本发明专利技术公开一种低功耗小型设备抗噪定位方法，包括如下步骤：测量获取待定位节点到锚节点的距离差值,使用Bancroft方法确定待定位节点初始位置，如Bancroft方法无法解算或解算结果不处于Bancroft方法的适用区域，则使用Chan方法确定待定位节点位置，并以该计算结果作为最终定位结果。本发明专利技术的定位方法克服了现有方法存在的病态区域问题，创新性地将两种方法的优势进行了互补结合，方法计算简单，抗噪声能力强，定位精度高，特别适用于对低功耗小型设备的定位。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物体定位
，特别是一种基于距离差的。
技术介绍
位置信息作为现代社会的关键基础信息，在国民经济、国防科技和日常生活中发挥着日益重要的作用。以GPS为代表的星基定位系统已经使得众多的应用得到方便快捷的位置服务，但是在无线传感器网络、移动互联网、战术互联网等系统中，星基定位系统有时难以提供有效的位置服务。例如:在无线传感器网络中，为众多的微型低功耗节点都增加GPS接收机无论在经济上还是技术上都不可行；在移动互联网中，用户通常是在城市或者室内环境中，由于GPS信号微弱，经常会因建筑物遮挡而难以发挥作用；在战术互联网中，星基导航系统很可能因被敌方干扰而无法使用。这时就需要依靠这些系统的自定位技术来提供位置信息。同时，在这些系统中测距噪声通常较大，对提供精确位置服务提出了新的挑战。定位技术通常分为两大类:基于测距的定位和非测距的定位。非测距的定位依靠节点间的连接信息来推测节点位置信息，定位精度不高。基于测距的定位一般基于某种距离信息的测量来确定位置，通常定位精度较高，因此更适于提供高精度的位置服务。对于基于测距的定位系统，定位过程可以分为测距和位置解算两个阶段。测距阶段即根据无线电信号的某种特征(如振幅、相位、到达时间等)来获得距离、距离差或方位角等信息，测距方式包括到达时间测距(Τ0Α)、到达时间差测距(TD0A)、方位角测距(Α0Α)、接收信号强度测距(RSSI)、以及无线电干涉测距(RIR)等。位置解算阶段即根据测距信息运行某种定位算法来确定待定位目标最终位置的过程。位置解算阶段定位算法的选择对最终的定位精度起着至关重要的作用。定位算法可以分为迭代式算法和闭合解算法两类，其中迭代式算法计算复杂度高，且存在迭代结果的局部收敛问题，不适用于低功耗、计算能力弱或实时性要求高的应用场景；而闭合解算法具有显式解，计算复杂度低，且没有局部收敛的问题。在基于距离差的闭合解定位算法中，最常用且性能相对较好的两种是Chan方法[参见文献ChanY.T., Ho K.C.，A simple and efficient estimator for hyperbolic location.1EEE Transactions on Signal Processing, vol.42，n0.8，pp.1905—1915，Augustl994]和 Bancroft 方法[参见文献 Bancroft S.，An Algebraic Solution of theGPS Equations' IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,vol.AES-21，n0.1，pp.56-59，Januaryl985 以及 Mellen G.1I，Pachter Μ.,RaquetJ.，〃Closed-form solution for determining emitter location using time differenceof arrival measurements.1EEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol.39，n0.3，pp.1056-1058，July2003]。Chan方法首先将线性化过程中引入的多余变量和待估变量看作独立变量进行第一步加权最小二乘求解，然后再利用多余变量和待估变量之间的关系进行第二步加权最小二乘来进一步提高定位结果的精度。Bancroft方法最初是为解GPS方程提出来的，但其思想同样可以用于基于距离差的定位解算，该方法首先使用最小二乘将待估变量用含有多余变量的式子表示出来，然后利用它们之间的关系组成关于多余变量的二次方程，解二次方程得到多余变量的估计值，进而得到待估变量的估计值。但上述闭合解定位算法抗噪能力弱，且研究发现此类方法会存在性能很差的病态区域。如图2、图3所示，在病态区域，现有闭合解定位算法往往不能达到性能下界——克拉美-罗界(CRLB, Cramer-Rao Lower Bound),或者能够达到CRLB的噪声门限非常低,抗噪能力极弱，严重影响了定位结果的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，计算量小，抗噪声能力强，对低功耗小型设备的定位精度高。实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种，其特征在于，包括如下步骤:10)距离差获取:获取待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它不少于2个锚节点的距离差；20)初始位置解算:根据待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它锚节点的距离差，使用Bancroft方法确定待定位节点初始位置；30)判断初始位置解算是否成功:根据Bancroft方法的二次方程解的情况判断初始位置解算是否成功，如否，则转至(50)步骤；40)判断待定位节点是否位于Bancroft方法适用区域:判断所述待定位节点初始位置是否处于Bancroft方法的适用区域，如是，则转至(60)步骤；50)使用Chan方法确定待定位节点位置；60)输出待定位节点位置。