[發明專利]多基站逐次逼近定位方法

有效

• 申請號: 201210508845.2
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102970749A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 向澤君;郭鑫;朱圣;呂楠;徐占華;羅再謙;龍川;鄧劍鋒
• 申請（專利權）人: 重慶市勘測院;重慶數字城市科技有限公司
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

1.一種多基站逐次逼近定位方法，其特征在于包括以下步驟：

S1、獲得M+N個有效的定位信號參量，其中移動終端的到達時間差TDOA的測量值個數為M，且該移動終端的到達角度AOA的測量值個數為N，M、N均為大于零的整數，且(N-1)+M≥3；

S2、從該M+N個有效的定位信號參量中選取個定位信號參量，根據該個定位信號參量計算獲得移動終端的l個位置估計值P_v(x_v，y_v，z_v)，從而形成由該l個位置估計值P_v(x_v，y_v，z_v)構成的三維目標區域，其中z_v表示移動終端的高度信息，且v≥2，l為大于零的整數；

S3、采用逐次逼近定位方法，從該三維目標區域中確定該移動終端的最佳位置估計值。

2.根據權利要求1所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步驟S1采用地理信息系統GIS定義的前哨功能SF函數對定位信號參量進行非視距識別，從而獲得有效的定位信號參量，其中根據該到達時間差TDOA可以確定該基站與移動終端之間的距離d且根據該到達角度AOA可以確定θ：

設定一個基站與移動終端之間的距離為d_A，另一個基站與移動終端之間的距離為d_B，兩基站之間的距離為d_AB，如果成立，則表示該定位信號參量處于可視路徑傳播LOS條件下，該定位信號參量為有效的定位信號參量，否則表示該定位信號參量處于非可視路徑傳播NLOS條件下，該定位信號參量為無效的定位信號參量。

3.根據權利要求1所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步驟S2采用TDOA/AOA最小二乘混合定位方法計算獲得移動終端的多個位置估計值P_v(x_v，y_v，z_v)，具體由以下步驟組成：

A1、建立TDOA偽線性雙曲方程Ri,1=Ri-R1=(Xi-x)2+(Yi-y)2+(Zi-z)2-(X1-x)2+(Y1-y)2+(Z1-z)2,]]>其中(x，y，z)表示移動終端的實際位置的三維坐標，(X_i，Y_i，Z_i)表示第i個基站的位置的三維坐標，(X₁，Y₁，Z₁)表示第1個基站的位置的三維坐標，R_i，1表示第i個基站與第1個基站與該移動終端之間的距離差值，i≥M且為大于零的整數；

建立AOA方位角、俯仰角聯合偽線性方程組：

該式數學變換后表示為

其中θ_k、分別表示AOA的方位角、俯仰角，(x_k，y_k，z_k)表示第k個基站的位置的三維坐標，(x，y，z)表示移動終端的實際位置的三維坐標，分別表示AOA的方位角、俯仰角的實際測量值，分別表示AOA測量方位角、俯仰角的誤差；

A2、分別對該TDOA偽線性雙曲方程以及AOA方位角、俯仰角聯合偽線性方程組在初始位置(x₀，y₀，z₀)處做泰勒級數展開，并略掉二階以上分量，得線性方程組：G_TDOAδ＝h_TDOA，G_AOAδ＝h_AOA，其中δ＝(Δx，Δy，Δz)^T，

GTDOA=[(X1-x0)/R1]-[(X2-x0)/R2][(Y1-y0)/R1]-[(Y2-y0)/R2][(Z1-z0)/R1]-[(Z2-z0)/R2][(X1-x0)/R1]-[(X3-x0)/R3][(Y1-y0)/R1]-[(Y3-y0)/R3][(Z1-z0)/R1]-[(Z3-z0)/R3].........[(X1-x0)/R1]-[(XN-x0)/RN][(Y1-y0)/R1]-[(YN-y0)/RN][(Z1-z0)/R1]-[(ZN-z0)/RN],]]>

hTDOA=R2,1-(R2-R1)R3,1-(R3-R1)...RN,1-(RN-R1),]]>

A3、聯合泰勒級數展開后獲得的線性方程組，由加權最小二乘法得：δ＝(G^TQ^-1G)^-1G^TQ^-1h，其中G=GTDOAGAOA,]]>h=hTDOAhAOA,]]>Q=QTDOA00QAOA,]]>Q_TDOA表示TDOA的協方差矩陣，Q_AOA表示AOA的協方差矩陣；

