移动节点定位方法及装置

摘要

本发明实施例提供一种移动节点定位方法及装置，其中，移动节点定位方法包括：确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。使用本发明实施例提供的技术方案能够降低天线成本及复杂度。

权利要求

1.一种移动节点定位方法，其特征在于，包括：

确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；所述确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离的步骤包括：获取智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息；根据所述智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角和径向距离，所述移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角是移动节点与所述锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角； 根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度； 根据所述智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角和径向距离的步骤包括： 利用移动节点与所述锚点的连线相对第一通信波束参考线的偏离角θ1、移动节点与所述锚点的连线相对第二通信波束参考线的偏离角θ2两者之间的关系、锚点工作在第一通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ1和移动节点到锚点的径向距离r的关系，锚点工作在第二通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ2和所述r的关系，确定所述θ1值、θ2值和所述r值，其中，θ1、θ2两者之间的关系是根据第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度决定的。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第一通信波束、第二通信波束分别为锚点使用的最佳通信波束及相邻通信波束中的任意两个通信波束，其中，相邻通信波束是与所述最佳通信波束相邻的通信波束。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据所述智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点 的方位角和径向距离的步骤包括： 根据移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，获取与所述智能天线通信波束对应的观测向量x的均值和方差值； 根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向距离r的关系，及利用观测向量x的均值和方差值得到的观测向量x的概率密度函数，确定θ值和r值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述确定θ值和r值的步骤包括：

确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的至少两个通信波束的信息； 获取的观测向量x的均值和方差值包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述确定θ值和r值的步骤包括：

利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和r的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi值和r值，所确定的θi值和r值分别为移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离； 所述θi表示移动节点与锚点的连线相对于锚点的智能天线的第i个通信波束的偏离角。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：N个锚点的智能天线通信波束的信息，其中N大于或者等于2； 2

获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述确定θ值和r值的步骤包括：

利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和ri的关系，确定 使各观测向量的联合概率密度函数最大的各观测向量x所对应的θ值和r值；所述移动节点相对于一个锚点的方位角及径向距离是所述锚点的智能天线通信波束对应的观测向量所对应的θ值和r值； 所述ri表示移动节点到第i个通信波束的锚点的径向距离。

8.一种移动节点定位方法，其特征在于，包括：

确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；所述确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离包括：获取智能天线通信波束的信息；根据预存的智能天线通信波束标识与2

观测向量x的均值μ和方差值σ 的对应关系，获取智能天线通信波束信息中的智能天线通信波束标识所对应的观测向量x的均值和方差值；根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向距离r的关系，及利用观测向量x的均值和方差值得到的观测向量x的概率密度函数，确定θ值和r值；所述移动节点相对于锚点的方位角为移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角； 根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述确定θ值和r值的步骤包括：

确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的至少两个通信波束的信息； 获取的观测向量x的均值和方差值包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述确定θ值和r值的步骤包括：

利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和r的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi值和r值，所确定的θi值和r值分别为移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离； 所述θi表示移动节点与锚点的连线相对于锚点的智能天线的第i个通信波束的偏离角。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：N个锚点的智能天线通信波束的信息，其中N大于或者等于2； 2

获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述确定θ值和r值的步骤包括：

利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和ri的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的各观测向量x所对应的θ值和r值；所述移动节点相对于一个锚点的方位角及径向距离是所述锚点的智能天线通信波束对应的观测向量所对应的θ值和r值； 所述ri表示移动节点到第i个通信波束的锚点的径向距离。

12.一种移动节点定位装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，所述移动节点相对于锚点的方位角为移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角； 所述确定单元包括： 获取单元，用于获取智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息； 计算单元，用于根据所述智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角和径向距离；

位置转换单元，用于根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述获取单元获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度； 所述计算单元，用于利用移动节点与所述锚点的连线相对第一通信波束参考线的偏离角θ1、移动节点与所述锚点的连线相对第二通信波束参考线的偏离角θ2两者之间的关系、锚点工作在第一通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ1和移动节点到锚点的径向距离r的关系，锚点工作在第二通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ2和所述r的关系，确定所述θ1、θ2和所述r值； 其中，θ1、θ2两者之间的关系是根据第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度决定的。

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述计算单元包括：

观测向量信息获取子单元，用于根据移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，获取与所述智能天线通信波束对应的观测向量x的均值和方差值； 角度径向距离获取子单元，用于根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向距离r的关系，及利用观测向量x的均值和方差值得到的观测向量x的概率密度函数，确定θ值和r值。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

所述角度径向距离获取子单元，用于确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的至少两个通信波束的信息； 获取的观测向量x的均值和方差值包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述角度径向距离获取子单元，用于利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和r的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi值和r值，所确定的θi值和r值分别为移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离； 所述θi表示移动节点与锚点的连线相对于锚点的智能天线的第i个通信波束的偏离角。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：N个锚点的智能天线通信波束的信息，其中N大于或者等于2； 2

