[发明专利]一种基于虚拟小区的室内三维定位方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于虚拟小区的室内三维定位方法及系统，该方法包含：建立虚拟小区：根据待测接收终端和节点的相对位置，以及信道建立至少两个以上的虚拟小区；获得虚拟基站到接收终端的信道矩阵；根据对系统和速率R的寻优，获得虚拟基站的预编码矩阵w_k；根据预编码对虚拟基站的发射信号进行波束形成；待测接收终端检测，以确定待测接收终端的位置。其中，预编码矩阵的计算方法包含：获得利己预编码矩阵；获得利他预编码矩阵；求解齐次线性方程组，得到该方程组的解为利他向量，根据利他向量组成利他预编码矩阵；根据利己预编码矩阵在利他预编码矩阵上的映射，得到虚拟基站k的预编码矩阵。本发明的方法及系统覆盖广、抗多径效果好，室内定位快。

主权项

1.一种基于虚拟小区的室内三维定位方法，其特征在于，该方法包含：步骤1(S100)：建立虚拟小区：根据待测接收终端和节点的相对位置，以及信道建立至少两个以上的虚拟小区，其中两个虚拟小区分别表示为虚拟小区k和j，该虚拟小区的虚拟基站包含：4个以上的节点，且至少有4个节点不在同一平面上；步骤2(S200)：获得虚拟基站到接收终端的信道矩阵：获得虚拟小区k的虚拟基站k到待测接收终端的信道矩阵H_kk，以及虚拟小区j的虚拟基站j到待测接收终端的信道矩阵H_kj；步骤3(S300)：根据对系统和速率R的寻优，获得虚拟基站的预编码矩阵w_k；步骤4(S400)：根据预编码对虚拟基站的发射信号进行波束形成；步骤5(S500)：待测接收终端检测，以确定待测接收终端的位置；在所述的步骤3中，所述的预编码矩阵w_k的计算方法包含：步骤1B(S321)：获得利己预编码矩阵w_ind；设定矩阵的u个特征值为λ₁,λ₂,...,λ_u，对应的特征向量为则w_ind＝[w_ind1w_ind2Lw_indu]，式中上角标H表示共轭转置；步骤2B(S322)：获得利他预编码矩阵w_alt；求解齐次线性方程组H_jkw_alt＝0，其中，H_jk是虚拟小区k的虚拟基站k到终端j的信道矩阵，得到该方程组的解为利他向量w_alt1，w_alt2，L，w_altu，根据利他向量组成利他预编码矩阵w_alt＝[w_alt1 w_alt2 L w_altu]；步骤3B(S323)：根据利己预编码矩阵w_ind在利他预编码矩阵w_alt上的映射，得到虚拟基站k的预编码矩阵w_k；所述的利己预编码矩阵w_ind和利他预编码矩阵w_alt的维数根据所述的虚拟基站的发射天线数s和待测接收终端的接收天线数t确定；虚拟基站的发射天线数s≥虚拟基站的节点数目；在所述的步骤5中，所述的待测接收终端检测，建立三维坐标系xyz，在所有节点中选取4个不在同一平面上的节点作为目标节点f，f＝1,2,3,4，以所述的待测接收终端到目标节点的距离为半径，以4个目标节点为球心，分别建立球体f，建立具有约束条件的三维空间球面方程组，求得约束条件方程组的解作为待测终端的位置坐标；所述的约束条件基于目标节点坐标加权距离倒数，约束条件方程为：z＝z₀+Δ·n   (1)式(1)中，n＝0，±1，±2，L，±N；n为步进尺度；N为最大步进尺度；Δ为定位精度；式(1)中，其中，l₁、l₂、l₃为利用距离损耗模型估计出待测接收终端到3个目标节点的距离；z₁、z₂、z₃为所述球心在z轴上的坐标位置；在所述的步骤5中，所述的球体f的球面方程为：式(2)中，x_f、y_f、z_f为所述的球体f在三维坐标系xyz中的坐标，l_f为利用距离损耗模型估计出待测接收终端到节点的距离；在所述的步骤5中，求解在f＝1,2,3时，所述的公式(2)的解，表示为x_解n,y_解n,z_解n，n＝0，±1，±2，L，±N；将x_解n,y_解n,z_解n代入f＝4时公式(2)中，令x＝x_解n，y＝y_解n，z＝z_解n，得到：所述的待测接收终端在三维坐标系xyz中的坐标为：其中，n＝0，±1，±2，L，±N，| |表示取绝对值，表示l₄‑l_4,解n取得最小值时对应的(x_解n,y_解n,z_解n)取值；在所述的步骤3B中，在所述的t＝1时，所述的预编码矩阵其中，<>表示求内积运算，上角标*表示共轭；在所述的t≥2时，所述的预编码矩阵w_k＝[w₁……w_t]；当所述的t＝2时，所述的预编码矩阵w_k＝[w_k1w_k2]，其中，在所述的步骤3中，所述的系统和速率R为：式中，H_kk为虚拟小区k的虚拟基站k到待测接收终端的信道矩阵，H_kj为虚拟小区j的虚拟基站j到待测接收终端的信道矩阵，w_k为虚拟基站k的预编码，w_j为虚拟基站j的预编码，为高斯白噪声的方差；所述的系统和速率R的计算方法，包含：步骤1A(S 311)：定义接收终端k的速率R_k为步骤2A(S 312)：根据速率R_k获得系统和速率R，R为在所述的步骤4中，所述的虚拟基站k发射的信号波束为：w_k·s，其中，s为虚拟基站k发射的信号。