一种天线阵列实现无线终端定位系统的制作方法

1.本发明涉及定位信息技术领域，尤其涉及一种天线阵列实现无线终端定位系统。


背景技术：

2.定位技术是无线通信系统中一项重要的技术。无线网络通过射频信号来传输数据，射频信号在传输过程中会发生衰减，因此，距离越远，射频信号的信号强度越小。现有的定位技术利用信号强度与距离的关系，通过扫描无线终端的信号强度，从而判断无线终端的距离，实现定位。由于射频信号是以球面向外扩撒的，无线终端在球面上任意一点发射的射频信号的信号强度到球心的距离都是相同的，因此仅通过信号强度判断无线终端的距离，实现无线终端定位，只能大致的推算出无线终端在一定距离的范围内，无法判断无线终端相对于定位系统的方向，无法准确的定位无线终端的具体物理位置。
3.此外，射频信号在传输过程中会存在衍射、折射干扰，推算出的距离范围精度不高。然而，传统的多点定位的系统，成本又比较高。
4.为此，我们提出一种天线阵列实现无线终端定位系统来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种天线阵列实现无线终端定位系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种天线阵列实现无线终端定位系统，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，所述定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，所述微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，所述天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，所述监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与imsi同步定位。
8.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位平台部署在pc上使用，且定位平台负责系统的配置、终端信号统计以及位置分析功能，所述定位平台与微基站设备之间采用blowfish加密算法对数据进行加密，所述定位平台内设置有控制单元，且控制单元用于根据用户的设置向天线阵列模块发送设置信息或指令信息，还用于接收来自天线阵列模块的表示定位终端的精确位置信息；所述天线阵列模块中设置有服务单元，且服务单元用于根据来自控制单元的控制信息向定位终端发送工作指令，并接收来自定位终端的精确定位结果，根据定位终端上报的信息，计算定位终端的精确位置并推送到控制单元。
9.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述天线阵列模块中包括发射天线和多个接收天线，所述微基站设备的输出端与发射天线的输入端连接，多个所述接收天线与微基站设备之间通过切换模块连接。
10.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，多个所述接收天线分别与不同区域内的相机设备连接，且相机设备负责采集人脸并配合定位算法实现人脸与终端同步定位，
所述微基站设备与终端之间采用标准3gpp通信协议并支持4g/5g网络的全频段信号采集，且微基站设备支持连接所有lte手机及nsa的5g手机。
11.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位算法采用天线阵列控制算法，所述天线阵列控制算法在3gpp4g lte/5gnr系统中支持8个接收天线，且天线阵列控制算法的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置等参数，使天线阵的方向图满足一定的要求，所述天线阵列控制算法的辐射特性取决于阵列阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位。
12.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述单元间距在设计天线时需首先确保阵元间距大于λ/2，否则会产生栅瓣，消耗主瓣功率，并且可将阵元的位置误差看成是一个随机变量，将位置误差等效成相位误差进行处理；所述激励幅度时在激励均匀分布的基础上为满足更高的要求获得更低的副瓣电平，更好的方向性系数，并且可以对阵元的激励幅度采用不同的加权方式；所述相位通常采用移相的方式来实现，可以将其看成一个随机变量，满足一定的概率分布并具体分析相位误差对于波束指向的影响。
13.在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述位置误差是假设单元位置误差的概率密度服从某种分布，并且假设单元位置误差是独立的，给出单元位置误差方差与副瓣电平的关系；通常假设二维面阵中共有m
·
n个阵列，沿x方向为1～m，沿y方向为1～n，
14.单元间距为(d
x
,d
y
,d
z
)，定义相对误差如下：
[0015][0016]
则其对应的阵因子可写为：
[0017]
式中u,v,k的定义如下：
[0018][0019][0020][0021]
