抑制非视距误差的定位方法和移动台与流程

本发明涉及无线定位领域，特别涉及一种抑制非视距误差的定位方法和移动台。

背景技术：

在无线网络定位中，不理性的信道环境会导致信号非视距(nlos)传播。如何降低nlos传播带来的测量值误差，是提高无线定位精度的关键，

现有常用消除nlos误差的方法是鉴别消除法，基于先验信息判断所得测量数据是否包nlos误差，并通过重构加权等方法消除之，此类方法前期需要采样数据，并且计算复杂响应时间慢。

技术实现要素：

本发明所要解决的一个技术问题是：如何更加高效地减小nlos带来的测量值误差。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种抑制非视距误差的定位方法，包括：移动台获取三个基站的位置坐标信息和多组传播时间测量值，其中，每组传播时间测量值包括移动台与各基站之间的传播时间；移动台基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差；移动台选取使得非视距与视距间的误差最小的一组传播时间测量值用于移动台定位。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种抑制非视距误差的移动台，包括：信息获取模块，用于获取三个基站的位置坐标信息和多组传播时间测量值，其中，每组传播时间测量值包括移动台与各基站 之间的传播时间；误差确定模块，用于基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差；测量值选取模块，用于选取使得非视距与视距间的误差最小的一组传播时间测量值用于移动台定位。

本发明至少具有以下优点：

基于移动台和基站在视距传播环境下应满足的几何约束关系，获取多组测量值并筛选出最接近los(视距)传播的测量值，有效减小nlos带来的测量值误差，并且不需要提前采样，效率更高。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本发明抑制非视距误差的定位方法的流程示意图。

图2示出利用时间差定位时以动态与基站的位置关系示意图。

图3示出本发明抑制非视距误差的移动台的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1描述本发明一个实施例的抑制非视距误差的定位方 法。

图1示出本发明抑制非视距误差的定位方法的流程示意图。如图1所示，该实施例的抑制非视距误差的定位方法包括：

步骤s102，移动台或者基站发起定位请求。

步骤s104，移动台获取三个基站的位置坐标信息和多组传播时间测量值，其中，每组传播时间测量值(t1，t2，t3)包括移动台与各基站之间的传播时间。

可选的，如果移动台附近有多于三个的基站，则可以选取三个基站参与抑制非视距误差的定位。

步骤s106，移动台基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的nlos与los的误差f(t1，t2，t3)。

步骤s108，移动台选取使得非视距与视距间的误差最小的一组传播时间测量值用于移动台定位，例如，选取所有测量值中使得|f(t1，t2，t3)|取值最小的一组。

步骤s110，根据选取的传播时间测量值进行移动台定位。

上述方法不同于常用nlos鉴别消除法，不需要先验数据提前鉴别测量数据是否包含nlos误差，而是根据移动台和基站在理想信道环境下应满足的几何约束关系，获取多组测量值并筛选出最接近los传播的测量值，可有效减小nlos带来的测量值误差，从而提高定位精度。

图2示出利用时间差定位时以动态与基站的位置关系示意图。下面结合图2描述本发明一个实施例的移动台基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差。

如图2所示，移动台基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差为：

f(t1,t2,t3)＝cos²θ12+cos²θ23+cos²θ13+2cosθ12cosθ23cosθ13-1，

其中，(t1，t2，t3)表示一组传播时间测量值，t1，t2，t3分别表 示移动台与基站1、基站2、基站3之间的传播时间测量值，根据余弦定理有且i≠j，且θij为基站i、移动台和基站j形成的夹角，v为无线信号传输速度，lij为基站i和基站j之间的距离，ti为移动台与基站i之间的传播时间测量值，xi、yi为基站i的位置坐标，xj、yj为基站j的位置坐标。

在los传播下，信号沿直线传播，此时基于测量值(t1，t2，t3)可以计算出的θ12、θ23、θ31满足θ12+θ23+θ31＝π，因此有f(t1,t2,t3)＝0。推导过程如下:

f(t1,t2,t3)＝cos²θ12+cos²θ23+cos²θ13+2cosθ12cosθ23cosθ13-1

＝cos²(θ23+θ13)+cos²θ23+cos²θ13-2cos(θ23+θ13)cosθ23cosθ13-1

＝(cos²θ23cos²θ13-2cosθ23cosθ13sinθ23sinθ13+sin²θ23sin²θ13)

