[發明專利]基于線性組合的凸優化測距定位方法

有效

• 申請號: 201310054251.3
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103149551A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 齊飛;王昶;石光明;任京波;林杰;李甫
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S5/14
• 分類號: G01S5/14
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及無線定位技術領域的一種基于線性組合的凸優化測距定位方法。本發明可以對基于測距信息的未知節點實現高精度和快速的位置坐標計算，方法中的線性組合策略使得原本非凸的優化問題轉化為可以快速求解的凸優化問題，由于方法同時提升了定位的精度與計算效率，可廣泛應用各種基于測距定位的應用場合。

背景技術

基于無線測距的定位技術在民用、工業、航空航天等領域有廣泛而重要的應用價值，是各種基于位置的服務與應用的基礎。

測距定位的主要思想是根據一些坐標已知的物理基準點，以及待定位點到這些物理基準點之間的距離測量值，根據幾何關系建立約束方程組從而求得待定位點的坐標。距離測量有很多種方法，如信號的傳播時間、信號強度以及信號到達方向角等。在實際應用中，由于信號在產生、傳輸及接收的各個環節均存在不同程度的噪聲干擾，使得待定位點與物理基準點之間的信號傳輸具有一定的不確定性而引入測量誤差。為克服噪聲干擾的問題，通常選取較多的物理基準點以獲得更多距離測量信息，期望通過更多的測量信息得到對待定位點坐標的更準確估計。

高通股份有限公司所提出的專利申請“用于確定GPS地面混合定位系統代數解的方法和裝置”(申請號：00818807.6，公開號：100343690C)中，公開了一種利用待定位點的高度輔助信息、地面測量等附加約束得到待定位點的坐標估計，雖然該方法在一定程度上避免了迭代算法的對定位點坐標計算時不收斂和奇異性的情況，但該方法仍然存在的不足是，對附加信息的要求較高，當附加約束的測量可靠性不高時對定位結果的影響較大。

伊納維斯公司所提出的專利申請“定位方法和裝置”(申請號：01806202.4，公開號：100442078C)中，公開了一種根據測距信息利用三角測量關系進行定位方程的解算的方法。該方法雖然計算簡單，可以得到定位點的解析解，利用信號處理的相關算法減小了測距噪聲，但該方法仍然存在的不足是，不能達到對測距噪聲的完全抑制，距離測距噪聲對其定位結果的影響比較敏感，并且忽略了各種測距信息之間噪聲的相異性，造成定位精度大幅下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有的技術的不足，提出了一種基于線性組合的凸優化算法，實現高精度和高效率的定位技術。

實現本發明的基本思想是，通過構造虛擬基準點，并將待定位點表示為虛擬基準點的線性組合。利用該線性組合系數，可以把待定位點與物理基準點之間的距離轉化為虛擬基準點與物理基準點之間的距離的線性組合，利用線性組合系數和虛擬基準點坐標計算得到待定位點坐標。由于虛擬基準點生成不存在噪聲，故而其與物理基準點之間的距離是精確的。基于上述虛擬基準點的構造與線性組合策略，使得測距定位問題轉化為求解虛擬基準點的線性組合系數。

本發明的具體實施步驟如下：

(1)初始化參數：

用戶根據經驗和實際測距通信環境，設置定位系統的虛擬基準點個數、距離置信參數、測距噪聲水平三個初始化參數；

(2)測距：

定位系統的測距通信裝置測量待定位點到物理基準點之間的距離，根據測距信息統計物理基準點個數；

(3)判斷是否滿足定位要求：

判斷物理基準點個數是否大于等于k+1，其中k為物理基準點的坐標維數，如果是，則執行步驟(4)，否則，結束定位；

(4)篩選物理基準點：

對通信物理基準點進行篩選，得到物理基準點集合；

(5)計算可行域：

利用物理基準點坐標、物理基準點與待定位點對應的測量距離，計算待定位點的可行域；

(6)生成虛擬基準點：

6a)在可行域內采用精確坐標生成方法，生成候選虛擬基準點集合；

6b)對候選虛擬基準點集合進行篩選，得到虛擬基準點集合；

(7)構建距離矩陣：

7a)按照下式計算各個虛擬基準點到各個物理基準點的距離：

D_ij＝||a_i-v_j||₂

其中，D_ij表示第i個物理基準點到第j個虛擬基準點之間的距離，a_i表示第i個物理基準點對應的坐標值，v_j表示第j個虛擬基準點對應的坐標值，||·||₂表示計算物理基準點與虛擬基準點坐標之間的距離；