[发明专利]非视距环境下基于TOA模式的高精度快速定位方法

说明书

一种非视距环境下基于TOA模式的高精度快速定位方法，根据距离观测值得到移动站与各基站之间的基本定位方程；选取距离观测值最小时对应的移动站与基站之间的基本定位方程作为基准方程，其它移动站与基站之间的基本定位方程与基准方程相减，得到最小二乘的标准形式；构造L1范数表达形式，转化为附加等式线性约束的L1范数表达形式；给出交替方向法求解的迭代过程，得到移动站的定位解；将定位解带入L1范数表达式中，求得绝对值残差，若最大绝对值残差与绝对值残差的中位数比值大于预设值，输出该移动站的定位解；否则采用下一个距离观测值对应的移动站与基站之间的基本定位方程作为基准方程。本发明能够降低非视距误差对定位精度的影响。

技术领域

本发明属于无线定位技术领域，具体涉及一种非视距环境下基于TOA模式的高精度快速定位方法。

背景技术

由于环境的复杂性，信号自发送端发出后，在到达接收端的过程中，往往存在不同程度的遮挡，从而引入非视距(non-line-of-sight，NLOS)误差。尤其是在室内定位和5G定位领域，非视距误差的存在会严重降低定位系统的精度和性能，最为严重的后果是导致定位结果发散，从而造成定位结果失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种非视距环境下基于TOA模式的高精度快速定位方法，能够降低非视距误差对定位精度的影响。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种非视距环境下基于TOA模式的高精度快速定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、确定各固定基站的坐标，以及移动站接收到移动站与各个固定基站之间的距离观测值；根据距离观测值得到移动站与各基站之间的基本定位方程；

S2、对所述的距离观测值按照从小到大进行排序，选取距离观测值最小时对应的移动站与基站之间的基本定位方程，作为基准方程，其它移动站与基站之间的基本定位方程与基准方程相减，得到最小二乘的标准形式；

S3、构造L1范数表达形式，为了应用交替方向法，引入新的变量，从而将L1范数表达形式转化为附加等式线性约束的L1范数表达形式；

S4、对所述的附加等式线性约束的L1范数表达形式，给出交替方向法求解的迭代过程，得到移动站的定位解；

S5、将S4得到的移动站的定位解带入L1范数表达式中，求得绝对值残差，如果最大绝对值残差与绝对值残差的中位数比值大于预设值，则输出该移动站的定位解；

否则，采用下一个距离观测值对应的移动站与基站之间的基本定位方程作为基准方程，返回S2。

按上述方法，所述的S1采用二维平面定位场景，各固定基站的坐标为二维笛卡尔坐标；

移动站与第i个基站之间的基本定位方程为：

其中，x、y分别为移动站二维笛卡尔坐标的横坐标和纵坐标，x_i、y_i为第i个基站二维笛卡尔坐标的横坐标和纵坐标；d_i为移动站与第i个基站之间的距离观测值；η_i和ε_i分别代表均值为0方差为的高斯白噪声和NLOS误差，两者之间的大小关系为：i∈φ_L代表移动站到第i个基站为LOS信号传输；i∈φ_NL则代表移动站到第i个基站为NLOS信号。

按上述方法，设第j个基站与移动站之间的基本定位方程为基准方程；通过其它基站与移动站之间的基本定位方程与基准方程相减，得到：

式中，x_j、y_j为第j个基站二维笛卡尔坐标的横坐标和纵坐标；η_j代表均值为0方差为σ_i²的高斯白噪声；