[发明专利]视距与非视距混合环境中基于到达时间差的稳健定位方法

说明书

本发明公开了视距与非视距混合环境中基于到达时间差的稳健定位方法，其将视距环境下的距离差测量模型和非视距环境下的距离差测量模型分开处理，建立最坏情况下的鲁棒最小二乘问题，同时又针对非视距环境下的参考路径为视距且普通路径为非视距和参考路径为非视距且普通路径为视距两种情况设计特定的约束，实现具体情况具体分析，充分利用了路径的状态信息；其针对视距环境下的距离差测量模型处理与非视距环境下的距离差测量模型处理的不平衡性问题，基于视距与非视距环境下定位精度的差异设计了一个有效的权值，将最坏情况下的鲁棒最小二乘问题调整为加权最小二乘问题，使得视距路径的作用得到充分发挥，从而使得定位精度得到了进一步的提升。

技术领域

本发明涉及一种目标定位技术，尤其是涉及一种视距与非视距混合环境中基于到达时间差的稳健定位方法。

背景技术

目标定位技术在诸多应用中发挥着重要的角色，例如，在军事侦察、抢险救援、环境监控、目标导航、远程控制等领域已广泛应用。近些年，随着无线传感器和移动应用的快速发展，迫切的需要高精度的目标定位算法来满足定位需求，为高精度的目标定位算法的研究提供了广阔的应用前景。因此研究高精度的目标定位方法具有十分重要的意义。

在传统的目标定位方法中，主要有采用基于到达时间(Time of Arrival，TOA)的方法。在一个典型的无线定位环境(如图1所示)中，基于到达时间的方法的基本原理为：一个目标源发射信号，信号经过复杂的信道之后到达多个传感器，由传感器计算信号从目标源到传感器所经过的时间，从而得到目标源到传感器的距离的测量值；基于到达时间的方法虽然能够很好的实现目标定位，但是，在测量过程中要求目标源和传感器之间在时间上高精度同步。不同于基于到达时间的方法，基于到达时间差(TimeDifference of Arrival，TDOA)的方法是通过检测信号到达两个传感器的时间差，而不是利用到达的绝对时间来确定目标源的位置；基于到达时间差的方法很好的降低了时间同步要求。然而，无论是采用基于到达时间的方法还是采用基于到达时间差的方法，信号从目标源到传感器的直线传播路径都可能被阻挡，如图1所示，信号传输过程中被阻挡的路径称为非视距(NLOS)路径，信号的非视距传播造成的误差称为非视距误差。由于信号的非视距传播对定位精度的影响通常远远大于测量噪声的影响，例如在一个实际的蜂窝移动通信系统中，非视距误差可高达0.589千米，而测量噪声仅为几十米，因此，抑制非视距误差对定位精度的影响是提高无线网络定位精度的关键点。

现有的基于到达时间差的抑制非视距误差的目标定位方法有多种，比较主流的有以下两种方法。第一种方法：根据非视距误差和测量噪声的精确统计信息，实现目标定位，然而，要精确地得到非视距误差的统计信息是非常困难的，因此这种方法在现实中很难得到广泛应用。第二种方法：只利用非视距误差的上界对所有路径(包括视距路径和非视距路径)统一进行稳健半正定松弛或二阶锥处理，实现目标定位，但是这种方法完全忽略了路径的状态信息，因此会严重降低定位的性能，使其定位精度退化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种视距与非视距混合环境中基于到达时间差的稳健定位方法，其充分利用了路径的状态信息，实现了高精度定位。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种视距与非视距混合环境中基于到达时间差的稳健定位方法，其特征在于包括以下步骤：