获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述角度径向距离获取子单元，用于利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和ri的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的各观测向量x所对应的θ值和r值；所述移动节点相对于一个锚点的方位角及径向距离是所述锚点的智能天线通信波束对应的观测向量所对应的θ值和r值； 所述ri表示移动节点到第i个通信波束的锚点的径向距离。

18.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述移动节点定位装置位于移动节点上，

所述获取单元包括：

信息交互子单元，用于从锚点获取通信波束的信息；

信号能量测量子单元，用于测量所述锚点工作在所述通信波束上时本地的接收信号强度。

19.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述移动节点定位装置位于锚点上，

所述获取单元包括：

波束选择和记录子单元，用于选择与移动节点通信的波束，并记录通信波束的信息； 信息交互子单元，用于从移动节点获取所述锚点工作在所述通信波束上时的接收信号强度。

20.一种移动节点定位装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，所述移动节点相对于锚点的方位角为移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考 线的偏离角； 所述确定单元包括： 波束信息获取子单元，用于获取智能天线通信波束的信息；

观测向量信息获取子单元，用于根据预存的智能天线通信波束标识与观测向量x的均2

值μ和方差值σ 的对应关系，获取智能天线通信波束信息中的智能天线通信波束标识所对应的观测向量x的均值和方差值； 角度径向距离获取子单元，用于根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和距离移动节点到锚点的径向r的关系，及利用观测向量x的均值和方差值得到的观测向量x的概率密度函数，确定θ值和r值；

位置转换单元，用于根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，

所述角度径向距离获取子单元，用于确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的至少两个通信波束的信息； 获取的观测向量x的均值和方差值包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述角度径向距离获取子单元，用于利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和r的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi值和r值，所确定的θi值和r值分别为移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离； 所述θi表示移动节点与锚点的连线相对于锚点的智能天线的第i个通信波束的偏离角。

23.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，

获取的智能天线通信波束的信息包括：N个锚点的智能天线通信波束的信 息，其中N大于或者等于2； 2

获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的均值和方差值； 所述角度径向距离获取子单元，用于利用各观测向量xi的均值和方差值，及观测向量xi与θi和ri的关系，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的各观测向量x所对应的θ值和r值；所述移动节点相对于一个锚点的方位角及径向距离是所述锚点的智能天线通信波束对应的观测向量所对应的θ值和r值； 所述ri表示移动节点到第i个通信波束的锚点的径向距离。

说明书

移动节点定位方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种移动节点定位方法及装置。

背景技术

[0002] 无线网络的传统定位方法有：基于接收信号强度指示(Receive SignalStrength Indicator，RSSI)、到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)，其中RSSI的方法是最易实现，最经济的，而往往需要多个基站的信号强度信息作为参考；采用AOA/TOA混合定位方法只需一个基站便可对移动终端进行二维定位，但其系统较为复杂，对设备要求也较高；而TDOA方法同样至少需要两个基站。

[0003] 随着智能天线的普及与应用，现有技术提供一种利用具有测向功能的智能天线对移动终端进行定位的方案，具体为：天线接收移动终端发送的电磁波并作相位估计，根据相位估计结果计算电磁波到达的角度，利用所计算的电磁波到达的角度及电磁波到达的时间，对移动终端进行准确定位。

[0004] 发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下缺点：现有技术提供的方案需要智能天线具有相位估计功能，并具有检测电磁波到达时间的时间检测装置，对智能天线的要求很高，增加了天线的成本和复杂度。

发明内容

[0005] 本发明实施例提供一种移动节点定位方法及装置，降低了天线的成本和复杂度。

[0006] 有鉴于此，本发明实施例提供：

[0007] 一种移动节点定位方法，包括：

[0008] 确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；

[0009] 根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

[0010] 一种移动节点定位装置，包括：

[0011] 确定单元，用于确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；

[0012] 位置转换单元，用于根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

[0013] 本发明实施例通过获得移动节点相对于锚点的方位角和距离，确定移动节点的位置，不需要天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。

