[發(fā)明專(zhuān)利]一種閉式解與迭代算法相結(jié)合的AOA定位方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710986504.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107703482A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃際彥;張曦文;王義圓;周貽能;母國(guó)才;曹厚華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01S5/02
• 分類(lèi)號(hào): G01S5/02;H04W64/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙)51232
• 代理人: 孫一峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線定位技術(shù)，具體為一種將閉式解與迭代算法相結(jié)合的AOA定位方法。

背景技術(shù)

無(wú)線定位是指利用無(wú)線電波信號(hào)的特征參數(shù)，估計(jì)特定物體在某種參考系中的坐標(biāo)位置。隨著無(wú)線通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，無(wú)線定位在諸多軍事和民用領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。在軍事系統(tǒng)中，準(zhǔn)確定位目標(biāo)有助于使用精確打擊武器，為最終摧毀敵方提供有力保障，在民用系統(tǒng)中，準(zhǔn)確定位目標(biāo)有利于為其提供更可靠便捷的服務(wù)。

根據(jù)不同的特征參數(shù)，常用的無(wú)線定位技術(shù)分為到達(dá)時(shí)間(TOA)定位技術(shù)、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)定位技術(shù)、到達(dá)角度(AOA)定位技術(shù)和到達(dá)頻率差(FDOA)定位技術(shù)等。TDOA和TOA由于具有較高的定位精度被廣泛應(yīng)用于定位硬件系統(tǒng)中，然而這兩種定位方法均需要精確的時(shí)間同步。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)中，同步問(wèn)題是一項(xiàng)技術(shù)難題，而相對(duì)于TDOA和TOA定位來(lái)說(shuō)AOA定位不需要精確的時(shí)間同步作為前提條件，因此在無(wú)法實(shí)現(xiàn)或者較難實(shí)現(xiàn)同步的情況下，可采用AOA定位技術(shù)。

現(xiàn)有的定位算法分為兩類(lèi)：閉式解和迭代算法。閉式解運(yùn)算量小，較穩(wěn)健，即不容易出現(xiàn)大的定位誤差。迭代算法運(yùn)算量大，容易發(fā)散，即容易出現(xiàn)大的誤差，但若不發(fā)散，迭代定位算法精度很高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有定位算法中閉式解和迭代算法的各自缺陷，提出一種將閉式解與迭代算法相結(jié)合的AOA定位算法，以提高定位精度。本發(fā)明采用AOA定位技術(shù)作為基本定位技術(shù)，將閉式解和迭代算法結(jié)合，避免了其各自缺點(diǎn)，結(jié)合了兩算法的優(yōu)點(diǎn)，其中閉式解采用一步加權(quán)最小二乘估計(jì)解，以提高定位精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種將閉式解與迭代算法相結(jié)合的AOA定位算法，包括以下步驟：

a.基站位置信息獲取和到達(dá)角度測(cè)量：假設(shè)有N個(gè)基站，第i個(gè)基站的坐標(biāo)位置為bs_i＝(x_i,y_i)，AOA測(cè)量值為θ_i，i＝1,2,…,N；

b.求閉式解，即一步加權(quán)最小二乘估計(jì)解：由于二步加權(quán)最小二乘估計(jì)容易發(fā)散，所以本發(fā)明采用一步加權(quán)解，假設(shè)移動(dòng)目標(biāo)位置為ms＝(x,y)，一步加權(quán)最小二乘解為Z＝(G^TB^-1G)^-1G^TB^-1H，其中目標(biāo)位置坐標(biāo)矩陣測(cè)量矩陣轉(zhuǎn)換矩陣(x_i,y_i)i＝1,2,…,N為基站位置坐標(biāo)，設(shè)角度測(cè)量值θ_i服從0均值，方差為σ²的高斯分布，則協(xié)方差矩陣B＝diag{[((y-y₁)(sec(θ₁))²)²σ²…((y-y_N)(sec(θ_N))²)²σ²]}。

c.對(duì)基站數(shù)進(jìn)行判斷：若僅有兩個(gè)基站，則閉式解即為最終解，若多于兩個(gè)基站，則進(jìn)行下面的迭代算法；

d.進(jìn)行迭代運(yùn)算：將閉式解作為迭代算法的初始值進(jìn)行迭代運(yùn)算，設(shè)第k次迭代后得到的估計(jì)目標(biāo)位置坐標(biāo)為ms_k＝ms_k-1+dx_k-1，ms_k-1為第k-1次迭代得到的估計(jì)目標(biāo)位置，坐標(biāo)迭代增量其中距離增量矩陣距離增量r_i²(ms₀)＝(x₀-x_i)²+(y₀-y_i)²，角度增量矩陣角度增量ms₀＝(x₀,y₀)為上一次迭代結(jié)果坐標(biāo)值，初始迭代時(shí)，此即為閉式解估計(jì)的目標(biāo)位置坐標(biāo)，迭代過(guò)程中需進(jìn)行判斷，若收斂則停止迭代以節(jié)約運(yùn)算量；

e.迭代結(jié)果判斷：若不發(fā)散，則迭代算法的解為最終解，若發(fā)散，則閉式解為最終解。