[發明專利]一種復雜環境下的TDOA定位追蹤方法

有效

• 申請號: 201910026517.0
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109613477B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 申富饒;周至;于斐彥;安俊逸;李俊
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華;于瀚文

本發明公開了一種復雜環境下的TDOA定位追蹤方法，包括：步驟1，讀取TDOA數據；步驟2，進行數據預處理，去除誤差較大的基站；步驟3，對于剩余有效基站數大于等于4的數據進行解算，將解算結果放入數組P；步驟4，更換主基站，重復步驟3，直到該條數據中的所有基站都當過一次主基站；步驟5，如果P不為空，從中選擇最合適的點放入保存最終定位結果的數組T，并清空數組P；步驟6，如果T中加入了新點，進行平均濾波，將濾波結果放入軌跡數組F；步驟7，如果T中沒有加入新點，根據F中的數據利用時間和速度對當前坐標進行預測，將預測結果同時放入F和T中；步驟8，該條數據處理完畢，回到步驟1，讀取下一條數據。

技術領域

本發明涉及室內定位方法，特別是涉及一種復雜環境下的TDOA定位追蹤方法。

背景技術

隨著物聯網和移動互聯技術的不斷發展，越來越多的服務和應用依賴于用戶的位置信息，如何精確地對設備進行定位正成為當前研究的一大熱點。在室外環境下，全球定位系統(GPS)以其精度較高、穩定性強和成本低廉的優勢，取得了廣泛的應用，但在室內環境下，由于衛星信號無法穿透建筑物，GPS的使用受到了嚴重的限制。而且，相比于室外，室內環境受多徑效應、非視距傳輸(NLOS)的影響更為明顯，還存在著環境的動態變化等問題，這些都增加了室內精確定位的挑戰性。目前，國內外研究者們已經提出了基于信號衰減模型、TOA(Time-of-Arrival)、TDOA(Time-Difference-of-Arrival)和AOA(Angle-of-Arrival)等原理的室內定位解決方案，其中，TDOA以其不需要嚴格時間同步的優勢，得到了廣泛的重視和研究。

在眾多TDOA定位方法中，Wade H.Foy依據Taylor展開提出的方法(簡稱Taylor序列方法)以其形式簡單、精度較高的優點取得了廣泛的應用。該方法在給定初始坐標附近進行Taylor展開并忽略二階以上分量，然后通過迭代計算誤差的局部最小二乘解來逐步優化坐標。該方法的精度依賴于輸入的初始值，如果初始值接近真實解則結果較為精確，但在實際應用中，初始值很難選取，導致其精度較差，甚至可能無法收斂。而且迭代的特性使其需要較大的計算量。文獻：Foy W H.Position-Location Solutions by Taylor-SeriesEstimation[J].IEEE Transactions on AerospaceElectronic Systems,2007,AES-12(2):187-194.

為了克服基于Taylor展開的方法存在的依賴初始值進行迭代、無法保證收斂以及時間開銷大的問題，Y.T.Chan等人提出了具有閉式解的雙曲定位算法(簡稱Chan算法)。該算法通過引入第三個的變量，將非線性問題轉化為線性問題，然后通過兩次加權最小二乘法得到最終的定位結果。Chan算法計算速度快，結果也較為準確，但該算法的推導基于信道誤差較小且服從零均值高斯分布的假設，該假設在真實環境下很難滿足，因此精度會顯著下降。文獻：Chan Y T,Ho K C.A simple and efficient estimator for hyperboliclocation[J].IEEE Transactions on Signal Processing,2002,42(8):1905-1915.

發明內容

發明目的：解決Taylor序列方法、Chan算法等經典TDOA定位算法在真實環境下性能顯著下降、追蹤過程中無法形成連續平滑軌跡的問題，在Taylor和Chan算法中引入固定高度信息，提升定位結果的準確性，并加入數據擴充技術和坐標的先驗知識，大幅減少無法解算的情況，同時通過合理的濾波和預測策略，增強軌跡的光滑性和連續性。為了解決上述技術問題，本發明公開了一種復雜室內環境下基于TDOA的定位追蹤方法，該方法可以用于倉庫管理、定位導覽、機器人追蹤等應用中，包括如下步驟：

步驟1，讀取一條含有N個(一般N取值為4)以上基站的TDOA數據；

步驟2，根據歷史數據進行數據預處理，去除誤差較大的基站；