专利名称：一种移动终端定位精度改进方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝网络定位技术领域，特别是涉及一种移动终端定位精度改进方法。
背景技术：
自美国联邦通信委员会(FCC)公布E-911紧急呼叫定位要求之后，国内外学者、 科研机构、厂商对基于蜂窝网络的移动终端定位技术展开了更加深入的研究。精确的移动终端位置信息为移动通信系统无线资源管理的优化开辟了新的途径，可实现频谱资源的动态分配，提高频率利用率，可对现有路由算法和网络拓扑结构进行优化，提高系统性能，实现更加灵活稳定的网络拓扑管理。同时，获取移动终端精确的位置信息为位置信息服务 (Location Based Service, LBS)提供了有利的保障。常规的蜂窝网络定位方法包括接收信号强度(RSS)测量法，到达时间(TOA)测量法，到达时间差(TDOA)测量法，到达角(AOA)测量法以及混合参数测量定位法，如Α0Α/Τ0Α 混合定位方法(HTAP)。但是这些方法在受非视距(None Line of Sight, NLOS)传播的影响下，定位精度难以满足E-911安全条款，如何有效识别NLOS传播以及抑制NLOS误差以提高定位精度是有待进一步深入研究的问题。随着无线通信技术的快速发展，多种异构无线网络共存与融合是未来移动通信网络发展的必然趋势，移动智能终端也具备同时连接不同接入系统的能力，可自由接入不同的无线环境。因此，在异构无线网络中，移动终端定位技术可充分利用多源信息进行数据融合，国内外相关研究表明，协作定位策略能够有效提高移动终端定位精度，但同样受NLOS 传播的影响，定位性能大打折扣。因此，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新的提出有一种有效措施以克服现有技术存在的缺陷，高效的提高移动终端定位精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种移动终端定位精度改进方法，在异构无线网络环境下，通过基站对移动终端进行Α0Α/Τ0Α混合参数测量以及移动终端之间的TOA参数测量来进行NLOS传播的识别以抑制NLOS误差，有效提高移动终端定位的精度。为了解决上述问题，本发明公开了一种移动终端定位精度改进方法，包括获取时间段△ t内各链路的到达角和到达时间测量参数；具体包括各基站与各移动终端的到达角和到达时间测量参数，以及各移动终端之间的到达时间测量参数；根据测量参数信息对数据进行统计分析，按照非视距传播的识别方法判决各基站与移动终端之间是否存在视距传播若否，则采用协作混合到达角/到达时间定位算法对目标移动终端进行位置估计，并作为最终的估计位置；若是，则判断存在视距传播的移动终端个数
若为一个，则判断视距传播的移动终端中是否为目标移动终端本身若是，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端的最终估计位置；若否，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端及视距传播下的协作移动终端的估计位置，然后结合短距测量对目标移动终端的估计位置进行修正作为最终的位置估计；若为多个，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取各视距传播下的移动终端初始位置估计，若检测某移动终端与基站存在视距传播的链路数最多，则该移动终端标记为最佳估计移动终端；同时检测视距传播的移动终端中是否含有目标移动终端若是，则采用最优化方法对目标函数进行最优化求解从而获取目标移动终端的最终位置估计；若否，则利用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端初始位置估计， 然后用最佳估计的协作移动终端对目标移动终端估计位置进行首次修正，并采用最优化方法对目标函数进行最优化求解从而获取目标移动终端的最终位置估计。优选的，所述时间段At为0. 1-0. k。优选的，所述协作移动终端在异构无线网络中目标移动终端是不通过基站而直接相互通信的、在目标移动终端覆盖范围内的移动终端。优选的，所述的非视距传播的识别方法是通过对视距与非视距传播统计其参数特征，然后采用假设检验方法进行非视距的判别。 优选的，所述参数特征为参数方差。优选的，对目标移动终端的估计位置进行修正的方法具体包括以估计的协作移动终端CoMSk坐标[xk，yk]为中心，以该CoMSk与目标移动终端的短距测量距离Itlk为半径作一圆形区域，该区域定义为信赖域；判断初始估计的目标移动终端的估计坐标是否位于该信赖域区间；若落于该信赖域则停止不进行修正，初始估计位置作为目标移动终端的最终位置估计；若未落于该信赖域中，则进行估计位置的修正，修正的位置为连接估计的CoMSk及目标移动终端的初始估计位置的直线交圆上的一点，该点坐标为目标移动终端的修正后的估计位置。