基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通信技术领域，公开了一种基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质，方法包括：系统获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；通过二次线性差值和多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。本发明专利技术通过二次线性差值以及多项式拟合，对取得的TDOA值进行精度提高处理，进而基于TDOA值可计算得到高精度的信号源的位置。位置。位置。

【技术实现步骤摘要】
基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着无线网络和物联网技术的迅速发展，万物互联已经不再遥远。如何精准的定位人或物体的位置，是实现万物互联最根本的问题，因此无线定位技术在其中扮演着尤为重要的角色。无线定位技术不管是在军事还是生活当中，都有着十分广阔的应用前景。
[0003]在无线定位中，搜索信号源的位置尤为重要，传统的无线定位方法主要有基于接收信号强度(Receive Signal Strength Indication,RSSI)的方法、基于到达时间(Time of Advent，TOA)的方法和基于到达角度(Angle of Arrival,AOA)的方法。其实这些就是定位所需要的观测量，将这些观测量通过特定的算法计算分析后，即可实现对信号源的定位。
[0004]然而，对于RSSI无线定位处理方案，当信号穿过墙壁或其他较大障碍物时，会导致额外的信号衰减，而且容易受到多径的影响导致RSS严重波动，因此其定位精度不佳；对于TOA无线定位处理方案，要求发射端与接收端之间的时钟高度同步，因此对硬件有着较高的要求，十分难以实现；对于AOA无线定位处理方案，所需要的阵列一般较为昂贵而且十分笨重，不易实现，而且定位精度主要取决于得到的AOA的精度，较小的AOA误差可能导致较大的定位精度误差；对于TDOA无线定位处理方案，通过多个接收机(两两配对)分别测量信号从信号源传递到接收机对之间的时间差，当接收机对的位置已知时，便可以通过这些时间差来估计信号源的位置，而传统的TDOA定位方法通常采用三个或三个以上的接收机来对信号源进行定位，每两个接收机之间所测得的TDOA值都对应一个双曲线/面，多个不同的双曲线/面的交点就是信号源的位置，但是当接收机仅有两个的时候，该方法无法准确的定位到信号源的位置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于解决现有定位方法中定位精度不高的技术问题。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种基于双曲线TDOA的定位方法，所述定位方法包括：
[0007]系统获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
[0008]通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度；
[0009]通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
[0010]根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；
[0011]改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；
[0012]根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
[0013]可选的，所述系统获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：
[0014]所述信号源发送的信号为s(t)，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号
分别为x(t)，y(t)：
[0015][0016]其中，n1(t)，n2(t)为信道传输过程中受到的噪声干扰，A为幅度归一化后y(t)的幅度，t1为信号到达第一接收机处的时延值，t2为信号到达第二接收机处的时延值，所述第一TDOA值为：d＝t2‑
t1；
[0017]所述系统通过所述第一接收机和所述第二接收机的接收信号之间的相关性处理，得到所述第一TDOA值，其中，相关性处理包括：
[0018]假设所述系统在信号收集采样过程中时间是有限的，而且经过AD采样得到的数据是离散的，经过采样之后，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为：
[0019][0020]其中，N为信号在时间T内的采样点数，D为所述第一TDOA值所在的采样点，于是将两信号进行互相关处理得到互相关函数：
[0021][0022]其中R
ss
(n
‑
D)是信源信号之间的互相关，为噪声之间的互相关，互相关函数取得最大值的位置，即是所述第一TDOA值所在的位置；
[0023]所述AD采样的速率越高，则采样间隔越小，使得所述第一TDOA值的精度越高，其计算公式为：t
s
＝n*T。
[0024]可选的，所述通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度包括：
[0025]经过AD采样得到的数据是离散的，以采样点中的相邻两点为基准画出一条直线，将该两点之间的其他值以直线上的值来代替：
