混合LOS/NLOS场景下的L制造技术

本发明专利技术提供一种用于无线传感器网络中混合LOS/NLOS场景下的L

L in mixed Los / NLOS scenarios

【技术实现步骤摘要】
混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法
本专利技术属于定位
，具体涉及一种无线传感器网络中基于混合LOS(line-of-sight,视距)/NLOS(none-line-of-sight,非视距)场景下的LP范数定位方法。
技术介绍
由于卫星导航信号无法穿越建筑物或者遮挡物而无法应用于室内环境，故而需要在室内部署一定的传感器来实现室内定位与导航功能。然后，室内环境复杂多变的特性，使得传感器信号除了含有噪声外，还含有比噪声大很多的非视距误差，这些误差导致时间或者距离观测值存在较大偏差，从而严重降低室内无线传感器定位系统的定位精度。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法，从而提高室内无线传感器网络定位系统的定位精度。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法，包括以下步骤：S1、将不同传感器不同定位模式下的基本定位方程，统一转化为最二乘标准表达式；S2、将所述的表达式转化为LP范数表达式，0＜P＜1；S3、运用交替方向乘子法对LP范数表达式进行求解，从而得到定位解。按上述方案，S1中的定位模式包括TOA模式和TDOA定位模式。按上述方案，TOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：TDOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：其中，ηi代表移动站与第i个基站之间均值为0且方差为的高斯白噪声；εi为移动站与第i个基站之间非视距误差，为正数且与高斯白噪声存在关系i∈φL代表LOS路径集合，i∈φNL代表NLOS路径集合；xi和yi为第i个基站的已知横坐标和纵坐标，x和y为移动站的待求横坐标和纵坐标；di移动站与第i个基站之间的观测距离；xk和yk表示参考基准站的横坐标和纵坐标，dik为移动站到第i个基站和第1个基站之间的观测距离差。按上述方案，构建TOA和TDOA定位模式的最小二乘AX＝b+e(A为观测矩阵，X为待求参数，b为向量，e为残差)表达形式：通过对公式(1)进行移项和平方后，可以得到针对TOA模式的AX＝b+e表达形式有：X＝[x,y,x2+y2]T(4)e＝[e1…eN]T(6)通过对公式(2)进行移项和平方后，可以得到针对TDOA模式的AX＝b+e表达形式有：X＝[x,y,R]T(9)e＝[e1…eN]T(11)其中，上述公式中，R为中间变量，N为基站的总数量。按上述方案，所述的S2将不同定位模式下的AX＝b+e表达式转化为Lp范数表达式，则有按上述方案，所述的S3具体包括：首先，构造一个新的表达式：然后，对上式建立拉格朗日表达式L(Z,X,W)，有其中，Z为辅助变量，W为拉格朗日乘子，λ为罚参数；采用分布式算法，得到三个参数的迭代公式为：其中，XK+1为XK的下一时刻的值，WK+1为WK的下一时刻的值，ZK+1为ZK的下一时刻的值，r为步长因子。Hλ和h1/λ均为操作算法，y和θ为辅助中间变量，其定义为其中θ1，θN和θi分别代表向量θ的第1个，第N个和第i个元素。由于p的范围在0到1之间，所以和T通用表达形式为：sign为符号函数；所述的p由用户自定义取值；当时，公式(19)的表达式也可以写成如下形式：当通用表达式(19)也可以写成如下形式：当定位解X前后两次迭代的差异满足预设的阈值时，循环退出，输出定位解X。一种终端，所述的终端包括处理器、存储器和存储在存储器中的计算机程序，所述的计算机程序供所处的处理器执行并实现所述的无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法。一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质上存有计算机程序，所述的计算机程序能够被所处的处理器执行并实现所述的无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法。本专利技术的有益效果为：本专利技术通过采集定位系统中的信号到达时间(time-of-arrival,TOA)、到达时间差(time-difference-of-arrival,TDOA)或者距离值作为观测值，然后构建AX＝b模型，在混合LOS/NLOS环境下，AX＝b模型残差具有稀疏性，从而可以采用本专利技术提出的范数方法进行求解，通过本专利技术方法能够提高室内无线传感器网络定位系统的定位精度，其可以适用于UWB和5G传感器的TOA和TDOA定位模式。附图说明图1为本专利技术一实施例的方法流程图。图2为本专利技术一实施例的含有1个NLOS基站的定位精度曲线图。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法，如图1所示，本方法包括以下步骤：S1、将不同传感器不同定位模式下的基本定位方程，统一转化为AX＝b+e(A为观测矩阵，X为待求参数，b为向量，e为残差)的表达式。定位模式包括TOA模式和TDOA定位模式。TOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：TDOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：其中，ηi代表移动站与第i个基站之间均值为0且方差为的高斯白噪声；εi为移动站与第i个基站之间非视距误差，为正数且与高斯白噪声存在关系i∈φL代表LOS路径集合，i∈φNL代表NLOS路径集合；xi和yi为第i个基站的已知横坐标和纵坐标，x和y为移动站的待求横坐标和纵坐标；di移动站与第i个基站之间的观测距离；xk和yk表示参考基准站的横坐标和纵坐标，dik为移动站到第i个基站和第1个基站之间的观测距离差，通常将第1个基站作为参考基准站。构建TOA和TDOA定位模式的AX＝b+e表达形式：通过对公式(1)进行移项和平方后，可以得到针对TOA模式的AX＝b+e表达形式有：X＝[x,y,x2+y2]T(4)e＝[e1…eN]T(6)通过对公式(2)进行移项和平方后，可以得到针对TDOA模式的AX＝b+e表达形式有：X＝[x,y,R]T(9)e＝[e1…eN]T(11)其中，上述公式中，R为中间变量，N为基站的总数量。S2、将所述的表达式转化为LP范数表达式，0＜P＜1，则有S3、运用交替方向乘子法对LP范数表达式进行求解，从而得到定位解。首先，构造一个新的表达式：然后，对上式建立拉格朗日表达式L(Z,X,W)，有其中，Z为辅助变量，W本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的L

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络中基于混合LOS/NLOS场景下的LP范数定位方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、将不同传感器不同定位模式下的基本定位方程，统一转化为最小二乘的标准表达式；
S2、将所述的表达式转化为LP范数表达式，0＜P＜1；
S3、运用交替方向乘子法对LP范数表达式进行求解，从而得到定位解。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S1中的定位模式包括TOA模式和TDOA定位模式。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：TOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：



TDOA定位模式下移动站与基站之间的基本定位方程为：



其中，ηi代表移动站与第i个基站之间均值为0且方差为的高斯白噪声；εi为移动站与第i个基站之间非视距误差，为正数且与高斯白噪声存在关系i∈φL代表LOS路径集合，i∈φNL代表NLOS路径集合；xi和yi为第i个基站的已知横坐标和纵坐标，x和y为移动站的待求横坐标和纵坐标；di移动站与第i个基站之间的观测距离；xk和yk表示参考基准站的横坐标和纵坐标，dik为移动站到第i个基站和第1个基站之间的观测距离差。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：构建TOA和TDOA定位模式的最小二乘AX＝b+e表达形式，其中A为观测矩阵，X为待求参数，b为向量，e为残差；
通过对公式(1)进行移项和平方后，可以得到针对TOA模式的AX＝b+e表达形式有：



X＝[x,y,x2+y2]T(4)



e＝[e1…eN]T(6)



通过对公式(2)进行移项和平方后，可以得到针对TDOA模式的AX＝b+e表达形式有：



X＝[x,y,R]T(9)



e＝[e1…eN]T(11)
其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：何成文，袁运斌，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42