[發明專利]一種基于海倫公式計算面積殘差的二次規劃定位方法

有效

• 申請號: 201710355954.8
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107148080B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 華驚宇;陳芳妮;李楓;徐志江;周凱
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;G01S5/14
• 代理公司: 33241 杭州斯可睿專利事務所有限公司
• 代理人: 王利強<國際申請>=<國際公布>=<進入

一種基于海倫公式計算面積殘差的二次規劃定位方法，包括測量距離與加權距離分別通過海倫公式計算三角形面積以及定義面積殘差，殘差最小化最優化問題構建和二次規劃求解等過程。首先對基站進行分組，每組兩個基站。而后在每個基站分組中，采用上述兩種不同的距離，各通過海倫公式計算基站與移動臺所構成三角形的面積值，并進一步計算它們的差值。接下來匯總所有基站分組中的面積差值，以所有面積差值之和為基礎定義面積殘差，并構建以面積殘差最小化為目標的最優化問題，最后才用二次規劃數學工具求解問題并獲取MS最終位置估計。本發明提供一種有效減少誤差、提升定位精度的基于海倫公式計算面積殘差的二次規劃定位方法。

技術領域

本發明涉及無線定位技術領域，尤其是一種NLOS傳輸環境中的二次規劃定位方法，分別采用加權距離與測量距離分別進行移動臺(MS)位置估計，進而利用這兩個MS位置估計值分別計算與基站(BS)所圍成的三角形面積，二者的面積差值定義為面積殘差并作為優化的代價函數，最后結合二次規劃方法實現移動臺(MS,mobile station)定位。

背景技術

無線定位是指利用包含在接收信號中的角度和距離等參數來估計移動終端位置的一種技術。近年來，由于經濟發展和人們生活的需求，該技術已經得到了廣泛地應用，它可以提供包括緊急呼救、信息服務、車輛管理等在內的業務，同時也被應用到了基于位置信息的收費系統和智能交通系統中，是物聯網的重要組成部分。

在實際的無線傳輸環境中，特別是城市中的囤訊系統中由于障礙物的大量存在，因此信號從發送端到被接收的這一段時間內往往不是沿著直線傳輸的，而是經過了一連串的反射和折射才能夠到達接收端。這使得接收端對距離以及角度等信息估計準確度的下降，從而顯著降低了無線定位算法的精度。據此，在無線定位技術的實際應用中，減少甚至降低非視距(NLOS,non-line-of-sight)傳輸帶來的誤差是非常有必要的。根據摩托羅拉和愛立信對GSM網絡的實地測量發現，NLOS誤差有隨著移動臺(MS,mobile station)和基站或基地臺(BS,base station)之間直線距離的增加而上升的趨勢，這就更加劇了對傳統定位算法精度的影響。

發明內容

為了克服已有無線定位方式的誤差較大、定位精度較低的不足，本發明提供一種有效減少誤差、提升定位精度的基于面積殘差的二次規劃定位方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于海倫公式的面積殘差的二次規劃定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

1)由N個基站接收到移動臺MS發送的信號，假設已經估計信號中的到達時間(TOA，time of arrival)信息，并且將這些信息匯集到定位主基站中；

2)選定參考基站，不妨設為第一個BS，而后將所有的基站進行雙基站分組，每組均包含參考基站，而另一個基站從剩下N-1個基站中任選。假設有N個基站，則分組數目為N-1；

3)對于每一個分組，根據定位幾何原理以及海倫公式原理，分別以加權距離和測距為自變量構建MS與兩個BS圍成的三角形面積表達式，所述測距由TOA等效獲取；

4)對于每一個分組，計算上述兩個面積表達式的差值絕對值，所有分組的差值絕對值之和定義為面積殘差；

5)將定位問題構建成一個以面積殘差作為目標函數的最優化問題，并用二次規劃數學工具求解最優化問題并得到MS坐標。

進一步，所述步驟3)中，如果MS的坐標為(x,y)，第i個BS的坐標為(x_i,y_i)，那么它們之間的距離表示為：

假設MS到第i個BS的測量距離是d_i，那么真實距離和測量距離之間的關系表示為