[发明专利]低功耗小型设备抗噪定位方法

说明书

技术领域

本发明属于物体定位技术领域，特别是一种基于距离差的低功耗小型设备抗噪定位方法。

背景技术

位置信息作为现代社会的关键基础信息，在国民经济、国防科技和日常生活中发挥着日益重要的作用。以GPS为代表的星基定位系统已经使得众多的应用得到方便快捷的位置服务，但是在无线传感器网络、移动互联网、战术互联网等系统中，星基定位系统有时难以提供有效的位置服务。例如：在无线传感器网络中，为众多的微型低功耗节点都增加GPS接收机无论在经济上还是技术上都不可行；在移动互联网中，用户通常是在城市或者室内环境中，由于GPS信号微弱，经常会因建筑物遮挡而难以发挥作用；在战术互联网中，星基导航系统很可能因被敌方干扰而无法使用。这时就需要依靠这些系统的自定位技术来提供位置信息。同时，在这些系统中测距噪声通常较大，对提供精确位置服务提出了新的挑战。

定位技术通常分为两大类：基于测距的定位和非测距的定位。非测距的定位依靠节点间的连接信息来推测节点位置信息，定位精度不高。基于测距的定位一般基于某种距离信息的测量来确定位置，通常定位精度较高，因此更适于提供高精度的位置服务。

对于基于测距的定位系统，定位过程可以分为测距和位置解算两个阶段。

测距阶段即根据无线电信号的某种特征（如振幅、相位、到达时间等）来获得距离、距离差或方位角等信息，测距方式包括到达时间测距（TOA）、到达时间差测距（TDOA）、方位角测距（AOA）、接收信号强度测距（RSSI）、以及无线电干涉测距（RIR）等。位置解算阶段即根据测距信息运行某种定位算法来确定待定位目标最终位置的过程。位置解算阶段定位算法的选择对最终的定位精度起着至关重要的作用。

定位算法可以分为迭代式算法和闭合解算法两类，其中迭代式算法计算复杂度高，且存在迭代结果的局部收敛问题，不适用于低功耗、计算能力弱或实时性要求高的应用场景；而闭合解算法具有显式解，计算复杂度低，且没有局部收敛的问题。在基于距离差的闭合解定位算法中，最常用且性能相对较好的两种是Chan方法[参见文献Chan Y.T.,Ho K.C.,A simple and efficient estimator for hyperbolic location.IEEE Transactions on Signal Processing,vol.42,no.8,pp.1905-1915,August1994]和Bancroft方法[参见文献Bancroft S.,An Algebraic Solution of the GPS Equations.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.AES-21,no.1,pp.56-59,January1985以及Mellen G.II,Pachter M.,Raquet J.,Closed-form solution for determining emitter location using time difference of arrival measurements.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.39,no.3,pp.1056-1058,July2003]。Chan方法首先将线性化过程中引入的多余变量和待估变量看作独立变量进行第一步加权最小二乘求解，然后再利用多余变量和待估变量之间的关系进行第二步加权最小二乘来进一步提高定位结果的精度。Bancroft方法最初是为解GPS方程提出来的，但其思想同样可以用于基于距离差的定位解算，该方法首先使用最小二乘将待估变量用含有多余变量的式子表示出来，然后利用它们之间的关系组成关于多余变量的二次方程，解二次方程得到多余变量的估计值，进而得到待估变量的估计值。

但上述闭合解定位算法抗噪能力弱，且研究发现此类方法会存在性能很差的病态区域。如图2、图3所示，在病态区域，现有闭合解定位算法往往不能达到性能下界——克拉美-罗界（CRLB,Cramer-Rao Lower Bound），或者能够达到CRLB的噪声门限非常低，抗噪能力极弱，严重影响了定位结果的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗小型设备抗噪定位方法，计算量小，抗噪声能力强，对低功耗小型设备的定位精度高。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

10）距离差获取：获取待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它不少于2个锚节点的距离差；