一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法技术

本发明专利技术提出了一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法，用于解决现有移动端定位技术中存在的定位精度和效率低的技术问题。实现步骤为：设定系统参数；建立联合时间同步与定位到达时间值TOA的观测模型；基于联合时间同步与定位到达时间值TOA的观测模型，建立移动端定位估计的有约束目标函数；采用广义信赖域方法求解移动端定位估计的有约束目标函数，得到组合向量y的全局最优解，并从中读出移动端位置向量p的全局最优解。本发明专利技术避免了定位误差的传递，获得了定位非凸问题的全局最优解，提高了定位精度，且通过简单的迭代运算，提高了定位估计的计算效率，可用于视距场景下依靠多个蜂窝基站对移动端定位估计。

【技术实现步骤摘要】
一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法，可用于视距场景下依靠多个蜂窝基站对移动端定位估计。
技术介绍
目前定位技术在无线通信、地质勘测、智能交通、抢险救援等方面扮演着举足轻重的角色，研究精确的定位方法具有实际的意义。定位按照是否采用测距方式分为基于测距的定位方法和非基于测距的定位方法两大类。基于测距的定位方法主要使用到达时间TOA测距法，接收信号强度测距法，到达时间差测距法以及到达角度测距法实现测距。对于传统的基于TOA的定位算法，时间同步往往是其先决条件，在定位之前需要经过时间同步阶段，造成定位效率较低，并且如果在同步阶段存在误差，即使是微小的，这个误差也会在定位系统中传递到定位阶段并放大，极大的影响到距离估计，降低了定位估计的精确性。目前为止，关于联合时间同步与定位的定位方法已经被提出来，该定位方法考虑到锚节点与目标节点的时钟偏差，将两者的时钟同步到一个参考时钟上，同时对时钟偏差与目标节点的位置坐标进行联合估计，得到目标节点的位置坐标估计值。例如，授权公告号为CN103869345本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法，包括如下步骤：(1)设定系统参数：参与移动端定位且位置已知的蜂窝基站数量为m，移动端数量为1，第i个基站的位置向量为pi，各个基站相对于外部参考时钟的时钟相偏为τi，待定位的移动端的位置向量为p，移动端相对于外部参考时钟的时钟相偏为τ，移动端在外部时钟为0时发送信号给m个基站，第i个基站接收到移动端信号的外部参考时钟为Ti，第i个基站的观测噪声为ΔTi；其中，m≥3，i＝1,2…m，pi∈R

【技术特征摘要】
1.一种TOA条件下最优联合时间同步与定位的定位方法，包括如下步骤：(1)设定系统参数：参与移动端定位且位置已知的蜂窝基站数量为m，移动端数量为1，第i个基站的位置向量为pi，各个基站相对于外部参考时钟的时钟相偏为τi，待定位的移动端的位置向量为p，移动端相对于外部参考时钟的时钟相偏为τ，移动端在外部时钟为0时发送信号给m个基站，第i个基站接收到移动端信号的外部参考时钟为Ti，第i个基站的观测噪声为ΔTi；其中，m≥3，i＝1,2…m，pi∈Rn，p∈Rn，τi∈R，τ∈R，Ti∈R，R为实数域，n为空间维度的大小，位置向量的单位为米，时钟相偏的单位为秒；(2)建立联合时间同步与定位到达时间值TOA的观测模型：根据设定的系统参数，建立联合时间同步与定位到达时间值TOA的观测模型：其中，c为信号的传播速度，||p-pi||为移动端与第i个基站的欧几里得距离；(3)基于联合时间同步与定位到达时间值TOA的观测模型，建立移动端定位估计的有约束目标函数：(3a)对公式(1)两端同乘c，得到关于距离值的观测模型：ri+τi°＝τ°+||p-pi||+Δri(2)其中，ri＝cTi，τi°＝cτi，τ°＝cτ，Δr＝cΔTi，Δri为测量误差，其服从均值为零且方差为σ2的高斯分布，且σ2＞0；(3b)将公式(2)转化为关于移动端位置向量p和时钟相偏τ的线性等式：对公式(2)两边分别求平方：ri2+2riτi°+τi°2-piTpi+2piTp-2(ri+τi°)τ°-pTp+τ°2＝2||p-pi||Δri(3)定义一个与移动端位置向量p和时钟相偏τ相关的中间变量α，α＝pTp-τ2，α∈R，并将其带入(3)式中，得到m组关于移动端位置向量p和时钟相偏τ的线性等式：(3c)将m组关于移动端位置向量p和时钟相偏τ的线性等式转化为矩阵形式：Ay-b＝ε(5)其中，ε为m行的列向量，且A为m行n+2列的矩阵，且b为m行的列向量，且y为移动端位置向量p与时钟相偏为τ的组合向量，且y＝[pτα]T；(3d)根据最小二乘算法，将(5)式转化为无约束目标函数：(3e)为无约束目标函数添加一个约束条件yTDy+2fTy＝0，得到移动端定位估计的有约束目标函数：其中，In为n行n列的单位矩阵，0(n+1)×1为n+1行1列的零矩阵；(4)采用广义信赖域方法求解移动端定位估计的有约束目标函数，得到组合向量y的全局最优解：(4a)获取广义信赖域方法的解算条件式：设c(y)，q(y)均为y的函数，且c(y)＝yTDy+2fTy，q(y)＝||Ay-b||2，并将(7)式转化为：根据广义信赖域方法的要求，(8)式要解得移动端定位估计的有约束目标函数的全局最优解y，则必须存在一个λ，λ∈R，使下面三个公式成立：c(y)＝0(10)其中符号表示求一阶导数，符号表示求两阶导数；将c(y)和q(y)带入公式(9)、(10)和(11)中，得到广义信赖域方法的解算条件式：(ATA+λD)y＝ATb-λf(12)yTDy+2fTy＝0(13)(4b)根据广义信赖域方法的解算条件式，将移动端定位估计的有约束目标函数求解问题转换为多项式零...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，张齐齐，盛敏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61