專利名稱：一種位置估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信和無線電定位領(lǐng)域中的位置估計(jì)方法，特別是蜂窩移動臺定位中位置估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在無線定位技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，如雷達(dá)定位、聲納定位、廣漠地區(qū)的GPS定位，非可視(NLOS)傳播路徑不是普遍存在的現(xiàn)象，在這些領(lǐng)域里產(chǎn)生的定位方法也都是建立在有LOS(可視)傳播路徑存在基礎(chǔ)上的。但是在蜂窩移動臺定位系統(tǒng)中，由于地面建筑的遮擋或地形的起伏，信號的NLOS傳播成為一種普遍現(xiàn)象，這種由非可視傳播路徑引入的NLOS誤差(即相對于LOS傳播路徑的相對時(shí)延)會導(dǎo)致位置估計(jì)精度顯著降低。
在現(xiàn)有的基于TOA(到達(dá)時(shí)間)的位置估計(jì)方法中，基本上都是在假設(shè)輻射源和傳感器(定位接收機(jī))之間存在直達(dá)徑的前提下構(gòu)造的，在這種假設(shè)前提下，輸入到位置估計(jì)方法的誤差信號僅僅來源于傳感器的TOA測量誤差，這種TOA測量誤差是零均值高斯分布。文獻(xiàn)“一種考慮非視線傳播影響的TOA定位方法”(通信學(xué)報(bào)，第22卷，第三期，2001年3月，pp1-8)對TOA位置估計(jì)方法的討論分為LOS信道環(huán)境下的位置估計(jì)方法和NLOS信道下的位置估計(jì)方法兩種情況，本文將該文獻(xiàn)討論的LOS和NLOS環(huán)境下的位置估計(jì)方法稱之為LOS-TOA陳氏方法和NLOS-TOA松弛方法，其中，LOS-TOA陳氏方法對LOS信道環(huán)境下的TOA位置估計(jì)器的構(gòu)造借鑒了Y.T.Chan(陳氏)提出的TDOA(到達(dá)時(shí)間差)位置估計(jì)(參見，一種用于雙曲線定位的簡單有效的位置估計(jì)器“A simple and efficientestimator for hyperbolic location”，IEEE Trans Signal processing，vo1.42，no.8，Aug.1994，pp.1905-1915)的求解思路。和陳氏方法類似，LOS-TOA Chan氏方法估計(jì)器的實(shí)現(xiàn)采用加權(quán)線性最小二乘(兩次使用)估計(jì)來近似實(shí)現(xiàn)最大似然估計(jì)，理論分析表明，在TOA測量誤差較小的情況下，這種近似處理可以保證位置估計(jì)性能達(dá)到較優(yōu)的水平，但是，LOS-TOA陳氏方法不具備NLOS誤差抑制能力。
NLOS-TOA松弛方法的基本思路是在TOA測量中引入松弛變量，并采用搜索的方法求取合理的位置解。這個(gè)方法的幾何上的本質(zhì)是按照一定的方式調(diào)整包含NLOS誤差的TOA圓的半徑大小，希望通過這種方法能夠消除一部分NLOS誤差的影響，得到較準(zhǔn)確的位置估計(jì)值。這種NLOS位置估計(jì)方法的搜索準(zhǔn)則為以搜索到的離LOS方法用于NLOS信道時(shí)得到的位置最近的點(diǎn)作為NLOS方法的輸出。NLOS-TOA松弛方法的缺點(diǎn)在于沒有給出一個(gè)具有客觀依據(jù)的確定松弛變量的方法，因此不具備實(shí)用性。因此，現(xiàn)有的基于TOA的位置估計(jì)方法由于NLOS誤差的影響導(dǎo)致位置估計(jì)精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種位置估計(jì)精度較高的基于到達(dá)時(shí)間的位置估計(jì)方法，使用該方法能夠以自適應(yīng)方式抑制NLOS誤差對定位精度的影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的位置估計(jì)方法，包括步驟1在進(jìn)行位置估計(jì)時(shí)，利用實(shí)時(shí)獲取的非可視(NLOS)誤差的均值對到達(dá)時(shí)間(TOA)測量量中包含的均值大于零的NLOS誤差進(jìn)行零均值矯正；步驟2利用實(shí)時(shí)獲取的NLOS誤差的方差對加權(quán)最小二乘位置估計(jì)中的加權(quán)矩陣中的元素進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；步驟3進(jìn)行定位位置的加權(quán)最小二乘估計(jì)，獲得本次的位置估計(jì)值；步驟4對多次獲取的多個(gè)位置估計(jì)值進(jìn)行平均，得到最后的位置估計(jì)值。
所述步驟1進(jìn)一步包括步驟11從至少一個(gè)TOA測量量中分別識別出包含NLOS誤差的TOA測量量；步驟12對上述步驟11識別出的TOA測量量中NLOS誤差的均值進(jìn)行估計(jì)；步驟13對上述步驟12獲得的均值大于零的NLOS誤差的均值進(jìn)行NLOS誤差的零均值矯正。
所述步驟11通過對輻射源進(jìn)行NLOS識別實(shí)現(xiàn)。
上述對輻射源進(jìn)行NLOS識別，利用從輻射源獲取的一組功率時(shí)延分布中挑選出一組最強(qiáng)徑的樣本離散系數(shù)實(shí)現(xiàn)NLOS識別，或利用從輻射源獲取的單個(gè)或多個(gè)功率時(shí)延分布上的徑間功率差實(shí)現(xiàn)NLOS識別，或利用從輻射源獲取的單個(gè)或多個(gè)功率時(shí)延分布上的徑間幅度差實(shí)現(xiàn)NLOS識別。
