发展，高精度定位成为许多行业不可或缺的支撑服务。典型的定位技术包括：蜂窝网定位、无线局域网(wireless local area network，wlan)定位、蓝牙定位、超宽带(ultra-wide band，uwb)定位等。
3.现有技术中，蜂窝移动网络、wlan、uwb中普遍采用了阵列天线，根据阵元间相位差提取信号到达角(angle of arrival，aoa)。并且现有技术中独立进行aoa的测量和定位跟踪，测量aoa的搜索区间是一个固定的区间。
4.然而实际环境中存在严重的多径效应，基站接收到的信号为视距(line-of-sight，los)信号和非视距(non-line-of-sight，nlos)信号的叠加，nlos信号会干扰aoa的估计，现有的los/nlos识别方法需要选择信号的某个特征量，并按照特定的门限值进行二元检测，存在信号特征量和门限难以选取，且在复杂的室内环境或者受遮蔽的环境中识别率低下等问题，从而造成跟踪结果中的野值点，降低定位精度，严重时可能导致跟踪失效。


技术实现要素：

5.本发明提供一种定位方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中定位精度低的缺陷，实现定位精度和实时性的提升。
6.本发明提供一种定位方法，包括：
7.基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
8.基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
9.根据本发明提供的一种定位方法，所述基于目标到达角搜索区间进行谱估计之前，还包括：
10.根据所述位置预测结果和所述基站的位置，确定当前定位周期的预测到达角；
11.根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间。
12.根据本发明提供的一种定位方法，所述根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间，包括：
13.在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0014][0015]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，是第p个基站
在t-1时刻进行单步预测，得到的第p个基站在t时刻的预测到达角，δθ是根据天线阵列波束宽度确定的常数；其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0016]
根据本发明提供的一种定位方法，所述根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间，包括：
[0017]
在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为未锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0018][0019]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，θ
min
和θ
max
都是常数，θ
min
和θ
max
根据天线阵列的覆盖范围确定，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角；θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角；其中，t时刻表示当前定位周期。
[0020]
根据本发明提供的一种定位方法，所述基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果，包括：
[0021]
根据所述定位参数确定视距信号分量对应的信号到达角；
[0022]
根据所述信号到达角确定所述终端在当前定位周期的定位结果。
[0023]
根据本发明提供的一种定位方法，所述基于目标到达角搜索区间进行谱估计之前，还包括：
[0024]
获取所述终端发送的定位信号；
[0025]
根据所述定位信号确定所述基站对应的信道频域响应矩阵。
[0026]
本发明还提供一种定位装置，包括：
[0027]
第一确定模块，用于基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
[0028]
第二确定模块，用于基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0029]
根据本发明提供的一种定位装置，所述装置还包括第三确定模块和第四确定模块；
[0030]
所述第三确定模块用于根据所述位置预测结果和所述基站的位置，确定当前定位周期的预测到达角；