附图说明

[0014] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

[0015] 图1是本发明实施例一提供的移动节点定位方法流程图；

[0016] 图2是本发明实施例二提供的移动节点定位方法流程图；

[0017] 图3是本发明实施例提供的波束示意图；

[0018] 图4是本发明实施例提供的波束的角度关系示意图；

[0019] 图5是本发明实施例提供的相对坐标转换成绝对坐标的示意图；

[0020] 图6是本发明实施例三提供的移动节点定位方法流程图；

[0021] 图7是本发明实施例四提供的移动节点定位方法流程图；

[0022] 图8是本发明实施例五提供的移动节点定位方法流程图；

[0023] 图9是本发明实施例六提供的移动节点定位方法流程图；

[0024] 图10A是本发明实施例七提供的一种移动节点定位装置结构图；

[0025] 图10B是本发明实施例七提供的另一种移动节点定位装置结构图。

具体实施方式

[0026] 实施例一：

[0027] 参阅图1，本发明实施例一提供一种移动节点定位方法，包括：

[0028] 101、确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；

[0029] 其中，移动节点相对于锚点的方位角是移动节点与锚点的连线相对于锚点的智能天线的通信波束的偏离角。

[0030] 其中，该步骤可以是根据智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角和径向距离。

[0031] 具体的，该步骤可以通过如下两种方式实现：

[0032] 第一种方式：采用如下了两个公式计算移动节点相对于锚点的方位角和径向距离：

[0033] C+G(θ1)+L(r)＝s1

[0034] C+G(θ2)+L(r)＝s2

[0035] 其中，s1为锚点工作在第一通信波束上时移动节点的接收信号强度；s2为锚点工作在第二通信波束上时移动节点的接收信号强度；G(θ1)是第一通信波束基于偏离角θ1的天线增益；G(θ2)是第二通信波束基于偏离角θ2的天线增益；L(r)是基于距离r的路径损耗；偏离角θ1为移动节点与锚点的连线相对第一通信波束参考线的偏离角；偏离角θ2为移动节点与锚点的连线相对第二通信波束参考线的偏离角，C为常数。

[0036] 通过波束宽度可以确定偏离角θ1和偏离角θ2之间的关系，因此，利用上述两个公式和波束宽度就可以求出偏离角θ1值、偏离角θ2值及移动节点相对于锚点的径向距离。

[0037] 其中，第一通信波束、第二通信波束分别为锚点使用的最佳通信波束及相邻通信波束中的任意两个通信波束，其中，相邻通信波束是与所述最佳通信波束相邻的通信波束。

[0038] 第二种方式：根据移动节点利用智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，2
获取与所述智能天线通信波束对应的观测向量x的均值μ和方差值σ ；根据观测向量x
2
与角度θ和距离r的关系式C+G(θ)+L(r)＝x，及观测向量x的均值μ和方差值σ，确定θ值和r值，其中，G(θ)是智能天线通信波束基于角度θ的天线增益；L(r)是基于距离r的路径损耗；

[0039] 其中，当只利用一个通信波束时，确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

[0040] 当利用多个通信波束时，确定使与各通信波束对应的观测向量x的联合概率密度函数最大的θ值和r值；其中，多个通信波束可以包括一个锚点的至少两个通信波束；或者包括多个锚点的通信波束。

[0041] 或者，该步骤也可以根据预存的智能天线通信波束标识与观测向量x的均值μ2
和方差值σ 的对应关系，获取智能天线通信波束信息中的智能天线通信波束标识所对
2
应的观测向量x的均值μ和方差值σ ；根据观测向量x与角度θ和距离r的关系式
2
C+G(θ)+L(r)＝x，及观测向量x的均值μ和方差值σ，确定θ值和r值，其中，G(θ)是智能天线通信波束基于角度θ的天线增益；L(r)是基于距离r的路径损耗。其中，当只利用一个通信波束时，确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值(即所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离)；当利用多个通信波束时，确定使与各通信波束对应的观测向量x的联合概率密度函数最大的θ值和r值；其中，多个通信波束可以包括一个锚点的至少两个通信波束；或者包括多个锚点的通信波束。

[0042] 102、根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

[0043] 其中，该方法的执行主体为用于定位的网络实体，该用于定位的网络实体可以是一个独立于移动节点和锚点的物理实体，也可以位于移动节点或者锚点上，或者位于服务器上，不影响本发明的实现。

[0044] 本发明实施例一通过获得移动节点相对于锚点的方位角和距离，确定移动节点的位置，不需要天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。

[0045] 实施例二：

[0046] 参阅图2，本发明实施例二提供一种移动节点定位方法，包括：

[0047] 201、在部署锚点(Anchor Point，AP)时，记录锚点使用的智能天线的参考方向信息及锚点在统一坐标系中的位置。

[0048] 具体的，在部署锚点时，需要确定智能天线基准波束的参考方向，波束标识及波束宽度，后续可以根据上述信息得到任意波束的参考方向。

[0049] 202、用于定位的网络实体获取最佳通信波束信息及相邻通信波束信息，获取锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息，及锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI信息，其中，相邻通信波束是与最佳通信波束相邻的波束。

