[发明专利]用于在有各种多路径延迟的情况下稳健且高效的基于TDOA的位置估计的系统和方法

说明书

本发明涉及用于在有各种多路径延迟的情况下稳健且高效的基于TDOA的位置估计的系统和方法。一种系统，至少包括移动设备（110）和多个网关（120a‑120g），所述网关（120a‑120g）的位置是已知的，其中，网关（120a‑120g）在操作上被布置成针对每个网关确定由移动设备（110）发出的信号的到达时间差（TDOA）。解算器单元（160）基于所述到达时间差（TDOA）来计算移动设备（110）的位置。解算器单元（160）实现ELM和LMS算法以基于一个或多个分组传输来计算移动设备的单次位置估计，并且包括用以判定是否需要运行LMS算法的程序和用以选择或组合来自ELM和LMS的位置输出以实现单次位置输出的程序。此外，解算器单元包括用以实现移动设备的跟踪或在设备为静态的情况下改善位置准确度的跟踪算法。

技术领域

本发明的实施例涉及确定移动电子设备的位置的领域。

背景技术

在IOT（物联网）和许多其它位置相关应用中，要求基础设施能够估计一个或多个无线对象或目标节点的位置。在典型的位置估计系统中，存在多个参考节点或网关（其位置是已知的）以及一个或多个目标节点或微粒（mote）（其位置是要估计的）。

为了估计目标节点的位置，需要通过由目标节点进行的无线电发射和由参考节点进行的接收或者相反方向来测量表征目标节点相对于参考节点的位置测定信息的某些度量（诸如距离或角度）。

本文将为了简单起见而大部分考虑其中目标节点进行无线电发射（其被网关（参考节点）接收到，分组的到达时间（TOA）被加时间戳）的情况。然而，必须理解的是本发明还以适当的修改适用于其中多个网关发送同时的分组或者在确定的时间序列中的分组（其被目标节点接收到，该目标节点基于所述分组的TOA的知识来确定其自己的位置）的情况。

并且，以下描述对其中在2维平面中确定移动节点的位置的本发明的示例进行描述。虽然很重要，但本申请并非限制性的，并且本发明也包括其中在3维空间中对移动节点进行定位的变体。

如对于本领域技术人员而言已知的，如果所有网关是同步的，但目标节点不是，则可以使用TDOA（到达时间差）方法来计算位置。可以通过GPS或其它同步机制来使网关同步。TDOA方法一般地涉及到确定同一分组发射到两个不同网关的到达时间之间的差，该到达时间之间的差通过已知传播速度而与从发射节点到两个网关的距离的差有关。

同样如对于本领域技术人员而言已知的，多路径延迟的存在可以对TOA和TDOA的测量结果引入严重的变化和偏置，这导致位置准确度的严重劣化。在室内或室外的实际环境中，最有可能的是某些或所有网关可能遭受一定水平的多路径传输延迟。网关中的某些可能遭受比其它网关更严重的多路径延迟扩展也是相当可能的。类似于其它信道相关现象，到达时间上的多路径诱发的偏置难以建模和估计。

定位估计系统一般地可以分成两类，即基于测距和距离无关方法。TDOA基于测距的定位被广泛地用来实现良好的位置准确度。所有网关被假设为是同步的，无论是通过GPS还是其它同步化机制，然而，目标节点不需要被同步到网关。目标节点发射分组，所述分组被网关接收到并加时间戳以便每个接收网关或天线获得TOA值。

如对于本领域技术人员而言已知的，需要来自三个不同接收网关的至少两个TDOA以便产生目标节点的位置的唯一估计。在某些情况下，可存在两个可能的估计，并且可能需要来自第四网关的另外的TOA以便获得目标节点的最终估计。当可用网关的数目大于三个时，问题变成超定问题。存在专注于用以处理该问题的不同方法的许多学术研究论文以及专利，包括最大似然算法、最小均方差算法、加权最小均方差算法、最小中值误差算法等。还存在关于从没有多路径延迟的其它网关识别具有多路径延迟的网关的某些研究。在本发明中提出的系统和方法落入多路径延迟网关被识别并被去除的情况下的组合“最小中值误差”和“最小均方差”算法的一般范畴。

发明内容