基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法及系统.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CN114296026A(43)申请公布日2022.04.08(21)申请号202111626703.1(22)申请日2021.12.28(71)申请人哈尔滨工业大学（深圳）地址518000广东省深圳市南山区桃源街道深圳大学城哈尔滨工业大学校区(72)发明人李名刚朱旭蒋宇飞(74)专利代理机构深圳市添源创鑫知识产权代理有限公司44855代理人覃迎峰(51)Int.Cl.G01S3/12(2006.01)G01S5/08(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图3页(54)发明名称基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法及系统(57)摘要本发明提供了一种基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法及系统，该定位方法包括：步骤S1，对接收的信号，采用3D‑MUSIC算法进行粗估计，得到粗估计的方位角、仰视角以及时延；步骤S2，对步骤S1得到的粗估计的结果进一步细化，利用细估计的三维角度与时延计算公式估算出方位角偏移量、仰视角偏移量与时延偏移量，进一步得到更新的方位角、更新的仰视角以及更新的时延；重复该步骤，进行反复迭代，直至完全收敛；步骤S3，输出迭代完成后得到的方位角、仰视角以及时延。本发明的技术方案的精度明显优于目前子空间类其他类型的算法精度，同时和最新的粗细估计的子空间算法相比，精度提高的同时也大大降低了复杂度。CN114296026ACN114296026A权利要求书1/3页1.基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法，其特征在于，其包括：步骤S1，对接收的信号，采用3D‑MUSIC算法进行粗估计，得到粗估计的方位角、仰视角以及时延；步骤S2，对步骤S1得到的粗估计的结果进一步细化，利用细估计的三维角度与时延计算公式估算出方位角偏移量、仰视角偏移量与时延偏移量，进一步得到更新的方位角、更新的仰视角以及更新的时延；重复该步骤，进行反复迭代，直至完全收敛；步骤S3，输出迭代完成后得到的方位角、仰视角以及时延；其中，所述三维角度与时延计算公式为：其中，为方位偏移量，为仰视角偏移量，为时延偏移量，α值为角偏移量β值为仰视角偏移量ε值为时延偏移量Un指的是噪声子空间，为导向向量的泰勒公式展开项。2.根据权利要求1所述的基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法，其特征在于：步骤S2中包括，利用泰勒公式将角度时延联合导向向量沿着方位角、仰视角以及时延三个方向展开，结合三维角度与时延计算公式，估算得到方位角偏移量、仰视角偏移量与时延偏移量。3.根据权利要求2所述的基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法，其特征在于：步骤S2中方位角偏移量、仰视角偏移量与时延偏移量的估算包括：将三维角度时延联合导向向量Dm沿着方位角，仰视角与时延三个方向进行泰勒公式的三元展开，得到如下结果：式中，τk为第k条路径的到达时延，θk为第k条路径的到达方位角度，φk为第k条路径的到达仰视角度，为方位偏移量，为仰视角偏移量，为时延偏移量；为第i次迭代第k条路径的到达方位角，为第i次迭代第k条路径的到达仰视角，为第i次迭代第k条路径的到达时延。函数即Dm对方位的偏导；函数对时延的偏导；函数即Dm对时延的偏导；采用上式结合三维角度与时延计算公式得到所述三维角度与时延计算公式；针对所述三维角度与时延计算公式，分别进行方位角偏移量、仰视角偏移量以及时延偏移量求导，解方程得到方位角偏移量仰视角偏移量与时延偏移量4.根据权利要求1所述的基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位方法，其特征2CN114296026A权利要求书2/3页在于：步骤S1包括：根据输入的接收信号xm，选取快拍数和网格区间，计算出协方差矩阵；对协方差矩阵进行特征值分解求解出信号子空间向量和噪声子空间向量；利用角度时延联合流形矩阵建立网格，分别对方位角度从0°到180°进行若干个网格分离，分别对仰视角度从0°到180°进行若干个网格分离，同时对时延从0纳秒到100纳秒进行若干个网格分离，利用三维角度时延流形矩阵与噪声子空间正交特性进行谱峰构造；进行三维谱峰搜索得到最大谱峰值对应的角度与时延即为粗估计的方位角θ0、仰视角φ0以及时延τ0。5.基于到达角和到达时间联合估计的单基站定位系统，其特征在于：其包括：粗估计计算模块，用于对接收的信号xm，采用3D‑MUSIC算法进行粗估计，得到粗估计的方位角、仰视角以及时延；细估计计算模块，用于对得到的粗估计的结果进一步细化，利用细估计的三维角度与时延计算公式估算出方位角偏移量、仰视角偏移量与时延偏移量，进一步得到更新的方位角、更新的仰视角以及更新的时延；重复该步骤，进行反复迭代，直至完全收敛；输出模块，输出迭代完成后得到的方位角、仰视角以及时延；其中，所述三维角度与时延计算