基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法技术

一种基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法，通过采集平面分布的传感器的位置信息和时间信息，建立基于MDS模型的代价函数，得到信号源位置的初始估计值，并作为迭代初始估计值，通过计算噪声协方差矩阵对代价函数进行加权修正，得到修正代价函数，运用迭代法得到修正代价函数的最优解，实现对信号源位置的定位；本发明专利技术无需对测量矩阵做求逆运算，避免了病态矩阵求逆问题，并且与原始方法相比，定位精度有明显提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种信息分析领域的技术，具体是一种基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法。
技术介绍
在雷达、声纳、移动通信、多媒体、无线传感器网络等应用领域中，常常面临一个重要问题，即依据TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)信息，对某个信号源进行定位。所谓的TDOA是指，首先由信号源发出信号，然后由分布在空间中，并且位置已知、时间相互同步的传感器接收该信号，测量信号到达各个传感器的时间后，经计算得到信号源所发出的信号到达各个传感器的时间与到达参考传感器的时间之差，即到达时间差。He-Wen Wei等在《Multidimensional scaling analysis for passive movingtarget localization with TDOA and FDOA measurements》(IEEE Transactions onSignal Processing,vol.58,no.3,2010,pp.1677-1688)中提出一种基于MDS(Multidimensional scaling，多维标度)模型的代价函数，该代价函数定义为两个标量乘积矩阵之差的范数。通过求出代价函数的最小值点，即可得到信号源坐标的估计值。但该技术所定义的代价函数没有考虑测量误差分布，导致代价函数的穷举最优点的定位精度仍然比不上现有最佳的二步加权最小二乘法。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN105353351A，公开日2016.2.24，公开了一种基于多信标到达时间差改进型定位方法，包括：1)从多信标到达时间差定位场景中获取传感器的位置信息；2)将目标位置和多个信标与目标之间的距离看成未知量，根据多信标到达时间差的非线性测量方程组推导相应的伪线性方程组；3)根据加权最小二乘算法，估计目标位置和多个信标与目标之间的距离；4)根据目标位置与多个信标、目标之间距离的耦合关系，对目标位置估计进行更新。但该技术需要对一个特定的测量矩阵做矩阵求逆运算，但该测量矩阵在某些时候(如信标按照近似线状排列时)会变成病态矩阵，如果强行对该病态矩阵求逆，会带来非常大的定位误差。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法，通过计算噪声协方差矩阵，对基于MDS模型的代价函数进行加权修正，得到修正代价函数模型，并迭代更新，得到信号源位置的估计值，减小测量误差干扰，提高定位精度。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术通过采集平面分布的传感器的位置信息和时间信息，建立基于MDS模型的代价函数，得到信号源位置的初始估计值，并作为迭代初始估计值，通过计算噪声协方差矩阵对代价函数进行加权修正，得到修正代价函数，运用迭代法得到修正代价函数的最优解，实现对信号源位置的定位。所述的位置信息为传感器的位置坐标。所述的时间信息为信号源发出的信号到达各传感器的时间与到达第一号传感器的时间之差，即到达时间差(TDOA)。所述的代价函数为：其中：||A||F表示矩阵A的Frobenius范数，B为标量乘积矩阵，为有噪声标量乘积矩阵。所述的噪声协方差矩阵为：其中：B0为标量乘积矩阵B在[x,y]T＝[x0,y0]T时的取值，[x0,y0]T为信号源位置的真实值。所述的加权修正是指：将代价函数改写为其中：W为加权矩阵，W＝Ψ-1，tr{A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法，其特征在于，通过采集平面分布的传感器的位置信息和时间信息，建立基于MDS模型的代价函数，得到信号源位置的初始估计值，并作为迭代初始估计值，通过计算噪声协方差矩阵对代价函数进行加权修正，得到修正代价函数，并运用迭代法得到修正代价函数的最优解，实现对信号源位置的定位；所述的位置信息为传感器的位置坐标；所述的时间信息为信号源发出的信号到达各传感器的时间与到达第一号传感器的时间之差，即到达时间差。

【技术特征摘要】
1.一种基于MDS模型的修正代价函数的到达时间差迭代定位方法，其特征在于，通过采集平面分布的传感器的位置信息和时间信息，建立基于MDS模型的代价函数，得到信号源位置的初始估计值，并作为迭代初始估计值，通过计算噪声协方差矩阵对代价函数进行加权修正，得到修正代价函数，并运用迭代法得到修正代价函数的最优解，实现对信号源位置的定位；所述的位置信息为传感器的位置坐标；所述的时间信息为信号源发出的信号到达各传感器的时间与到达第一号传感器的时间之差，即到达时间差。2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋武扬，徐昌庆，裴凌，郁文贤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31