[發明專利]面向5G超密網多基站定位的拓撲布站約束方法

有效

• 申請號: 202111270200.5
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN114040496B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉公緒;路建民;高新波;李龍;何立火;解宇;史凌峰;陳森;連人尊;陳馳宇;丁海佳;楊珍慧
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W64/00
• 分類號: H04W64/00
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 李玉娜

1.面向5G超密網多基站定位的拓撲布站約束方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)最小二乘法奇異解分析；

2)幾何拓撲約束關系；

所述最小二乘法奇異解分析是基于最小二乘方法推導在給定若干基站時進行用戶位置估計的理論解，并分析理論解的奇異條件；

所述幾何拓撲約束關系是指將最小二乘法(LSM)理論解的奇異條件與5G超密網多基站定位的拓撲布站約束關系聯系在一起，分別得到基于到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達角(AOA)的最小二乘法(LSM)多基站位置估計所對應的幾何拓撲關系；

所述基于到達時間(TOA)的最小二乘法(LSM)多基站位置估計所對應的幾何拓撲關系，是指三維位置估計時每4個基站不共面；二維位置估計時每3個基站不共線；一維位置估計時每2個基站不共點；

所述基于到達時間差(TDOA)的最小二乘法(LSM)多基站位置估計所對應的幾何拓撲關系，是指三維位置估計時每5個基站不共面；二維位置估計時每4個基站不共線；一維位置估計時每3個基站不共點，且用戶位置只能在3個基站點形成的線段內被非奇異估計，不包括線段端點；

所述基于到達角(AOA)的最小二乘法(LSM)多基站位置估計所對應的幾何拓撲關系，是指三維位置估計時用戶與任3個基站形成向量兩兩作hadamard積，所得的三個向量不共面，用戶在任意基站的正上方除外；二維位置估計時用戶與任兩基站不共線。

2.根據權利要求1所述的面向5G超密網多基站定位的拓撲布站約束方法，其特征在于，所述基于最小二乘方法推導在給定若干基站時進行用戶位置估計的理論解，具體如下：

定義系數矩陣A如式(1)所示，

R(A)＝{Ax|x∈Rⁿ},A∈R^n×n (1)

則最小二乘的矩陣約束形式為式(2)所示，

由于2-范數與2-范數的平方對狀態量x的約束等價，式(2)可以改為式(3)，

對式(3)關于狀態量x求偏導，最優解在導數為零時取得，得式(4)，

進一步得狀態量x如式(5)所示，

x＝(A^TA)^-1A^Tb (5)

其中x為狀態量，A為系數矩陣，b為偏置量；·^T表示對·取轉置、·^-1表示對·求逆。

3.根據權利要求2所述的面向5G超密網多基站定位的拓撲布站約束方法，其特征在于，所述分析理論解的奇異條件，具體如下：

從式(5)和系數矩陣A的定義可以看出，狀態量x有解的條件如式(6)所示，

tr(A^TA)＝n (6)

式(6)說明若A^TA滿秩，此時A^TA存在逆矩陣，狀態量x有解；

理論解的奇異條件是指A^TA所對應的矩陣不滿秩，其數學操作是通過初等行/列變換使某行/列全為0。

4.根據權利要求3所述的面向5G超密網多基站定位的拓撲布站約束方法，其特征在于，所述將最小二乘法(LSM)理論解的奇異條件與5G超密網多基站定位的拓撲布站約束關系聯系在一起是由于矩陣初等行/列變換使某行/列全為0這一數學上的約束關系在物理空間中也有某種約束關系，所述A^TA的元素主要由基站的坐標構成，上述在物理空間中存在的約束關系為在參考坐標系下基站與基站、基站與用戶的幾何拓撲關系。