[0026](I0，A0)和(I1，A1)作为原采样点，空心点是假设插入的值，其中直线对应的方程为：y＝kt
‑
(kI1‑
A1)
[0027]其中，为直线的斜率，根据该方程估计出所要插入的空心点的值，
[0028]在原采样数据两点之间插入N个值，那么原采样数据的数量就会变为：M＝N
a
+N(N
a
‑
1)，
[0029]采样总的时间没有变，插值之后的采样间隔为：
[0030]其中，T
a
为采样的总时间，N
a
远大于N，相差至少一个数量级，T0为原采样间隔，
[0031]计算得到原采样速率变为：F
s
＝(N+1)F0，其中F0为原采样速率，通过将原采样速率提升至原来的N+1倍，将第一TDOA值的精度提升N+1倍。
[0032]可选的，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
[0033]多项式拟合包括：构建函数y＝f(x)，使其去无限的逼近原函数g(x)，使得其偏差δ＝∑|f(x)
‑
g(x
i
)|(i＝1，2，3
…
N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点；
[0034]多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(x
a
，y
a
)，在二次插值
时将其两点之间插入了N个数，将采样间隔等效为原来的1/N，得到精度提高的第一TDOA值：t
r
＝(x
a
‑
300)*T
a
/N。
[0035]可选的，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
[0036]多项式拟合包括：假设有n个采样点，构建一个m次的多项式(m＜n)，其构建方式为：f(x)＝a0+a1x1+a2x2+
…
+a
m
x
m
，
[0037]在计算函数拟合函数时，利用最小二乘法的方法来计算，如下式所示：
[0038][0039]求出使得ε最小的f(x)，
[0040]多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(x
a
，y
a
)，在二次插值时将其两点之间插入了100个数，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：系统获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度；通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。2.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述系统获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：所述信号源发送的信号为s(t)，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为x(t)，y(t)：其中，n1(t)，n2(t)为信道传输过程中受到的噪声干扰，A为幅度归一化后y(t)的幅度，t1为信号到达第一接收机处的时延值，t2为信号到达第二接收机处的时延值，所述第一TDOA值为：d＝t2‑
t1；所述系统通过所述第一接收机和所述第二接收机的接收信号之间的相关性处理，得到所述第一TDOA值，其中，相关性处理包括：假设所述系统在信号收集采样过程中时间是有限的，而且经过AD采样得到的数据是离散的，经过采样之后，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为：其中，N为信号在时间T内的采样点数，D为所述第一TDOA值所在的采样点，于是将两信号进行互相关处理得到互相关函数：其中R
ss
(n
‑
D)是信源信号之间的互相关，为噪声之间的互相关，互相关函数取得最大值的位置，即是所述第一TDOA值所在的位置；所述AD采样的速率越高，则采样间隔越小，使得所述第一TDOA值的精度越高，其计算公式为：t
s
＝n*T。3.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度包括：经过AD采样得到的数据是离散的，以采样点中的相邻两点为基准画出一条直线，将该两点之间的其他值以直线上的值来代替：(I0，A0)和(I1，A1)作为原采样点，空心点是假设插入的值，其中直线对应的方程为：y＝kt
‑
(kI1‑
A1)其中，为直线的斜率，根据该方程估计出所要插入的空心点的值，在原采样数据两点之间插入N个值，那么原采样数据的数量就会变为：M＝N
a
+N(N
a
‑
1)，
采样总的时间没有变，插值之后的采样间隔为：其中，T
a
为采样的总时间，N
a
大于N，相差至少一个数量级，T0为原采样间隔，计算得到原采样速率变为：F
s
＝(N+1)F0，其中F0为原采样速率，通过将原采样速率提升至原来的N+1倍，将第一TDOA值的精度提升N+1倍。4.根据权利要求3所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：多项式拟合包括：构建函数y＝f(x)，使其去无限的逼近原函数g(x)，使得其偏差δ＝∑|f(x)
‑
g(x
i
)|(i＝1，2，3
…
N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点；多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂良启，金玉彬，李潇，夏禹，
申请(专利权)人：广东行远机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：