[發明專利]一種基于TDOA與AOA的室內發射站與接收站的聯合定位方法

在審

• 申請號: 202210814443.9
• 申請日: 2022-07-12
• 公開（公告）號: CN115184862A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 周瑤;李楓;許文杰;李萬春;高林
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/06;G01S5/10
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于目標定位技術領域，具體涉及一種發射站與接收站位置均未知，利用到達時差(TDOA)與到達角度(AOA)進行室內發射站與接收站的聯合定位方法，本方法適用于超寬帶窄脈沖的發射信號。該場景下有一個發射站與一個接收站，且接收站位置未知，所以該定位方法包括發射站與接收站的定位。該方法通過建立一些虛擬站，將墻面反射產生的非視距路徑轉換為視線路徑，是一種只有一個接收站的多路徑輔助室內定位方法。將多個虛擬站和真實發射站與接收站之間的角度與時延差測量方程聯合起來，利用加權最小二乘的方法進行求解，從而實現發射站與接收站的聯合定位。本發明可以準確估計出發射站與接收站的位置，方法簡單，效果良好。

技術領域

本發明屬于目標定位技術領域，具體涉及一種發射站與接收站位置均未知，利用到達時差(TDOA)與到達角度(AOA)進行室內發射站與接收站的聯合定位方法，本方法適用于超寬帶窄脈沖的發射信號。

背景技術

目前，很多定位方法都是基于視距傳播路徑，但是在復雜的室內環境內由于反射會產生許多非視線傳播路徑干擾定位效果。接收站位置未知的情況也常常發生，比如接收站所處位置可能是GPS無法提供位置估計的位置。考慮到寬脈沖發射信號由于室內距離太短，在多條路徑到達接收站時會產生脈沖重疊的現象，導致TDOA很難獲得，故該方法只適合產生超寬帶窄脈沖信號的發射站的定位。在實際環境中，接收站的數量受到限制。針對這種。

發明內容

針對上述場景，本發明提出了在單個站點的情況下，發射站與接收站位置均未知，一種利用虛擬站點和發射站產生的TDOA與AOA進行發射站與接收站的聯合定位方法，該方法通過建立一些虛擬站，將墻面反射產生的非視距路徑轉換為視線路徑，是一種只有一個接收站的多路徑輔助室內定位方法。將多個虛擬站和真實發射站與接收站之間的角度與時延差測量方程聯合起來，利用加權最小二乘的方法進行求解，從而實現發射站與接收站的聯合定位。

本發明采用的技術方案是：

該場景下有一個發射站與一個接收站，且接收站位置未知，所以該定位方法包括發射站與接收站的定位。可以利用多個虛擬站和真實發射站與接收站之間的時差與角度測量方程，將多個時差與角度測量方程聯合求解，從而實現定位；定位包括以下步驟：

S1、發射站位于長為a,寬為b的長方形鏡面房間中，以房間一角為原點建立坐標原點，假定發射站的坐標為(x_t,y_t)，現有一個陣列接收站，其陣列矢量與x軸夾角為α。這里假定α為0，假定陣列接收站位于(x_r,y_r)處，由于鏡面反射所引的四個虛擬發射站的坐標分別為(-x_t,y_t)，(2a-x_t,y_t),(x_t,-y_t),(x_t,2b-y_t)，可以通過陣列測向，獲取五個發射站(含四個虛擬發射站)的方位角信息(假定真實的角度為相應的量測在上標上加上0，)：(注意此處的arctan(x,y)表示復數x+jy的四象限角度)

β＝arctan(x_t-x_r,y_t-y_r)+n^β＝β⁰+n^β (1)

這五個測量值的噪聲分別為n^β,且分別服從方差為σ^β,的零均值高斯分布。

利用信道信息，可以獲取四個虛擬發射站相對于真實發射站的相對距離差分別為：