[发明专利]一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法

摘要

本发明公开了一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法，包括如下步骤待定位终端从一个可接收到GPS信号的辅助锚节点中获取其位置信息；该锚节点利用天线阵列技术获得信号发往待定位终端的信号离开方向DOD；待定位终端利用天线阵列技术获得信号波达方向DOA；待定位终端因多径效应分别获得视距LOS到达时间和非视距NLOS到达时间，由此计算出波达时间差TDOA。获得多条非视距路径的多组数据后，建立三角模型，在非线性且复杂的移动待定位终端位置和测量的参数值之间建立关系对；利用泰勒级数展开法，将非线性模型转变为线性模型，并用最小二乘法解之。本发明充分利用了测量值带来的各类信息，较之以前的定位方法更为灵活、方便。

主权项

一种应用于无线Mesh网中基于天线阵列的混合自定位方法，其特征在于：包括如下步骤：1)利用GPS技术获得辅助定位锚节点A地理位置信息A(xa,ya)，将其发给待定位终端T，利用天线阵列技术，获得信号离开的方向角αi,i＝1,...N,N≥3，N为多径效应获得的离开信号的数目；2)待定位终端T的地理位置为T(xt,yt)，利用天线阵列技术，获得信号波达方向角βi,i＝1,...N,N≥3，N为多径效应获得到达信号的数目；3)利用多径效应，假设散射点S的位置信息为Si(xi,yi),i＝1,...N,N≥3，每个散射点只有一个反射信号射到待定位终端T，辅助定位锚节点A与散射点S之间的距离为ri'，待定位终端T与散射点S之间的距离为ri,i＝1,...,N,N≥3，由此数据得到非视距路径与视距路径的到达时间差；4)根据步骤3)中的N条非视距路径获得N组数据，建立三角模型，在非线性且复杂的移动待定位终端T的位置和测量的参数值之间建立一系列关系对，利用泰勒级数展开法，将非线性方程组转换为线性方程组；5)利用最小二乘法求解步骤4)中的线性方程组，得到待定位终端T的地理位置信息；所述的泰勒级数展开法原理如下：(1)设辅助定位节点的位置为(xa,ya)，目标真实位置为(xt,yt)，辅助定位节点测量的参数统一用m表示，μ为参量真值，测量误差e服从均值为零、协方差矩阵为R的正态分布， 测量参量与目标位置、辅助定位节点位置的关系依测量参量的类型不同而不同，这里统一用f表示，则f(xt,yt,xa,ya)＝μ＝m‑e(2)假设如下：目标的初始估计位置为(xv,yv)，初始估计位置(xv,yv)与目标真实位置(xt,yt)的误差为δx和δy，则有：xt＝xv+δx，yt＝yv+δy(3)将fi在(xv,yv)点用泰勒级数展开(i＝1，2，…，N，N表示多径路径数)，并忽略二次及以上的项，即相当于对该函数求一阶导数，再将(xv,yv)代入，由此得：fiv+ai1δx+ai2δy≈mi‑ei，i＝1，2，…，N式中：fiv＝fi(xv,yv,xi,yi)，将上式用矩阵表示为如下观测方程：Aδ≈z‑e上式中，A表示泰勒系数矩阵ai，δ表示真实位置与估计位置之差生成的矩阵，z表示mi‑fiv生成的矩阵，e表示ei生成的测量误差矩阵；所述的最小二乘法原理如下：(1)如果观测方程的个数与未知数相等，且A满秩，将矩阵A用初等行变换的方法化为阶梯形矩阵,那么矩阵中非零行的个数与矩阵阶数相等，则δ为δ＝A‑1z如果观测方程的个数大于未知数的个数，且A列满秩，则δ的加权最小二乘估计为δ＝(ATR‑1A)‑1ATR‑1z其中，R是误差加权矩阵，R＝E[eeT]；(2)判断判据是否小于给定门限阈值ε0，即使误差的平方根在可允许的范围内，如果判据小于门限阈值，那么迭代停止，得最终估计的目标位置为(3)用下面的式子代替对目标的上一次估计值，并重复多次迭代，即：xv←xv+δx，yv←yv+δy。