[发明专利]定向和测位系统

摘要

系统包括：可被要求定向和测位的第一节点簇(CS1，CS2)，和称为测量节点的以确定与其共享直的视距的第一节点的相对定向和测位的至少一个节点(FN1，FN2...)；每个节点具有基于MIMO过程运行的无线电站(11，12，13...)，MIMO过程涉及对接收和发射波在其发射和接收侧的各种不同极化。无线电站执行：●选择在发射侧的极化模式，以选择的极化模式发射导向空间时间块码，使得接收无线电站可以估计四个极化MIMO信道矩阵；●选择在接收机侧的极化模式，通过将接收的空间时间信号匹配到发射的空间时间块以估计四个极化MIMO信道矩阵；●独立于每个簇内的第一节点的测位和定向进行估计；●组合四个已估计的极化MIMO信道矩阵，从共极化MIMO信道矩阵移除多径信号的贡献；●使用交叉极化信道上的已估计的MIMO信道矩阵，估计表征接收机侧的冲击多径信号的方位角和仰角，并估计表征发射机侧的离开多径信号的方位角和仰角。

主权项

一种具有空间滤波能力的定向和测位系统，它组合了时间分集、极化分集和空间分集，用于检测直的视距(LOS)并且传送对移动节点的位置和定向的估计，所述系统包括：●至少一个定位无线电站，确定与该定位无线电站共享一条直的视距(LOS)的每个节点的相对定向和相对测位，每个无线电波路径包括该视距，所述视距是由离开方向(DOD)、发射极化以及到达方向(DOA)和接收极化所表征的；所述定位无线电站和节点设有：○多个天线系统，具有极化选择切换能力；○无线电收发机，具有空间滤波能力以及定向和测位检测能力；●时间滤波模块，对接收的信号矢量执行第一滤波步骤，所述滤波过程允许，将发射节点分类到不同的矢量集上；每个矢量集是具有几乎相同的强度和相同的到达时间性质的矢量的子集集合；●MIMO信道矩阵模块(71)，对每个矢量集操作，提供对一个四阶MIMO信道矩阵的估计，该矩阵由分别地在发射机侧和接收机侧均使用相似的圆极化模式时获得的一对共极化MIMO矩阵以及在发射机侧和接收机侧使用不同的圆极化模式时获得的一对交叉极化MIMO矩阵组成，所述模块能够估计接收相关矩阵和发射相关矩阵，所述接收相关矩阵和所述发射相关矩阵是空间检测算法的输入；●模块(67)，对交叉极化MIMO矩阵的秩操作，以控制多径DOA和DOD估计模块(68)，从而操作最佳检测方法；●多径DOA和DOD估计模块(68)，对相应于未配对的发射机极化和接收机极化的四个直接估计的相关矩阵操作，或者对可以用先前估计的交叉极化MIMO矩阵估计出的四个相关矩阵操作；该对接收相关矩阵，相应于两个不同的未配对的极化模式(RHCP‑LHCP和LHCP‑RHCP)，产生了对多对到达角(AOA)的多径方位角‑仰角的估计；该对发射相关矩阵，相应于两个不同的未配对的极化模式(RHCP‑LHCP和LHCP‑RHCP)，产生了对多对离开角(AOD)的多径方位角‑仰角的估计；在所述极化模式上获得的两个已估计的AOA集合上的信号功率形成一个接收极化‑空间谱，而各自在一个不同的极化模式上获得的两个已估计的AOD集合上的信号功率形成一个发射极化‑空间谱；所述模块运行MUSIC或MVR算法(或者任何等价的方案)，均提供了所述多径接收信号的两个极化‑空间谱；两个接收极化‑空间谱的组合提供了一个公共接收谱，同样，两个发射极化‑空间谱的组合提供了一个公共发射谱，所述组合是在谱之间的加法、乘法或任何其他算术运算，尤其使用乘法运算来增强谱的质量；●多径倾斜角和信道增益估计模块(69)，使用所述多径DOA和DOD估计模块(68)和所述MIMO信道矩阵模块(71)来提供估计如下各项的手段：○每个已估计的DOD参数的信号强度和TAOUT；○每个已估计的DOA参数的信号强度和TAON；所述模块执行一个配对操作，旨在为每个已估计的DOA参数寻找到相应的DOD参数，以使得配对的DOA/DOD参数描述一条具体路径在发射机和接收机链路的两端处的方向性质；●共极化信道滤波模块(70)，其从所述共极化信道矩阵中移除多径信道分量；所述模块通过将下述各项用作输入，重构了多径起源的共极化MIMO矩阵：○由所述估计模块(68)提供的DOA和DOD估计；○由所述MIMO信道矩阵模块(71)提供的共极化MIMO矩阵；所述模块使用重构的共极化MIMO矩阵为每一对DOA/DOD角重新估计信道增益和倾斜角；●视距DOA和DOD估计模块(72)，对由所述共极化信道滤波模块(70)提供的滤波共极化信道矩阵操作，并且运行已由所述模块(67)选择的MUSIC算法或MVR算法，以提供相应于视距路径的若干组DOA和DOD对的方位角‑仰角，能够如同所述估计模块(68)中一样采用不同的极化‑空间谱的组合；●视距“多径倾斜角和信道”估计模块(73)，使用由视距DOA和 DOD估计模块(72)和共极化信道滤波模块(70)提供的信息，以给TAON和TAOUT的每条视距传送估计；视距DOA、DOD、TAON、TAOUT是在所述接收机的参考系中估计的；●位置和定向寻找器(75)，使用由视距多径倾斜角和信道估计模块(73)提供的信息，来确定具有已识别的视距的每个发射机的位置和定向；该模块利用了由所述共极化信道滤波模块(70)、视距DOA和DOD估计模块(72)、视距多径倾斜角和信道估计模块(73)以及时间滤波模块所提供的信息。