[发明专利]一种基于多径辅助的室内目标定位方法

权利要求书

1.一种基于多径辅助的室内目标定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)利用多径与直达路径的飞行时间(Time of Flight,TOF)进行差分，构建关于散射体以及目标位置的差分TOF观测方程；

b)利用多径与直达路径的到达角(Angle of Arrival,AOA)、定位基站的位置构建直线方程，利用室内环境的尺寸大小确定散射体以及目标位置的范围；

c)利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)搜索散射体与目标的位置；

d)选取散射体以及定位基站的位置构建目标定位方程，求解目标位置；

e)利用聚类算法对利用散射体组合定位出的目标位置进行聚类，对聚类结果进行分析，确定是否要重行执行PSO。

2.根据权利要求1所述的一种基于多径辅助的室内目标定位方法，其特征在于利用多径与直达路径TOF差值消除相位误差的影响，保留了路径之间真实的TOF差值；具体如下：为了直观表示在房间内建立平面直角坐标系；目标、第i散射体以及基站分别用P、S_i以及R来标记，散射体以及目标的坐标为s_i＝[x_i,y_i]，i＝1,…,L+1，其中目标的位置为s_L+1＝[x_L+1,y_L+1]，基站坐标表示为r＝[x_R,y_R]；第i条路径到达接收端的TOF为：

其中，c为电磁波在真空中的传播速度，为CFO引起的公共误差，Δτ为符号定时偏移(Symbol TimingOffset,STO)以及包检测时延(Packet Detection Delay,PDD)引起的公共附加TOF，ε_i为估计误差；设直达路径的TOF为：

其中，ε_L+1为估计误差；以直达路径为参考形成的差分TOF有：

其中，ε_i/L+1为估计误差的差值；

构造理论上第i条反射路径与直达路径之间差分TOF为：

引入变量表示为：

根据公式(3)和(4)，可以进一步表示为：

其中，ε＝[ε_1/L+1，…，ε_L/L+1]为TOF估计误差向量，其协方差矩阵为Λ＝E{εε^T}，t(S)表示为：

其中，S＝[s₁，…,s_L+1]；式(6)利用加权最小二乘法有：

为了求解目标以及散射体位置构造目标函数有：

对目标及散射体位置求解等式应该大于或等于未知数个数，考虑到L个散射体及目标的坐标，则总共有2(L+1)个未知数；式(6)中有L个等式，式(10)中以AOA建立的方程有L+1个，则总共有2L+1个；由于未知数大于等式数量且位置范围较大，因此公式(9)中的问题是个NP-hard问题。