[0050] 该步骤包括但不限于如下两种实现方式：

[0051] 第一种方式：智能天线系统根据一定的规则选择与移动节点通信的波束，比如选择RSSI最大的波束为最佳通信波束，智能天线系统将最佳通信波束的标识及相邻通信波束的标识通知用于定位的网络实体。用于定位的网络实体记录最佳通信波束的标识及锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息，并记录相邻通信波束的标识及锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI信息。其中，锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息和锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI信息是由用于定位的网络实体从移动节点获得的。

[0052] 第二种方式：智能天线系统不具备选择与移动节点通信的波束的功能，在定位请求发起时，用于定位的网络实体与锚点进行信息交互，要求锚点切换波束，确定移动节点的RSSI最大的波束作为最佳通信波束。智能天线在最佳通信波束上工作时，用于定位的网络实体记录最佳通信波束的标识及锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息；当智能天线分别切换到与最佳通信波束相邻的两个波束上时，用于定位的网络实体记录相邻通信波束的标识及锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI信息。其中，锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息和锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI信息是由用于定位的网络实体从移动节点获得的。

[0053] 如图3所示，当智能天线的波束在S1、S2和S3之间依次切换时，移动节点M收到的RSSI分别为s1、s2和s3，用于定位的网络实体收集到的波束信息和移动节点的RSSI信息如表1所示：

[0054]波束信息 移动节点的RSSI信息
波束标识 接收信号强度RSSI
参考方向 采样次数
波束宽度ψ 采样间隔
增益 对若干个RSSI的采样值进行统
计得到的统计信息

[0055] 表1

[0056] 203、用于定位的网络实体根据三组波束的标识和锚点工作在对应波束上时移动节点的RSSI信息，确定移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离。其中，移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角即为移动节点相对于锚点的方位角。

[0057] 图4为智能天线的角度示意图，假定S2为智能天线的最佳通信波束，该波束的波束宽度ψ为BOC，其中，OA、OB和OC分别为波束S1、S2和S3的扇区起始角度参考线(简称通信波束参考线)，移动节点到锚点的连线与各波束的角度以相应波束的扇区起始角度参考线为基准，逆时针方向为正角度，顺时针方向为负角度。

[0058] 当锚点工作在波束S1、S2和S3上时，移动节点收到的RSSI分别为s1、s2和s3。

[0059] 智能天线发射信号与接收信号强度的关系如公式(1)所示：

[0060] PT-PL+GT+GR＝PR (1)

[0061] 其中，GT是发射天线增益，GR是接收天线增益，PT和PR分别为发射和接收信号强度，PL是路径损耗，各变量的单位都为dB。

[0062] 其中，发射信号强度PT是常数，假定用C表示。路径损耗PL是与径向距离r有关的函数L(r)，发射天线增益GT是与偏离角θ有关的函数G(θ)，由于接收天线为全向天线，故接收天线增益GT为0。

[0063] 其中，如果天线为抛物线天线，则：

[0064]

[0065] 由此可见，公式(1)简化成如下公式：

[0066] C+G(θ)-L(r)＝s (3)

[0067] 如图4所示，以最优波束S2为参考，S2的扇区起始角度参考线相对移动节点与锚点的连线的偏离角为 ，S1的扇区起始角度参考线相对移动节点与锚点的连线的偏离角为，S3的扇区起始角度参考线相对移动节点与锚点的连线的偏离角为 ，则根据波束标识和波束宽度，可知 、 和 之间满足如下公式：

[0068] θ1＝ψ+θ2 (4)

[0069] θ3＝-(ψ-θ2) (5)

[0070] 分别将公式(4)和公式(5)代入公式(3)，得到如下方程组：

[0071] C+G(θi)-L(r)＝si i＝1，2，3 (6)

[0072] 该步骤中可以采用如下两种方式获得移动节点相对于锚点的方位角及移动节点到锚点的径向距离。

[0073] 第一种方式：

[0074] 利用上述锚点工作在三个波束中任意两个波束上时移动节点的RSSI信息，联立建立方程组，如下以波束S1和S2为例建立的方程组：

[0075] C+G(θ1)-L(r)＝s1 (7)

[0076] C+G(θ2)-L(r)＝s2 (8)

[0077] 根据公式(7)、(8)和(4)，得到r值，θ1值和θ2值。

[0078] 另外，也可以每次取两组不同的波束信息及锚点工作在相应波束上时移动节点的接收信号强度信息的组合(如波束S1和S3，或波束S2和S3)，按照同样的方法计算出多个方位角及径向距离。