[0031]
所述第四确定模块用于根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间。
[0032]
根据本发明提供的一种定位装置，在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0033][0034]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，是第p个基站在t-1时刻进行单步预测，得到的第p个基站在t时刻的预测到达角，δθ是根据天线阵列波束宽度确定的常数；其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0035]
根据本发明提供的一种装置，在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为未锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0036][0037]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，θ
min
和θ
max
都是常数，θ
min
和θ
max
根据天线阵列的覆盖范围确定，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角；θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角；其中，t时刻表示当前定位周期。
[0038]
根据本发明提供的一种装置，所述第二确定模块包括第一确定子模块和第二确定子模块；
[0039]
所述第一确定子模块用于根据所述定位参数确定视距信号分量对应的信号到达角；
[0040]
所述第二确定子模块用于根据所述信号到达角确定所述终端在当前定位周期的定位结果。
[0041]
根据本发明提供的一种装置，所述装置还包括：
[0042]
获取模块，用于获取所述终端发送的定位信号；
[0043]
第五确定模块，用于根据所述定位信号确定所述基站对应的信道频域响应矩阵。
[0044]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述定位方法的步骤。
[0045]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述定位方法的步骤。
[0046]
本发明提供的定位方法、装置、电子设备及存储介质，通过得到终端在一个定位周期的定位跟踪结果后，对终端在下一定位周期的位置进行单步预测，根据单步预测的结果和跟踪状态，反馈aoa搜索区间，实现aoa搜索区间的动态更新，降低了nlos对aoa测量的干扰，同时降低aoa搜索时间，提升了定位精度和实时性。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]
图1是本发明实施例提供的应用场景的示意图；
[0049]
图2是本发明实施例提供的定位方法的流程示意图之一；
[0050]
图3是本发明实施例提供的定位方法的流程示意图之二；
[0051]
图4是现有技术中的视距路径信号到达角测量结果的曲线图；
[0052]
图5是本发明实施例提供的视距路径信号到达角测量结果的曲线图；
[0053]
图6是本发明实施例提供的与现有技术的视距信号到达角测量结果的二维定位误差累计分布概率曲线图；
[0054]
图7是本发明实施例提供的与现有技术的定位运行时间对比图；
[0055]
图8是本发明实施例提供的定位装置的结构示意图；
[0056]
图9是本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
[0057]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
图1是本发明实施例提供的应用场景的示意图，如图1所示，本发明提供的定位方法，可以应用在该应用场景中。
[0059]
其中，定位服务器101与一个或者多个定位基站102通信连接，每个定位基站102具有一个或者多个天线阵列，每个天线阵列均由多个阵元组成的等距线阵(uniform linear array，ula)所构成，每个天线阵列具有多个接收通道。定位基站102通过天线阵列的多个接收通道接收定位终端103的定位信号，并且定位基站102可以为本发明提供的各实施例的执行主体，以实现对定位终端103的定位跟踪。
[0060]
其中，定位终端103可以是各种可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，umpc)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，pda)等，本发明实施例不作具体限定。
