[发明专利]一种基于信号到达时间的定位方法

说明书

技术领域

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

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(Time ofArrival，到达时间)或TDOA(Time Difference ofArrival，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。

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泰勒展开，如此迭代直到达到最后的解，该方法要求有一个精确的初始估计，否则将无法收敛到全局最优解甚至得到的解发散。针对基于泰勒展开的线性化方法所存在的问题，人们提出了球形插值(Spherical Interpolation，SI)法，其通过引入一个中间变量来线性化非线性方程组，设定的中间变量不是想要的，但它与待定位终端的位置的关系已知，该方法基于线性最小二乘(Linear Least Squares，LLS)准则求解线性方程组，但完全忽略了上面提到的中间变量与终端位置之间已知的关系，导致获得的待定位终端的位置不精确。为提高SI方法的性能，人们提出了一种两步加权最小二乘(Two-Stage Weighted Least Squares，Two-Stage WLS)方法，该方法明确考虑了中间变量与待定位终端的位置之间的关系，因而能够取得比SI方法更好的性能，但是该方法有门限效应，即当测量时的噪声达到一定程度时，定位精度将急剧下降。近年来人们尝试采用一些非线性规划的理论来解决定位问题，由于定位问题的非凸性，人们尝试采用松弛方法将非凸问题松弛为凸问题(如半正定规划)，求解该凸问题后，再采用一些后续处理方法来得到原定位问题的近似解，这种方法的特点是得到的待定位终端的位置的精度高，但其算法的复杂度远高于线性化方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种定位精度高、计算复杂度低的基于信号到达时间的定位方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：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z_i，z_i＝c₁t_i，其中，c₁为光速，t_i为第i个基站到待定位终端的到达时间，i＝1，2，…，N，N≥3；