所述步驟12進(jìn)一步包括步驟121從包含NLOS誤差的TOA測量量對應(yīng)的信道的一組功率時(shí)延分布中獲取離散形式和連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)；步驟122利用NLOS誤差分布參數(shù)以及TOA測量量中NLOS誤差的分布形式，計(jì)算出NLOS誤差的均值。
步驟121按照下述方法獲取離散形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N]]>式中pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)；mk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測到的徑的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)。
步驟121也可以按照下述方法獲取離散形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)pi=s1+s2+...+sNW×N]]>式中pi為離散形下NLOS誤差分布參數(shù)；sk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測到的超過檢測門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)。
另外，步驟121按照下述方法獲取連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)為θi=T-1ln(1-pi)]]>式中，θi為連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)。
所述步驟2進(jìn)一步包括步驟21確定加權(quán)矩陣的形式；步驟22根據(jù)步驟11的包含NLOS誤差的TOA測量量確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素；步驟23確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素取值。
上述步驟21確定下述形式的加權(quán)矩陣Q(r)=Q(l)+Q(n)]]>=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2+σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2]]>其中，Q(l)=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2]]>
Q(l)為LOS環(huán)境下TOA測量誤差N＝[n1n2...nM]T的協(xié)方差矩陣，σi2為LOS環(huán)境下TOA測量誤差的協(xié)方差；Q(n)=σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2]]>Q(n)為零均值矯正后的NLOS誤差n(n)i構(gòu)成的M維矢量N(n)＝[n(n)1n(n)2...n(n)M]T的協(xié)方差矩陣。
上述步驟23進(jìn)一步包括步驟231確定加權(quán)矩陣中可視(LOS)環(huán)境下TOA測量誤差的斜方差矩陣中各個(gè)需要調(diào)整元素的取值通過LOS信道環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行TOA測量誤差的統(tǒng)計(jì)近似得到，或者通過系統(tǒng)仿真近似得到，或者通過到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測量誤差的統(tǒng)計(jì)近似得到；步驟232確定加權(quán)矩陣中零均值矯正后的NLOS誤差構(gòu)成的多維矢量的斜方差矩陣中各個(gè)需要調(diào)整元素的取值通過包含NLOS誤差的TOA測量量中的NLOS誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)得到。
由于本發(fā)明所述的位置估計(jì)方法能夠?qū)LOS誤差進(jìn)行抑制，使得該方法拓寬了現(xiàn)有TOA位置估計(jì)方法的適用環(huán)境，使之不僅適用于LOS環(huán)境，而且適用于NLOS環(huán)境和LOS與NLOS相混合的環(huán)境；同時(shí)，由于本發(fā)明使用的NLOS誤差均值和方差可以在定位過程中實(shí)時(shí)地獲得，使得本發(fā)明可以實(shí)時(shí)地對NLOS誤差進(jìn)行抑制，無須長時(shí)間地對移動臺進(jìn)行跟蹤測量；因此，本發(fā)明不但可行實(shí)用，而且解決了由于NLOS誤差的影響導(dǎo)致位置估計(jì)精度不高的問題。