[0079] 采用这种实现方式，计算量较小。

[0080] 第二种方式：

[0081] 这种实现方式中，根据移动节点利用智能天线通信波束通信时的接收信号强度信2
息，获取与该智能天线通信波束对应的各观测向量xi的均值μi和方差值σi，观测向量xi(即变量)是关于θi和r的函数(其函数关系式为x＝C+G(θi)+L(r))，将以θi和r为变量的观测向量si分别代入各观测向量的概率密度函数中，确定使各观测向量的概率密度函数乘积最大的θi和r。

[0082] 如下描述各观测向量的概率密度函数是如何构建的：

[0083] 已知向量x＝[x1，x2，x3]，对参数α＝[θ，r]的最大似然估计可以转化为已知参数α＝[θ，r]，对向量x的最大后验概率估计，则对向量x的最大后验概率估计量为：

[0084]

[0085] 根据贝叶斯公式，具有如下关系：

[0086]

[0087] 其中，p(x)＝∫Θp(x|α′)p(α′)dα′相当于归一化常数，p(α|x)最大等价于p(x|α)p(α)最大，则对向量x的最大后验概率估计量为：

[0088]

[0089] 其中，公式(11)等价为：

[0090]

[0091] 由于移动节点位置为均匀分布，则公式(12)等价为：

[0092]

[0093] 对于连续随机变量而言，变量落在某个点周围一段很小长度Δx范围内的概率，近似等于概率密度函数在该点的值与Δx的乘积，则变量落在一些点周围Δx范围内的概率可以根据概率密度函数在这些点的值近似获得。

[0094] 由于观测向量xi服从高斯分布xi～n(μi，σi2)，根据式(9)～(13)的推导可知，概率p(α|x)的概率最大等效于概率p(x|α)的概率最大

[0095]

[0096] 对于i＝1，2，3时，p(xi|α)彼此不相关，则其中，由公式(6)可知，该变量xi为θ和r的函数，将xi＝C+G(θi)-L(r)代入公式(14)；
2

[0097] 其中，ui和σi 分别是观测向量xi的均值和方差，可以采用如下两种方式获得ui2
和σi ：

[0098] (1)、在某个时间段内对观测向量以较高的采样速率进行采样，通过统计得到该观2
测向量的ui和σi。
2

[0099] (2)、离线测量得到观测向量的ui和σi，在用于定位的网络实体上建立增益查找2
表，存储ui和σi 与通信波束标识的对应关系，该步骤中用于定位的网络实体根据通信波
2
束标识在增益查找表中查找对应的ui和σi。
i＝

[0100] 对参数α＝[θ，r]的最佳估计，是使各观测向量的联合概率密度函数∏i＝13
p(si|α)最大的解，其可以是使如下公式(15)取最大值时的解：

[0101]

[0102] 即

[0103] 为了方便程序进行计算，对Y(θ，r)取负对数，令F(θ，r)＝-ln(Y(θ，r))；则求F(θ，r)最小时的α＝[θ，r]为最佳估计值：

[0104]

[0105] 其中，可以采用数值法求解θ和r。

[0106] 204、根据移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离，和锚点智能天线的参考方向和锚点在统一坐标系中的位置信息，确定该移动节点在统一坐标系中的位置。

[0107] 需要说明的是，如果上述步骤203中的第一种方式中获取多个方位角及径向距离，则该步骤中根据每个方位角及相应的径向距离分别求得移动节点的绝对位置，可以将求得的移动节点的多个绝对位置取均值，作为该移动节点最终在坐标系中的绝对位置。

[0108] 参阅图5，OA为智能天线的零角度参考线，OB为最佳通信波束的扇区起始角度参考线，区域BOC为最佳通信波束区域。Sid表示通信波束的编号，ψ为波束宽度。

[0109] 1)根据最佳通信波束的编号及波束宽度计算偏角ω，该偏角ω表示了最佳通信波束的参考方向；

[0110] 2)根据偏角ω、移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，计算移动节点相对锚点的坐标偏移量；

[0111] xof＝r×cos(ω+θ)，yof＝r×sin(ω+θ) (2.18)[0112] 3)确定移动节点在统一坐标系中的位置[x0+xof，y0+yof]；其中，x0和y0分别为锚点在统一坐标系中的横、纵坐标。

[0113] 本发明实施例二通过获得移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，确定移动节点在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。进一步，只需要一个锚点参与移动节点的定位计算，能够在锚点比较稀疏的环境中解决移动节点的定位问题。

[0114] 实施例三：

[0115] 参阅图6，本发明实施例三提供一种移动节点定位方法，该方法中用于定位的网络实体位于移动节点上，该方法具体包括：

[0116] 601、在部署锚点(Anchor Point，AP)时，锚点记录锚点使用的智能天线的参考方向及锚点在统一坐标系中的位置。

[0117] 602、移动节点根据接收信号强度最大原则确定最佳通信波束S2，向锚点发送切换相邻波束请求。

[0118] 603、锚点切换到相邻通信波束，利用相邻通信波束向移动节点发送信息并向移动节点发送相邻通信波束的标识S1和S3。

[0119] 604、移动节点记录相邻通信波束的标识S1和S3，并记录锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI。