[0061]
定位基站102可以是5g基站，也可以是其他任何适用于本发明方法进行定位的类型的基站，本发明实施例不作具体限定。定位基站102可以是具有单个天线阵列的小型基站，也可以是具有多个天线阵列的基站，定位基站102的每个天线阵列具有的一组阵元提供一组接收通道，定位基站102可以分别从其每个天线阵列对应的接收通道接收来自定位终端103的定位信号，并执行本发明实施例提供的方法，以确定视距信号的信号到达角测量结果。定位基站102将到达角测量结果发送至定位服务器101，定位服务器基于此对定位终端103的位置进行解算。
[0062]
图2是本发明实施例提供的定位方法的流程示意图之一，如图2所示，本发明提供一种定位方法，包括：
[0063]
步骤201、基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的。
[0064]
具体来说，本发明通过信号到达角对终端的位置进行解算，关注的定位参数是信号到达角(angle of arrival，aoa)，然而在测量aoa的过程中，同时也使用信号到达时间(time of arrival，toa)的测量值来提高对多径的分辨能力以及辅助los路径的识别。到达角指信号波形到达基站时，来波方向相对于基站某个标定的方向的角度。
[0065]
目前基于第五代蜂窝移动网络(5g)、基于无线局域网(wireless local area network，wlan)或超宽带(ultra-wide band，uwb)的定位系统都采用了宽带的定位信号。宽带定位系统能够提供较高的toa测量精度和toa分辨能力。然而，终端和基站通常难以实现
准确的定时同步，因此toa估计结果中会混合有定时同步误差，难以通过toa估计值去推算准确的终端位置。另一方面，单次测量过程中，los与nlos路径的定时同步误差相同，因此两者的toa之差能够反映真实的路径差。
[0066]
谱估计可以采用aoa-toa联合谱估计、先aoa谱估计再toa谱估计或者先toa谱估计再aoa谱估计等谱估计方案。无论采用哪种谱估计方案，在谱估计的过程中，都需要遍历aoa搜索区间，即目标到达角搜索区间中的每个角度。
[0067]
在本发明中，利用终端运动轨迹的连续性，定位参数估计阶段需要使用到的aoa搜索区间根据上一定位周期对终端在当前定位周期的位置的单步预测结果，即对终端在当前定位周期的位置预测结果计算得到。因此，在本发明中，不同定位周期的aoa搜索区间是不完全相同的，每个定位周期的aoa搜索区间都是由上一定位周期对终端在当前定位周期的位置的单步预测结果和跟踪状态决定的。
[0068]
在通过本发明提供的定位方法确定终端在上一定位周期的定位结果时，同时需要确定终端在上一定位周期的跟踪状态和单步预测结果，单步预测结果即对终端在当前定位周期的位置预测结果。且将跟踪状态分别记为未锁定和锁定状态，分别表示已锁定到终端位置和未锁定到终端位置。
[0069]
一种可能的跟踪状态判别方式为：若连续q个时刻的测量噪声小于门限∈1，则认为当前状态为锁定状态，在锁定状态下，若某一时刻测量噪声超过门限∈2，则状态变为未锁定。
[0070]
根据对终端在当前定位周期的位置预测结果以及基站的坐标，进行反解算，得到当前定位周期的预测到达角，根据反解算的结果和对终端的跟踪状态，来确定当前定位周期的aoa搜索区间。其中基站在当前定位时期的预测到达角是根据当前定位周期的终端的预测位置和基站坐标计算得到的，预测的到达角的估计结果。预测到达角指预测的信号波形到达基站时，来波方向相对于基站某个标定方向的角度。
[0071]
在实际环境中，由于存在多径效应，谱估计的结果中通常呈现多峰现象，对各个谱峰提取分量，分别解算得到对应的定位参数，定位参数包括aoa、toa和散射系数等。在这一步骤中，谱估计结果中有多少个谱峰，就可以对应得到多少组定位参数。
[0072]
根据得到的定位参数进行识别，识别出los分量，并获取los分量对应的aoa估计结果。具体地，可以利用los分量比nlos分量传播时延更短、能量更低的基本准则进行识别，在简单的定位环境中，通过该单一准则就能得到较为准确的los分量识别结果；然而，在复杂的多径环境中，通常需要结合多种准则，设计合理的判别函数以及门限值，才能获得满足要求的los检测概率。
[0073]
步骤202、基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0074]
具体来说，确定终端在当前周期的定位结果所需要用到的定位参数主要是指los分量对应的aoa估计结果。
[0075]
通过一个基站或者多个基站输出的los分量对应的aoa估计结果，以及基站坐标、基站阵列指向，建立终端的状态转移方程和观测方程，然后采用α-β滤波算法、kalman滤波算法或粒子滤波算法对终端在二维平面上的位置进行解算。得到当前定位周期对终端的定位结果。
