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一种提高基站定位精度的方法技术

技术编号:16608172 阅读:94 留言:0更新日期:2017-11-22 18:36
本发明专利技术实施公开了一种有效处理测量数据误差,提高基站定位精度的计算方法。所述方法包括:(1)根据移动终端与不同基站之间的测量距离(利用移动终端测量不同基站的信号,得到不同基站信号的到达时刻或到达时间差,从而得到移动终端与基站之间的测量距离),采用测量数据校正模型得到校正距离;(2)将校正距离带入定位计算模型,得到移动终端坐标的最小二乘解,从而计算得到移动终端定位计算距离;(3)建立定位计算距离与测量校正距离之间的标准差F,以F最小为优化目标,采用遗传算法得到测量数据校正模型中误差参数a,b的最优解;(4)根据a,b最优解,再带入定位计算模型中,从而得到移动终端最优的位置坐标。

【技术实现步骤摘要】
一种提高基站定位精度的方法
本专利技术涉及一种在移动通讯网络领域中利用基站定位时有效处理测量数据误差,提高定位精度的方法。
技术介绍
目前,较成熟的无线定位技术主要包括:GPS(GlobalPositioningSystem,全球卫星定位系统)定位、WiFi(WirelessFidelity,无线保真)定位、基站定位、蓝牙定位、红外线定位等。这些定位技术在商业领域和人们的日常生活中运用越来越广泛。随着科技日益发展,相对于卫星适用于室外精准定位,基站更适用于室内定位的情况。基站定位的原理是用移动终端测量不同基站的信号,得到不同基站信号的到达时刻(TOA,TimeofArrival)或到达时间差(TDOA,TimeDifferenceofArrival),从而得到移动终端与基站之间的测量距离;根据该测量结果并结合基站的坐标计算出移动终端的位置。但是,在数据测量时由于建筑物等对信号的遮挡、反射、损耗,测量数据产生较大误差,严重影响定位精度。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术提供了一种有效处理测量数据误差,提高基站定位精度的计算方法。具体地,本专利技术涉及一种有效处理测量数据误差,从而提高基站定位精度的计算方法,其特征在包括如下步骤:首先,利用数据校正模型对测量数据进行校正,将校正后的数据代入定位计算模型,得到定位计算距离;其次,以定位计算距离与测量校正距离之间的标准差最小为目标,采用遗传算法进行优化,得到最优的误差参数,进而求出移动终端的坐标最优解。更具体地,本专利技术的方法包括如下步骤:(1)根据移动终端与不同基站之间的测量距离(利用移动终端测量不同基站的信号,得到不同基站信号的到达时刻或到达时间差,从而得到移动终端与基站之间的测量距离),采用测量数据校正模型(rc-rz=arc+b,a、b为误差参数)得到校正距离;(2)将校正距离带入定位计算模型,得到移动终端坐标的最小二乘解,从而计算得到移动终端定位计算距离;(3)建立定位计算距离与测量校正距离之间的标准差F,以F最小为优化目标,采用遗传算法重复步骤(1)-(3),得到a,b的最优解;(4)根据a,b最优解,再带入定位计算模型中,从而得到移动终端最优的位置坐标。具体地,所述方法包括:(1)提供测量数据校正模型并假定一组误差参数a,b;rc-rz=arc+b(1)(2)根据移动终端与不同基站之间的测量距离(利用移动终端测量不同基站的信号,得到不同基站信号的到达时刻或到达时间差,从而得到移动终端与基站之间的测量距离),采用测量数据校正模型得到校正距离;(3)将校正距离带入定位计算模型,得到移动终端坐标的最小二乘解;(4)根据移动终端坐标的最小二乘解,计算得到移动终端定位计算距离r′i;(5)建立定位计算距离r′i与测量校正距离ri之间的标准差F;(6)采用遗传算法,以F最小为优化目标,重复步骤(1)-(5),得到a,b的最优解;(7)根据a,b最优解,再带入定位计算模型中,从而得到移动终端最优的位置坐标。关键技术点如下:1.测量数据校正计算模型由于室内信号存在遮挡物的影响,使得测量数据误差很大,一般算法难以准确确定移动终端的坐标。移动终端与基站之间的测量距离与真实距离的差别程度,可用下式来表示:rc-rz=arc+b(1)其中:rc为测量距离,m;rz为校正距离,m;a,b为与环境有关的误差参数。上式(1)记为测量数据误差校正模型。2.利用校正后数据的定位计算模型如果给定一组方程(1)中的参数a,b,便可以根据测量距离得到校正距离,假定该校正距离为真实距离,已知n个基站的位置坐标,某个移动终端到n个基站的距离可以采用距离公式(2)(即,测量数据校正模型)进行计算:其中,x,y,z为某个移动终端坐标;xi,yi,zi为第i个基站的坐标;ri为移动终端到第i个基站的校正距离(根据公式(1),利用测量距离校正后得到),n为基站数量。根据以上方程联立求解确定移动终端的位置。实际上,求解一个移动终端坐标x,y,z,由三个基站的测量结果即可,但是由于测量时间具有误差,所以通过增加基站数实现精确定位,在求解模型时有三个未知数,三个以上的方程,采用最小二乘法求解矛盾方程组。例如,根据四个基站坐标,得到移动终端与各个基站的距离并利用式(1)对测量数据进行校正,然后将其带入下式可得到最小二乘解(即,定位计算模型):x=(HTH)-1HTb(3)其中:x,y,z为某个移动终端坐标;xi,yi,zi为第i个基站的坐标;ri为某个移动终端到第i个基站的校正距离(根据公式(1),利用测量距离校正后得到),n为基站数量。如果基站个数超过4个,公式(3)依然成立,这时H,HT,b分别为:根据上式,可以由n个基站的位置求出移动终端坐标的最小二乘解。3.利用遗传算法确定最优误差参数和最优解在上述的移动终端位置确定计算中,是在假设给定一组误差参数a,b的情况下计算得到的,该参数a,b不一定是真实值,因此需要确定a,b的最优值。假设某个移动终端可接收n个基站的信号,通过移动终端与基站间的信号传输可测得移动终端与n个基站的测量距离。假定一组误差参数a,b进行误差校正,为描述方便,将其称之为测量校正距离(即上文中的ri),并将其带入定位计算模型(公式(3)),可得到移动终端坐标x,y,z的最小二乘解,根据式(2)可得到移动终端定位计算坐标与第i个基站的距离r′i,为描述方便,将其称之为定位计算距离。该定位计算距离和校正距离之间存在误差,误差越小,说明校正后的数据越准确。某移动终端与n个基站的校正距离与定位计算距离的标准差为:其中:r′i为移动终端第i个基站的定位计算距离,m;ri为移动终端与第i个点的校正距离,m。以式(5)为优化目标函数,利用遗传算法得到最优的参数a,b。遗传算法是计算机科学人工智能领域中用于解决最优化的一种搜索启发式算法,这种启发式通常用来生成有用的解决方案来优化和搜索问题。通过给定参数a,b一组候选解,利用遗传算法进行搜索求解得到a,b的最优解和最优的移动终端位置坐标。本专利技术的有益效果是:通过测量数据的误差分析,将校正数据用在常用基站定位算法上,并利用遗传算法对误差参数进行优化,可以有效提高定位精度。附图说明图1为计算位置与真实位置对比示意图,其显示了移动终端坐标计算实例。具体实施方式假设移动终端可以接收10个基站(其坐标如表1所示)的信号,通过移动终端与基站间的信号传输测得的数据可以计算得到移动终端与10个基站的测量距离,如表2所示。表1各个基站位置坐标基站编号x坐标(m)y坐标(m)z坐标(m)1176.4193.113.282268.95180.54.62367.49141.232.024185.29108.624.04563.26-32.112.566176.09-278.83.577246.8-136.23.598-99.6-210.372.259283.82175.52.7910-42.68-36.213.21表2移动终端到各个基站的测量距离步骤1.根据误差校正模型(上文所述式(1)),采用测量数据校正模型得到移动终端到各个基站的校正距离如表3所示,其中用a,b为误差参数,在后面的步骤中用遗传算法进行优化。表3移动终端到各个基站的校正距离基站编号移动终端与第i个基站校正距本文档来自技高网...
一种提高基站定位精度的方法

