[发明专利]一种基于TROA的NLOS传输环境无线定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，尤其是一种NLOS传输环境无线定位方法。

背景技术

无线定位是指利用包含在接收信号中的角度和距离等参数来估计移动终端位置的一种技术。近年来，由于经济发展和人们生活的需求，该技术已经得到了广泛地应用，它可以提供包括紧急呼救、旅游信息服务、车辆管理等在内的业务，同时也被应用到了基于位置信息的收费系统和智能交通系统中，是物联网的重要组成部分。

在实际的无线传输环境中，由于障碍物的存在，因此信号从发送端到被接收的这一段时间内并不会沿着直线传输，它往往需要经过发射和衍射才能够到达接收端。这使得接收端对距离以及角度等信息估计准确度的下降，从而显著降低了无线定位方法的精度。据此，在无线定位技术的实际应用中，减少甚至降低非视距(NLOS,non-line-of-sight)带来的误差是非常重要的。根据摩托罗拉和爱立信对GSM网络的实地测量发现，NLOS误差有随着MS-BS之间直线距离的增加而上升的趋势，这就更加剧了对传统定位算法精度的影响。事实上，对于其他类型的移动通信网络，比如3G和4G移动通信，上述NLOS误差的距离依赖特性也是存在的。

发明内容

为了克服已有NLOS传输环境无线定位方法的NLOS误差随着距离增加上升、定位精度较差的不足，本发明提供一种在NLOS误差随着距离增加上升的情况时有效提升定位精度的基于到达时间商(TROA，time ratio of arrival)的NLOS传输环境无线定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于TROA的NLOS传输环境无线定位方法，所述定位方法包括如下步骤：

1)由多个基站BS接收到移动台MS发送的信号，并且提取出信号中的到达时间信息TOA(time of arrival)，并且将这些信息汇集到定位主基站中，定位基站数目不少于4个；

2)以主基站的测量值为参考，将其他基站测量的TOA除以参考值，转变成到达时间商TROA；

3)根据定位几何原理，定位基站数目不少于4个时构建以TROA为参数的定位方程组；

4)将定位方程组进行线性化处理；

5)求解方程组，并且进行定位，得到移动台MS的坐标估计值。

进一步，所述步骤2)中，如果利用第i个基站BS_i测量得到到达时间TOA_i，主基站设为第1个基站，那么它和第1个基站测量值商就是TROA_i1，也就是

再进一步，所述步骤3)中，移动台MS和第i个基站之间的距离写成：

其中(x,y)和(x_i,y_i)分别是MS和第i个BS的坐标，c是电磁波空气中传播速度；

根据上述公式，将TOA转变成距离之商，如果令dr_i1为测距之间的商，并且不失一般性，假设BS₁的位置位于坐标原点，那么

对(3)左右进行平方处理，化简得到

更进一步，所述步骤4)的线性化处理过程如下：对(4)进行数学变换

其中，K_i和R为中间参数，i＝2,3,..,N，N为参与定位的BS数目，且N大于等于4，把方程组(5)写成矩阵形式

Y＝AX(6)

其中

所述步骤5)中，利用最小二乘(LS，least squares)算法求解方程组(6)，求解得到：

最后得到MS的坐标估计值为

公式(8)中代表向量中第k个元素，k＝1、2、3。

本发明的技术构思为：在得到BS和MS之间的TOA(可等效为距离)之后，便能够通过除法变换，将测距转变成测距的商，然后根据定位几何关系构建定位方程组，在对方程组进行线性化处理之后即可利用LS算法对MS的坐标进行估计。