[0076]
同时，还需要输出当前定位周期对终端的跟踪状态以及单步预测结果，单步预测
结果是指对终端在下一定位周期的位置预测结果，且将跟踪状态分别记为未锁定和锁定状态，分别表示已锁定到终端位置和未锁定到终端位置。
[0077]
一种可能的跟踪状态判别方式为：定位的初始阶段，跟踪状态为未锁定，若连续q个时刻的测量噪声小于门限∈1，则认为当前状态为锁定状态，在锁定状态下，若某一时刻测量噪声超过门限∈2，则状态变为未锁定。
[0078]
根据对终端在下一定位周期的位置预测结果以及基站的坐标，进行反解算，得到下一定位周期的预测到达角，根据反解算的结果和对终端的跟踪状态，来确定下一定位周期的aoa搜索区间。
[0079]
本发明实施例提供的定位方法，通过得到终端在一个定位周期的定位跟踪结果后，对终端在下一定位周期的位置进行单步预测，根据单步预测的结果和跟踪状态，反馈aoa搜索区间，实现aoa搜索区间的动态更新，降低了nlos对aoa测量的干扰，同时降低aoa搜索时间，提升了定位精度和实时性。
[0080]
可选地，所述基于目标到达角搜索区间进行谱估计之前，还包括：
[0081]
根据所述位置预测结果和所述基站的位置，确定当前定位周期的预测到达角；
[0082]
根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间。
[0083]
具体来说，在基于目标到达角搜索区间进行谱估计前，需要确定该目标到达角搜索区间。
[0084]
在本发明实施例提供的方法中，每一定位周期的目标到达角搜索区间，都是通过上一定位周期的定位跟踪结果进行反馈的，从而实现目标到达角搜索区间的动态更新。
[0085]
在上一定位周期最终输出终端的定位结果是根据los路径的aoa估计结果确定的，加上基站的坐标和阵列指向，建立终端的状态转移方程和观测方程，最终得到终端在上一定位周期的定位。同时由于终端移动的连续性，可以根据终端的状态转移方程和观测方程输出单步预测结果，对终端在当前定位周期的位置进行预测。
[0086]
以对终端在当前定位周期的预测位置相对于各个基站的位置进行反解算，得到当前定位周期的预测到达角。
[0087]
根据该预测到达角和对终端在上一定位周期的跟踪结果，对当前定位周期的aoa搜索区间进行确定。
[0088]
在跟踪状态为未锁定时，aoa搜索区间覆盖全空域，仍然为现有技术中的固定区间；在跟踪状态为锁定时，aoa搜索区间为该预测到达角附近，相对于现有技术中的固定区间，搜索区间的范围变小，从而实现aoa搜索区间的动态更新。根据更新后的aoa搜索区间进行aoa的测量，大大降低了aoa的搜索时间。并且由于nlos和los分量的aoa通常存在显著差异，nlos存在于缩小后的搜索区间的概率大大降低，从而定位精度也得到了提升。
[0089]
本发明实施例提供的定位方法，通过在定位跟踪后增加aoa搜索区间的计算更新，使得下一次对终端的定位跟踪依据更新后的aoa搜索区间进行，实现了aoa搜索区间的动态更新，降低了aoa搜索的时间，提升了定位的实时性。
[0090]
可选地，所述根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间，包括：
[0091]
在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为锁定状态的情况下，所述目标到达角搜
索区间表达式如下：
[0092][0093]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，是第p个基站在t-1时刻进行单步预测，得到的第p个基站在t时刻的预测到达角，δθ是根据天线阵列波束宽度确定的常数；其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0094]
具体来说，在跟踪状态为锁定状态的情况下，可以根据反解算的当前定位周期的预测到达角更新aoa搜索区间。δθ是常数，该常数表示aoa搜索区间的大小，可以按照天线阵列的波束宽度进行选取。
[0095]
根据p个基站输出的los路径aoa估计结果进行终端位置解算以及跟踪。具体地，首先需要根据基站坐标、基站阵列指向，建立终端的状态转移方程和观测方程，随后，可采用α-β滤波算法、kalman滤波算法或粒子滤波算法对终端在二维平面上的位置进行解算。设输出的t-1时刻跟踪坐标为其中符号x表示二维平面的x轴，符号y表示二维平面的y轴，t-1时刻表示上一定位周期。
[0096]
同时，还需要输出上一定位周期的跟踪状态以及单步预测结果，单步预测结果是对终端在当前定位周期的位置预测结果，记单步预测位置为且将跟踪状态分别记为未锁定和锁定状态，分别表示已锁定到终端位置和未锁定到终端位置。其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0097]