圖1是本發(fā)明所述方法的實(shí)施例流程圖；圖2是圖1采用的NLOS誤差零均值矯正過程流程圖；圖3是圖1采用的自適應(yīng)調(diào)整加權(quán)矩陣過程流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了抑制TOA測量量中的NLOS誤差對位置估計(jì)精度的影響，本發(fā)明采用的基本思路是當(dāng)進(jìn)行位置估計(jì)時(shí)，在獲取NLOS誤差的均值和方差的前提下，使用NLOS誤差的均值把非負(fù)的NLOS誤差矯正為零均值的隨機(jī)變量，然后使用NLOS誤差的方差構(gòu)造加權(quán)最小二乘位置估計(jì)中的加權(quán)矩陣來初步抑制NLOS誤差(此時(shí)的NLOS誤差的均值已經(jīng)為零)對位置估計(jì)的影響，最后再根據(jù)矯正后的NLOS誤差的零均值特性，通過對位置估計(jì)結(jié)果的多次平均，進(jìn)一步抑制NLOS誤差。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明所述方法的實(shí)施例流程圖。圖1所述的流程包括四個(gè)基本步驟組成的移動臺的位置估計(jì)步驟101，利用由實(shí)時(shí)獲取的NLOS誤差分布參數(shù)求出的NLOS誤差的均值對TOA測量量中包含的非負(fù)(NLOS誤差的均值大于零)NLOS誤差進(jìn)行零均值矯正。該步驟采用圖2所示的子步驟201、202、203
在步驟201，識別出包含NLOS誤差的TOA測量量TOA(m)i，TOA(m)i表示沒有經(jīng)過NLOS誤差的零均值矯正的、原始的TOA測量量，下標(biāo)i表示這個(gè)TOA測量量是第i個(gè)輻射源(如蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站)和接收機(jī)之間的到達(dá)時(shí)間(或偽距)；TOA(m)i=TOA(los)i(O)+n(n)i+μ(n)i+ni.]]>其中，TOA(los)i(O)是不包含任何誤差的理想的TOA值；n(n)i是經(jīng)過零均值矯正后的NLOS誤差的殘差，其均值為零；μ(n)i是根據(jù)NLOS誤差分布參數(shù)計(jì)算出的NLOS誤差的均值；ni是系統(tǒng)在LOS環(huán)境下的TOA時(shí)延估計(jì)誤差，是零均值正態(tài)分布的隨機(jī)變量。在該子步驟中，判斷TOA(m)i是否包含NLOS誤差的方法是對第i個(gè)輻射源(如蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站)進(jìn)行NLOS識別，對第i個(gè)輻射源進(jìn)行NLOS識別的方法有多種，如，可以利用從第i個(gè)輻射源獲取的一組功率時(shí)延分布(如，利用該輻射源發(fā)射信號的偽隨機(jī)碼進(jìn)行提取)中挑選出一組最強(qiáng)徑(每個(gè)功率時(shí)延分布上挑選出一個(gè)最強(qiáng)徑)的樣本離散系數(shù)的大小實(shí)現(xiàn)NLOS識別，也可以利用從第i個(gè)輻射源獲取的單個(gè)或多個(gè)功率時(shí)延分布上的徑間功率(或幅度)差實(shí)現(xiàn)NLOS識別；在步驟202，進(jìn)行TOA測量量中NLOS誤差的均值的估計(jì)。根據(jù)步驟201的NLOS識別結(jié)果，首先，從包含NLOS誤差的TOA測量量對應(yīng)的信道的一組功率時(shí)延分布中獲取離散形式和連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以采用下述公式(1)，也可以采用下述公式(2)來完成離散形式下的NLOS誤差分布參數(shù)pi的估計(jì)(對于LOS信道chi，其NLOS誤差分布參數(shù)pi為1)。
pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N---(1)]]>
式中pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)；mk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗(從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取，散射體統(tǒng)計(jì)窗的起點(diǎn)可以是首徑之后的某個(gè)位置，也可以包含首徑首徑)內(nèi)檢測到的徑的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片，通常，W的取值在1～10個(gè)碼片之間；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)，通常N的取值在1～10之間，所用的N個(gè)功率時(shí)延分布是在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行N次多徑搜索來得到；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)，通常，α在1～32之間取值，α值就是一個(gè)徑包含的樣點(diǎn)數(shù)。
pi=s1+s2+...+sNW×N---(2)]]>式中pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)；sk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗(從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取，散射體統(tǒng)計(jì)窗的起點(diǎn)可以是首徑之后的某個(gè)位置，也可以包含首徑首徑)內(nèi)檢測到的超過檢測門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)，通常，W的取值在40個(gè)樣點(diǎn)之內(nèi)；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)，通常，N的取值在1～10之間，所用的N個(gè)功率時(shí)延分布是在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行N次多徑搜索來得到。
