[發(fā)明專利]一種基于角度測量的分布式協(xié)作定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110354737.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113115205B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武楠;楊呂驍;李彬;楊碧珩;崔姬石
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W64/00;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪

本發(fā)明公開了一種基于角度測量的分布式協(xié)作定位方法，在協(xié)作定位場景下，每個用戶節(jié)點(diǎn)將基于自身的位置先驗(yàn)信息，利用其通信范圍內(nèi)各節(jié)點(diǎn)間的到達(dá)方位角觀測，使用因子圖模型與廣義近似消息傳遞算法，實(shí)現(xiàn)各用戶位置估計(jì)的分布式更新，經(jīng)多輪迭代，最終使各節(jié)點(diǎn)同時獲得高精度的定位結(jié)果，低復(fù)雜度地實(shí)現(xiàn)了高精度位置估計(jì)，同時，本發(fā)明采用了分布式協(xié)作方案，有效降低用戶節(jié)點(diǎn)的通信代價與能耗，提升系統(tǒng)的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于協(xié)作定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于角度測量的分布式協(xié)作定位方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對精確定位的需求急劇攀升。根據(jù)定位的具體機(jī)制，常用的定位方法主要包括基于測距的方法、基于測角的方法、以及基于其它測量的方法。其中，基于測距的定位通過獲取信號的到達(dá)時間(Time of Arrival，TOA)或到達(dá)時間差(Time Difference of Arrival，TDOA)來獲得節(jié)點(diǎn)之間的距離或距離差，從而使用三邊定位或多邊定位等方法實(shí)現(xiàn)位置解算。然而，想獲得高精度的距離測量并不容易。超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)無線通信技術(shù)使用多徑分辨能力強(qiáng)的極窄的脈沖信號實(shí)現(xiàn)厘米級定位，但該技術(shù)通常用于工廠等特定區(qū)域，部署代價很大。第五代移動通信(5G)使用的高頻或者毫米波通信可以實(shí)現(xiàn)較高精度的到達(dá)時間差測量，然而進(jìn)一步降低時鐘誤差則需要采用高精度晶振，從而面臨較高的成本代價。

隨著5G等無線通信技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模天線(Massive MIMO)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類通信節(jié)點(diǎn)之中，為用戶提供了具有更高分辨率的波束，使得基于測角的高精度定位成為了可能。使用天線陣列測量發(fā)射信號的到達(dá)角(Angle of Arrival，AOA)，包括節(jié)點(diǎn)間的方位角和俯仰角等信息，能夠計(jì)算用戶節(jié)點(diǎn)的位置估計(jì)。

然而，傳統(tǒng)的定位方法要求每一個位置未知的節(jié)點(diǎn)都需要與足夠多數(shù)量的錨節(jié)點(diǎn)(如基站)建立通信，想要同時滿足錨節(jié)點(diǎn)覆蓋面積、通信穩(wěn)定性和定位精度的需求是十分困難的。因此，協(xié)作定位逐漸受到研究者們的重視。在協(xié)作定位中，用戶節(jié)點(diǎn)不僅可以和錨節(jié)點(diǎn)通信，還可以和其他用戶節(jié)點(diǎn)通信，獲得更多的觀測信息來輔助定位，從而降低對錨節(jié)點(diǎn)布設(shè)密度的要求；或者在有先驗(yàn)位置信息的前提下，不依賴錨節(jié)點(diǎn)，僅通過用戶節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作，也能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置估計(jì)。此外，使用分布式協(xié)作方案，相比于集中式協(xié)作方案，能夠有效降低用戶節(jié)點(diǎn)的通信代價與能耗，進(jìn)一步提升協(xié)作定位的實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于角度測量的分布式協(xié)作定位方法，能夠低復(fù)雜度地實(shí)現(xiàn)高精度位置估計(jì)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于角度測量的分布式協(xié)作定位方法，包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)建無線協(xié)作定位網(wǎng)絡(luò)；

步驟二、利用廣義近似消息傳遞算法實(shí)現(xiàn)位置估計(jì)。

進(jìn)一步地，步驟一具體為：

1.1、定義一個由N個節(jié)點(diǎn)組成的分布式無線協(xié)作定位網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是估計(jì)各節(jié)點(diǎn)的二維位置坐標(biāo)x_i,i＝1,2,…,N；在所述協(xié)作定位網(wǎng)絡(luò)中，已知各節(jié)點(diǎn)位置先驗(yàn)的均值與方差(本發(fā)明忽略變量間的協(xié)方差)，且各節(jié)點(diǎn)都能夠接收到來自K_i個相鄰節(jié)點(diǎn)的信號，并測量該信號在二維平面上的到達(dá)角θ_i,k,k＝1,2,…,K_i；