本专利技术与现有技术相比，其显著优点:由于本技术方案充分利用Chan方法和Bancroft方法具有显式解、计算复杂度低、且没有局部收敛的问题的优点，且两者的病态区域与非病态区域存在一定的互补性的特点，克服了现有闭合解定位方法存在的病态区域问题，创新性地利用了两种方法的性能优势，有效提高了闭合解定位方法的抗噪声能力与定位精度，计算量小，抗噪声能力强，对低功耗小型设备的定位精度高。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。【附图说明】图1为本专利技术流程图。图2为待定位节点为P1=L-SO, 500]τ时的MSE-SNR对比图。图3为待定位节点为ρ2=[1500，-200]τ时的MSE-SNR对比图。图4为定位结果的MSE均值对比图。图中:CRLB 为克拉美-罗界(CRLB, Cramer-Rao Lower Bound), Chan 为米用 Chan方法所得结果，Bancroft为采用Bancroft方法所得结果，新方法为采用本专利技术所得结果，横坐标表示测距噪声的大小(dB)，纵轴表示定位结果均方差(MSE, Mean Squared Errors)。【具体实施方式】如图1所示，本专利技术，包括如下步骤:10)距离差获取；获取待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它不少于2个锚节点的距离差；该步骤为现有技术。距离差值可以通过TDOA的方式获得，首先各个锚节点之间进行时钟同步，同步通过FTSP时钟同步协议完成；然后待定位节点发射源信号，各个锚节点记录接收到源信号的时间t2,…，tM(其中M为锚节点的个数)；最后根据各个锚节点的信号接收时间计算待定位节点到各个锚节点和I号锚节点(参考锚节点)的距离差，即rn=cX ，其中c为源信号的传播速度。在蜂窝网中，通过观测到达时间差(0TD0A, Observed Time Differenceof Arrival)来得到距离差测量值，各个基站保持时钟同步，待定位移动台测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的传播时间差，进而得到移动台到不同基站的距离差。距离差值也可以通过无线电干涉测距(RIR, Radio Interfero本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，包括如下步骤：10）距离差获取：获取待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它不少于2个锚节点的距离差；20）初始位置解算：根据待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它锚节点的距离差，使用Bancroft方法确定待定位节点初始位置；30）判断初始位置解算是否成功：根据Bancroft方法的二次方程解的情况判断初始位置解算是否成功，如否，则转至（50）步骤；40）判断待定位节点是否位于Bancroft方法适用区域：判断所述待定位节点初始位置是否处于Bancroft方法的适用区域，如是，则转至（60）步骤；50）使用Chan方法确定待定位节点位置；60）输出待定位节点位置。
【技术特征摘要】
1.一种低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，包括如下步骤: 10)距离差获取:获取待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它不少于2个锚节点的距离差； 20)初始位置解算:根据待定位节点到参考锚节点及待定位节点到其它锚节点的距离差，使用Bancroft方法确定待定位节点初始位置； 30)判断初始位置解算是否成功:根据Bancroft方法的二次方程解的情况判断初始位置解算是否成功，如否，则转至(50 )步骤； 40)判断待定位节点是否位于Bancroft方法适用区域:判断所述待定位节点初始位置是否处于Bancroft方法的适用区域，如是，则转至(60)步骤； 50)使用Chan方法确定待定位节点位置； 60)输出待定位节点位置。2.根据权利要求1所述的低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，所述初始位置解算(20)步骤包括: 21)解二次方程 (gTg-l) r12-2gThr1+hTh=0 得到A的估计值； 式中:3.根据权利要求2所述的低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于:所述判断初始位置解算是否成功(30)步骤具体为: 如果二次方程解^=-1，则初始位置解算不成功，否则成功。4.根据权利要求2所述的低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，所述判断待定位节点初始位置是否位于Bancroft方法适用区域(40)步骤包括: 41)取锚节点的质心C，即 5.根据权利要求4所述的低功耗小型设备抗噪定位方法，其特征在于，所述对于所有遵照多边形组成方向的相邻锚节点Ai和Aj，进...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐兵，齐望东，朱亚松，威力，陈剑，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：
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