一种可能的跟踪状态判别方式为：定位的初始阶段，跟踪状态为未锁定，若连续q个时刻的测量噪声小于门限∈1，则认为当前状态为锁定状态，在锁定状态下，若某一时刻测量噪声超过门限∈2，则状态变为未锁定。
[0098]
根据预测位置以及基站坐标，对单步预测的位置相对于各基站的aoa进行反解算，反解算结果分别记为：
[0099]
根据反解算的预测到达角以及上一定位周期的跟踪状态，计算当前定位周期的aoa搜索区间。
[0100]
当跟踪状态为锁定状态时，当前定位周期aoa搜索区间为：
[0101][0102]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，是第p个基站在t-1时刻进行单步预测，得到的第p个基站在t时刻的预测到达角，δθ是按天线阵列波束宽度选取的常数，表征aoa搜索区间的大小；其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0103]
本发明实施例提供的定位方法，在上一定位周期对终端的锁定状态为锁定时，根据上一定位周期的定位结果和跟踪状态对当前定位周期需要用到的目标到达角搜索区间进行反馈，使得搜索区间的范围变小，降低了搜索时间，提升了定位的实时性。并且由于nlos和los分量的aoa通常存在显著差异，nlos存在于缩小后的搜索区间的概率大大降低，
从而定位精度也得到了提升。
[0104]
可选地，所述根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间，包括：
[0105]
在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为未锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0106][0107]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，θ
min
和θ
max
都是常数，θ
min
和θ
max
根据天线阵列的覆盖范围确定，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角；θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角；其中，t时刻表示当前定位周期。
[0108]
具体来说，在跟踪状态为未锁定状态的情况下，aoa搜索区间覆盖全空域。θ
min
和θ
max
可根据天线阵列的覆盖范围确定，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角，θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角。
[0109]
根据p个基站输出的los路径aoa估计结果进行终端位置解算以及跟踪。具体地，首先需要根据基站坐标、基站阵列指向，建立终端的状态转移方程和观测方程，随后，可采用α-β滤波算法、kalman滤波算法或粒子滤波算法对终端在二维平面上的位置进行解算。设输出的t-1时刻跟踪坐标为其中，t-1时刻表示上一定位周期。
[0110]
同时，还需要输出上一定位周期的跟踪状态以及单步预测结果，单步预测结果是对终端在当前定位周期的位置预测结果，记单步预测位置为且将跟踪状态分别记为未锁定和锁定状态，分别表示已锁定到终端位置和未锁定到终端位置。其中，t时刻表示当前定位周期。
[0111]
一种可能的跟踪状态判别方式为：定位的初始阶段，跟踪状态为未锁定，若连续q个时刻的测量噪声小于门限∈1，则认为当前状态为锁定状态，在锁定状态下，若某一时刻测量噪声超过门限∈2，则状态变为未锁定。
[0112]
根据预测位置以及基站坐标，对单步预测的位置相对于各基站的aoa进行反解算，得到基站的预测到达角，反解算结果分别记为：
[0113]
根据反解算的预测到达角以及上一定位周期的跟踪状态，计算当前定位周期的aoa搜索区间。
[0114]
当跟踪状态为未锁定状态时，当前定位周期aoa搜索区间为：
[0115][0116]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，θ
min
和θ
max
都是根据天线阵列的覆盖范围确定的常数，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角，θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角；其中，t时刻表示当前定位周期。
[0117]
本发明实施例提供的定位方法，通过在上一定位周期对终端的锁定状态为未锁定
时，不改变到达角搜索区间的范围，覆盖天线阵列的全部空域，保证了定位结果的准确度。