+cos²θ23+cos²θ13-2(cosθ23cosθ13-sinθ23sinθ13)cosθ23cosθ13-1

＝cos²θ23-cos²θ23cos²θ13+cos²θ13-1+sin²θ23sin²θ13

＝cos²θ23sin²θ13-sin²θ13+sin²θ23sin²θ13

＝cos²θ23sin²θ13-cos²θ23sin²θ13＝0

但若无线信号在nlos传输下，传播路径非直线，此时基于测量值(t1，t2，t3)计算的f(t1，t2，t3)不为0，且测量值误差越大，|f(t1，t2，t3)|越大，多组测量值分别代入计算出|f(t1，t2，t3)|，然后选取所有测量值中使得|f(t1，t2，t3)|取值最小的一组。

本发明另一个实施例的移动台基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差为：

f(t1，t2，t3)＝s12+s23+s13-s，

其中，

其中且i≠j

其中

其中，

s表示基站1、基站2、基站3形成的三角形面积，sij表示基站i、移动台、基站j形成的三角形面积(t1，t2，t3)表示一组传播时间测量值，t1、t2、t3分别表示移动台与基站1、基站2、基站3之间的传播时间测量值，，θij为基站i、移动台和基站j形成的夹角，v为无线信号传输速度，lij为基站i和基站j之间的距离，ti为移动台与基站i之间的传播时间测量值，xi、yi为基站i的位置坐标，xj、yj为基站j的位置坐标。

本发明对于具体的定位过程不做限定，示例性的，可以采用以下定位方法。

假设三基站坐标(xi，yi)，其中i＝1,2,3，v为无线信号传输速度，再假设待求的移动台位置为(x，y)，则根据toa算法，满足下面式子

(x1-x)²+(y1-y)²＝(vt1)²

(x2-x)²+(y2-y)²＝(vt2)²

(x3-x)²+(y3-y)²＝(vt3)²

展开有：x1²+y1²-2x1x-2y1y+x²+y²＝(vt1)²

x2²+y2²-2x2x-2y2y+x²+y²＝(vt2)²

x3²+y3²-2x3x-2y3y+x²+y²＝(vt3)²

假设ki＝xi²+yi²

2x1x+2y1y＝k1+k-(vt1)²

则有2x2x+2y2y＝k2+k-(vt2)²

2x3x+2y3y＝k3+k-(vt3)²

整理后可得2(x1-x2)x+2(y1-y2)y＝k1-k2+(vt2)²-(vt1)²

2(x1-x3)x+2(y1-y3)y＝k1-k3+(vt3)²-(vt1)²

即

当非奇异，则有

下面结合图3描述本发明一个实施例的移动台。

图3示出本发明移动台的一个实施例的结构示意图。如图3所示，该实施例的抑制非视距误差的移动台30包括：

信息获取模块302，用于获取三个基站的位置坐标信息和多组传播时间测量值，其中，每组传播时间测量值包括移动台与各基站之间的传播时间。

误差确定模块304，用于基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差；

测量值选取模块306，用于选取使得非视距与视距间的误差最小的一组传播时间测量值用于移动台定位。

可选的，误差确定模块304基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差为：

f(t1,t2,t3)＝cos²θ12+cos²θ23+cos²θ13+2cosθ12cosθ23cosθ13-1，

其中，(t1，t2，t3)表示一组传播时间测量值，t1、t2、t3分别表示移动台与基站1、基站2、基站3之间的传播时间测量值，且i≠j，θij为基站i、移动台和基站j形成的夹角，v为无线信号传输速度，lij为基站i和基站j之间的距离，ti为移动台与基站i之间的传播时间测量值，xi、yi为基站i的位置坐标，xj、yj为基站j的位置坐标。

可选的，误差确定模块304基于移动台与各基站间的几何距离约束关系以及各基站的位置坐标信息确定每组传播时间测量值对应的非视距与视距间的误差为：

f(t1，t2，t3)＝s12+s23+s13-s，

其中，

其中且i≠j

其中

其中，

s表示基站1、基站2、基站3形成的三角形面积，sij表示基站i、移动台、基站j形成的三角形面积(t1，t2，t3)表示一组传播时间测量值，t1、t2、t3分别表示移动台与基站1、基站2、基站3之间的传播时间测量值，，θij为基站i、移动台和基站j形成的夹角，v为无线信号传输速度，lij为基站i和基站j之间的距离，ti为移动台与基站i之间的传播时间测量值，xi、yi为基站i的位置坐标，xj、yj为基站j的位置坐标。

测量值选取模块306选取使得非视距与视距间的误差最小的一组传播时间测量值用于移动台定位包括：选取使得|f(t1,t2,t3)|取值最小的一组传播时间测量值用于移动台定位。

此外，移动台30还可以包括基站选取模块308，用于如果移动台附近有多于三个的基站，从中选取三个基站参与抑制非视距误差的定位。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。