專利名稱：一種基于支持向量回歸機的時差定位方法
技術領域：
本發明涉及一種基于支持向量回歸機的時差定位方法，尤其涉 及一種用于蜂窩網網絡移動臺基于支持向量回歸機的時差定位方法。
背景技術：
無線定位技術是用來判定移動用戶位置的測量方法和計算方
法。基于妾!J達時間差(TDOA)的定位技術(即時差定位技術)是蜂 窩網中最為流行的一種的定位技術，它已成為第三代移動通信應用的 一個重要方面，在國防和民用等領域都蘊藏著巨大應用價值。
時差定位技術主要是利用平面或空間中的多個(三個或三個以 上)基站，測出由同一目標(移動臺)發出(或反射)的同一輻射 信號到達各位置已知基站的時間差TDOA，通過相應的定位算法確 定移動臺目標在平面或空間中的位置。
求解位置算法常用雙曲線算法實現。根據幾何原理可知，由平 面上一動;^、到兩定點距離差的絕對值為一常數的軌跡是一條雙曲 線。 一個TDOA測量值對應的是以兩個基站為焦點的一對雙曲線， 多個TDOA測量值對應的多對雙曲線的交點即為目標移動臺的估計 位置。該算法需求解非線性方程組，求解復雜且一般存在多解。
由障礙物阻擋引起的多徑干擾和非視距誤差以及蜂窩通信系統 中"遠近效應"引起的多址干擾都會極大地影響TDOA測量精度，導 致定位準確度不高。為減小定位誤差的影響，求解時雖然可以使用
4泰勒級數展開法、球面交叉法、球面插值法、分治法、chan方法等， 但都可能存在迭代計算不收斂、初值要求高、定位精度低、可行解 不唯一等問題。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于支持向量回 歸機的時差定位方法。
本發明采用的技術方案是
一種基于支持向量回歸機的時差定位方法，包括以下步驟
A對移動臺目標區域進行網格化，計算移動臺在網格頂點位置
時到基站間的無誤差的信號到達時間差，并按順序組成時差向量；
B各網格頂點計算的時差向量和網格點坐標的二維分別形成二
組訓練樣本集;
C通過采用徑向基核函數的最小二乘支持向量回歸機對訓練樣 本集進行學習，得到分別估計移動臺位置X、 Y坐標的兩個最小二乘 支持向量回歸機；
D由移動臺到各基站間的信號到達時間差測量值組成時差測量 向量分別輸入訓練后的兩個回歸機得到移動臺的坐標估計值。
本發明的有益效果是通過最小二乘支持向量回歸機對目標區域 位置中移動臺到各基站間的電波信號到達時間差與移動臺位置的坐 標的非線性關系進行學習，定位時將移動臺到各基站間的信號到達時 間差作為最小二乘支持向量回歸機輸入，回歸機的輸出值則可以作為 目標坐標估計值；利用最小二乘支持向量回歸良好的容噪能力和泛化能力，能夠極大地抑制信號到達時間差測量誤差的影響，明顯地提高 位置估計的準確度，且避免迭代計算不收斂、解不唯一的問題。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖l是本發明的流程圖2是本發明訓練樣本集計算示意圖3是本發明估計X、 Y坐標的最小二乘支持向量回歸機模型示 意圖4是本發明移動臺定位示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發明提供了一種基于支持向量回歸機的時差定位方 法，該方法利用最小二乘支持向量回歸機估計移動臺位置坐標。主要 包括以下步驟
步驟101:對移動臺目標區域進行網格化，由已知位置的基站坐 標、網格頂點坐標和信號傳播速度計算移動臺在網格頂點位置時到基 站兩兩間的無誤差的信號到達時間差；
步驟102:由移動臺在網格頂點位置時到基站兩兩間的無誤差的 信號到達時間差按順序組成時差向量；
步驟103:以時差向量作為訓練樣本輸入值，網格頂點X坐標作 為訓練樣本輸出值，由各個網格頂點計算的時差向量和X坐標組成 關于X坐標的訓練樣本集；以時差向量作為訓練樣本輸入值，網格 頂點Y坐標作為訓練樣本輸出值，由各個網格頂點計算的時差向量和Y坐標組成關于Y坐標的訓練樣本集；
步驟104:通過采用徑向基核函數的最小二乘支持向量回歸機對 訓練樣本集進行學習，得到分別估計移動臺位置X、 Y坐標的兩個最 小二乘支持向量回歸機；
步驟105:定位時，由移動臺到各定位基站兩兩間的信號到達時 間差測量值按訓練樣本集時差向量組成順序組成時差測量向量；
步驟106:，將時差測量向量輸入訓練后用于估計X坐標的最小 二乘支持向量機得到移動臺坐標估計值；將時差測量向量輸入訓練后
用于估計Y坐標的最小二乘支持向量機得到移動臺Y坐標估計值。
下面將結合附圖對本發明實施方式作進詳細數學描述 ①參照圖2，移動臺目標區域『=
><
，有JV個已知位置
并參與定位的基站&(、，少,)(z'-l,2,3，…A0，采用大小為^ 的網格對 目標區域進行網格化，得到M個網格頂點& (xM ，尺)(m = 1,2，…,M); c為電波傳播速度，計算各網格頂點G^到各到基站S,的電波傳播時間 (TOA) rm,
例如，ru即為網格頂點G,到基站^的電波傳播時間。 ②計算各個網格頂點&到定位基站兩兩之間的信號到達時間 差(TDOA) 7;,,