[0118]
可选地，所述基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果，包括：
[0119]
根据所述定位参数确定视距信号分量对应的信号到达角；
[0120]
根据所述信号到达角确定所述终端在当前定位周期的定位结果。
[0121]
具体来说，本发明提供的定位方法是基于信号到达角对终端的位置进行解算。
[0122]
在实际环境中，由于存在严重的多径效应，基站接收到的信号实际上多为los信号和nlos信号的叠加，nlos信号会严重干扰aoa的测量。
[0123]
设对第p个基站而言，在t时刻时，即当前定位周期的到达角搜索区间为在本发明中，利用终端轨迹的连续性，定位参数估计阶段的到达角搜索区间根据上一定位周期的单步预测结果，即对终端在当前定位周期的预测位置计算得到。
[0124]
在实际环境下，由于存在nlos路径，谱估计结果中通常呈现多峰现象，在这一步提取所有谱峰分量，分别解算对应的aoa、toa以及散射系数。设第p个基站有l
p
个较大的谱峰分量，对应的aoa、toa和散射系数分别记为：
[0125][0126]
每个基站根据定位参数测量得到的多个路径的路径参数估计值，包括aoa、toa以及散射系数，对los分量进行识别，并输出los分量对应的到达角估计结果，p个基站的los分量aoa估计结果分别记为：
[0127]
具体地，可利用los分量比nlos分量传播时延更短、能量更低等基本准则进行识别，在简单环境中，通常单一准则就能获得较好的效果，然而在复杂多径环境下，通常需要结合多种准则，设计合理的判别函数以及门限，才能获得满足要求的los检测概率。
[0128]
在确定视距信号对应的aoa估计结果后，根据p个基站输出的los路径aoa估计结果进行终端位置解算及跟踪。在p为1的情况下，结合aoa和toa可以得到终端的位置解算结果。在p大于1的情况下，仅通过多个基站得到的aoa对终端的位置进行解算，就可以得到更为精准的终端定位。
[0129]
具体地，需要根据基站的坐标和阵列指向，建立终端的状态转移方程和观测方程，随后，可采用α-β滤波算法、kalman滤波算法或粒子滤波算法对终端在二维平面上的位置进行解算。得到终端的位置为
[0130]
本发明实施例提供的定位方法，通过对los信号和nlos信号进行识别，获取los信号对应的到达角估计结果，基于该信号到达角结果对终端的位置进行解算，降低了复杂环境中nlos信号对aoa测量结果的影响，测量野值点出现的概率降低，从而提升了定位精度。
[0131]
可选地，所述基于目标到达角搜索区间进行谱估计之前，还包括：
[0132]
获取所述终端发送的定位信号；
[0133]
根据所述定位信号确定所述基站对应的信道频域响应矩阵。
[0134]
具体来说，基于目标到达角搜索区间进行谱估计的对象是信道频域响应矩阵，该信道频域响应矩阵是基站接收终端发送的定位信号输出的。
[0135]
设待定位终端被p个定位基站所覆盖，每个定位基站均部署有天线阵，不失一般
性，假设定位基站的阵列均由n个阵元组成的等距线阵(uniform linear array,ula)所构成，阵元间距为d。目前基于5g、基于uwb或基于wlan的定位系统大都采用了宽带的定位信号，设宽带定位信号在频域可划分为m个频带，频带间隔为δf，定位信号总带宽b＝mδf。
[0136]
首先，每个定位基站首先接收定位信号，进行信号预处理，输出包含信道信息的信道频域响应矩阵。信号预处理的过程通常包括通道响应校正、阵列误差校正、滤波去噪以及信道估计等过程。记时刻t输出的信道频域响应矩阵为
[0137]
设对第p个定位基站而言，可接收到终端发射的1条视距信号以及k
p-1条非视距(non line-of-signal nlos)信号，k
p
为环境中的总路径数，每个信号对应的传播时间、到达角以及路径衰落系数分别记为：经预处理后，信道频域响应矩阵的形式为：
[0138][0139]
其中，为时延域匹配矢量函数，表示时延为时的时延域匹配矢量函数，其输入为传播时延τ，输出为m维时延域匹配向量。
[0140]
时延域匹配向量的第m个元素代表信号传播时延在第m个子带造成的相位偏移，因此，有：此，有：其中j代表虚数单位，定义为：
[0141]
表示接收阵列导向矢量函数，表示到达角为时的接收阵列导向矢量函数，其输入为到达角θ，输出为对应到达角的n维阵列导向矢量，导向矢量结构由阵列配置所决定。当接收阵为ula时，其第n个元素为：
[0142][0143]
其中，w
p
为第p个定位基站的噪声矩阵，其为m
×
n维矩阵，第m行第n列元素为第n个接收通道第m个频带上的噪声分量
[0144]
基于信道频域响应矩阵，对基站的aoa以及其他定位参数进行估计。
[0145]