优选的，所述最小化最优化目标函数的方法包括最速下降法、牛顿法和共轭梯度法。优选的，所述非视距传播检测方法还包括测量基站与移动终端之间链路的接收信号强度。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明提出了一种移动终端定位精度改进方法，通过获取时间段内各链路AOA/ TOA等测量参数；结合获取的测量参数对BS-MS链路的NLOS传播进行识别；根据NLOS识别结果，若所有BS-MS链路都不存在LOS传输则采用Co-HTAP算法获取目标移动终端的最终位置估计；若存在LOS传播链路，则判断存在LOS传播链路的移动终端个数；只存在一个LOS传播的移动终端时，判断该移动终端是否为目标移动终端，若为目标移动终端则采用HTAP算法获取目标移动终端的最终位置估计，若为协作移动终端，则先采用HTAP算法获取目标移动终端和协作移动终端的位置估计，然后结合短距测量对目标移动终端的位置估计进行修正，作为最终的估计位置；存在多个LOS传播的移动终端时，采用HTAP算法获取各LOS传播下的移动终端初始位置估计，选取最佳估计的移动终端并检测LOS传播的移动终端中是否含有目标移动终端；若没有，则采用HTAP算法获取目标移动终端的初始位置估计，然后用最佳估计的协作移动台对目标移动终端估计位置进行首次修正；修正后或LOS 传播的移动终端中含有目标移动终端则对最优化目标函数进行最小化最优化求解，获取目标移动终端的最终位置估计。
图1是本发明具体实施方式
中所述的一种移动终端定位精度改进方法的流程示意图；图2是本发明具体实施方法中所述的目标移动终端位置估计修正算法示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。本发明中，在异构无线网络下，优选为蜂窝网+Ad Hoc异构无线网络中，充分结合基站对移动终端到达角AOA(Angle of Arrival)和到达时间TOA(Time of Arrival)参数测量，结合Ad Hoc网络中移动终端之间TOA短距测量来改善蜂窝网络中移动终端定位精度。发明中通过利用经典的NLOS识别算法来识别基站与移动终端之间的链路是否是NLOS 传播，然后通过Ad Hoc网络中移动终端之间的精确的短距测量信息来抑制NLOS误差，提高移动终端的定位精度。图1示出了本发明中移动终端的定位精度改进方法的流程示意图，具体包含如下步骤步骤1，获取时间段内各链路Α0Α/Τ0Α等测量参数。时间段Δ t为0. ls-0. 5s，测量参数包括各基站与各移动终端(包括待定位的目标移动终端MS与用于辅助定位的协作移动终端CoMQ链路的AOA和TOA测量参数，以及各移动终端之间的TOA测量参数；为辅助 NLOS传播识别，可同时测量基站与移动终端之间链路的接收信号强度(RSS)。步骤1中的时间段At优先为0. 1-0. 5s，各基站能够有效覆盖目标移动终端和协作移动终端，协作移动终端为在异构网络下，优先为移动蜂窝网+AdHoc网络的异构无线网络时目标移动终端的有效覆盖范围内的移动终端，协作移动终端优先为离目标移动终端 30-40m覆盖范围内的移动终端。步骤2，基站与移动终端(BS-MS)链路的NLOS传播的识别，采用经典的NLOS识别算法，通过对LOS与NLOS传播统计其参数特征，如参数方差，然后采用假设检验方法进行 NLOS的判别；经典的NLOS识别算法有Wylie提出的基于时间段内距离测量标准差统计特征的NLOS识别方法，Al-Jazzar提出的基于接收信号功率包络和TOA测量的NLOS识别方法，Chan提出的基于位置估计误差分布的NLOS识别方法，Benedetto提出的基于接收信号包络赖斯分布K因子测量的NLOS识别方法，K. Yu提出的基于基站与移动终端之间LOS传播下的方位角、仰角的三角关系的NLOS识别方法。对于NLOS的识别不限于这几种方法，进行NLOS识别后判断所有基站与移动终端之间的链路是否存在LOS传播，若不存在则转步骤 3;若存在，则转步骤4。 步骤2中所述的非视距NLOS传播识别方法主要是基于LOS与NLOS传播具有明显差别的特征，如方差特征/高阶统计量中表示非正态性及离群值的特征，非视距误差的断续性等，然后结合假设检验方法进行NLOS的识别。 步骤3，若有基站与移动终端链路不存在LOS传播下，采用协作混合Τ0Α/Α0Α定位算法-Co-HTAP算法对目标移动终端进行最终的位置估计。首先通过HTAP算法(公式(3)) 利用服务基站对目标移动终端进行位置估计，然后利用该位置估计作为初始值对优化目标函数公式(1)或公式( 进行最小化最优化求解，从而获取目标移动终端的最终位置估计。步骤4，所有基站与移动终端之间存在视距(L0S，Line of Sight)传播时，判断存在LOS传播的移动终端个数，若只有1个移动终端存在LOS传播则转步骤5，否则转步骤6。PM 3 ΦIjfi^ Co-HTAP (Cooperative Hybrid Τ0Α/Α0Α Positioning Algorithm) 算法为通过HTAP算法获取目标移动终端以及协作移动终端的初始位置估计，结合基站对目标移动终端的Α0Α、TOA参数测量结果以及目标移动终端与协作移动终端之间的TOA测量结果来最小化优化如下目标函数
