[发明专利]一种基于定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法

权利要求书

1.一种定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）由多个基站接收到MS发送的信号，假设已经估计得到信号中的到达时间TOA和到达角度AOA信息，并且将这些信息汇集到定位主基站中；

2）将所有的基站进行分组，每组包含有2个基站，假设有N个基站，则分组数目为

3）对于每个分组，首先利用不同定位方式求得MS的坐标值，然后计算这些估计值之间的残差，得到每一组的定位位置残差；

4）比较残差值和门限之间的大小关系，如果小于门限，则为LOS基站，否则为NLOS基站；

5）对所有的基站组作4)中的门限比较处理，综合所有组的判决结果，最后就能够找出所有的NLOS基站和LOS基站；

6)提取上述LOS基站的TOA和AOA估计信息，根据定位几何关系，构建定位方程组；

7)将定位方程组进行数学变换，将其转变成线性方程组；

8)利用两步加权最小二乘算法对MS的坐标进行估计。

2.如权利要求1所述的一种定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，其特征在于：所述步骤3）中，基站组两个基站分别是BS1和BS2，分别位于两个圆的圆心D点和E点，以BS1和BS2的TOA测距为半径，以D点和E点为圆心做两个圆，交点为C点和F点，这也是MS位置的可选估计位置；连接C点和F点画一条直线同时以D点和E点为起点，根据BS1和BS2的AOA测角分别作直线和其中A点和B点是这两条直线和直线的交点，定位位置残差定义为：

ΔAB=AB‾=AC‾+CB‾---(8).]]>

3.如权利要求2所述的一种定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，其特征在于：所述步骤4）中，定义如下的NLOS基站检测器：

ΔAB≤Λ⇒BothBSsareLOS---(9)]]>

ΔAB>Λ⇒AtleastoneNLOSBS]]>

其中，门限Λ＝4σ_a(r₁+r₂)，σ_a是AOA估计的标准差，r₁,r₂即为BS1和BS2的TOA测距值。

4.如权利要求1或2所述的一种定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，其特征在于：所述步骤6）和7)中，根据测量距离和到达角的几何意义，构建线性定位方程组：

Y=AX  (10)

其中R＝x²+y²且

A=r12-x12-y12···rN2-xN2-yN2y1-tanθ1x1···yN-tanθNxN,X=xyR,Y=-2x1,-2y1,1···-2xN,-2yN,1-tanθ1,1,0···-tanθN,1,0]]>

其中，MS的坐标为(x,y)，第i个BS的坐标为(x_i,y_i)，θ_i是第i个BS和MS之间的AOA估计，r_i是第i个BS和MS之间的TOA等效测距估计。

所述步骤8）中，首先根据LS准则，得到：

X^(ATA)-1ATY---(11)]]>

用r_i⁰表示r_i的真实直线距离，并定义误差向量：

ψ≈[2r10e1,2r20e2,...,2rN0eN,(x-x1)α1,(x-x2)α2,...,(x-xN)αN]T---(12)]]>

其中e_i,α_j分别代表距离和角度的测量误差，若将(12)转变成矩阵相乘的形式，即得到：

ψ＝2Bz  (13)

其中B=12diag{2r10,2r20,...2rN0,(x-x1),(x-x2),...(x-xN)},]]>z＝[e₁,e₂,...,e_N,α₁,α₂,...,α_N]^T，diag{·}表示以大括号内元素为对角元素的对角矩阵，B的协方差矩阵如下：

Ψ＝E[ψψ^T]＝4BQB  (14)

式中Q=diag{σr,12,...σr,N2,σa,12,...,σa,N2},]]>分别表示距离和到达角的测量方差；

所述步骤8）中，利用加权最小二乘算法求得X的解：

X^WLS=(ATΨ-1A)-1ATψ-1Y---(15)]]>

的协方差矩阵为：

cov(X^)=(ATψ-1A)-1---(16)]]>

由于向量中的三个元素实际上并不独立，因此需要进行第2次最小二乘估计，假设中三个元素的误差分别为s₁,s₂和s₃，那么

X^x0+s1y0+s2R0+s3---(17)]]>

其中x⁰,y⁰,R⁰代表的是相应真实值，定义另外一组误差向量为：

ψ'＝b'-A'X'  (18)

其中

b′=(x0+s1)2(y0+s2)2R0+s3,A′100111,X′x2y2]]>

从上式推得：

ψ′2x0e1+e122y2e2+e22e3≈2x0s12y0s2s3---(19)]]>

那么向量ψ'的协方差矩阵就是：

Ψ'＝E[ψ'ψ'^T]＝4B'cov(X)B'  (20)

B'＝diag{x⁰,y⁰,0.5}

所述步骤8）中，再次根据最小二乘算法，得到X'的解为：

X^WLS′=(A′Tψ′-1A′)-1A′Tψ′-1b′---(21)]]>

最后得到MS的位置为：

X^=X^WLS′orX^=-X^WLS′---(22)]]>

并且选择(22)中最接近(15)结果的解作为最终的估计。