[发明专利]一种NLOS环境下的几何定位改进方法

摘要

本发明涉及一种NLOS环境下的几何定位改进方法，采用具有快速收敛性的高斯-牛顿迭代方法，并且结合网格搜索方法优化了其迭代初始坐标值。相比于现有的几何定位方法，本发明具有如下优点：复杂度适中，具有快速、稳定的收敛性，能够获得更高的移动台定位精度。

主权项

1.一种NLOS环境下的几何定位改进方法，其特征在于，该方法包括参数测量和移动台位置估算两个阶段，具体方法如下：1)参数测量阶段：根据移动台测量得到的基站信号参数，信号到达时间和信号到达角度以及移动台、散射体与基站的几何位置关系有：α~i-arctan(yi-ybixi-xbi)=0---(1)]]>L~i-rbi-rmi=L~i-(xi-xbi)2+(yi-ybi)2-(xi-xm)2+(yi-ym)2=0---(2)]]>其中和分别代表基站信号传播距离和到达角度，(x_i，y_i)和(x_m，y_m)分别表示基站、散射体和移动台的位置坐标，信号传播距离可以由测量参数信号传播时间与光速C相乘得到：L~i=τ~i×C---(3)]]>2)移动台位置估算阶段：根据基站信号参数以及采用高斯牛顿迭代方法并且结合网格搜索方法优化迭代初始坐标值，解算得到移动台的位置，具体包括以下步骤：(1)缩小可行域在NLOS环境下，由于移动台(x_m，y_m)与各个基站之间的距离由散射体到移动台的距离加上散射体到基站间的距离构成，即则根据参数和粗略估计移动台的位置：x^mli=xbi+L~icosα~iy^m1i=ybi+L~isinα~i---(4)]]>x^m2i=xbi+(L~i-Rdi)cosα~iy^m2i=ybi+(L~i-Rdi)sinα~i---(5)]]>根据GBSBCM模型所提出的约束条件得到算法的可行域：0≤xm≤(3/2)R]]>(6)0≤ym≤min{3xm,-(3/3)xm+R}]]>0≤rmi=|xi+jyi-(xm+jym)|≤Rdi,i=1,2,3---(7)]]>其中，R为小区半径，为各个基站对应的散射体分布半径的最大值，i＝1，2，3；从以上(4)、(5)的坐标中选取满足(6)、(7)的最大、最小坐标值，得到一个缩小的可行域[x_min，x_max]×[y_min，y_max]；(2)网格搜索，确定迭代初始坐标值在此缩小的可行域中进行网格搜索，选取满足约束条件(7)的网格点构成候选点集CPS；对CPS中所有候选点的坐标值求平均，得到优化的迭代初始值x₀；(3)采用高斯-牛顿迭代法估算移动台的位置坐标理论上，各个基站信号到达移动台的传播距离与到达角度可以表示为：L(x)＝[L₁(x)，L₂(x)，L₃(x)，α₁(x)，α₂(x)，α₃(x)]    (8)其中x＝[x_m，y_m]，Li(x)=(x-xbi)2+(y-ybi)2,]]>αi(x)=arctany-ybix-xbi]]>而各个基站信号实际上的传播距离与到达角度为：L~=L(x)+n---(9)]]>其中n为NLOS传播引起的误差以及服从均值为零的高斯分布的系统测量误差；由于误差的存在，(1)、(2)并不总是能够得到满足，由此得到目标函数：ϵ(x)=(L~-L(x))TΣn-1(L~-L(x))---(10)]]>其中∑_n为噪声n的协方差矩阵：∑_n=E{nn^T}      (11)则满足下式的坐标即可作为移动台的位置估计值：x^=argminxϵ(x)---(12)]]>对(9)式在迭代初始值x₀处进行线性化：L(x)=L(x0)+φ(x)|x=x0(x-x0)---(13)]]>其中φ(x)=▿xT⊗L(x)=(x-x1)/r1,(y-y1)/r1(x-x2)/r2,(y-y2)/r2(x-x3)/r3,(y-y3)/r3(y-y1)/r12,(x-x1)/r12(y-y2)/r22,(x-x2)/r22(y-y3)/r32,(x-x3)/r32,---(14)]]>根据(10)、(13)式，对下式进行迭代求解：x(k+1)=x(k)+(φT(x(k))Σn-1φ(x(k)))-1]]>..φT(x(k))Σn-1(L~-L(x(k)))---(15)]]>=x(k)+A(k),-1·φT(x(k))Σn-1(L~-L(x(k)))]]>当两次迭代结果的差值小于一个任意小的正数时，迭代中止，得到最终的移动台估计坐标