[发明专利]利用三个共点安装的板状定向天线估计来波角度的方法

说明书

一种利用三个共点安装的板状定向天线估计来波角度的方法：根据所要定位的区域面积和来波角度估计精度，选择定向天线的方向图波束宽度和方向图夹角；根据定向天线参数组装锚节点天线；根据水平方向图和垂直方向图的测量数据构造三维方向图数据，得到三个三维方向图的差分曲面数据；安装锚节点天线；在设定的时间内，得到三个板状定向天线所采集的来波信号强度并进行滤波处理，进行来波信号强度的差分计算，得到三个差分值；根据差分曲面数据和三个差分值进行来波角度估计，获得一组中间值；达到设定的n次重复，得到n组中间值并进行滤波，通过参考点的转换，得到应用于定位现场的来波角度值。本发明能够对于多径干扰和噪声干扰进行一定程度的抑制。

技术领域

本发明涉及一种来波角度的估计方法。特别是涉及一种针对收发节点高度差的采用方向图叠加天线估计来波角度的方法。

背景技术

随着无线局域网作为常用网络架构的普及，基于无线局域网(WLAN)的室内定位技术得到了迅速的发展。在WLAN信号已经大面积覆盖的环境中，如仓库、图书馆、机场大厅和医院等，由于全球定位系统(GPS)的信号微弱不能提供定位服务，因此依靠智能手机、移动电脑或其他移动通信设备所携带的WLAN装置实现基于室内的定位已成为商业应用的重点。

在以WLAN为基础的室内定位系统中，用于定位的测量物理量主要包括射频信号传播时间、入射角度和接收信号强度(Rss)。对于WLAN，信号传播时间的测量复杂度较高，它需要频率非常高的测量时钟以及精准的同步设计。而入射角度测量实现的方法通常是基于阵列天线以及精准的相位测量，对于WLAN而言众多阵元的阵列天线的采用造成设计成本高昂而不能接受，同时精准的相位测量与传播信号测量一样需要频率非常高并且精确的测量时钟。而Rss的获取比较容易，几乎所有移动终端都可实现，且成本低廉，较适用于WLAN条件下的室内定位。

目前基于Rss的定位主要是根据射频信号传播模型中Rss与信号传播距离之间的函数关系而开展的，这个射频信号传播模型受到了信号发射、接收设备的影响(如设备噪声)，更多的是受到了环境的影响(如信号遮挡、多径干扰和同频干扰等)。为了克服信号遮挡以及多径的影响，定位系统中的锚节点天线通常的安装高度要高于被测节点天线。这样的设计增加了直射径存在的可能，但是多径的干扰依旧存在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现提高定位精度和稳定性的利用三个共点安装的板状定向天线估计来波角度的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种利用三个共点安装的板状定向天线估计来波角度的方法，是用于室内定位的采用具有三维方向图叠加效果的天线来估计来波角度的水平角和垂直角，具体包括如下步骤：

1)根据所要定位的区域面积和来波角度估计精度的要求，选择锚节点设计中的定向天线参数：方向图波束宽度和方向图夹角；

2)根据步骤1)中的定向天线参数对三个板状定向天线进行组装构成锚节点天线；

3)在暗室条件下，对锚节点天线中的每个板状定向天线进行水平方向图和垂直方向图的测量，然后根据水平方向图的测量数据和垂直方向图的测量数据构造三维方向图数据，根据三个板状定向天线的三维方向图数据得到三个三维方向图的差分曲面数据；

4)在定位现场安装锚节点天线，测量锚节点天线的高度h以及锚节点天线主轴方向延长线与定位现场水平面的夹角α，以及延长线在水平面投影与X轴的夹角β；

5)在设定的时间内，采用分时方式读取构成锚节点天线的三个板状定向天线所采集的来波信号强度；采用均值法分别对读取的来波信号强度值进行滤波处理，得到滤波后的来自于三个板状定向天线的来波信号强度，然后进行来波信号强度的差分计算，得到三个差分值；

6)根据步骤3)得到的三个三维方向图的差分曲面数据和步骤5)中得的三个差分值进行来波角度估计，获得步骤5)所设定的时间内的来波角度估计的一组中间值；