[发明专利]面向非视距环境下无线信号传输参数估计的目标定位方法

说明书

本发明公开了一种面向非视距环境下无线信号传输参数估计的目标定位方法，主要解决非视距环境下无线传感器网络目标定位中信号传输参数未知的问题。包括：通过非视距环境下的到达时间测量模型初步确定信号源位置，将该位置和接收信号强度测量模型联立确定无线信号的传输路径损耗系数；将路径损耗系数和信号源位置输入接收信号强度测量模型中，获取无线信号发射功率估计值；根据已确定的无线信号发射功率和路径损耗系数重新建立接收信号强度测量模型，联合到达时间测量模型构建目标函数，采用二分法确定信号源位置。本发明能在无线信号传输参数未知情况下通过提取能域测量信息实现能时域联合目标定位，有效保证了非视距环境中目标定位的鲁棒性。

技术领域

本发明属于通信技术领域，进一步涉及无线通信中的定位方法，具体为一种面向非视距环境下无线信号传输参数估计的目标定位方法，可用于非视距环境下无线信号传输路径损耗模型未知情况下的传感器网络目标定位。

背景技术

近年来，随着传感器网络以及物联网技术的快速发展，各种智能设备及高科技应用对于位置服务的需求以超乎预期的速度发展。由于日渐复杂的电磁环境造成无线信号非视距传播是影响定位精度的一个重要因素，通常采用多域信息融合方法以提升定位精度。其中无线信号传播过程中的路径损耗参数未知时，导致接收信号强度测量模型难以构建，无法有效提取能域测量信息进行目标定位，进而导致定位精度下降。因此，研究面向非视距环境下无线信号传输参数估计的联合目标定位方法就极其重要。

卢志刚的《非视距环境下基于RSS-TOA的定位算法》将接收信号强度和到达时间测量结果建立为关于目标位置的非凸优化问题，再通过二阶锥松弛理论将原始的非凸优化问题转换为凸优化问题后，得到原问题的次优解。该方法在无线信号传输参数已知情况下注重对数据的处理与算法的验证得到问题的次优解，并且未给出目标最终位置参数的闭式解。Mayur Katwe,Pradnya Ghare等人的《NLOS Error Mitigation in Hybrid RSS-TOA-Based Localization Through Semi-Definite Relaxation》利用联合的接收信号强度和到达时间测量信息，引入非视距平衡参数将最大似然估计问题转化为非线性加权最小二乘问题，并采用半定松弛法确定信号源位置。但该方法并未研究接收信号强度测量模型中无线信号传输参数未知情况下的目标定位。

专利公开号为CN112986906A发明名称为“一种半正定规划的RSS-TOA联合定位方法”的中国专利，首先建立了接收信号强度测量信息和到达时间测量信息的线性表达式，针对误差项构建加权最小二乘定位问题后，引入辅助变量将其转换为约束优化问题，最后利用凸优化技术将加权最小二乘问题转化为半正定规划问题进行求解。该方法的计算复杂度较高且仅考虑了理想环境下的定位性能，在无线信号传输路径损耗模型未知的非视距环境下定位精度下降甚至失效。

发明内容

本发明目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种在非视距环境下，面向无线信号发射功率、传输路径损耗系数以及非视距偏差估计的目标定位方法，以有效提取能域测量信息实现能时域联合目标定位。

实现本发明的基本思路是：通过非视距环境下的到达时间定位模型初步确定信号源位置坐标；将已初步确定的信号源位置和接收信号强度测量模型联立，构建接收信号强度差值信息并采用加权最小二乘法确定无线信号的传输路径损耗系数；将路径损耗系数和信号源位置坐标代入接收信号强度测量模型中，迭代求解无线信号发射功率的最大似然估计值；根据已确定的无线信号发射功率和路径损耗系数重新建立接收信号强度测量模型，联合到达时间测量模型构建目标函数，采用二分法确定信号源位置。本发明解决了非视距环境中的无线传感器网络目标定位问题，同时能够确定无线信号发射功率、传输路径损耗系数和非视距偏差的平均值，保证了非视距环境中目标定位的鲁棒性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)提取能时域测量信息：