[发明专利]一种基于到达时间差的近远场统一定位方法

权利要求书

1.一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:在无线传感器网络中建立一个平面坐标系或空间坐标系作为参考坐标系；设定无线传感器网络中存在一个用于发射测量信号的目标源和个用于接收测量信号的传感器，且设定个传感器的时钟同步；设第0个传感器为参考传感器，并将其在参考坐标系中的坐标位置记为，将其余个传感器在参考坐标系中的坐标位置对应记为，将目标源在参考坐标系中的坐标位置记为；

S2:将测得目标源与第个传感器和目标源与参考传感器之间的到达时间差测量值记为；计算目标源与第个传感器和目标源与参考传感器之间的距离差测量值，；

S3:将测量的距离差测量值以模型方式进行描述，将的模型表示为：；将所有距离差测量值和噪声分别写成向量形式，假设服从均值为0，协方差矩阵为的高斯分布；通过模型变换，将转化为将目标位置表示为，将代入中，可得

S4:根据，可得约束优化问题：

其中min表示“最小化”，表示“受约束于”，

S5:令，上述问题可以等价转化为：

其中；

S6: 将上述优化问题松弛为如下所示凸的混合半正定/二阶锥规划问题：

；

S7:采用内点法求解上述半正定/二阶锥规划，记其最优解为。若为秩1矩阵，对做特征值分解，即，二维情况下令，，三维情况下令其中分别表示的第1,2,3,4个元素，，；

近场情况下目标源位置估计表达式为，其中二维情况下，三维情况下；远场情况下，没有意义，，分别为方位角和俯仰角估计，若不为秩1矩阵，构造如下混合半正定/二阶锥规划问题：

S8:采用内点法求解混合半正定/二阶锥规划问题，记其最优解为，对做特征值分解，即。二维情况下令，三维情况下令，其中分别表示的第1,2,3,4个元素，，

则近场情况下目标源位置估计表达式为，其中二维情况下，三维情况下，远场情况下，没有意义，，分别为方位角和俯仰角估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S1中，表示维列向量，为定位系统维度，即平面定位时，空间定位时；表示第1个传感器在参考坐标系中的坐标位置，表示第个传感器在参考坐标系中的坐标位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，，表示光速。

4.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S3中：符号“”为求欧几里德范数符号，表示第个传感器在参考坐标系中的坐标位置，表示第个测量噪声；表示向量转置。

5.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S3中二维情况下，三维情况下，为方位角，为俯仰角，为目标源位置到原点之间距离的倒数。

6.根据权利要求1任一项所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S5中表示是半正定矩阵，表示矩阵中第行第列的元素，表示矩阵的迹，表示矩阵的秩。

7.根据权利要求1所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S6中表示矩阵中第1列中，从第2行到第行所有元素构成的向量,表示矩阵第1行第1列的元素，表示第行第1列的元素，矩阵中第列中，从第2行到第行所有元素构成的向量，表示矩阵第1行第列的元素，表示矩阵中第行第列的元素。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种基于到达时间差的近远场统一定位方法，其特征在于，所述步骤S7中矩阵中第列中，从第2行到第行所有元素构成的向量，表示矩阵中第行第列的元素，表示矩阵中第行第列的元素，矩阵中第行第1列的元素，表示取正负号操作。