[发明专利]一种基于残差加权的TDOA蜂窝定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在蜂窝通信网络中实现移动站可靠定位的方法，属于无线电定位技术领域。 

背景技术

TDOA(Time Difference Of Arrival，差分时延)无线电定位技术的历史由来已久，早在60年代就大量应用于水声信号的探测及声纳信号处理，80年代初期曾出现过研究时差估计的热潮，之后由于硬件速度和算法的复杂度限制，进入相对冷寂的时期。进入90年代以来，时差估计又重新得到人们的重视，其应用范围从水声信号扩展到了一般通信信号及雷达信号，并且研究手段大大丰富。此外，军方需求，如辐射源测向、定位(分别也叫无源测向、定位)，一直以来都在推动着无线电定位技术的持续发展。最近，民用蜂窝通信(3G/LTE/4G)的蓬勃发展，催生了大量基于移动台高精度位置信息的上层服务，其广阔的市场前景激发了人们对无线电定位(尤其是蜂窝定位)技术的研究热情。 

1994年，Chan和Ho提出了一种基于TDOA双曲线定位的方法(Chan法)(Y.T.Chan and K.C.Ho，“A simple and efficient estimator for hyperboliclocation，”IEEE Trans.Signal Processing，vol.42，pp.1905-1915，August 1994.)。根据Chan法，如果测量的TDOA噪声较小且不含NLOS偏差，Chan法能利用测量方差信息简单而高效地求得位置估计，且该位置估计值的性能接近CR界，属一种应用范围较窄的最优定位，当定位环境较复杂(如在建筑密集的城区)，由于测量噪声较大或测量值中存在较大NLOS(Non-Line-Of-Sight，非视距)偏差，Chan法的性能会迅速下降。 

为抑制NLOS偏差的影响，1999年Chen给出了一种基于平方残差加权定位的方法(Rwgh法)(P.-C.Chen，“A non-line-of-sight error mitigation algorithm inlocation estimation，”in Proc.IEEE Wireless Communications NetworkingConference，vol.1，pp.316-320，1999.)。一般来说，在最小二乘(LS)意义下，发生NLOS的基站一般会存在相对较大的平方残差。Rwgh法以平方残差作为NLOS度量，通过求解不同的基站组合下的非线性LS位置估计，计算其组合内的平方残差，并以该残差的倒数对该组合位置解进行加权，以抑制NLOS效应，得到最终解。在各种测量值下，Rwgh法总是能给出一个平方残差度量下的估计 值，但由于不同组合求解时采用非线性LS，计算量相对较大。 

作为目前得到较多应用的两种无线电定位方法，Chan法和Rwgh法都可应用于蜂窝系统的定位，但二者各自独立应用于目前的蜂窝定位系统，都具有其自身的局限，因此，有必要深入研究两种方法的模型基础和应用场合，融合Chan法和Rwgh法各自的优势，修正其LS下平方残差的NLOS度量，给出新的更加精确的NLOS度量(如本发明提出带符号残差SR)，在不过多增加计算量的前提下，同时实现估计精度的提高。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有的技术问题提出一种新的NLOS度量，并在该度量下将Chan与Rwgh相结合，提供一个在蜂窝系统中基于TDOA方式实现高效可靠定位的新方法。 

本发明所述的一种基于残差加权的TDOA蜂窝定位方法，包括如下步骤： 

步骤一、对蜂窝基站数据进行分组 

对M个参与移动站定位的并且位置已知的蜂窝基站，其中服务基站为BS₁，以BS₁作为定位参考点，且设置BS₁位置坐标为x₁＝(x₁，y₁)＝(0，0)；其它各蜂窝基站以BS_m表示，其中2≤m≤M；记所述第m个基站的位置坐标为已知向量x_m＝(x_m，y_m)；