然后，利用上述離散形式下的NLOS誤差分布參數(shù)pi以及TOA測量量中NLOS誤差的分布形式，計(jì)算出NLOS誤差的均值。離散形式的TOA測量量中NLOS誤差為幾何分布，其均值可以利用pi和下述公式(3)表示的離散形式的TOA測量量中NLOS誤差δ(s)i的概率密度函數(shù)直接得到。
fδ(δ(s)i)=pi(1-pi)δ(s)i,δ(s)i∈(0,1,2...);]]>
fδ(δ(s)i)＝0，當(dāng)δ(s)i取(0，1，2...)以外的值時(shí)(3)式中的δ(s)i表示系統(tǒng)采樣的樣點(diǎn)數(shù)，該樣點(diǎn)數(shù)和樣點(diǎn)間隔的乘積就是NLOS誤差(時(shí)間量綱)。
連續(xù)形式的TOA測量量中的NLOS誤差，服從單邊指數(shù)分布，其均值可以利用pi和下述公式(4)，求出連續(xù)形式的TOA測量量中的NLOS誤差的分布參數(shù)θi，然后利用θi和下述公式(5)表示的連續(xù)形式的TOA的NLOS誤差δi的概率密度函數(shù)求出NLOS誤差的均值。
θi=T-1ln(1-pi)---(4)]]>式中，θi為連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)。
fδ(δi)=1θie-δiθi,]]>當(dāng)δi大于零時(shí)；fδ(δi)＝0，當(dāng)δi取其它值時(shí)；(5)式中的δi表示連續(xù)取值的NLOS誤差，θi是分布參數(shù)。
在步驟203，利用步驟202獲取的NLOS誤差的均值μ(n)i，按照下述公式(6)進(jìn)行NLOS誤差的零均值矯正。
TOAi(nlos_miti)=TOA(m)i-μ(n)i=TOA(los)i(O)+n(n)i+ni---(6)]]>式中，TOAi(nlos_miti)表示進(jìn)行NLOS誤差零均值矯正后的TOA測量量。
步驟102，利用由NLOS誤差分布參數(shù)實(shí)時(shí)求出的NLOS誤差的方差對加權(quán)最小二乘估計(jì)中的加權(quán)矩陣中的元素進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。該步驟包含圖3所示的如下子步驟301、302、303
在步驟301，確定加權(quán)矩陣的形式。本發(fā)明采用公式下述(7)作為最小二乘位置估計(jì)的加權(quán)矩陣。
Q(r)=Q(l)+Q(n)]]>=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2+]]>σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2---(7)]]>其中，Q(l)=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2---(8)]]>Q(l)為LOS環(huán)境下TOA測量誤差N＝[n1n2…nM]T的協(xié)方差矩陣，N為M維矢量，N的均值為零，N的協(xié)方差矩陣Q(l)為M*M維對稱矩陣。σi2為LOS環(huán)境下TOA測量誤差的協(xié)方差。
Q(n)=σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2---(9)]]>
Q(n)為零均值矯正后的NLOS誤差n(n)i構(gòu)成的M維矢量N(n)＝[n(n)1n(n)2...n(n)M]T的協(xié)方差矩陣，N(n)的均值為零，Q(n)為M*M維對稱矩陣；在步驟302，確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素。根據(jù)矩陣元素對應(yīng)的TOA測量量的NLOS識別的結(jié)果或根據(jù)矩陣元素對應(yīng)的TOA測量量的NLOS誤差分布參數(shù)的大小來確定該矩陣元素是否需要調(diào)整，例如，某矩陣元素對應(yīng)的TOA測量量的NLOS識別結(jié)果為NLOS，或者某矩陣元素對應(yīng)的TOA測量量的分布參數(shù)明顯小于1，就調(diào)整該元素。因此，這一步驟直接利用步驟子步驟201的結(jié)果，只要構(gòu)成TOA測量量TOA(m)i的第i個(gè)輻射源(如蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站)包含NLOS誤差，就要對加權(quán)矩陣中對應(yīng)的元素(加權(quán)系數(shù))進(jìn)行調(diào)整。如，經(jīng)過NLOS識別，確定第1個(gè)輻射源(對應(yīng)的信道)為LOS信道，則，公式(7)中Q(n)中包含σ(n)12的元素要進(jìn)行調(diào)整(此時(shí)σ(n)12要取零值)。
