[发明专利]基于TDOA的二分查找定位方法

权利要求书

1.一种基于TDOA的二分查找定位方法，其特征在于，包括：

获取TDOA信息；

判断接收点所构平面与目标所在水平面是否存在高度差，由各点的高度决定；

情况1：若不存在高度差，则根据TDOA信息计算距离差，以任意两个距离差使用二分查找算法进行目标位置的初步估算，再根据初步估算出的所有目标位置的均值及其标准差对初步估算出的目标位置进行筛选，并更新均值及其标准差，直至标准差满足要求，则均值的位置即为目标最终位置；

情况2：若存在高度差，则利用TDOA信息计算原始距离差，再以任意两个原始距离差采用二分查找算法初步估算目标点的估计位置，在估计位置处计算有高度差和无高度差时距离差的差值，之后将原始距离差减去相应差值，以此更新距离差，之后将更新后的距离差结合情况1的方式完成定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于TDOA的二分查找定位方法，其特征在于，所述获取TDOA信息包括：

由目标发射信号源，不同位置接收点接收到该信号源的时间差；

或者，由各个接收点发射信号源，目标接收到不同基站的信号源的时间差。

3.根据权利要求1所述的一种基于TDOA的二分查找定位方法，其特征在于，所述情况1中获得目标最终位置的具体过程如下：

假设有目标点P，以及A、B、C三个接收点，且三个接收点所构平面与目标点P所在水平面平行；目标点P发射音频信号，在A、B、C三个接收点通过麦克风接收音频信号，并通过相关检测算法，判断信号到达时刻；从而计算到达A点、B点的时间差Δt1，以及到达B点、C点的时间差Δt2，再记R1为目标位置P点到接收点A的距离，与目标位置P点到接收点B的距离之间的距离差；记R2为目标位置P点到接收点B的距离，与目标位置P点到接收点C的距离之间的距离差，c为声速，则：

R1＝c·Δt1

R2＝c·Δt2；

再使用二分查找定位方法初步估计目标位置，步骤如下：

a、坐标转换：假设(x_A,y_A)、(x_B,y_B)、(x_C,y_C)分别为接收点A、B、C的坐标，通过平移将接收点A移到原点(0，0)，然后按下式绕接收点A逆时针方向旋转一个角度θ，使接收点B与C的坐标变成(x′_B,0)、(x′_C,y′_C)；

b、判断距离差R1是否等于0，若等于0，则目标位置位于接收点A与B之间的中垂线，获得目标位置坐标(x′_B/2，0)；否则估计目标位置位于一条双曲线上，且双曲线以接收点A与B为焦点，并继续下一步骤；

c、初始化P1点与P2点纵坐标，使这两点的纵坐标分别对应为接收点B与C两点的纵坐标，P1点与P2点的横坐标由下式计算，计算过程中根据x′_B的正负确定开方的正负，确保横坐标的绝对值小于x′_B的绝对值；再取P1点与P2点纵坐标中值作为P点横坐标，代下式得到点P的纵坐标：

其中，a＝0.5*R1,c＝0.5*x′_B，b²＝c²-a²，且||P1A||-||P1B||＝R1，||P2A||-||P2B||＝R1，P1A、P1B、P2A、P2B分别为P1点到接收点A的距离、P1点到接收点B的距离、P2点到接收点A的距离、P1点到接收点B的距离；

d、计算下述两个式子，并根据计算结果更新P1点或P2点：

其中，P1C、PB、PC、P2C分别为P1点到接收点C的距离、P点到接收点B的距离、P点到接收点C的距离、P2点到接收点C的距离；

如果第一个式子大于0，则固定P2点，将P1点移动到P点；如果第二个式子大于0，则固定P1点，将P2点移动到P点；

e、重复上述步骤d，直到||P1P2||＜δ，其中δ为设定值，此时初步得到估计位置的纵坐标为P1点与P2点的中点，横坐标由步骤c中的公式计算，从而获得目标位置坐标，再按照步骤a的原理将坐标进行转换，转换后的坐标即为初步估计的目标位置，记为pos1；

重复上述步骤a～e获得n个初步估计的目标位置，再计算均值与标准差；

如果标准差大于阈值，则将n个初步估计的目标位置与均值位置相距最远的位置排除，由剩下的目标位置重新计算均值和标准差；并不断重复这一过程，直至标准差满足要求，则剩余的目标位置均值的位置即为目标最终位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于TDOA的二分查找定位方法，其特征在于，所述情况2中获得目标最终位置的具体过程如下：

基于TDOA信息计算原始距离差信息，其中，目标位置P点到接收点A的距离，与目标位置P点到接收点B的距离之间的距离差记为R1'；目标位置P点到接收点B的距离，与目标位置P点到接收点C的距离之间的距离差记为R2'；

其次，利用距离差R1'与R2'并结合情况1中的步骤a～e，获得一个初步定位结果(x′,y′)；

然后，利用下式计算(x′,y′)处有高度差h和无高度差时距离差的差值，记为ΔR1,ΔR2：

再更新距离差：

最后，根据更新后的距离差R1”与R2”采用情况1方式来计算目标最终位置。