[發明專利]一種基于信號到達時間的定位方法

有效

• 申請號: 201310398801.3
• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103487784A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王剛;高尚;金明;李有明
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本發明涉及一種定位方法，尤其是涉及一種基于信號到達時間的定位方法。

背景技術

在雷達和聲納的研究中，終端定位是一個經典的研究課題。最近30年來，尤其在911事件之后，人們對終端定位的要求越來越高，從而使終端定位受到了越來越多的關注。終端定位技術在軍事偵察、交通監視、工農業控制、生物醫療、環境監測、搶險救災及危險區域遠程控制等領域都有廣闊的應用前景，因此研究定位方法具有十分重要的意義。圖1給出了一個典型的定位問題的示意圖，待定位終端通過測量不同基站的下行導頻信號，得到不同基站的下行導頻信號的TOA(Time?ofArrival，到達時間)或TDOA(Time?Difference?ofArrival，到達時間差)，根據該測量結果同時結合每個基站的坐標，就能夠計算出待定位終端的位置。與GPS定位相比，蜂窩移動系統中的定位以其定位速度快、成本低(不需要移動終端上添加額外的硬件)、耗電少、室內可用等優勢，而被廣泛應用到終端定位中。

盡管已經有學者提出了很多種方法解決定位問題，但是由于定位問題的非凸性，即定位問題具有多個穩定的平衡態，無法同時滿足定位高精度化以及算法簡單化的要求。在早期的研究中，通常采用基于泰勒展開的線性化方法來解決定位問題，其根據給定的初始估計將原定位問題進行泰勒展開并進行線性化近似，求解到線性解后，再根據此線性解進行泰勒展開，如此迭代直到達到最后的解，該方法要求有一個精確的初始估計，否則將無法收斂到全局最優解甚至得到的解發散。針對基于泰勒展開的線性化方法所存在的問題，人們提出了球形插值(Spherical?Interpolation，SI)法，其通過引入一個中間變量來線性化非線性方程組，設定的中間變量不是想要的，但它與待定位終端的位置的關系已知，該方法基于線性最小二乘(Linear?Least?Squares，LLS)準則求解線性方程組，但完全忽略了上面提到的中間變量與終端位置之間已知的關系，導致獲得的待定位終端的位置不精確。為提高SI方法的性能，人們提出了一種兩步加權最小二乘(Two-Stage?Weighted?Least?Squares，Two-Stage?WLS)方法，該方法明確考慮了中間變量與待定位終端的位置之間的關系，因而能夠取得比SI方法更好的性能，但是該方法有門限效應，即當測量時的噪聲達到一定程度時，定位精度將急劇下降。近年來人們嘗試采用一些非線性規劃的理論來解決定位問題，由于定位問題的非凸性，人們嘗試采用松弛方法將非凸問題松弛為凸問題(如半正定規劃)，求解該凸問題后，再采用一些后續處理方法來得到原定位問題的近似解，這種方法的特點是得到的待定位終端的位置的精度高，但其算法的復雜度遠高于線性化方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種定位精度高、計算復雜度低的基于信號到達時間的定位方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于信號到達時間的定位方法，其特征在于：包括以下步驟：

①首先在蜂窩移動網絡環境中建立一個平面直角坐標系或空間直角坐標系作為參考坐標系，然后假設該蜂窩移動網絡環境中存在一個待定位終端和N個基站，則該待定位終端通過接收N個基站的信號獲取每個基站到待定位終端的到達時間，再根據每個基站到待定位終端的到達時間獲取待定位終端到每個基站的距離，將待定位終端到第i個基站的距離記為z_i，z_i＝c₁t_i，其中，c₁為光速，t_i為第i個基站到待定位終端的到達時間，i＝1，2，…，N，N≥3；