在步驟303，確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素的取值。該子步驟又由兩部分內(nèi)容1、首先確定矩陣Q(l)中各個(gè)元素的取值，即公式(8)中的σi2的取值。這可以通過LOS信道環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行TOA測量誤差的統(tǒng)計(jì)來近似得到σi2，也可以通過系統(tǒng)仿真來近似得到σi2；也可以通過TDOA測量誤差的統(tǒng)計(jì)來近似得到σi，j2，然后利用σi2=(1/2)σi,j2]]>來確定σi2；2、確定矩陣Q(n)中各個(gè)元素的取值。這可以利用步驟202求取的pi和公式(3)表示的TOA的NLOS誤差δ(s)i的概率密度函數(shù)求出σ(n)i2，也可以利用步驟202求取的pi和公式(4)求出θi，然后再利用求出的θi和公式(5)表示的TOA測量量中NLOS誤差δi的概率密度函數(shù)求出σ(n)i2。
步驟103，進(jìn)行加權(quán)最小二乘位置估計(jì)，得到一組初步抑制了NLOS誤差影響的移動臺位置的估計(jì)值。該步驟首先根據(jù)歐氏距離公式寫出下述方程(10)，ri2=(xi-x)2+(yi-y)2]]>=Ki-2xix-2yiy+x2+y2,i=1,2,...,M]]>式中Ki=xi2+yi2---(10)]]>(xi，yi)是已知的基站的位置坐標(biāo)參量，(x，y)是未知(待求解)的移動臺位置坐標(biāo)參量。ri是移動臺到第i個(gè)基站的距離。
求解方程(10)就可以得到移動臺的位置坐標(biāo)(x，y)。求解方程(10)的基本步驟是1)引入中間變量d1＝(x-x1)2+(y-y1)2；2)對方程(10)兩次使用加權(quán)最小二乘估計(jì)。
在兩次利用加權(quán)最小二乘估計(jì)求解這個(gè)非線性方程組時(shí)，要用步驟102確定的Q(r)來替換方程組(10)的估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣，這樣就可以得到有四個(gè)或四個(gè)以上的輻射源(基站或衛(wèi)星，基站和衛(wèi)星)參與定位時(shí)的位置估計(jì)。這里得到的是初步抑制了NLOS誤差影響的移動臺位置的加權(quán)最小二乘估計(jì)值。
步驟104，通過對步驟103獲取的一組移動臺位置值進(jìn)行平均，進(jìn)一步抑制NLOS誤差對位置估計(jì)精度的影響。具體實(shí)現(xiàn)步驟是首先通過步驟103，在短時(shí)間間隔內(nèi)，獲取多個(gè)(大于一個(gè))在獨(dú)立TOA測量的基礎(chǔ)上輸出的位置估計(jì)值，然后，對這些位置估計(jì)值(坐標(biāo)分量)進(jìn)行平均，得到一個(gè)位置坐標(biāo)。
上述步驟104利用按照公式(6)進(jìn)行零均值矯正后的TOA測量值的NLOS誤差的均值為零的特點(diǎn)，通過對步驟103獲取的多個(gè)位置估計(jì)結(jié)果進(jìn)行平均，進(jìn)一步抑制NLOS誤差矯正殘差對位置估計(jì)精度的影響，降低位置估計(jì)誤差的方差。
權(quán)利要求
1.一種位置估計(jì)方法，包括步驟1在進(jìn)行位置估計(jì)時(shí)，利用實(shí)時(shí)獲取的非可視(NLOS)誤差的均值對到達(dá)時(shí)間(TOA)測量量中包含的均值大于零的NLOS誤差進(jìn)行零均值矯正；步驟2利用實(shí)時(shí)獲取的NLOS誤差的方差對加權(quán)最小二乘位置估計(jì)中的加權(quán)矩陣中的元素進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；步驟3進(jìn)行定位位置的加權(quán)最小二乘估計(jì)，獲得本次的位置估計(jì)值；步驟4對多次獲取的多個(gè)位置估計(jì)值進(jìn)行平均，得到最后的位置估計(jì)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟1進(jìn)一步包括步驟11從至少一個(gè)TOA測量量中分別識別出包含NLOS誤差的TOA測量量；步驟12對上述步驟11識別出的TOA測量量中NLOS誤差的均值進(jìn)行估計(jì)；步驟13對上述步驟12獲得的均值大于零的NLOS誤差的均值進(jìn)行NLOS誤差的零均值矯正。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟11通過對輻射源進(jìn)行NLOS識別實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的位置估計(jì)方法，其特征在于所述對輻射源進(jìn)行NLOS識別，利用從輻射源獲取的一組功率時(shí)延分布中挑選出一組最強(qiáng)徑的樣本離散系數(shù)實(shí)現(xiàn)NLOS識別，或利用從輻射源獲取的單個(gè)或多個(gè)功率時(shí)延分布上的徑間功率差實(shí)現(xiàn)NLOS識別，或利用從輻射源獲取的單個(gè)或多個(gè)功率時(shí)延分布上的徑間幅度差實(shí)現(xiàn)NLOS識別。