[发明专利]一种基于多径的室内辐射源、接收站及房间尺寸估计方法

说明书

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种基于多径的室内辐射源、接收站及房间尺寸估计方法。本发明适用的场景房间尺寸、发射站与接收站位置均未知，所以该定位方法包括发射站与接收站位置定位及房间尺寸的估计。通过建立一些虚拟站，将非视距反射路径转换为视线路径。可以利用多个虚拟辐射源及真实辐射源与接收站之间的角度测量方程联合各虚拟辐射源与真实辐射源到接收站的时差方程联合求解，从而实现房间尺寸、发射站与接收站位置的估计。本发明可以准确估计出房间尺寸、发射站与接收站位置，方法简单，效果良好。

技术领域

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种基于多径的室内辐射源、接收站及房间尺寸估计方法。

背景技术

传统的定位方法都假定信号在辐射源和传感器之间以视距传播。然而在密集的城市与室内环境中，由于存在许多反射，信号传播的路径是非视距传播。在定位里面可能存在接收站位置未知的情况，比如接收站位于GPS无法提供位置估计的位置。

许多非视距传播的场景中，源定位是通过三个以上的基站协同进行的，但在许多情况下，由于环境条件限制了站点的数量，不可能使用多个传感器。使用单个站点的源定位具有许多优点，例如不需要站点之间的数据传输和不需要站点之间的同步等。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种房间尺寸、辐射源及接收机位置均未知，基于室内多径进行到达角度与时差联合定位的方法。本发明通过建立一些虚拟站，将非视距反射路径转换为视线路径。建立多个虚拟站和真实辐射源与接收站之间的角度测量方程及各虚拟辐射源与真实辐射源到接收站的时差方程，利用泰勒展开及加权最小二乘的法求解，从而实现辐射源与接收站的定位及房间尺寸的估计。

本发明采用的技术方案是：

该场景房间尺寸、发射站与接收站位置均未知，所以该定位方法包括发射站与接收站位置定位及房间尺寸的估计。可以利用多个虚拟辐射源及真实辐射源与接收站之间的角度测量方程联合各虚拟辐射源与真实辐射源到接收站的时差方程求解上述未知量，从而实现定位与估计。具体包括以下步骤：

S1、定义辐射源位于长为a，宽为b的长方形镜面房间中，以房间一角为原点建立坐标原点，辐射源的坐标为(x_t,y_t)；采用阵列接收机接收信号，阵列接收机位于(x_r,y_r)处；由于镜面反射所引的四个虚拟辐射源的坐标分别为(-x_t,y_t)，(2a-x_t,y_t),(x_t,-y_t),(x_t,2b-y_t)。通过阵列测向，获取真实辐射源及四个虚拟辐射源的方位角信息：

β＝arctan(x_t-x_r,y_t-y_r)+n^β＝β⁰+n^β   (1)

其中，n^β,为角度测量噪声，β⁰，为各辐射源方位角的真实值；

记

β＝[β β₁ β₂ β₃ β₄]^T  (7)

假定角度测量误差满足零均值，方差为的高斯分布，其协方差矩阵如下：