[0120] 605、移动节点根据最佳通信波束的标识、相邻通信波束的标识及波束宽度，确定任两个通信波束的偏离角关系，如公式(4)和公式(5)。移动节点根据所确定的偏离角关系、锚点工作在最佳通信波束和相邻通信波束时移动节点的RSSI和公式(6)，确定移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离。

[0121] 该步骤可以有两种实现方式，具体与实施例二中相应描述相同，在此不再赘述。

[0122] 606、移动节点向锚点发送位置询问请求。

[0123] 607、锚点将自己的位置信息发送给移动节点。

[0124] 608、移动节点根据移动节点与锚点的连线相对最佳波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离，及锚点智能天线的参考方向和锚点在统一坐标系中的位置信息，确定该移动节点在统一坐标系中的位置。

[0125] 该步骤具体的实现方式与实施例二中的步骤204相同，在此不再赘述。

[0126] 本发明实施例三中移动节点通过获得其相对于锚点的方位角和径向距离，确定自己在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。进一步，只需要一个锚点参与移动节点的定位计算，能够在锚点比较稀疏的环境中解决移动节点的定位问题。

[0127] 实施例四：

[0128] 参阅图7，本发明实施例四提供一种移动节点定位方法，该方法中用于定位的网络实体位于锚点上，该方法具体包括：

[0129] 701、在部署锚点(Anchor Point，AP)时，记录锚点使用的智能天线的参考方向及锚点在统一坐标系中的位置。

[0130] 702、移动节点向锚点发送定位请求，同时向锚点上报锚点工作在最佳通信波束S2时移动节点的RSSI。

[0131] 703、锚点记录工作在最佳通信波束S2时移动节点的RSSI，并切换到相邻通信波束，使用相邻通信波束向移动节点发送信息。

[0132] 704、移动节点记录锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI，将锚点工作在相邻通信波束上时移动节点的RSSI发送给锚点。

[0133] 705、锚点确定最佳通信波束S2、相邻通信波束S1和S3间的偏离角关系，如公式(4)和公式(5)。锚点根据所确定的偏离角关系、锚点工作在最佳通信波束和相邻通信波束时移动节点的RSSI和公式(6)，确定移动节点与锚点的连线相对最佳波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离。

[0134] 其中，锚点是根据最佳通信波束、相邻通信波束的标识及波束宽度确定偏离角关系的。

[0135] 该步骤可以有两种实现方式，具体的实现方式与实施例二中相应描述相同，在此不再赘述。

[0136] 706、锚点根据移动节点与锚点的连线相对最佳波束参考线的偏离角及该移动节点到锚点的径向距离，及锚点智能天线的参考方向和锚点在统一坐标系中的位置信息，确定该移动节点在统一坐标系中的位置。

[0137] 具体的实现方式与实施例二中的步骤204相同，在此不再赘述。

[0138] 707、锚点向移动节点发送定位结果信息，该定位结果信息中包括移动节点在统一坐标系中的位置信息。

[0139] 本发明实施例四中锚点通过获得移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，确定自己在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。进一步，只需要一个锚点参与移动节点的定位计算，能够在锚点比较稀疏的环境中解决移动节点的定位问题。

[0140] 实施例五：

[0141] 参阅图8，本发明实施例五提供一种移动节点定位方法，包括：

[0142] 801、在部署锚点(Anchor Point，AP)时，系统中的锚点记录锚点使用的智能天线的参考方向及锚点在统一坐标系中的位置。

[0143] 802、第一锚点(AP1)接收移动节点发送的定位请求，将最佳通信波束信息发送给待定位终端；第二锚点(AP2)接收移动节点发送的定位请求，将最佳通信波束信息发送给待定位终端。其中所发送的最佳通信波束信息包括最佳通信波束标识和波束宽度。

[0144] 803、假定第一锚点(AP1)与移动节点(M)的连线相对于第一锚点提供的最佳通信波束的扇区起始角度参考线的偏离角为θ1；第二锚点(AP2)与移动节点(M)的连线相对于第二锚点提供的最佳通信波束的扇区起始角度参考线的偏离角为θ2，第一锚点(AP1)到移动节点(M)的径向距离为r1，第二锚点(AP2)到移动节点(M)的径向距离为r2，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi和ri。其中，可以采用数值法求解θi和ri。

