[發明專利]非視距環境中未知起始時間的基于到達時間的定位方法

在審

• 申請號: 201710269269.3
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107271956A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王剛;高尚超;王偉;李有明
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01S5/06
• 分類號: G01S5/06;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: 周玨

本發明公開了一種非視距環境中未知起始時間的基于到達時間的定位方法，其先建立目標源與每個傳感器之間的信號傳輸距離的模型；然后根據模型得到測量噪聲的描述；接著根據測量噪聲的描述，并采用最壞情況下的魯棒加權最小二乘方法，得到在未知信號發射起始時間和存在非視距誤差的環境中的定位問題，再轉變為非凸的定位問題；之后通過引入輔助變量，并采用二階錐松弛方法，得到二階錐規劃問題；最后利用內點法對二階錐規劃問題進行求解，得到目標源在參考坐標系中的坐標位置的最終估計值；優點是能夠同時解決存在的未知信號發射起始時間和非視距誤差的存在問題，從而能夠提高定位精度。

技術領域

本發明涉及一種目標定位方法，尤其是涉及一種非視距環境中未知起始時間的基于到達時間的定位方法。

背景技術

近些年，無線傳感器網絡定位技術在諸多領域得到了廣泛的應用，可以便捷快速地實現定位導航、環境監測、智能家居、工業控制等。隨著技術的發展與社會的進步，高精度的定位技術在各個領域展現出了廣泛的應用前景。因此，對無線傳感器網絡中高精度的目標定位方法的研究十分有必要。

目前，實現目標定位的基本方法有很多。使用最為廣泛的是基于到達時間(Timeof Arrival)的時間測量方法，基本的網絡結構如圖1所示。該方法的優點是時間測量系統的復雜度低，可實現高精度的目標定位。因此，大多數目標定位方法的研究都是基于到達時間測量進行的。

目標的精確定位是目標定位方法設計的關鍵。然而，現實的無線傳感器網絡中會存在很多影響定位精度的因素，主要的問題有無線傳感器網絡的時鐘非同步問題和非視距誤差問題，如圖1中所示。所謂的時鐘非同步問題主要是指未知目標發射信號的準確的起始時間，造成信號在目標和傳感器之間的傳輸時間測量不準確，使測量距離與真實距離產生偏差，進而影響定位精度。所謂的非視距誤差是指信號的傳輸在目標與傳感器之間受阻擋而產生傳播時延，使測量時間變長，產生較大的距離測量誤差，使定位精度降低。事實上，如果不能有效的處理未知信號發射起始時間和非視距誤差的存在問題，則定位精度將不會得到有效的大幅度提升。

為了解決基于到達時間的定位方法中同時存在的未知信號發射起始時間和非視距誤差的存在問題，需要設計一種方法聯合消除時鐘非同步和非視距誤差對定位精度的不利影響。目前，聯合處理兩種誤差的方法較少，但單獨針對未知起始時間和非視距誤差的方法的研究已經非常廣泛。例如，利用凸松弛技術進行有效的非視距誤差處理；利用一些方法聯合估計信號發射的未知起始時間和目標位置。然而，在實際應用中，同時未知起始時間和非視距誤差的存在是非常普遍的情況，單獨的誤差處理將很難應用到實際生活中，因此，多誤差的聯合處理將是一個必然的趨勢。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于到達時間的定位方法，其能夠同時解決存在的未知信號發射起始時間和非視距誤差的存在問題，從而能夠提高定位精度。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種非視距環境中未知起始時間的基于到達時間的定位方法，其特征在于包括以下步驟：

①在無線傳感器網絡中建立一個平面坐標系或空間坐標系作為參考坐標系；設定無線傳感器網絡中存在一個用于發射測量信號的目標源和N個用于接收測量信號的傳感器，且設定N個傳感器的時鐘同步，而目標源的時鐘與傳感器的時鐘不同步；將N個傳感器在參考坐標系中的坐標位置對應記為s₁,…,s_N，將目標源在參考坐標系中的坐標位置記為x；其中，N≥3，s₁表示第1個傳感器在參考坐標系中的坐標位置，s_N表示第N個傳感器在參考坐標系中的坐標位置；

②計算目標源與每個傳感器之間的信號傳輸距離，將目標源與第i個傳感器之間的信號傳輸距離記為d_i，d_i＝c×t_i，其中，1≤i≤N，c表示光速，t_i表示測量信號從目標源發出到第i個傳感器接收所經歷的時間；