权利要求
1.一种移动终端定位精度改进方法，其特征在于，包括获取时间段At内各链路的到达角和到达时间测量参数；具体包括各基站与各移动终端的到达角和到达时间测量参数，以及各移动终端之间的到达时间测量参数；根据测量参数信息对数据进行统计分析，按照非视距传播的识别方法判决各基站与移动终端之间是否存在视距传播若否，则采用协作混合到达角/到达时间定位算法对目标移动终端进行位置估计，并作为最终的估计位置；若是，则判断存在视距传播的移动终端个数 若为一个，则判断视距传播的移动终端中是否为目标移动终端本身 若是，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端的最终估计位置； 若否，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端及视距传播下的协作移动终端的估计位置，然后结合短距测量对目标移动终端的估计位置进行修正作为最终的位置估计；若为多个，则采用混合到达角/到达时间定位算法获取各视距传播下的移动终端初始位置估计，若检测某移动终端与基站存在视距传播的链路数最多，则该移动终端标记为最佳估计移动终端；同时检测视距传播的移动终端中是否含有目标移动终端若是，则采用最优化方法对目标函数进行最优化求解从而获取目标移动终端的最终位置估计；若否，则利用混合到达角/到达时间定位算法获取目标移动终端初始位置估计，然后用最佳估计的协作移动终端对目标移动终端估计位置进行首次修正，并采用最优化方法对目标函数进行最优化求解从而获取目标移动终端的最终位置估计。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于 所述时间段At为0. 1-0. k。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述协作移动终端在异构无线网络中目标移动终端是不通过基站而直接相互通信的、 在目标移动终端覆盖范围内的移动终端。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的非视距传播的识别方法是通过对视距与非视距传播统计其参数特征，然后采用假设检验方法进行非视距的判别。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于 所述参数特征为参数方差。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对目标移动终端的估计位置进行修正的方法具体包括以估计的协作移动终端CoMSk坐标[xk，yk]为中心，以该CoMSk与目标移动终端的短距测量距离Itlk为半径作一圆形区域，该区域定义为信赖域；判断初始估计的目标移动终端的估计坐标是否位于该信赖域区间；若落于该信赖域则停止不进行修正，初始估计位置作为目标移动终端的最终位置估计；若未落于该信赖域中，则进行估计位置的修正，修正的位置为连接估计的CoM\及目标移动终端的初始估计位置的直线交圆上的一点，该点坐标为目标移动终端的修正后的估计位置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述最小化最优化目标函数的方法包括最速下降法、牛顿法和共轭梯度法。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非视距传播检测方法还包括 测量基站与移动终端之间链路的接收信号强度。
全文摘要
本发明提出一种移动终端定位精度改进方法，通过获取时间段内各链路AOA/TOA测量参数，对BS-MS链路的NLOS传播进行识别，若所有BS-MS链路不存在LOS传输则采用Co-HTAP算法获取目标移动终端的最终位置估计，反之判断存在LOS传播链路的移动终端个数，并根据存在LOS传播的移动终端的个数，采用相应的算法获取目标移动终端的最终位置估计。
文档编号H04W64/00GK102256353SQ201110195898
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者丁根明, 张令文, 张子淇, 王元杰, 田沃, 祝炜凯, 谈振辉, 贾媛媛 申请人:北京交通大学