[0145] 即确定使 最大的θi和ri，其中，观测向量x与偏离角θ和径向距离r的函数关系为：x＝C+G(θ)-L(r)。
2

[0146] 其中，观测向量xi的均值ui和方差σi 可以有两种获得方式，具体见实施例二的相应描述。

[0147] 804、移动节点向某个锚点(假定第一锚点)发送位置询问请求。

[0148] 805、第一锚点将自己的位置信息发送给移动节点。

[0149] 806、移动节点根据其与第一锚点的径向距离及相应的偏离角，及第一锚点智能天线的参考方向和第一锚点在统一坐标系中的位置信息，确定该移动节点在统一坐标系中的位置。

[0150] 本发明实施例五中移动节点通过获得其相对于锚点的方位角和径向距离，确定自己在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。

[0151] 实施例六：

[0152] 参阅图9，本发明实施例六提供一种移动节点定位方法，该方法具体包括：

[0153] 901、在部署锚点(Anchor Point，AP)时，系统中的锚点记录锚点使用的智能天线的参考方向及锚点在统一坐标系中的位置。

[0154] 具体的，在部署锚点时，需要确定智能天线基准波束的参考方向，波束标识及波束宽度，后续可以根据上述信息得到任意波束的参考方向。

[0155] 902、用于定位的网络实体获取最佳通信波束信息及锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息。其中，最佳通信波束信息包括：波束标识。

[0156] 其中，用于定位的网络实体可以位于移动节点或者锚点上，不影响本发明的实现。

[0157] 该步骤包括但不限于如下两种实现方式：

[0158] 第一种方式：智能天线系统根据一定的规则选择与移动节点通信的波束，比如选择RSSI最大的波束为最佳通信波束，智能天线系统将最佳通信波束的标识通知用于定位的网络实体。用于定位的网络实体记录最佳通信波束的标识及锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息。

[0159] 第二种方式：智能天线系统不具备选择与移动节点通信的波束的功能，在定位发起时，用于定位的网络实体与锚点进行信息交互，要求锚点切换波束，确定移动节点的RSSI最大的波束作为最佳通信波束。智能天线在最佳通信波束上工作时，用于定位的网络实体记录最佳通信波束的标识及锚点工作在最佳通信波束上时移动节点的RSSI信息。

[0160] 该步骤中获取的信息的具体内容如表1所示。

[0161] 903、用于定位的网络实体根据通信波束标识，查找增益索引表，获得观测向量x2
的均值u和方差σ。其中，增益索引表中保存通信波束标识与观测向量x的均值u和方差
2 2
σ 的对应关系，该观测向量的ui和σi 是离线测量的。
2

[0162] 其中，也可以采用其他方式获得观测向量x的均值u和方差σ，在锚点工作在最佳通信波束的某个时间段内对移动节点的RSSI以较高的采用速率进行采样，通过统计得2
到均值u和方差σ。

[0163] 904、用于定位的网络实体选定初始搜索点(θ，r)，即选定θ值和r值。

[0164] 905、采用一定规则更新搜索点(θ，r)，即更新θ值和r值直到F(θ，r)收敛，此时的θ值和r值分别是移动节点与锚点的连线相对最佳通信波束的偏离角及移动节点到锚点的径向距离。

[0165] 该步骤中的F(θ，r)是通过如下方式得到：根据公式(6)确定观测向量与θ和r的函数关系为：x＝C+G(θ)-L(r)，将以θ和r为变量的观测向量x代入公式对Y(θ，r)取负对数，令F(θ，r)＝-ln(Y(θ，r))。

[0166] 其中，该步骤可以采用最速下降法、牛顿法、拟牛顿法或者共轭梯度法更新搜索点(θ，r)。

[0167] 本发明实施例六通过获得移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，确定移动节点在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。进一步，只需要一个锚点参与移动节点的定位计算，能够在锚点比较稀疏的环境中解决移动节点的定位问题。进一步，采用数值解法求解θ和r，降低用于定位的网络实体的计算能力要求。

[0168] 实施例七：

[0169] 参阅图10A和10B，本发明实施例七提供一种移动节点定位装置，包括：

[0170] 确定单元100，用于确定移动节点相对于锚点的方位角和径向距离；

[0171] 位置转换单元200，用于根据所述移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离，及锚点的智能天线参考方向和锚点的位置信息，确定所述移动节点的位置。

[0172] 其中，确定单元100包括：获取单元300，用于获取智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息；和计算单元400，用于根据所述智能天线通信波束的信息，及移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，确定移动节点相对于智能天线所在的锚点的方位角和径向距离。

[0173] 具体的，所述获取单元300获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度；此时计算单元400用于利用移动节点与所述锚点的连线相对第一通信波束参考线的偏离角θ1、移动节点与所述锚点的连线相对第二通信波束参考线的偏离角θ2两者之间的关系、锚点工作在第一通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ1和移动节点到锚点的径向距离r的关系，锚点工作在第二通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ2和所述r的关系，确定所述θ1、θ2和所述r值。

