[發明專利]非視距環境下基于RSS和TDOA測量的定位方法

有效

• 申請號: 201811528200.9
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN110536410B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 萬鵬武;黃瓊丹;盧光躍;王瑾;劉伯陽;劉超文;閆千里;李嬌;李怡霄
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00;H04B17/336;H04B17/391
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 楊鳳娟

1.一種非視距環境下基于RSS和TDOA的信源被動定位方法，包括如下步驟：

(1)根據非視距傳輸環境下的測量模型，從信源向傳感器發射的信號中提取RSS和TDOA測量信息：

(1.1)給出定位系統模型，在三維定位場景中，目標信源位置為u＝[x,y,z]^T，利用N個傳感器對目標源進行定位，第i個傳感器坐標s_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，i＝1,…,N；

同理，第j個傳感器的坐標為s_j＝[x_j,y_j,z_j]^T，j＝2,…,N；

(1.2)假設信源向傳感器發射信號，并且能夠在信號中提取RSS和TDOA測量信息；則兩種測量可以由下式表示：

d_j＝||u-s_j||-||u-s₁||+β_j+n_j (1b)

其中，P₀為在參考距離d₀(||u-s_i||≥d₀)下的RSS(dBm)；α_i(dB)和β_j(m)為非視距傳輸偏差(α_i＞0,β_j＞0)；γ為傳輸路徑損耗；和分別為對數型的陰影衰落(dB)和測量噪聲(m)；

(2)把兩種測量的N個和N-1個非視距偏差(共2N-1個)α_i和β_j近似為平均值α和β，稱為平均參量；并代入公式(1a)和公式(1b)中；將原始的欠定問題轉化為正定問題求解，得到：

d_j＝||u-s_j||-||u-s₁||+β+n_j (2b)

(3)將RSS和TDOA測量方程分別改寫成有關噪聲項m_i和n_j的等式：

(3.1)將RSS測量方程使用一節泰勒級數(當t較小時e^t≈1+t)進行近似處理，并移項平方，化簡得到：

其中，

(3.2)將TDOA測量方程等式右邊的非視距偏差β移至左邊并平方，化簡得到：

(4)對步驟3中改寫后的RSS和TDOA測量方程進行WLS操作，得到需要最小化的函數：

(4.1)對步驟3中改寫后的RSS和TDOA測量方程進行WLS操作：

其中，

(4.2)將測量公式(1)代入公式(4)中，得到需要最小化的函數：

(5)根據步驟4中得到的WLS函數，對信源位置u進行估計：

(5.1)初始化非視距偏差α和β，令

(5.2)根據步驟(3.1)和步驟(4.1)中定義的ξ、d′_i、得到并建立輔助變量y，將步驟(4.2)中的函數按分子展開，得到

其中||W(Ay-p)||²為最小化的待求函數，y^TDy+2g^Ty＝0為約束條件；

(5.3)采用二分法求解得到則信源位置估計可由得到，即

(6)迭代求解信源位置估計

(6.1)根據步驟(5.3)中求得的信源位置估計分別計算非視距偏差平均參量的ML估計和

(6.2)將步驟(6.1)中計算得到的兩種測量非視距偏差平均參量的估計值和代入步驟(5.2)中，將定位精度表示為重復操作步驟(5.2)和步驟(5.3)至定位精度ε＜0.01，得到最終的信源位置估計值