【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线传感器网络应用，具体为一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法。
技术介绍
1、位置估计问题已经在文献中得到了广泛的研究，但仍然有一些尚未解决的问题。在密集杂乱的非视线(nlos)场景下，定位的关键挑战之一是估计的效率和精确性。当发射机(tx)和接收机(rx)之间存在障碍物时，就会出现nlos场景，这种情况在现代无线系统部署中经常遇到，无论是室内(如住宅、办公室、购物中心等)还是室外(如大都市、市区等)环境。在楼宇内突发性情况下，由于不知道被救人员的具体位置而错失了最佳的救援时间，危及人员安全。
2、当uwb信号在室内传输时,由于室内环境的复杂性,容易受到反射、衍射和多径等多种因素的影响,最小二乘算法定位精度将严重降低,这是因为最小二乘算法针对的是服从正态分布观测样本,当观测值有悖于正态分布假设、样本遭受异常污染时,最小二乘估计不具有抗干扰性。为了改善最小二乘在非数据情况下的定位精度,需要对算法进行改进,提升算法在个别基站信号非视距条件下的算法的稳定性。
3、本文从uwb定位的定位原理出发,结合室内定位的特点,提出一种基于距离变化残差的最小二乘加权算法,该算法基于距离残差通过自适应调整最小二乘加权的权值,来降低非直达信号对最小二乘定位的影响。能够有效提升室内复杂环境下uwb定位的定位精度和定位稳定性。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，解决了
3、(二)技术方案
4、本专利技术为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
5、一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，包括如下步骤：
6、步骤一、通过超宽带接收机接收由标签发射出的信号，获取得到由基站到标签之间的直线距离；判断接收到的基站与标签的距离信息是否满足至少接收到三个基站于标签的距离。
7、距离标签的位置坐标为(x，y)，(xi，yi)，i＝1，2，3，第i个基站的位置坐标，ri为标签到第i个基站的距离，即
8、步骤二，将距离公式两边同时平方，方程可表示为：
9、
10、进一步地，假设z＝x2+y2，则得到另一个线性方程组ax＝b
11、x＝[z，x，y]t
12、通过ls算法，最优解为ms位置估计值，表示为：x＝(ata)-1atb；
13、由于存在测距误差，合理的线性模型应该是：ax+n＝b；
14、步骤三，改进rwls算法分别测量距离变化和估算距离变化之间的残差，测量距离变化和估算距离变化之间的差值变大，因此，可用距离变换率的残差构造随残差变化的权值矢量，自适应降低非直达信号对最小二乘定位的影响。
15、进一步地，距离变化残差的构造方法可描述为：假设k时刻标签的位置坐标为(xk，yk)，基站的测量距离分别为r1，k，r2，k，r3，k，k+1时刻标签的位置的坐标为(xk+1，yk+1)，基站的测量距离分别是r1，k+1，r2，k+1，r3，k+1，残差＝观测距离变化-估计位置变化。
16、进一步地，计算估计距离的变化率：对等式两边对距离求导得
17、
18、
19、
20、计算估计距离变化
21、
22、其中，δxk＝xk+1-xk，δyk＝yk+1-yk；
23、测量距离的变化可表示为：定义估算的距离残差为
24、其中，ε为距离变化和位置估算不一致引起的误差。
25、进一步地，当所有基站的距离测量为视距传播时，ε应为接近于0很小的值，当收到的某个基站的信号为非直达径时，ε对应该基站的距离残差值变大。
26、步骤四，计算距离变化残差的方差为：r＝e[ε εt]令
27、构造最小二乘加权的约束函数。
28、再次用加权最小二乘算法求解：x＝(atwa)-1atwb；
29、得到当前时刻(第k时刻)标签得坐标解并输出，标签位置记录为tk(xk,yk)；将第k时刻顺延至第k+1时刻，返回步骤1进行循环，从而得到各个时刻得标签位置。
30、(三)有益效果
31、与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，具备以下有益效果：
32、本专利技术针对室内复杂环境下uwb定位由于基站遮挡距等因素导致最小二乘定位误差增大这一问题,提出了距离变化加权的最小二乘定位方法，该方法可用测量距离变换率与估计距离变化率的差值，求取距离变化的残差用来构造随残差变化自适应地调整最小二乘加权的权值,来降低非直达信号对最小二乘定位的影响,实验结果表明:该算法能够有效提升室内复杂环境下uwb定位的定位精度和定位稳定性。
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1.一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：所述步骤二具体包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：所述步骤三具体包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：所述步骤四具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方法，其特征在于：所述步骤一具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于距离变化的加权的最小二乘定位方...
【专利技术属性】
技术研发人员：李兴广，薛力元，赵屹，吕品博，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：
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