【技术保护点】
一种有效处理测量数据误差,从而提高基站定位精度的计算方法,其特征在包括如下步骤:首先,利用数据校正模型对测量数据进行校正,将校正后的数据代入定位计算模型,得到定位计算距离;其次,以定位计算距离与测量校正距离之间的标准差最小为目标,采用遗传算法进行优化,得到最优的误差参数,进而求出移动终端的坐标最优解。

【技术特征摘要】
1.一种有效处理测量数据误差,从而提高基站定位精度的计算方法,其特征在包括如下步骤:首先,利用数据校正模型对测量数据进行校正,将校正后的数据代入定位计算模型,得到定位计算距离;其次,以定位计算距离与测量校正距离之间的标准差最小为目标,采用遗传算法进行优化,得到最优的误差参数,进而求出移动终端的坐标最优解。2.根据权利要求1的方法,其特征在包括如下步骤:(1)根据移动终端与不同基站之间的测量距离,采用测量数据校正模型得到校正距离;(2)将校正距离带入定位计算模型,得到移动终端坐标的最小二乘解,从而计算得到移动终端定位计算距离;(3)建立定位计算距离与测量校正距离之间的标准差F,以F最小为优化目标,采用遗传算法重复步骤(1)-(3),得到a,b的最优解;(4)根据a,b最优解,再带入定位计算模型中,从而得到移动终端最优的位置坐标。3.根据权利要求1或2的方法,其特征在于:所述测量数据校正模型为:rc-rz=arc+b其中rc为测量距离,m;rz为校正距离,m;a,b为与环境有关的误差参数。4.根据权利要求1-3中任一项的方法,其特征在于:所述定位计算模型为:其中,x,y,z为某个移动终端坐标;xi,yi,zi为第i个基站的坐标;ri为移动终端到第i个基站的校正距离,n为基站数量;对上述方程求解,得到:x=(HTH)-1HTb其中:x,y,z为某个移动终端坐标;xi,yi,zi为第i个基站的坐标;ri为某个移动终端到第i个基站的校正距离,n为基站数量。5.根据权利要求2的方法,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:崔兆琦
申请(专利权)人:崔兆琦
类型:发明
国别省市:北京,11

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