[發(fā)明專利]一種考慮基站位置誤差的GSM-R的干擾源定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610058443.5
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105722214B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 馬功民;張俊輝;吳保德;黃際彥
• 申請（專利權）人: 中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司;電子科技大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種考慮基站位置誤差的GSM-R的干擾源定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

a.采用基于信號到達時差的定位算法和基于信號到達角度的定位算法，從GSM-R網(wǎng)絡中獲取n-1個到達時差測量值和n個到達角度測量值；其中，n為GSM-R網(wǎng)絡中移動站的數(shù)目；構建干擾源與移動站之間的幾何關系模型；所述幾何關系模型的具體構建方法為：

假設GSM-R網(wǎng)絡中的n個移動站的位置坐標為(x_i,y_i),i＝1,2,...,n，干擾源的位置坐標為(x,y)，其中，下標i指代移動站的序號；構建如下幾何方程組：

其中r_i為干擾源到第i個移動站的距離值，r_i,1為干擾源到第i個移動站的距離與到第1個移動站的距離差，θ_i為干擾源到第i個移動站的弧度；

該幾何方程組可展開化簡為：

其中，x_i,1＝x_i-x₁，y_i,1＝y(tǒng)_i-y₁，

寫成矩陣形式為：

Y＝GZ；

其中，

b.根據(jù)步驟a中獲得的幾何關系模型，在忽略移動站位置誤差的條件下，獲取干擾源位置坐標估計值和誤差矢量；具體方法為：

假設實測的距離值和弧度值與真實的距離值和弧度值之間的關系為：

其中，和為真實的距離值和弧度值，和分別為測量的距離誤差和弧度誤差，服從均值為零的高斯分布，方差分別為和

結合矩陣Y＝GZ可得誤差矢量e為e＝Y-GZ；

忽略移動站位置誤差后，干擾源位置坐標估計值為e＝Y-GZ的最大似然估計值，可得：Z＝(G^Tcov(e)^-1G)^-1G^Tcov(e)^-1Y，其中cov(e)為誤差矢量的協(xié)方差矩陣：cov(e)＝E(ee^T)；

c.根據(jù)步驟b中獲得的干擾源位置坐標估計值和誤差矢量，構建位置誤差加權矩陣；具體方法為：

對帶位置誤差的移動站進行建模：

其中，其中，和為位置誤差，相互獨立且服從零均值的高斯分布，標準差分別為σ_x和σ_y；

將代入e＝Y-GZ可得：

其中

由Y＝GZ可得因此可得：

可得e_ie_j，e_n+i-1e_n+j-1，和的期望值為：

可得位置誤差加權矩陣為：

d.通過位置誤差加權矩陣，重構誤差矢量的協(xié)方差矩陣，獲取干擾源定位結果；具體方法為：

由步驟c可得重構的誤差矢量協(xié)方差矩陣為：

將重構的誤差矢量協(xié)方差矩陣式代入Z＝(G^Tcov(e)^-1G)^-1G^Tcov(e)^-1Y中可得消除移動站位置誤差的干擾源位置坐標估計值，此時獲得的干擾源位置坐標未考慮x,y,r₁之間的相關性；消除x,y,r₁之間的相關性誤差的方法為：

假設x,y,r₁的估計誤差為μ₁,μ₂,μ₃，由Z＝(G^Tcov(e)^-1G)^-1G^Tcov(e)^-1Y求得的估計值可表示為：

[z]₁＝x+μ₁，[z]₂＝y(tǒng)+μ₂，[z]₃＝r₁+μ₃

可構造誤差矢量e'：e'＝Y'-G'Z'

其中

將[z]₁＝x+μ₁，[z]₂＝y(tǒng)+μ₂，[z]₃＝r₁+μ₃代入e'＝Y'-G'Z'中并忽略二次項可得：

e₁'＝([Z]₁-x₁)²-(x-x₁)²＝(x+μ₁-x₁-n_x1)²-(x-x₁-n_x1)²≈2(x-x₁)μ₁

e₂'＝([Z]₂-y₁)²-(y-y₁)²＝(y+μ₂-y₁-n_y1)²-(y-y₁-n_y1)²≈2(y-y₁)μ₂

則e'的協(xié)方差矩陣為：cov(e')＝E(e'e'^T)＝D{cov(Z)}D+Q；

其中，D＝diag{[2(x-x₁) 2(y-y₁) 2r₁]}≈diag{[2([z]₁-x₁) 2([z]₂-y₁) 2[z]₃]}，，cov(Z)為Z＝(G^Tcov(e)^-1G)^-1G^Tcov(e)^-1Y求得的估計值的協(xié)方差矩陣，可通過擾動分析方法求解，定義△為誤差擾動分量，則Z＝(G^Tcov(e)^-1G)^-1G^Tcov(e)^-1Y可寫成：

由于因此進一步展開并忽略高次項可得：

化簡后為：

由于所以由可得：

可得cov(Z)為：

求e'＝Y'-G'Z'最大似然估計可得：

Z'＝argmin{(Y'-G'Z')^T cov(e')^-1(Y'-G'Z')}

＝(G'^T cov(e')^-1G')^-1G'^T cov(e')^-1Y'

最后求得干擾源的位置坐標估計值為：