[发明专利]一种基于到达时差和到达频差的定位方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种基于到达时差和到达频差的定位方法、装置及设备，所述方法包括：建立基于到达时差和到达频差的定位模型；获得到达时差测量噪声向量、到达频差测量噪声向量以及测量节点位置噪声向量；列出概率密度函数对应的极大似然估计表达式；根据所述极大似然估计表达式，得到目标节点的位置初始估计值和速度初始估计值；对所述位置初始估计值和所述速度初始估计进行迭代优化，获得目标节点的最终位置估计值和最终速度估计值。本发明将到达时差测量噪声、到达频差测量噪声以及测量节点位置噪声引入在内，同时通过迭代方式进一步提升目标节点位置和速度的估计精度，能提高在高噪声和远场环境下对目标节点定位的精确性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络节点定位领域，具体涉及一种基于到达时差和到达频差的定位方法、装置及设备。

背景技术

在人员难以企及的深远地区以及有毒有害、高压高温等恶劣野外环境中，无线传感器网络被大量使用以实现多种不同的功能。在追踪、监控、网络通信等各种无线传感器应用中，节点的位置信息很重要，因而对待测节点的位置及速度进行测量具有重要意义。在实际的应用中，尤其是军事领域，被动定位技术如到达时差(TDOA)、到达频差(FDOA)等被广泛使用。而基于应用的相关要求，高精度、高鲁棒性是所有方法必须具备的特性之一。

由于测量所用传感器精度的有限性，加上野外环境中大量的干扰、阴影遮蔽或阻挡，少量的误差也会对测量结果带来很大的影响。同时，由于野外布设的随机性与节点自身的移动性，测量节点自身的位置误差同样需要引入到计算中。现有采用两步加权最小二乘法对问题直接线性近似的方式引入了较大的误差，在高噪声环境下测量精度迅速降低；而采用半正定规划方法相关理论对位置和速度同时计算的方式，忽略了位置和速度两者的耦合关系，在高噪声和远场条件下的测量精度依然不理想，因而在实际应用中受限。

发明内容

针对现有技术在高噪声和远场环境中对目标节点定位精度较低的问题，本发明提供一种基于到达时差和到达频差的定位方法、装置及设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

第一方面，提供一种基于到达时差和到达频差的定位方法，包括：

建立基于到达时差和到达频差的定位模型；

基于所述定位模型，获得到达时差测量噪声向量、到达频差测量噪声向量以及测量节点位置噪声向量；

根据所述到达时差测量噪声向量的概率密度函数、所述到达频差测量噪声向量的概率密度函数以及所述测量节点位置噪声的概率密度函数获得总的概率密度函数，列出所述总的概率密度函数对应的极大似然估计表达式；

根据所述极大似然估计表达式，得到目标节点的位置初始估计值和速度初始估计值；

对所述位置初始估计值和所述速度初始估计进行迭代优化，获得目标节点的最终位置估计值和最终速度估计值。

进一步地，所述到达时差测量噪声向量、所述到达频差测量噪声向量以及所述测量节点位置噪声向量均是零均值高斯噪声向量。

进一步地，所述根据所述极大似然估计表达式，得到目标节点的位置初始估计值和速度初始估计值之前，还包括：

将所述极大似然估计表达式转化为凸函数的形式。

进一步地，所述对所述位置初始估计值和所述速度初始估计进行迭代优化，获得目标节点的最终位置估计值和最终速度估计值，包括：

将所述位置初始估计值确定为当前位置估计值，将所述速度初始估计值确定为当前速度估计值；