[发明专利]一种基于定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法

摘要

一种基于定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，包括残差计算、门限计算、NLOS基站识别和定位过程。首先需要对基站进行分组，一组两个基站，组数为基站数目为N。而后利用不同定位方式来估计MS的位置，接着计算它们之间的差值，并以此为定位位置残差，以及算出门限。通过比较残差和门限的大小即可识别出NLOS基站与LOS基站，最后利用LOS基站的参数测量值对MS进行位置估计，估计算法采用双步最小二乘算法。本发明提供一种有效减少误差、提升定位精度的基于定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法。

主权项

一种定位位置残差的NLOS基站识别与定位方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)由多个基站接收到MS发送的信号，假设已经估计得到信号中的到达时间TOA和到达角度AOA信息，并且将这些信息汇集到定位主基站中；2)将所有的基站进行分组，每组包含有2个基站，假设有N个基站，则分组数目为3)对于每个分组，首先利用不同定位方式求得MS的坐标值，然后计算这些估计值之间的残差，得到每一组的定位位置残差；4)比较残差值和门限之间的大小关系，如果小于门限，则为LOS基站，否则为NLOS基站；5)对所有的基站组作4)中的门限比较处理，综合所有组的判决结果，最后就能够找出所有的NLOS基站和LOS基站；6)提取上述LOS基站的TOA和AOA估计信息，根据定位几何关系，构建定位方程组；7)将定位方程组进行数学变换，将其转变成线性方程组；8)利用两步加权最小二乘算法对MS的坐标进行估计；所述步骤6)和7)中，根据测量距离和到达角的几何意义，构建线性定位方程组：Y＝AX   (10)其中R＝x2+y2且A=r12-x12-y12...rN2-xN2-yN2y1-tanθ1x1...yN-tanθNxN,X=xyR,Y=-2x1,-2y1,1...-2xN,-2yN,1-tanθ1,1,0...-tanθN,1,0]]>其中，MS的坐标为(x,y)，第i个BS的坐标为(xi,yi)，θi是第i个BS和MS之间的AOA估计，ri是第i个BS和MS之间的TOA等效测距估计；所述步骤8)中，首先根据LS准则，得到：X^=(ATA)-1ATY---(11)]]>用ri0表示ri的真实直线距离，并定义误差向量：Ψ≈[2r10e1,2r20e2,...,2rN0eN,(x-x1)α1,(x-x2)α2,...,(x-xN)αN]T---(12)]]>其中ei,αj分别代表距离和角度的测量误差，若将(12)转变成矩阵相乘的形式，即得到：ψ＝2Bz   (13)其中diag{·}表示以大括号内元素为对角元素的对角矩阵，B的协方差矩阵如下：Ψ＝E[ψψT]＝4BQB   (14)式中分别表示距离和到达角的测量方差；所述步骤8)中，利用加权最小二乘算法求得X的解：X^WLS=(ATΨ-1A)-1ATΨ-1Y---(15)]]>的协方差矩阵为：cov(X^)=(ATΨ-1A)-1---(16)]]>由于向量中的三个元素实际上并不独立，因此需要进行第2次最小二乘估计，假设中三个元素的误差分别为s1,s2和s3，那么X^=x0+s1y0+s2R0+s3---(17)]]>其中x0,y0,R0代表的是相应真实值，定义另外一组误差向量为：ψ'＝b'‑A'X'   (18)其中b′=(x0+s1)2(y0+s2)2R0+s3,A′=100111,X′=x2y2]]>从上式推得：Ψ′=2x0e1+e122y0e2+e22e3≈2x0s12y0s2s3---(19)]]>那么向量ψ'的协方差矩阵就是：Ψ′=E[ψ′ψ′T]=4B′cov(X)B′B′=diag{x0,y0,0.5}---(20)]]>所述步骤8)中，再次根据最小二乘算法，得到X'的解为：X^WLS′=(A′TΨ′-1A′)-1A′TΨ′-1b′---(21)]]>最后得到MS的位置为：X^=X^WLS′orX^=-X^WLS′---(22)]]>并且选择(22)中最接近(15)结果的解作为最终的估计。