[发明专利]非视距环境下基于RSS和TDOA测量的定位方法

摘要

本发明公开了一种基于RSS和TDOA测量的定位方法，主要解决非视距环境下无线信号的辐射源被动定位问题。其实现步骤为：(1)根据非视距传输环境下的测量模型，从信源向传感器发射的信号中提取RSS和TDOA测量信息；(2)将两个测量公式中的非视距偏差用平均参量代替；(3)将RSS和TDOA测量方程分别改写成有关噪声项的等式；(4)对改写后的RSS和TDOA测量方程进行WLS操作，得到需要最小化的函数；(5)根据得到的WLS函数，对信源位置u进行估计；(6)根据信号源位置估计求出平均参量的ML估计和并迭代得到最终的信号源位置估计本发明具有复杂度低、不需要非视距偏差信息以及定位性能优越等优点，可用于非视距环境下辐射源被动定位问题。

主权项

1.一种非视距环境下基于RSS和TDOA的信源被动定位方法，包括如下步骤：/n(1)根据非视距传输环境下的测量模型，从信源向传感器发射的信号中提取RSS和TDOA测量信息：/n(1.1)给出定位系统模型，在三维定位场景中，目标信源位置为u＝[x,y,z]^T，利用N个传感器对目标源进行定位，第i个传感器坐标s_i＝[x_i,y_i,z_i]^T，i＝1,…,N；/n同理，第j个传感器的坐标为s_j＝[x_j,y_j,z_j]^T，j＝2,…,N；/n(1.2)假设信源向传感器发射信号，并且能够在信号中提取RSS和TDOA测量信息；则两种测量可以由下式表示：/n /nd_j＝||u-s_j||-||u-s₁||+β_j+n_j (1b)/n其中，P₀为在参考距离d₀(||u-s_i||≥d₀)下的RSS(dBm)；α_i(dB)和β_j(m)为非视距传输偏差(α_i＞0,β_j＞0)；γ为传输路径损耗；和分别为对数型的阴影衰落(dB)和测量噪声(m)；/n(2)把两种测量的N个和N-1个非视距偏差(共2N-1个)α_i和β_j近似为平均值α和β，称为平均参量；并代入公式(1a)和公式(1b)中；将原始的欠定问题转化为正定问题求解，得到：/n /nd_j＝||u-s_j||-||u-s₁||+β+n_j (2b)/n(3)将RSS和TDOA测量方程分别改写成有关噪声项m_i和n_j的等式：/n(3.1)将RSS测量方程使用一节泰勒级数(当t较小时e^t≈1+t)进行近似处理，并移项平方，化简得到：/n /n其中，/n(3.2)将TDOA测量方程等式右边的非视距偏差β移至左边并平方，化简得到：/n /n(4)对步骤3中改写后的RSS和TDOA测量方程进行WLS操作，得到需要最小化的函数：/n(4.1)对步骤3中改写后的RSS和TDOA测量方程进行WLS操作：/n /n其中，/n(4.2)将测量公式(1)代入公式(4)中，得到需要最小化的函数：/n /n(5)根据步骤4中得到的WLS函数，对信源位置u进行估计：/n(5.1)初始化非视距偏差α和β，令/n(5.2)根据步骤(3.1)和步骤(4.1)中定义的ξ、d′_i、得到并建立辅助变量y，将步骤(4.2)中的函数按分子展开，得到/n /n其中||W(Ay-p)||²为最小化的待求函数，y^TDy+2g^Ty＝0为约束条件；/n(5.3)采用二分法求解得到则信源位置估计可由得到，即/n(6)迭代求解信源位置估计/n(6.1)根据步骤(5.3)中求得的信源位置估计分别计算非视距偏差平均参量的ML估计和/n /n /n(6.2)将步骤(6.1)中计算得到的两种测量非视距偏差平均参量的估计值和代入步骤(5.2)中，将定位精度表示为重复操作步骤(5.2)和步骤(5.3)至定位精度ε＜0.01，得到最终的信源位置估计值/n