[发明专利]一种LOS/NLOS环境下的基于SSGP的UWB定位方法

权利要求书

1.一种LOS/NLOS环境下的基于SSGP的UWB定位方法，其特征在于，在包括标签、基站以及位置计算服务器的定位系统中进行定位，定位过程包括以下步骤：

标签以固定间隔发送一个Poll消息，该Poll消息同时发送到三个基站，且每个基站在其对应的接收信号的时间段分别接收Poll消息；

各个基站分别通过Resp消息在连续的响应中进行应答，标签发送所有基站接收到的Final消息；

根据基站和标签收发送消息中带有的时间戳计算出标签与各基站的飞行时间T_prop，即标签到基站其信号发送到接收所需的时间；

根据标签与各基站的飞行时间T_prop乘以光速计算出基站与标签之间的距离信息

根据获得的基站与标签之间的距离信息，基于Taylor算法计算出标签的位置坐标；

对基站与标签之间的距离信息采用最小二乘的方法拟合该距离误差，对该距离进行修正，具体包括以下步骤：

根据测距得到的距离信息以及真实距离d，则测距误差为

根据最小二乘法求得因变量为测距误差e_los与自变量测量距离的拟合多项式，表示为：

根据拟合多项式估计出测量值与真实值的测距误差利用该误差对基站与标签之间的距离信息进行修正，得到初次校正的距离值

其中，W＝[w₀,w₁,…,w_n]是权重矩阵，w_n表示拟合多项式中第n项的权重；第i个测距得到的距离信息；

对获取的初次校正的距离值基于稀疏谱高斯进行误差缓解，即选择特征参数，将特征参数以及初次校正的距离值作为高斯过程回归的输入向量，将测距误差作为高斯过程回归的输出向量，测距误差表示为：

其中，ε＝[ε₁,…,ε_n]表示高斯过程回归输出的测距误差向量，ε_n表示第n组训练样本的误差，n为训练样本的数量；Φ＝[φ(x₁),…,φ(x_n)]，且φ(x_i)是依赖于输入向量x_i的基函数；w是权重参数向量；n为高斯分布的噪声；特征参数包括给定信道脉冲响应的峰度、最强路径能量、幅度、总能量、平均超额延时、均方根时延扩展；

若权重参数向量w符合高斯分布，则利用最大后验估计得到权重参数向量w的估计值，得到该估计值后，计算测距误差的估计值表示为：

其中，K＝[k(x,x₁),…,k(x,x_n)]是由核函数k(x_i,x_j)组成的向量，且为依赖于输入向量x_i的基函数；矩阵B中第i行第j列的元素表示为δ_ij为取值为1的常参数，表示高斯分布噪音的方差，表示参数向量w的方差；

权重参数向量w的估计值表示为：

其中，p(w|X,ε)为权重参数向量w的后验分布；为权重参数向量w高斯分布的方差；为高斯分布的噪声高斯分布的方差；I为单位矩阵；

若训练样本来自平稳的高斯过程，则对测距误差的估计值进行进一步修正，修正后的表示为：

其中，f_i表示第i个三角函数的频率参数；m表示三角函数的对数，即存在m对三角函数；φ(x)＝{φ(x₁)，φ(x₁)，…，φ(x_n)}，φ(x)表示为

2.根据权利要求1所述的一种LOS/NLOS环境下的基于SSGP的UWB定位方法，其特征在于，标签与基站的飞行时间T_prop表示为：

其中，T_round1是标签收到Resp消息的时间戳与标签发送Poll消息的时间戳之间的时间差；T_round2是基站收到Final消息的时间戳与基站发送Resp消息的时间戳之间的时间差；T_reply1是基站发送Resp消息的时间戳与基站收到Poll消息的时间戳的时间差；T_reply2是标签发送Fianl消息的时间戳与标签接收Resp消息的时间戳之间的时间差。