[发明专利]基于信号强度的非视距定位方法

说明书

本发明公开了一种基于信号强度的非视距定位方法，首先采用3GPP 3D路径损耗模型计算待定位目标和至少3个基站之间的距离，然后利用目标和基站之间的距离的观测方程式求目标坐标的最小二乘估计，作为下一步梯度法的迭代初始值，最后用梯度法最小化目标和各个基站的距离观测值和测量值之间误差的目标函数f，求出目标坐标的最优解。本发明方法能有效提高定位系统在复杂多径、非视距环境下的定位精度，是一种高精度的无线定位方法。

技术领域

本发明涉及无线定位技术领域，更具体地说，它涉及一种基于信号强度的非视距定位方法。

背景技术

在实际的通信环境中，发射机和接收机之间的视距路径被障碍物阻挡，信号传播路径通常为非视距路径，也就是信号要经过更长的路径才能到达接收机,从而影响定位算法的测量值。普通的基于信号到达时间(TOA)、信号到达角度(DOA)的定位方法受非视距信号的影响较大，定位精度较低。而接收信号强度(RSS)的测量不受信号传播路径是否非视距的影响，一般是非常准确的。因此可以采用基于RSS的定位方法准确定位目标。基本原理如下：利用路损模型求出目标和至少3个基站之间的距离测量值，只要路损模型选取合理，并且各个基站不在同一直线上，则目标位于以基站为圆心、以各个距离测量值为半径的至少3个圆的交点。如果的RSS测算是准确的，则各个圆的交点就是唯一的。但是由于距离测算难免存在误差，导致各个圆不能交于单个点，这也是基于RSS的定位方法的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在目标坐标定位精度低的技术问题，提供一种能有效提高定位精度的基于信号强度的非视距定位方法。

本发明的技术方案是这样的：一种基于信号强度的非视距定位方法，包括步骤：

(1)采用路径损耗模型计算得到目标和相应的基站之间的距离d_i，其中1≤i≤n，n为基站数目,n≥3；

(2)利用目标和基站之间的距离的观测方程式组求得目标坐标的最小二乘估计(目标坐标的初始解)；

(3)利用目标和各个基站的距离观测值和测量值之间的误差建立最小化目标函数f，以步骤(2)中的最小二乘估计为迭代起点，用梯度法求出目标坐标的最优解。

作为进一步地改进，在步骤(1)中，所述的路径损耗模型采用3GPP 3D模型，计算式如下式：

其中，W为街道宽度，5m<W<50m,h为建筑物平均高度，5m<h<50m,h_BS为基站天线高度，10m<h_BS<150m，d_i为第i个基站天线到目标接收天线的距离，f_c为信号频率；

由PL＝RSP-RSRP+G算出路径损耗PL，代入上式算出d_i，其中，RSP为信号发射功率，RSRP为信号接收功率，G为天线增益。

进一步地，在步骤(2)中，目标与多个基站之间的距离的观测方程式组，如下式：

其中，基站坐标为(x_i,y_i)，目标坐标的初始解为(x₀,y₀)，v_i为噪声；

上式中从第2个方程开始每一个方程都减去第1个方程，得到下式：

上式的矩阵形式如下式：

AP₀+V＝B；

其中P₀为目标坐标的初始解，V为噪声；