[发明专利]一种基于到达角的近远场统一定位方法

说明书

本发明公开了一种基于到达角的近远场统一定位方法，其通过建立修正极坐标系来重新表示目标源的位置，建立近远场统一的定位模型；通过泰勒展开将基于到达角的近场非线性定位3D模型转化为线性模型，利用凸松弛技术建立混合半正定/二阶锥规划问题，求解得到近场时目标源的坐标位置估计及远场时目标源的方位角估计和俯仰角估计；通过求得基于到达角的近场非线性定位3D模型的偏差均值的理论值，获得近场时目标源的坐标位置的近似无偏估计值；优点是不需要知道目标源位于近场还是远场的先验知识，能够得到近似无偏估计的目标源位置，且计算量较小。

技术领域

本发明涉及一种近远场统一定位方法，尤其是涉及一种无线传感器网络中基于到达角(Angle-of-Arrive，AOA)的近远场统一定位方法。

背景技术

目标定位是无线传感器网络中一项十分重要的技术。待定位的目标被称为源。在传统的目标定位中，近场定位和远场定位被视为两种不同的定位场景。在近场定位中，目标源距离传感器阵列较近，传感器到目标源的信号传播路径交叉得到目标源位置，因此近场定位通常被视为点定位。在远场定位中，目标源距离传感器阵列较远，传感器到目标源的信号传播路径近似于平行线，无法交叉获得目标源位置，只能估计信号到达方向。近场定位方法往往无法定位远场目标，会产生阈值效应；远场定位方法在目标源不够远时，会出现较大的偏差。目前，业内人员提出了基于到达时间差的近远场统一定位模型(参见G.Wang andK.C.Ho,Convex Relaxation Methods for Unified Near-Field and Far-Field TDOA-Based Localization(基于TDOA的统一近远场定位的凸松弛方法).IEEE Transactionson Wireless Communications[J].,vol.18,no.4,pp.2346-2360)，但并未研究过基于到达角(Angle-of-Arrive，AOA)的近远场统一定位模型。

在实际应用中，基于到达角的定位由于具有较高的定位精度和不需要严格的时间同步，因而被广泛地应用。但是，基于到达角的定位的测量模型是高度非线性的。对非线性问题求解可以利用尝试所有可能的目标源位置以实现最优估计的直接网格搜索方法，然而这样虽然可以获得最优值，但是计算量庞大。非线性问题的另一种求解方法是通过迭代算法，迭代算法需要一个可靠的初始值开启迭代，初始值的选取决定了整个迭代算法性能的好坏，而合适的初始值的选取是比较困难的。

因此，有必要研究一种定位精度高、计算量小、不需要选取合适的迭代初始值的基于到达角的近远场统一定位方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于到达角的近远场统一定位方法，其定位精度高，计算量小，无需选取迭代初始值。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于到达角的近远场统一定位方法，其特征在于包括以下步骤：