本发明实施例提供的定位方法，通过基站天线阵列的多个接收通道接收到的信号，进行预处理得到信道频域响应矩阵，基于该响应矩阵对aoa以及其他定位参数进行估计，通过aoa搜索区间的动态更新，提升了对终端的定位效率和定位精度。
[0146]
接下来本发明将以两个具体的实施例对上述方法进行说明。
[0147]
图3是本发明实施例提供的定位方法的流程示意图之二，如图3所示，根据本发明提供的定位方法，对于每一个基站，通过天线阵列的接收通道接收来自终端的定位信号。
[0148]
对来自终端的定位信号进行预处理后，对定位参数进行测量，测量得到的定位参数包括aoa、toa以及散射系数，视距(los)信号aoa提取模块根据定位参数测量结果，提取los分量。本发明中需要得到的定位参数主要是视距路径对应的aoa估计结果，每个基站最
终都输出los路径的aoa估计结果，不同的基站的到达角搜索区间可能相同也可能不同，每个基站的当前定位周期的到达角搜索区间都是通过上一定位周期预测的终端在当前定位周期的位置和跟踪状态所计算得到的。
[0149]
通过多个基站的los路径aoa估计结果去解算终端在当前定位周期的位置和跟踪状态，同时对终端在下一定位周期的位置进行预测，根据该预测结果去反解算得到各个基站的预测到达角，根据该预测到达角和当前定位周期的跟踪状态去计算在下一定位周期需要用到的到达角搜索区间。
[0150]
本发明提供的定位方法，将定位跟踪结果与aoa测量结合起来，每一次的定位跟踪结果都将用于计算下一次的aoa搜索区间，计算的aoa搜索区间用于下一次的aoa测量，实现aoa搜索区间的动态更新，从而提升定位的精度和实时性。
[0151]
下面以某基于5g系统的室内定位实验为例。
[0152]
采用5g探测参考信号(sounding reference signal,srs)作为定位信号，实验中配置srs带宽为100mhz，占据1632个子载波，子载波间隔为60khz。实验过程中使用两个5g遥控射频单元(remote radio unit，rru)作为接收设备，每个rru配备4阵元ula，阵元间距为5.8cm，阵列覆盖-60
°
至60
°
的到达角范围。
[0153]
实验过程中，终端在两个rru覆盖扇区内作近似匀速直线运动。srs信号的发射周期为80ms，每次两个rru接收到srs信号，进行预处理后，将信道频域响应矩阵通过光纤回传至定位服务器，定位服务器中依次进行定位参数测量、视距信号aoa提取、位置解算和跟踪以及aoa搜索区间的计算与反馈。
[0154]
aoa搜索区间的计算过程中，θ
min
选为-65
°
，θ
max
选为+65
°
，4阵元ula的法向波束宽度为25.3
°
，因此锁定状态的搜索范围δθ选择为25.3
°
。
[0155]
由于该系统的阵元数远少于子带数量，因此采用先toa谱估计再aoa谱估计的谱估计方案，toa谱估计方法基于加权最小二乘准则设计，aoa谱估计方法基于单点最小二乘准则设计。los识别基于时延最短准则，并基于能量准则滤除谱旁瓣。位置解算和跟踪算法采用kalman滤波算法。
[0156]
图4是现有技术中的视距路径信号到达角测量结果的曲线图，如图4所示，在一次实验中，采集了24秒的终端运动数据，横坐标为采集时间，纵坐标为aoa值。若不进行aoa搜索区间的反馈，则经视距路径提取得到的los路径aoa测量结果如图4所示。其中点线为aoa的真实值，圆圈为测量结果，虚线为信号到达角搜索区间，此时固定为[-65
°
,65
°
]。从图4中能够看到，由于室内环境下，多径现象较严重，虽然大部分情况下，aoa能够逼近真值，然而在某些位置，会出现los分量提取错误的情况，导致测量曲线中出现野值点。
[0157]
图5是本发明所提供的定位方法得到的视距路径信号到达角测量结果图。同样，横坐标为采集时间，纵坐标为aoa值，图中点线为aoa的真实值，圆圈为测量结果，虚线为信号到达角搜索区间。从图5的结果可以看到，跟踪锁定后，信号到达角搜索区间缩小为预测点附近25.3
°
的区间，有效消除了nlos路径带来的野值点问题。
[0158]
图6是本发明实施例提供的与现有技术的视距信号到达角测量结果的二维定位误差累计分布概率(cumulative distribution function,cdf)曲线图，如图6所示，横坐标为二维定位误差值，单位为米(m)，纵坐标为二维误差累计分布概率，图中圆圈为现有技术的数据，叉为本发明的数据，可以看到，采用本发明所提供的定位方法能够提升最终的二维定
位精度。
[0159]
图7是本发明实施例提供的与现有技术的定位运行时间对比图，如图7所示，横坐标为srs的编号，纵坐标为定位运行时间，图中圆圈为现有技术的定位时间，叉为本发明的定位时间，定位时间为完成每一个srs符号的定位处理所花费的运行时间。可以看到，由于本发明所提供的定位方法在跟踪锁定后，aoa搜索区间大大减小，因此所需的搜索时间也大大降低，实时性提高。根据图7，跟踪锁定后，运行时间平均下降约10ms，为原始方法的3/4。
