3，y3)的距離 差為ΔΑ (A = 1,2,3)，那么定位方程為：
[0111]
[0112]
[0113]
[0114]
[0115] 將式⑵中J。看作已知量，并將其帶入式⑴中A表達式，經化簡得：
[0116] (3) υ?Ν 丄 丄 cuodi j < o/ o 'j\
[0117]
[0118] 根據⑶式進行計算，當求得A的值為一正一負時，則取Α>0的解：如果A的兩 個值皆為正值時，則根據時間差的正負或者借助其他約束條件消除定位模糊；最后，將符合 條件的A代入（2)式可求得待定位節點的位置信息。
【主權項】
1. 一種基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，所述的CSS精確定位方法采用"移 動終端-同一基站的不同虛擬接收機"的基站模型，所述的基站模型包括天線導線和逐次串 行連接在天線導線上的至少四個基站天線，且任意兩個基站天線之間的天線導線長度大于 最小天線導線長度，移動終端為待定位節點，基站天線所在的位置為參考節點； 所述的CSS精確定位方法包括如下步驟： (1) 移動終端向CSS定位基站發送測試信號，CSS定位基站的各基站天線在接收到所述 的測試信號后，分別發送應答信號給移動終端； (2) 確定移動終端接收到各所述應答信號的實際時刻，并根據無線信號在空氣中的傳 播速度，得到待定位節點與每個參考節點之間的距離測量值； (3) 利用CSS技術，根據步驟（1)和（2)，N次測量待定位節點與各參考節點之間的距 離，獲得該待定位節點與對應參考節點的N個測距值； (4) 使用投票平均聯合濾波算法對所述的N個測距值進行干擾處理，即通過高斯概率 分布函數計算每個所述測距值的投票概率，當所述的投票概率小于設定的置信值時，CSS就 拋棄該測距值，否則就保留； (5) 對保留下來的測距值利用動態誤差修正算法進行動態修正； (6) 將步驟（5)修正后的測距值取平均值，然后對得到的平均值使用TDOA的三維定位 算法，求得待定位節點的位置坐標，最終實現精確定位。2. 根據權利要求1所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，所述的步驟（2) 中，得到待定位節點與各參考節點的距離值的具體過程為： (1) 移動終端向CSS定位基站發送測試信號，并啟動終端定時器； (2) 各基站天線收到測試信號后，分別經天線導線傳送到后臺處理器，后臺處理器接收 到所述的測試信號后，啟動基站定時器； (3) 各基站天線自動返回一個應答信號，并停止基站定時器，同時讀取處理時延T2和 計算測試信號在天線導線上的傳輸時間t ; (4) 移動終端收到基站天線傳來的應答信號后停止終端定時器，讀取處理時延Tl ; (5) 移動終端接收應答信號的實際時刻> 根據無線信號在空氣中的傳 播速度是光速c，可計算得到待定位節點與每個參考節點之間的距離3. 根據權利要求1所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，所述的步驟（4) 中，使用投票平均聯合濾波算法對所述的N個測距值進行干擾處理的具體過程為： (1) 建立直角坐標系，獲得每個參考節點的位置坐標，并通過距離矢量交換協議，使待 定位節點獲得所有參考節點的ID、位置坐標以及待定位節點與相應參考節點的跳數，待定 位節點建立對應的參考節點信息表； (2) 待定位節點查詢自身的參考節點信息表，當其1跳范圍內具有的參考節點數目大 于或者等于3個時，利用CSS技術，N次測量該待定位節點自身與各參考節點之間的距離， 對每個參考節點均獲得N個測距值； (3) 求取所述N個測距值的均值，采用高斯概率分布函數，計算每個測距值的投票概 率，并設定置信值，對每個測距值進行投票，當相應測距值的投票概率小于置信值時，CSS就 拋棄該測距值，否則就保留，保留下的測距值的數目用m表示； (4)使用動態誤差修正算法對保留下的m個測距值進行動態修正，以減少測距誤差。4. 根據權利要求3所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，所述的動態誤 差修正算法先設定最小定位單位，即一個待定位節點與四個參考節點，然后利用最小定位 單位的待定位節點與四個參考節點的四組m個測距值，根據距離約束方程找出每一組測距 值對應的最佳的測距誤差模型，利用這個最佳測距誤差模型對每一組的m個測距值進行修 正。5. 