定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法技术

本发明专利技术公开了一种定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法，包括：在直接使用最小二乘法出现定位解奇异或近似奇异问题后，统计当前可通信基站的总数n；若n小于等于经验基站数，则进行拓扑约束关系判断，找到不满足拓扑约束关系的m个基站；若n

【技术实现步骤摘要】
定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法


[0001]本专利技术属于微波、毫米波多基站通信与定位
，具体涉及一种定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法。

技术介绍

[0002]终端用户(User Equipment，UE)可与多个基站(Base Station，BS)进行通信，获得时间、距离或角度相关信息，进而可通过几何定位方法，常见的有到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角(AOA)等进行定位。最小二乘法(Least Square Method，LSM)是求解一组超定方程最常见的工具，然而LSM在进行位置估计时涉及到矩阵求逆运算，会出现定位解奇异或近似奇异的情况。针对LSM定位解奇异或近似奇异问题，目前缺少有效的处理手段，使得在LSM奇异或近似奇异时定位结果不可靠。
[0003]为了解决上述问题，有必要提出一种解决定位解奇异或近似奇异问题的方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述
技术介绍
中所提出的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法，包括以下步骤：
[0006]1)在直接使用最小二乘法(LSM)出现定位解奇异或近似奇异问题后，统计当前可通信基站的总数n；
[0007]2)将当前可通信基站的总数n与经验基站数进行比较，若n小于等于经验基站数，则对所有当前可通信基站进行拓扑约束关系判断，找到不满足拓扑约束关系的m个基站，即可确定有n
‑
m个基站参与用户的位置估计；若n
‑
m大于等于当前维度位置估计最少基站数，即n
‑
m个基站所形成的系数矩阵tr(A
T
A)满秩，则进行最小二乘法(LSM)位置估计进而得到非奇异的、可信的定位解；若n
‑
m小于当前维度位置估计最少基站数且n小于当前维度位置估计最少基站数，即n
‑
m个基站所形成的系数矩阵tr(A
T
A)不满秩且n小于当前维度位置估计的最少基站数，则进行降维估计重新进入拓扑约束关系判断及其之后的步骤；若n
‑
m小于当前维度位置估计最少基站数且n大于等于当前维度位置估计最少基站数，即n
‑
m个基站所形成的系数矩阵tr(A
T
A)不满秩且n大于等于当前维度位置估计最少基站数，则在m个基站中选择q个基站，q≤m且n
‑
m+q≥当前维度位置估计最少基站数，对q个基站的一个或多个坐标进行微调，然后进行最小二乘法(LSM)位置估计进而得到非奇异的、可信的定位解；
[0008]若n大于经验基站数，则对所有当前可通信基站的所有坐标进行微调，然后进行最小二乘法(LSM)位置估计，进而得到非奇异的、可信的定位解。
[0009]进一步地，所述经验基站数为当前维度位置估计最少基站数的3倍。
[0010]进一步地，所述当前维度位置估计最少基站数具体为：
[0011]基于到达时间(TOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计最少基站数为4，二
维位置估计最少基站数为3，一维位置估计最少基站数为2；
[0012]基于到达时间差(TDOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计最少基站数为5，二维位置估计最少基站数为4，一维位置估计最少基站数为3；
[0013]基于到达角(AOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计最少基站数为3，二维位置估计最少基站数为2。
[0014]进一步地，所述拓扑约束关系具体为：
[0015]基于到达时间(TOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计时每4个基站不共面；二维位置估计时每3个基站不共线；一维位置估计时每2个基站不共点；
[0016]基于到达时间差(TDOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计时每5个基站不共面；二维位置估计时每4个基站不共线；一维位置估计时每3个基站不共点，且用户位置只能在3个基站点形成的线段内被非奇异估计(不包括线段端点)；
[0017]基于到达角(AOA)的最小二乘法(LSM)多基站三维位置估计时用户与任3个基站形成向量两两作hadamard积，所得的三个向量不共面(用户在任意基站的正上方除外)；二维位置估计时用户与任两基站不共线。
[0018]进一步地，所述降维估计包括将三维降为二维、将二维降为一维。
[0019]进一步地，所述对q个基站的一个或多个坐标进行微调具体为：随机对q个基站的一个或多个坐标中的一个或多个分量叠加偏置小量σ使n
‑
m+q个基站所形成的系数矩阵tr(A
