一种基于信号到达时间的定位方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103487784103487784A(43)申请公布日2014.01.01(21)申请号201310398801.3(22)申请日2013.09.04(71)申请人宁波大学地址315211浙江省宁波市江北区风华路818号(72)发明人王刚高尚金明李有明(74)专利代理机构宁波奥圣专利代理事务所(普通合伙)33226代理人程晓明(51)Int.Cl.G01S5/02(2010.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5页附图2页附图2页(54)发明名称一种基于信号到达时间的定位方法(57)摘要本发明公开了一种基于信号到达时间的定位方法，其将非线性的定位问题转换为多重积分问题，在非线性的定位问题转换为多重积分问题的过程中，根据蜂窝移动网络环境中的每个基站的位置、每个基站的信号的测量噪声方差以及待定位终端到每个基站的距离，构造一个高斯分布函数，然后从高斯分布函数中随机抽取若干个样本，再根据抽取到的样本获取待定位终端的位置，优点在于构造的高斯分布函数能提高计算多重积分的效率及积分值的精度，且在求解多重积分问题的过程中只需要抽取少数样本就能得到待定位终端的精确位置，计算复杂度低。CN103487784ACN103487ACN103487784A权利要求书1/2页1.一种基于信号到达时间的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：①首先在蜂窝移动网络环境中建立一个平面直角坐标系或空间直角坐标系作为参考坐标系，然后假设该蜂窝移动网络环境中存在一个待定位终端和N个基站，则该待定位终端通过接收N个基站的信号获取每个基站到待定位终端的到达时间，再根据每个基站到待定位终端的到达时间获取待定位终端到每个基站的距离，将待定位终端到第i个基站的距离记为zi，zi=c1ti，其中，c1为光速，ti为第i个基站到待定位终端的到达时间，i=1，2，…，N，N≥3；②根据每个基站在参考坐标系中的位置以及待定位终端到每个基站的距离，构造一个高斯分布函数，记为其中，R：(BTQ-1B)-1，BT表示B的转置，TTQ=DQ1D，D表示D的转置，“||||”为欧几里得范数，为第1个基站的信号的测量噪声方差，为第2个基站的信号的测量噪声方差，为第N个基站的信号的测量噪声方差，s1为第1个基站在参考坐标系中的位置，s2为第2个基站在参考坐标系中的位置，sN为第N个基站在参考坐标系中的位置，z1为待定位终端到第1个基站的距离，z2为待定位终端到第2个基站的距离，zN为待定位终端到第N个基站的距离；③在高斯分布函数中随机抽取M个样本，将随机抽取到的M个样本中的第m个样本记为xm，其中，m=1，2，…，M，M≥50；④根据随机抽取到的M个样本，获取待定位终端在参考坐标系中的位置，记为其中，n表示xm的维数，“||’’表示行列式符号，exp表示自然基数，表示的转置，2CN103487784A权利要求书2/2页∫…∫表示n重积分符号，λ为一个常数，x1，…，xn-1-1T表示积分变量，f(xm)=(z-dm)Q1(z-dm)，z=[z1，z2，…，zN]，dm=[||xm-s1||，||xm-s2||，…，T||xm-sN||]，“||||”为欧几里得范数。3CN103487784A说明书1/5页一种基于信号到达时间的定位方法技术领域[0001]本发明涉及一种定位方法，尤其是涉及一种基于信号到达时间的定位方法。背景技术[0002]在雷达和声纳的研究中，终端定位是一个经典的研究课题。最近30年来，尤其在911事件之后，人们对终端定位的要求越来越高，从而使终端定位受到了越来越多的关注。终端定位技术在军事侦察、交通监视、工农业控制、生物医疗、环境监测、抢险救灾及危险区域远程控制等领域都有广阔的应用前景，因此研究定位方法具有十分重要的意义。图1给出了一个典型的定位问题的示意图，待定位终端通过测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站的下行导频信号的TOA(TimeofArrival，到达时间)或TDOA(TimeDifferenceofArrival，到达时间差)，根据该测量结果同时结合每个基站的坐标，就能够计算出待定位终端的位置。与GPS定位相比，蜂窝移动系统中的定位以其定位速度快、成本低(不需要移动终端上添加额外的硬件)、耗电少、室内可用等优势，而被广泛应用到终端定位中。[0003]尽管已经有学者提出了很多种方法解决定位问题，但是由于定位问题的非凸性，即定位问题具有多个稳定的平衡态，无法同时满足定位高精度化以及算法简单化的要求。在早期的研究中，通常采用基于泰勒展开的线性化方法来解决定位问题，其根据给定的初始估计将原定位问题进行泰勒展开并进行线性化近似，求解到线性解后，再根据此线性解进行