[发明专利]一种基于TDOA与AOA的室内发射站与接收站的联合定位方法

说明书

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种发射站与接收站位置均未知，利用到达时差(TDOA)与到达角度(AOA)进行室内发射站与接收站的联合定位方法，本方法适用于超宽带窄脉冲的发射信号。该场景下有一个发射站与一个接收站，且接收站位置未知，所以该定位方法包括发射站与接收站的定位。该方法通过建立一些虚拟站，将墙面反射产生的非视距路径转换为视线路径，是一种只有一个接收站的多路径辅助室内定位方法。将多个虚拟站和真实发射站与接收站之间的角度与时延差测量方程联合起来，利用加权最小二乘的方法进行求解，从而实现发射站与接收站的联合定位。本发明可以准确估计出发射站与接收站的位置，方法简单，效果良好。

技术领域

本发明属于目标定位技术领域，具体涉及一种发射站与接收站位置均未知，利用到达时差(TDOA)与到达角度(AOA)进行室内发射站与接收站的联合定位方法，本方法适用于超宽带窄脉冲的发射信号。

背景技术

目前，很多定位方法都是基于视距传播路径，但是在复杂的室内环境内由于反射会产生许多非视线传播路径干扰定位效果。接收站位置未知的情况也常常发生，比如接收站所处位置可能是GPS无法提供位置估计的位置。考虑到宽脉冲发射信号由于室内距离太短，在多条路径到达接收站时会产生脉冲重叠的现象，导致TDOA很难获得，故该方法只适合产生超宽带窄脉冲信号的发射站的定位。在实际环境中，接收站的数量受到限制。针对这种。

发明内容

针对上述场景，本发明提出了在单个站点的情况下，发射站与接收站位置均未知，一种利用虚拟站点和发射站产生的TDOA与AOA进行发射站与接收站的联合定位方法，该方法通过建立一些虚拟站，将墙面反射产生的非视距路径转换为视线路径，是一种只有一个接收站的多路径辅助室内定位方法。将多个虚拟站和真实发射站与接收站之间的角度与时延差测量方程联合起来，利用加权最小二乘的方法进行求解，从而实现发射站与接收站的联合定位。

本发明采用的技术方案是：

该场景下有一个发射站与一个接收站，且接收站位置未知，所以该定位方法包括发射站与接收站的定位。可以利用多个虚拟站和真实发射站与接收站之间的时差与角度测量方程，将多个时差与角度测量方程联合求解，从而实现定位；定位包括以下步骤：

S1、发射站位于长为a,宽为b的长方形镜面房间中，以房间一角为原点建立坐标原点，假定发射站的坐标为(x_t,y_t)，现有一个阵列接收站，其阵列矢量与x轴夹角为α。这里假定α为0，假定阵列接收站位于(x_r,y_r)处，由于镜面反射所引的四个虚拟发射站的坐标分别为(-x_t,y_t)，(2a-x_t,y_t),(x_t,-y_t),(x_t,2b-y_t)，可以通过阵列测向，获取五个发射站(含四个虚拟发射站)的方位角信息(假定真实的角度为相应的量测在上标上加上0，)：(注意此处的arctan(x,y)表示复数x+jy的四象限角度)

β＝arctan(x_t-x_r,y_t-y_r)+n^β＝β⁰+n^β (1)

这五个测量值的噪声分别为n^β,且分别服从方差为σ^β,的零均值高斯分布。

利用信道信息，可以获取四个虚拟发射站相对于真实发射站的相对距离差分别为：