T
A)满秩。
[0020]进一步地，所述对所有当前可通信基站的所有坐标进行微调具体为：对所有当前可通信基站的所有坐标的所有分量随机叠加不同的偏置小量σ。
[0021]进一步地，所述偏置小量σ的取值需要满足σ不要超过原坐标的1％，同时σ要比数据截断误差至少高一个量级。
[0022]本专利技术的有益效果：(1)本专利技术针对LSM定位解奇异与近似奇异问题，分析其原因与基站不满足几何拓扑布站约束或参与定位的基站数目不足密切相关，为LSM定位解奇异与近似奇异问题提供了新的解决思路；(2)提出了降维估计策略，即针对有限个基站参与定位解运算出现奇异解时，通过降低位置估计维度(位置估计维度越低，对基站数目要求越少)从而缓解三维位置估计时的奇异问题；(3)针对参与基站数量适中且仍出现定位解奇异或近似奇异问题，提出按某种拓扑约束关系找到对奇异有贡献的基站，并对其坐标改变适当的小量σ，进而获得微小变化的LSM参数，利用LSM进行近似定位解估计；(4)针对参与基站数量较多甚至很多时，为避免因拓扑约束关系判断导致的算法复杂度剧增，对所有参与定位计算的基站的位置进行随机小量σ叠加，得到LSM参数，进而利用LSM进行定位解估计。(5)给出了σ取值原则，即σ不要超过基站原坐标的1％，同时σ要比数据截断误差至少高一个量级，实现了计算精度与奇异问题的平衡；(6)本专利技术所提出的拓扑约束关系判断、降维估计、基站坐标微调等策略形成了较完善的参数微调法，提高了处理定位解奇异与近似奇异问题的效率，具有较大的理论研究价值和工程实践意义。
附图说明
[0023]图1为TOA定位原理示意图；；
[0024]图2为4个基站与用户三维坐标示意图；
[0025]图3为TDOA定位原理示意图；
[0026]图4为5个基站与用户三维坐标示意图；
[0027]图5为AOA定位原理示意图；
[0028]图6为3个基站与用户三维坐标示意图；
[0029]图7为100个基站与用户三维坐标示意图。
具体实施方式
[0030]为了更好地理解本专利技术的内容，下面结合具体实施方法对本
技术实现思路
作进一步说明，但本专利技术的保护内容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在直接使用最小二乘法出现定位解奇异或近似奇异问题后，统计当前可通信基站的总数n；2)将当前可通信基站的总数n与经验基站数进行比较，若n小于等于经验基站数，则对所有当前可通信基站进行拓扑约束关系判断，找到不满足拓扑约束关系的m个基站，即可确定有n
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m个基站参与用户的位置估计；若n
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m大于等于当前维度位置估计最少基站数，即n
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m个基站所形成的系数矩阵tr(A
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A)满秩，则进行最小二乘法位置估计进而得到非奇异的、可信的定位解；若n
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m小于当前维度位置估计最少基站数且n小于当前维度位置估计的最少基站数，即n
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m个基站所形成的系数矩阵tr(A
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A)不满秩且n小于当前维度位置估计的最少基站数，则进行降维估计重新进入拓扑约束关系判断及其之后的步骤；若n
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m小于当前维度位置估计最少基站数且n大于等于当前维度位置估计最少基站数，即n
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m个基站所形成的系数矩阵tr(A
T
A)不满秩且n大于等于当前维度位置估计最少基站数，则在m个基站中选择q个基站，q≤m且n
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m+q≥当前维度位置估计最少基站数，对q个基站的一个或多个坐标进行微调，然后进行最小二乘法位置估计进而得到非奇异的、可信的定位解；若n大于经验基站数，则对所有当前可通信基站的所有坐标进行微调，然后进行最小二乘法位置估计，进而得到非奇异的、可信的定位解。2.根据权利要求1所述的定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法，其特征在于，所述经验基站数为当前维度位置估计最少基站数的3倍。3.根据权利要求1或2所述的定位解奇异或近似奇异问题的参数微调处理方法，其特征在于，所述当前维度位置估计最少基站数具体为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘公绪，李龙，路建民，高新波，何立火，解宇，史凌峰，陈森，连人尊，王帅，王默涵，丁宇鑫，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：