[0174] 其中，锚点工作在第一通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ1和移动节点到锚点的径向距离r的关系如方程C+G(θ1)+L(r)＝s1；锚点工作在第二通信波束时移动节点的接收信号强度与偏离角θ2和所述r的关系如方程C+G(θ2)+L(r)＝s1，其中，θ1、θ2两者之间的关系是根据第一通信波束标识、第二通信波束标识和波束宽度决定的；s1、s2分别为锚点工作在第一通信波束、第二通信波束上时移动节点的接收信号强度；G(θ1)是第一通信波束基于偏离角θ1的天线增益；G(θ2)是第二通信波束基于偏离角θ2的天线增益；L(r)是基于移动节点到锚点的径向距离r的路径损耗，C为常数。

[0175] 或者计算单元400包括：观测向量信息获取子单元，用于根据移动节点利用所述智能天线通信波束通信时的接收信号强度信息，获取与所述智能天线通信波束对应的观测2
向量x的均值μ和方差值σ ；和角度径向距离获取子单元，用于根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向
2
r的关系，及观测向量x的均值μ和方差值σ，确定θ值和r值。其中，观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向r的关系可以如方程x＝C+G(θ)+L(r)，其中G(θ)是智能天线通信波束基于角度θ的天线增益；L(r)是基于距离r的路径损耗。

[0176] 或者，确定单元100可以包括：波束信息获取子单元，用于获取智能天线通信波束的信息；和观测向量信息获取子单元，用于根据预存的智能天线通信波束标识与观测向量2
x的均值μ和方差值σ 的对应关系，获取智能天线通信波束信息中的智能天线通信波束
2
标识所对应的观测向量x的均值μ和方差值σ ；和角度径向距离获子取单元，用于根据观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动
2
节点到锚点的径向r的关系，及观测向量x的均值μ和方差值σ，确定θ值和r值。其中，观测向量x与移动节点至锚点的连线与对应的智能天线通信波束参考线的偏离角θ和移动节点到锚点的径向r的关系可以如方程x＝C+G(θ)+L(r)，其中，G(θ)是智能天线通信波束基于角度θ的天线增益；L(r)是基于距离r的路径损耗。

[0177] 当获取的智能天线通信波束的信息为一个智能天线通信波束的信息时，角度径向距离获取子单元，用于确定使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值，所述使观测向量x的概率密度函数最大的θ值和r值分别为所述移动节点相对于锚点的方位角和径向距离。

[0178] 优选的，获取的智能天线通信波束的信息包括：锚点的至少两个通信波束的信息；2
获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天线通信波束对应的观测向量xi的
2
均值μi和方差值σi ；所述角度径向距离获取单元，用于利用各观测向量xi的均值μi和
2
方差值σi，及观测向量xi与θi和r的关系式xi＝C+G(θi)+L(r)，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的θi值和r值，所确定的θi值和r值分别为移动节点相对于所述锚点的方位角和径向距离。

[0179] 优选的，获取的智能天线通信波束的信息包括：N个锚点的智能天线通信波束的2
信息，其中N大于或者等于2；获取的观测向量x的均值μ和方差值σ 包括：各智能天
2
线通信波束对应的观测向量xi的均值μi和方差值σi ；所述角度径向距离获取单元，用
2
于利用各观测向量xi的均值μi和方差值σi，及观测向量xi与θi和ri的关系式xi＝C+G(θi)+L(ri)，确定使各观测向量的联合概率密度函数最大的各观测向量x所对应的θ值和r值；所述移动节点相对于一个锚点的方位角及径向距离是所述锚点的智能天线通信波束对应的观测向量所对应的θ值和r值。

[0180] 优选的，所述移动节点定位装置位于移动节点上，所述获取单元300包括：信息交互子单元3011，用于从锚点获取通信波束的信息；信号能量测量子单元3012，用于测量所述锚点工作在所述通信波束上时的接收信号强度。具体参见图10A。

[0181] 或者，所述移动节点定位装置位于锚点上，所述获取单元300包括：波束选择和记录子单元3021，用于选择与移动节点通信的波束，并记录通信波束的信息；信息交互子单元3022，用于从移动节点获取所述锚点工作在所述通信波束上时的接收信号强度。具体参见图10B。

[0182] 本发明实施例七通过获得移动节点相对于锚点的方位角和径向距离，确定移动节点在统一坐标系中的位置，不需要锚点的天线具有相位估计功能和时间检测装置，降低了天线的成本和复杂度。

[0183] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，例如只读存储器，磁盘或光盘等。

[0184] 以上对本发明实施例所提供的移动节点定位方法、装置及网络系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。