[发明专利]一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法

权利要求书

1.一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)先进行无线信号到达时间的测量，根据各锚节点的坐标X_i＝[x_i y_i]^T,i＝1,2,...,N，测得相应的信号到达时间t_i,i＝1,2,..,N，从而得到每个锚节点到未知节点的测量距离d_i＝ct_i,i＝1,2,..,N；

2)假定此时非视距误差不存在，求出未知节点坐标的无偏估计

3)求出三维情况下非视距误差的上界u_i，根据构造的目标函数及约束条件，利用内部点优化方法解得非视距误差的估计

4)用测量距离d_i,i＝1,2,..,N减去非视距误差估计得到修正的测量距离

5)分别以N个锚节点作为参考点，求得未知节点的N个坐标估计，记为

6)对于每一个计算出其对应的残差在所有坐标估计中选择残差最小的，将其作为未知节点坐标的最终坐标

所述步骤1中测得未知节点到每个锚节点的信号到达时间t_i,i＝1,2,..,N，从而得到N个测量距离

d_i＝r_i+b_i+n_i＝ct_i,i＝1,2,..,N

其中c为光速，假设为第i个锚节点到未知节点的实际距离，X_i＝[x_i y_i]^T,i＝1,2,...,N为第i个锚节点的坐标，表示方差为的加性高斯白噪声(AWGN)，b_i为非视距传输所引起正的距离偏差；

所述步骤2中求得无偏估计的具体方法为：定义D＝[d₁,d₂,...,d_N]^T为测量距离的矢量形式，H(X)＝[h₁(X),h₂(X),...,h_N(X)]^T为各锚节点到未知节点的实际距离，未知节点坐标的无偏估计

其中X₀为对H(X)进行泰勒展开时所取的初始参考点，H₀是H(X)在X₀处的雅克比矩阵，是一个对角元素分别为的对角阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，其特征在于：所述步骤3中先求出三维情况下误差所能取得的最大值，作为此时非视距误差的上界u_i,i＝1,2,...,N，根据构造的目标函数及其约束条件min J(B)＝B^TS^TQ^-1SB-2Z^TS^TB

利用内部点优化方法解此非线性约束问题，当惩罚因子μ趋近于0时即可得非视距误差的估计其中S＝I+H₀E，I为单位矩阵，

3.根据权利要求1所述的一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，其特征在于：所述步骤5中忽略测距过程中高斯噪声n_i和非视距误差b_i的影响，那么以N个锚节点和其对应测量距离构成的圆不会相交于一点，从而有以下N个不一致的等式

线性最小二乘算法的基本原理是把非线性等式转化为线性等式，通过选择第m个等式作为参考并与剩下的N-1个等式相减，可以得到线性等式如下

其中

采用最小二乘法得到未知节点位置坐标估计的闭式解如下

分别以N个锚节点作为参考点，则可求得未知节点的N个坐标估计

4.根据权利要求1所述的一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，其特征在于：所述步骤6中对于每一个通过残差表达式计算出其对应的残差最终在所有中选择残差最小的一个，将其作为未知节点的坐标

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种基于非视距误差抑制的室内三维定位方法，其特征在于：所述方法应用于室内非视距环境下的三维定位。