根據權利要求4所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，找出最佳測距 模型方程的具體步驟為： (1) 視距環境下的CSS定位中有以下測距誤差模型：其中，df是待定位節點到四個參考節點的真實距離；是待定位節點到四個參考節點 的測量距離；a，b為線性方程系數，f = 0,1，2,3 !ap a2, bp b2是定位前對最小定位單位進 行測距測試，通過最小二乘法對測距測試擬合后，所得系數a，b對應的的一個較小取值區 間的上下限界值，如果擬合系數超過所取范圍，則認為有較大噪聲干擾。 (2) 定義測量誤差e f: =(Pj - dj (3) 根據步驟⑴和⑵可得：把e f代入距離約束方程式中，得到關于a，b的函數，記為：(4) 在a G [a。a2]，b G [bp b2]內，F (ab)最接近0所對應的一組系數，就是測距誤差 模型的最佳系數估計，從而求解方程：得到最優系數a% b%確定最佳測距誤差模型為：< =Yf+f。6. 根據權利要求5所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于：采用TDOA的三 維定位算法求得待定位節點位置坐標點的方法為：設四個參考節點的位置坐標分別為（X。， y。)，（X^y1), (x2，y2)，（x3，y3)，待定位節點的位置坐標為（x，y)，J3:分別為待定位 節點到四個參考節點的距離，待定位節點到參考節點（?, 和待定位節點到其他三個參 考節點（X1, yi)，（x2,y2)，（x3,y3)的距離差為Ai 0=1,2,3)，那么定位方程為：將式（2)中A看作已知量，并將其帶入式（1)中A表達式，經化簡得：根據⑶式進行計算，當求得A的值為一距一負時，則取么>0的解：如果A的兩個 值皆為正值時，則根據時間差的正負或者借助其他約束條件消除定位模糊；最后，將符合條 件的忑代入（2)式可求得待定位節點的位置信息。7. 根據權利要求2所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，基站天線間 的最小天線導線長度，根據信號最大拖尾時間TL Max和待定位區間的最大移動距離MLMaJ| 定最小天線導線長度LMin，當所述基站天線導線為同軸電纜時，所述最小天線導線長度L Min 為：式中，％為同軸電纜的等效介電常數，c為光速； 若所述基站天線導線為微帶線時，所述最小天線導線長度LMin為：式中，％為微帶線的等效介電常數，c為光速。8. 根據權利要求4所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，距離約束方程 f ( e i，e 2, e 3)取最接近0的系數作為一個最小定位單位的最佳測距誤差模型，即： f ( e 1? e 2? e 3) = e tA e + e Tb+c = 0? e = [ e e 3] 其中：A是3X3階矩陣，b是3X1階矩陣，c是一實數，且A，b，c是由真實距離df和測 量距離七表達的常數矩陣或常數；e i，e 2，e 3表示的是測量誤差。9.根據權利要求4所述的基于TDOA的CSS精確定位方法，其特征在于，所述的最小二 乘法包括以下步驟：(1) 定位前對最小定位單位進行測距測試，根據實際情況布置好節點，此時的參考節點 與待定位節點的位置坐標已知，從而得到四個參考節點與待定位節點之間的真實距離d f， 其中 f = 0，1，2,3 ; (2) 根據移動終端接收信號實際時匆 ，和傳播速度c，可計算得到待定 位節點與四個參考節點之間的距離U卩f = c：T，其中f = 0，1，2,3 ; (3) 視距環境下的CSS定位中有以下測距誤差模型為：+6 通過下式可求取出系數a和b的值。
【專利摘要】本發明公開了一種基于TDOA的CSS精確定位方法。本發明首先涉及一種具有“移動臺-同一基站的不同虛擬接收機”基站模型，所有虛擬接收機即基站天線都使用同一時鐘，從源頭上去除了時鐘同步的要求。當待定位節點即移動終端進行測距時，對獲得的待定位節點與各參考節點之間的測距值，使用投票平均聯合濾波算法對測距值進行處理，去除因環境而引起的誤差，然后對保留下來的測距值利用動態誤差修正算法進行動態修正，最大限度地減小測距誤差。將修正后的測距值取平均值，然后對得到的平均值使用TDOA的三維定位算法，求得待定位節點的位置坐標，最終實現精確定位。
【IPC分類】G01S5/02
【公開號】CN105137391
【申請號】CN201510589768
【發明人】劉曉陽, 何赟
【申請人】中國礦業大學(北京)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月17日