A4、判斷|Δx|+|Δy|+|Δx|＜ε是否成立：如果不成立，則令x_v＝x₀+Δx，y_v＝y₀+Δy，z_v＝z₀+Δz，并且令x₀＝＝x_v，y₀＝＝y_v，z₀＝＝z_v，重復執行步驟A2～A4，如果成立則P_v(x_v，y_v，z_v)為該移動終端的位置估計值。

4.根據權利要求1所述的多基站逐次逼近定位方法，其特征在于所述步驟S3由以下步驟組成：

B1、求取多個位置估計值P_v(x_v，y_v，z_v)中z_v的平均值并且將該l個位置估計值P_v(x_v，y_v，z_v)投影至平面z＝z_q上，對應的投影點為P′_v(x′_v，y′_v，z′_v)，將平面z＝z_q作為xoy平面，則該投影點P′_v(x′_v，y′_v，z′_v)表示為P″_v(x″_v，y″_v)，其中z′_v＝z_q，v≥2且為整數；

B2、確定圓心P₀(x₀，y₀)，其中表示該l個投影點P″_v(x″_v，y″_v)中x″_v的平均值，表示該l個投影點P″_v(x″_v，y″_v)中y″_v的平均值；

B3、確定在該l個投影點P″_v(x″_v，y″_v)中距離該圓心P₀(x₀，y₀)最遠的投影點P_Li(x_li，y_li)的個數m，并求取該投影點P_Li(x_li，y_li)與圓心P₀(x₀，y₀)之間的距離δ=max(P0Pv′′)=P0Pli=(x0-xli)2+(y0-yli)2,]]>其中i≥m且初始值為1，i、m均為大于零的整數；

B4、沿著向量的方向，以為單位移動該圓心P₀(x₀，y₀)，則移動后的圓心P′₀(x′₀，y′₀)的坐標為(x0′,y0′)=(x0,y0)+ψ*I→=(x0,y0)+ψ*(ix,jy),]]>其中ψ表示移動步長且ψ＞0，I→=(ix,jy)=P0PLi→/||P0PLi||=[(xli-x0)/||P0PLi||,(yli-y0)/||P0PLi||],]]>||||表示求取范數；

B5、求取該l個投影點P″_v(x″_v，y″_v)中距離該圓心P′₀(x′₀，y′₀)最遠的投影點P′_L(x′_l，y′_l)與該圓心P′₀(x′₀，y′₀)之間的距離δi′=max(P0′Pv′)=P0′PL′=(x0′-xl′)2+(y0′-yl′)2;]]>

B6、判斷i是否等于m：如果i≠m則i++并重復執行步驟B4～B6，如果i＝m則將δ與δ′_i之間差值最大，即max(δ-δ′_i)時對應的δ′_i記為δ′，對應的向量記為

B7、將δ′與δ進行比較：

如果δ′＜δ則進一步判斷ψ≤ψ₀是否成立：如果不成立則將P₀(x₀，y₀)＝＝P′₀(x′₀，y′₀)，δ＝＝δ′，重復執行步驟B3～B7，如果成立則移動終止，該圓心P′₀(x′₀，y′₀)為該移動終端在二維空間的最佳位置估計值；

如果δ′≥δ則沿著向量的方向，以為單位移動該圓心P₀(x₀，y₀)，移動后的圓心P′₀(x′₀，y′₀)的坐標為n++并且重新執行步驟B5～B7，其中I→=(ix,jy)=P0PL→/||P0PL||=[(xl-x0)/||P0PL||,(yl-y0)/||P0PL||],]]>||||表示求取范數，n為大于零的整數且初始值為1；

B8、該移動終端在三維空間的最佳位置估計值為P′₀(x′₀，y′₀，z_q)。