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述在lte系统中通常采用基于码本的预编码矩阵计算，在接收端根据估计所得的csi进行量化后发送对应的码本信息帮助基站选择场景，获得的预编码矩阵更加精确。
[0022]
在上述的天线阵列实现无线终端定位系统中，所述定位平台中还设置有存储单元，且存储单元中设置有用于收集多个定位终端位置信息的数据库。
[0023]
与现有技术相比，本一种天线阵列实现无线终端定位系统的优点在于：
[0024]
(1)安全性高
[0025]
本发明中的定位平台与微基站设备之间采用blowfish加密算法对数据进行加密；基站与终端之间采用标准3gpp通信协议。
[0026]
(2)创新性强
[0027]
本发明采用天线阵列设计，一台基站代替多台基站，进行多点位信号采集；采用天
线阵列设计，避免了传统方案中多台基站之间的硬件差异导致的接收信号偏差。
[0028]
(3)适用性强
[0029]
本发明采用3gpp标准通信协议，支持4g网络的全频段信号采集；支持连接所有lte手机及nsa的5g手机。
[0030]
(4)成本低
[0031]
本发明采用天线阵列设计，支持8路天线信号采集，缩减了基站成本。
附图说明
[0032]
图1为本发明提出的一种天线阵列实现无线终端定位系统的系统结构示意图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0034]
实施例
[0035]
参照图1，一种天线阵列实现无线终端定位系统，包括定位平台、微基站设备、天线阵列模块和多个监控装置，定位平台包括功能配置单元、终端信号统计单元和位置分析单元，微基站设备与外部的终端之间持续通信连接，天线阵列模块轮询采集各个点位的终端信号强度，且天线阵列模块中设置有定位算法并精确计算出终端位置，监控装置包括相机设备，且相机设备实行人脸采集并与imsi同步定位。
[0036]
其中，定位平台部署在pc上使用，且定位平台负责系统的配置、终端信号统计以及位置分析功能，定位平台与微基站设备之间采用blowfish加密算法对数据进行加密，定位平台内设置有控制单元，且控制单元用于根据用户的设置向天线阵列模块发送设置信息或指令信息，还用于接收来自天线阵列模块的表示定位终端的精确位置信息；天线阵列模块中设置有服务单元，且服务单元用于根据来自控制单元的控制信息向定位终端发送工作指令，并接收来自定位终端的精确定位结果，根据定位终端上报的信息，计算定位终端的精确位置并推送到控制单元。
[0037]
其中，天线阵列模块中包括发射天线和多个接收天线，微基站设备的输出端与发射天线的输入端连接，多个接收天线与微基站设备之间通过切换模块连接。
[0038]
进一步的，多个接收天线分别与不同区域内的相机设备连接，且相机设备负责采集人脸并配合定位算法实现人脸与终端同步定位，微基站设备与终端之间采用标准3gpp通信协议并支持4g/5g网络的全频段信号采集，且微基站设备支持连接所有lte手机及nsa的5g手机，具体的，定位算法采用天线阵列控制算法，天线阵列控制算法在3gpp4g lte/5gnr系统中支持8个接收天线，且天线阵列控制算法的目的是通过确定阵元的激励幅度、相位、阵元位置等参数，使天线阵的方向图满足一定的要求，天线阵列控制算法的辐射特性取决于阵列阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位。
[0039]
更具体的，单元间距在设计天线时需首先确保阵元间距大于λ/2，否则会产生栅瓣，消耗主瓣功率，并且可将阵元的位置误差看成是一个随机变量，将位置误差等效成相位误差进行处理；激励幅度时在激励均匀分布的基础上为满足更高的要求获得更低的副瓣电平，更好的方向性系数，并且可以对阵元的激励幅度采用不同的加权方式；相位通常采用移
相的方式来实现，可以将其看成一个随机变量，满足一定的概率分布并具体分析相位误差对于波束指向的影响；进一步，位置误差是假设单元位置误差的概率密度服从某种分布，并且假设单元位置误差是独立的，给出单元位置误差方差与副瓣电平的关系；通常假设二维面阵中共有m
·
n个阵列，沿x方向为1～m，沿y方向为1～n，
[0040]
单元间距为(d
x
,d
y
,d
z
)，定义相对误差如下：
[0041][0042]
则其对应的阵因子可写为：
[0043]
式中u,v,k的定义如下：
[0044][0045][0046][0047]
根据阵列信号处理，天线阵列在接收信号过程中可以被当做集中式mimo雷达，可以通过合成虚拟孔径的方式获得更多的角度分辨率，另外覆盖范围不变时增加天线数目可以降低天线口发射功率，继而可以降低对设备功放线性范围的要求。若单天线发射功率不变，采用多天线发射相当于总的发射功率增加，从而增加覆盖范围。
[0048]
其中，在lte系统中通常采用基于码本的预编码矩阵计算，在接收端根据估计所得的csi进行量化后发送对应的码本信息帮助基站选择场景，获得的预编码矩阵更加精确，通过采用的微基站设备虚拟分区csi
‑
rs测量也是一种简化的基于虚拟扇区波束的csi测量方案，根据csi选择最优波束。
[0049]
另外，定位平台中还设置有存储单元，且存储单元中设置有用于收集多个定位终端位置信息的数据库，能够对数据进行存储，便于pc设备的调用。
[0050]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。