[0160]
图8是本发明实施例提供的定位装置的结构示意图，如图8所示，本发明提供一种定位装置，包括：
[0161]
第一确定模块801，用于基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
[0162]
第二确定模块802，用于基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0163]
可选地，所述装置还包括第三确定模块和第四确定模块；
[0164]
所述第三确定模块用于根据所述位置预测结果和所述基站的位置，确定当前定位周期的预测到达角；
[0165]
所述第四确定模块用于根据所述预测到达角和所述终端在上一定位周期的跟踪状态，确定所述目标到达角搜索区间。
[0166]
可选地，在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0167][0168]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，是第p个基站在t-1时刻进行单步预测，得到的第p个基站在t时刻预测到达角，δθ是根据天线阵列波束宽度确定的常数；其中，t时刻表示当前定位周期，t-1时刻表示上一定位周期。
[0169]
可选地，在所述终端在上一定位周期的跟踪状态为未锁定状态的情况下，所述目标到达角搜索区间表达式如下：
[0170][0171]
其中，是第p个基站在t时刻对应的目标到达角搜索区间，θ
min
和θ
max
都是常数，θ
min
和θ
max
根据天线阵列的覆盖范围确定，θ
min
表示天线阵列的覆盖范围中，最小的到达角；θ
max
表示天线阵列的覆盖范围中，最大的到达角；其中，t时刻表示当前定位周期。
[0172]
可选地，所述第二确定模块包括第一确定子模块和第二确定子模块；
[0173]
所述第一确定子模块用于根据所述定位参数确定视距信号分量对应的信号到达角；
[0174]
所述第二确定子模块用于根据所述信号到达角确定所述终端在当前定位周期的定位结果。
[0175]
可选地，所述装置还包括：
[0176]
获取模块，用于获取所述终端发送的定位信号；
[0177]
第五确定模块，用于根据所述定位信号确定所述基站对应的信道频域响应矩阵。
[0178]
具体来说，本技术实施例提供的上述定位装置，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。
[0179]
图9是本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)901、通信接口(communications interface)902、存储器(memory)903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信。处理器901可以调用存储器903中的逻辑指令，以执行定位方法，该方法包括：
[0180]
基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
[0181]
基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0182]
此外，上述的存储器903中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0183]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的定位方法，该方法包括：
[0184]
基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
[0185]
基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0186]
一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的定位方法，该方法包括：
[0187]
基于目标到达角搜索区间进行谱估计，确定基站对应的定位参数；所述目标到达角搜索区间是基于在上一定位周期对终端在当前定位周期的位置预测结果确定的；
[0188]
基于所述定位参数确定终端在当前定位周期的定位结果。
[0189]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0190]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上
述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0191]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。