【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于定位导航领域，尤其涉及一种基于三维几何随机建模的5g非视距定位方法及装置。
技术介绍
1、随着5g技术的快速发展和广泛应用，室内定位技术的发展面临着新的机遇与挑战。尽管5g网络的大带宽、低时延特性可以提供更高精度的定位服务，在视距(los)环境下理论上可以实现亚米级以内的定位精度，但是在非视距(nlos)环境中，特别是在室内的非视距场景下，5g定位的效能依然存在巨大的问题。室内环境中，nlos信号被反射、衍射等多路径效应影响，阻碍了信号的直线传输，使得信号沿非直线路径传播，可能导致信号时延不同步、信号衰减、极化改变、链路不稳定等问题，同时还会使得到达时间的测量误差显著增大，从而令定位系统无法准确估计设备的实际位置，定位精度低。
2、现有的5g毫米波室内定位技术虽然具有高频带和高带宽的特性，有利于提高多径分辨率，可提高到达时间差(tdoa)测量的精度，但nlos和多径效应引起的误差仍然是一个需要解决的难点。
3、因此，本技术方案的目标是提出一种创新的方法，以应对由信号反射引起的传播路径问题，围绕如何利用接收器接收信号的空间和时间特性，在nlos场景下实现定位。利用多径信息反演信号在传播中遇到的散射体，从而精确定位目标。
4、基于以上，本申请提供了解决以上技术问题的技术方案。
技术实现思路
1、针对现有技术中非视距室内场景中定位误差大、定位精度低的场景，本专利技术提供了一种基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，应用于室内场景，包括以下
2、步骤s1、获取基站的第一信号测量数据，所述第一信号测量数据至少包括到达信号参数；
3、步骤s2、获取坐标数据，所述坐标数据包括第一坐标数据和第二坐标数据；
4、步骤s3、基于所述第一信号测量数据和所述坐标数据，构建三维散射体模型，根据所述三维散射体模型确定概率密度函数pdf，并计算三维散射体坐标；
5、步骤s4、根据所述pdf和所述三维散射体坐标迭代更新第一坐标数据；
6、步骤s5、若所述第一坐标数据符合预设条件，则输出所述第一坐标数据；否则返回步骤s4；
7、其中，所述三维散射体模型为三维反抛物面散射体；第一坐标数据为定位坐标数据。
8、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述到达信号参数至少包括到达时间toa参数和方位角aoa参数，所述第二坐标数据为基站坐标。
9、在本专利技术的一个具体实施方式中，三维反抛物面散射体服从三维反抛物面散射体分布ps(xs,ys,zs)，并分布在距离为r的球形区域内，其中，m为常数，xb(xb,yb,zb)为基站坐标，xs为三维散射体坐标，xu(xu,yu,zu)为第一坐标数据。
10、在本专利技术的一个具体实施方式中，还包括：
11、将所述三维反抛物面散射体分布ps(xs,ys,zs)从直角坐标系(x,y,z)转换至球坐标系(r,θ,φ)下，球坐标系下的三维反抛物面散射体分布表示为：其中，所述三维散射体到基站xb的距离为rs，所述三维散射体到第一坐标数据xu的距离为ts，τ＝ts+rs，θ表示到达径与x轴的夹角，φ表示到达径映射在yoz平面上的方位角。
12、在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤s3中所述计算三维散射体坐标包括：
13、ts＝τ-rs，其中，q1＝τ2-(xb-xu)2-(yb-yu)2-(zb-zu)2，q2＝τ+(xb-xu)cosθ+(yb-yu)sinθsinφ+(zb-zu)sinθcosφ，得到估计散射体坐标xs＝(xb+rscosθ,yb+rssinθsinφ,zb+rssinθcosφ)。
14、在本专利技术的一个具体实施方式中，步骤s4还包括：
15、若所有所述三维散射体的pdf独立同分布，计算最优估计定位坐标所述最优估计定位坐标使所有距离ts的联合概率密度最大。
16、在本专利技术的一个具体实施方式中，还包括：最优估计定位坐标目标函数为：s表示三维散射体总数，s＝1,2,……,s，s为正整数。
17、在本专利技术的一个具体实施方式中，还包括：基于贝叶斯定理计算所述联合概率密度，最优估计定位坐标目标函数表示为：其中，最优估计定位坐标与三维散射体坐标xs之间的距离表示为ds，定位坐标与三维散射体之间的距离测量噪声服从均值为0，方差为的高斯分布。
18、在本专利技术的一个具体实施方式中，所述预设条件为：稳定收敛。
19、本专利技术还提供一种基于三维散射体模型的5g非视距定位装置，应用于室内场景，包括：
20、基站数据获取模块，用于采集基站的第一信号测量数据，所述第一信号测量数据至少包括到达信号参数；
21、坐标数据获取模块，采集坐标数据，所述坐标数据包括第一坐标数据和第二坐标数据；
22、模型构建模块，基于所述第一信号测量数据和所述坐标数据，构建三维散射体模型，根据所述三维散射体模型确定概率密度函数pdf，并计算三维散射体坐标；
23、迭代计算模块，根据所述pdf和所述三维散射体坐标迭代更新第一坐标数据；
24、判定模块，若所述第一坐标数据符合预设条件，则输出所述第一坐标数据；否则返回步骤s4；
25、其中，所述三维散射体模型为三维反抛物面散射体；第一坐标数据为定位坐标数据。
26、本专利技术能够带来以下至少一种有益效果：本专利技术提出了一种基于三维散射体模型的5g非视距定位方法和装置，通过获取基站数据和坐标数据，基于迭代计算更新散射体坐标和定位坐标直到达到终止条件并得到最终定位坐标，能充分利用所有多径信息，并基于概率密度函数解释环境中的散射体及其几何形状、排列方式等参数，利用球面几何和球面对准，以及具有三维反抛物线散射体分布的通道模型，解决了复杂场景中现有技术因非视距传播路径导致定位结果出现较大误差的缺陷，能够适配严重非视距场景的室内环境，本专利技术提出的基于三维散射体模型的5g非视距定位方法和装置适用性更强、定位精度高，且定位结果准确。
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1.一种基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，应用于室内场景，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，所述到达信号参数至少包括到达时间TOA参数和方位角AOA参数，所述第二坐标数据为基站坐标。
3.根据权利要求1或2所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，三维反抛物面散射体服从三维反抛物面散射体分布ps(xs，ys，zs)，并分布在距离为R的球形区域内，
4.根据权利要求3所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，步骤S3中所述计算三维散射体坐标包括：
6.根据权利要求5所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，步骤S4还包括：
7.根据权利要求6所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，还包括：最优估计定位坐标目标函数为：S表示三维散射体总数，s＝1，2，……，S，s为正整数。
8
9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于三维散射体模型的5G非视距定位方法，其特征在于，所述预设条件为：稳定收敛。
10.一种基于三维散射体模型的5G非视距定位装置，应用于室内场景，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，应用于室内场景，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，其特征在于，所述到达信号参数至少包括到达时间toa参数和方位角aoa参数，所述第二坐标数据为基站坐标。
3.根据权利要求1或2所述的基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，其特征在于，三维反抛物面散射体服从三维反抛物面散射体分布ps(xs，ys，zs)，并分布在距离为r的球形区域内，
4.根据权利要求3所述的基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的基于三维散射体模型的5g非视距定位方法，其特征在于，步骤s3中所述计算三维散射体坐标包括：
6.根据权利要求5所述的基于三维散射体模型的5g...
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