,y = L,. -、,乂(/w = 1...M,/，_/ = 1…AUj < /)
由于；,」是由基站坐標、網格頂點坐標和信號傳播速度計算得
到，可認為是無誤差的。以網格頂點GJweM)計算得到的信號到達時間差7;，,，,按一定順 序組成時差向量^
= Ki,1,2 ， 1,1,3 ，…二,1,W ， ;2,3,…^z,2,JV ， " ]
③ 以網格頂點&(附e M)計算的時差向量^作為訓練樣本輸入 值，并將Gw的坐標值&、凡分別作為訓練樣本輸出，得到訓練樣本
根據M個網格頂點可以得到關于網格頂點X、 Y坐標值的訓練 樣本集，它們分別為^={7為1^=(已,^)，附=1,2,'"，的、 A = i W附=(7附，凡)，附=h. .，w 。
④ 參照圖3，使用最小二乘支持向量回歸機(采用徑向基核函
數i^，KJ-exp(-t^t)， 5為核函數參數)對訓練樣本集A、 ；^進
行學習，其中由最小二乘支持向量回歸機訓練樣本集&得出了 Lagrange乘子^和偏差^的值，由最小二乘支持向量回歸機訓練樣 本集A得出了 Lagrange乘子^和偏差^的值，最后得到訓練后的最
小二乘支持向量回歸機的決策函數a==IXa(k，「j+夂、
^=/r(「) = 2>y,,(F，KM) + ~。 a、力分別用于估計移動臺的X
坐標&、 Y坐標a。
參照圖4，定位時，獲得移動臺&到各定位基站兩兩間的信號 到達時間差TDOA T^("-iV,","y')后，按訓練樣本集時差向量
組成順序組成時差測量向量R =[巧2，7;3,...，；，713，...,；，. J;uv]，將K 分別輸入訓練后的最小二乘支持向量機決的策函數/x、 a，函數輸出值A、 A作為移動臺s,的坐標估計值。
以上所述僅為本發明較佳的具體實施方式
，本發明創造并不局限
于上述實施方式，只要其以基本相同的手段達到本發明的技術效果， 都應屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種基于支持向量回歸機的時差定位方法，其特征在于，包括以下步驟A對移動臺目標區域進行網格化，計算移動臺在各網格頂點位置時分別到達各基站間的無誤差的信號到達時間差，并按順序組成時差向量；B各網格頂點計算的時差向量和網格頂點坐標的二維分別形成二組訓練樣本集；C通過最小二乘支持向量回歸機對訓練樣本集進行學習，得到分別估計移動臺位置X、Y坐標的兩個最小二乘支持向量回歸機；D由移動臺到各基站間的信號到達時間差測量值組成時差測量向量分別輸入訓練后的兩個回歸機得到移動臺的坐標估計值。
2、 根據權利要求1所述的基于支持向量回歸機的時差定位方法，其 特征在于，其中所述A包括移動臺在網格頂點位置時到各基站兩兩 間的無誤差的信號到達時間差由已知位置的基站坐標、網格頂點坐標 和信號傳播速度計算得到。
3、 根據權利要求1所述的基于支持向量回歸機的時差定位方法，其 特征在于，其中所述B包括以時差向量作為訓練樣本輸入值，網 格頂點X坐標作為訓練樣本輸出值，由各個網格頂點計算的時差向 量和X坐標組成關于X坐標的訓練樣本集；以時差向量作為訓練樣 本輸入值，網格頂點Y坐標作為訓練樣本輸出值，由各個網格頂點 計算的時差向量和Y坐標組成關于Y坐標的訓練樣本集。
4、 根據權利要求1所述的基于支持向量回歸機的時差定位方法，其 特征在于，所述方法C具體包括采用徑向基核函數將訓練樣本非 線性映射到高維特征空間，并采用最小二乘支持向量回歸機在高維特 征空間中對訓練樣本集進行學習，得到分別估計X、 Y坐標的兩個最小二乘支持向量回歸機。
5、 根據權利要求1所述基于支持向量回歸機的時差定位方法，其特 征在于，所述方法D具體包括將移動臺到各個基站的信號到達時 間差測量值，按訓練樣本集時差向量組成順序組成時差測量向量；將 時差測量向量輸入訓練后用于估計X坐標的最小二乘支持向量機得 到移動臺X坐標估計值；將時差測量向量輸入訓練后用于估計Y坐 標的最小二乘支持向量機得到移動臺Y坐標估計值。
全文摘要
本發明公開了一種基于支持向量回歸機的時差定位方法，包括對移動臺目標區域網格化，計算移動臺在各網格頂點位置時分別到達各基站間的無誤差的信號到達時間差，按順序組成時差向量；由各網格頂點計算的時差向量和網格頂點坐標形成二組訓練樣本集；采用徑向基核函數的最小二乘支持向量回歸機對訓練樣本進行學習，得到分別估計移動臺位置二維坐標的兩個最小二乘支持向量回歸機；定位時由移動臺到各基站間的信號到達時間差測量值組成時差測量向量分別輸入訓練后的兩個回歸機得到移動臺的坐標估計值。本發明可以極大抑制信號到達時間差測量誤差的影響，明顯提高位置估計的準確度，且避免迭代計算不收斂、解不唯一的問題。
文檔編號H04W64/00GK101631383SQ200910041720
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者洋 劉, 周松斌, 林創魯, 鐘震宇 申請人:廣東省科學院自動化工程研制中心