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟12進(jìn)一步包括步驟121從包含NLOS誤差的TOA測量量對應(yīng)的信道的一組功率時(shí)延分布中獲取離散形式和連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)；步驟122利用NLOS誤差分布參數(shù)以及TOA測量量中NLOS誤差的分布形式，計(jì)算出NLOS誤差的均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，步驟121按照下述方法獲取離散形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N]]>式中pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)；mk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測到的徑的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，步驟121按照下述方法獲取離散形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)pi=s1+s2+...+sNW×N]]>式中pi為離散形下NLOS誤差分布參數(shù)；sk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測到的超過檢測門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)；N為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，步驟121按照下述方法獲取連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)θi=T-1ln(1-pi)]]>式中，θi為連續(xù)形式下的NLOS誤差的分布參數(shù)，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi為離散形式下NLOS誤差分布參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟2進(jìn)一步包括步驟21確定加權(quán)矩陣的形式；步驟22根據(jù)步驟11的包含NLOS誤差的TOA測量量確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素；步驟23確定加權(quán)矩陣中需要調(diào)整的元素取值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，步驟21確定下述形式的加權(quán)矩陣Q(r)=Q(l)+Q(n)]]>=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2+σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2]]>其中，Q(l)=σ1200·00σ220·000σ32·0·····000·σM2]]>Q(l)為LOS環(huán)境下TOA測量誤差N＝[n1n2...nM]T的協(xié)方差矩陣，σi2為LOS環(huán)境下TOA測量誤差的協(xié)方差；Q(n)=σ(n)1200·00σ(n)220·000σ(n)32·0·····000·σ(n)M2]]>Q(n)為零均值矯正后的NLOS誤差n(n)i構(gòu)成的M維矢量N(n)＝[n(n)1n(n)2...n(n)M]T的協(xié)方差矩陣。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的位置估計(jì)方法，其特征在于，所述步驟23進(jìn)一步包括步驟231確定加權(quán)矩陣中可視(LOS)環(huán)境下TOA測量誤差的斜方差矩陣中各個(gè)需要調(diào)整元素的取值通過LOS信道環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行TOA測量誤差的統(tǒng)計(jì)近似得到，或者通過系統(tǒng)仿真近似得到，或者通過到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測量誤差的統(tǒng)計(jì)近似得到；步驟232確定加權(quán)矩陣中零均值矯正后的NLOS誤差構(gòu)成的多維矢量的斜方差矩陣中各個(gè)需要調(diào)整元素的取值通過包含NLOS誤差的TOA測量量中的NLOS誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種位置估計(jì)方法，該方法首先結(jié)合NLOS識別結(jié)果，利用由NLOS誤差的概率密度函數(shù)和分布參數(shù)確定的NLOS誤差的均值對TOA測量中的LOS誤差進(jìn)行零均值矯正，然后結(jié)合NLOS識別結(jié)果，利用由NLOS誤差的概率密度函數(shù)和分布參數(shù)確定的NLOS誤差的方差，對位置估計(jì)方法中的加權(quán)矩陣進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對NLOS誤差的初步抑制，最后再對多個(gè)位置估計(jì)結(jié)果進(jìn)行平均，實(shí)現(xiàn)對NLOS誤差的進(jìn)一步抑制。本發(fā)明所述位置估計(jì)方法既適用于LOS環(huán)境，也適用于NLOS環(huán)境和LOS與NLOS相混合的環(huán)境；同時(shí)該方法可以實(shí)時(shí)、有效地對NLOS誤差進(jìn)行抑制，無須長時(shí)間地對移動臺進(jìn)行跟蹤測量。
文檔編號H04B7/26GK1499877SQ02150140
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
發(fā)明者刁心璽 申請人:華為技術(shù)有限公司