專利名稱：非可視路徑的鑒別方法及移動(dòng)終端定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非可視路徑的鑒別方法及移動(dòng)終端定位方法，尤其涉及一種在蜂窩移動(dòng)通信中通過鑒別出非可視路徑而只利用視距傳播路徑對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位的方法。
背景技術(shù)：
在蜂窩網(wǎng)移動(dòng)終端定位系統(tǒng)中，由于無線傳輸環(huán)境中的不確定阻擋物的存在，使得移動(dòng)終端和基站之間的電波傳輸?shù)闹边_(dá)路徑被阻擋，電波將以反射、折射和繞射等非視距(Non Line of Sight，NL0S)傳播方式進(jìn)行傳播，其結(jié)果是使電磁信號(hào)經(jīng)歷了更多的時(shí)延，給定位帶來了較大的誤差。諾基亞的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果表明，在GSM網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的平均NLOS 誤差達(dá)到500 700米，韓國電信在CDMA2000網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)量結(jié)果表明平均NLOS誤差達(dá)到 589米。此外，平均NLOS誤差還有隨移動(dòng)終端(MQ與基站(BQ之間的距離的增大而線性增大的趨勢(shì)。針對(duì)這種情況，NLOS誤差的鑒別和抑制問題成為定位精度提高的一個(gè)關(guān)鍵性問題，也是目前引起關(guān)注的一個(gè)難題。由于NLOS傳播的鑒別本身存在一定的誤差，因此對(duì)于NLOS誤差進(jìn)行估計(jì)和消除沒有切實(shí)可行和普遍適用的方法。目前典型的鑒別NLOS的方法是Wylie提出的利用每個(gè)基站的距離測(cè)量值的時(shí)間歷史，并與測(cè)量噪聲方差、殘差分析秩測(cè)試相結(jié)合的方法來判斷距離或時(shí)間測(cè)量值中是否存在NLOS誤差。具體方法如下1、對(duì)每個(gè)時(shí)刻每個(gè)基站檢測(cè)的距離測(cè)量值做多項(xiàng)式平滑；2、利用最小二乘技術(shù)求解出平滑多項(xiàng)式的系數(shù)；3、根據(jù)距離測(cè)量值和平滑多項(xiàng)式求出距離測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差；4、將距離測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差與系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差相比較，初步將標(biāo)準(zhǔn)差較大的判斷為 NLOS ；5、利用每個(gè)時(shí)刻的測(cè)量值估計(jì)出移動(dòng)臺(tái)位置，并且計(jì)算殘差函數(shù)；6、對(duì)每個(gè)時(shí)刻統(tǒng)計(jì)出殘差為最大的次數(shù)；7、對(duì)于殘差最大出現(xiàn)次數(shù)較多的判斷為NL0S。上述的NLOS鑒別方法，不僅會(huì)出現(xiàn)漏檢的情況，還存在很大的錯(cuò)誤鑒別的概率， 并且在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中還會(huì)遇到如下問題1、系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，使得判決門限出現(xiàn)偏差，判斷錯(cuò)誤；2、當(dāng)系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差較大的情況下，距離測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差和系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差相接近，難以鑒別出NLOS ；3、在郊區(qū)、遠(yuǎn)郊以及山區(qū)等，由于NLOS誤差較小，上述鑒別方法誤檢測(cè)的概率很大，很容易將NLOS都鑒別為L(zhǎng)OS (Line of Sight，視距)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非可視路徑的鑒別方法，用以解決在現(xiàn)有技術(shù)中由于 NLOS鑒別不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致移動(dòng)終端在蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)中的無法精確定位的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供的非可視路徑的鑒別方法包括如下步驟
步驟一，計(jì)算移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)；
步驟二，計(jì)算假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量；
步驟三，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)判決，鑒別出NLOS基站和LOS基站。
為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種移動(dòng)終端的定位方法，包括如下步驟
步驟一，對(duì)于一次定位過程中得到的距離測(cè)量值進(jìn)行多項(xiàng)式平滑處理；
步驟二，根據(jù)平滑前后的測(cè)量值估計(jì)距離測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)差；
步驟三，對(duì)距離測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行排序，取較小的三個(gè)值，并記錄基站序號(hào)；
步驟四，對(duì)每個(gè)基站的TD0A/T0A測(cè)量值進(jìn)行平均，以降低TD0A/T0A隨機(jī)測(cè)量誤差；
步驟五，利用步驟三中記錄的三個(gè)基站的TD0A/T0A測(cè)量值的平均值，計(jì)算移動(dòng)終端的位置作為初值；
步驟六，計(jì)算移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)；
步驟七，計(jì)算假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量；
步驟八，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)判決，鑒別出NLOS基站和LOS基站；
步驟九，應(yīng)用LOS基站的位置計(jì)算移動(dòng)終端的位置。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明無需預(yù)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差，并可在郊區(qū)、遠(yuǎn)郊以及山區(qū)等特殊環(huán)境中都能較準(zhǔn)確的鑒別NL0S，極大地降低了錯(cuò)誤鑒別的概率，并且根據(jù)本發(fā)明提出的定位過程，能顯著地提高定位精度。


圖1為實(shí)施本發(fā)明的非可視路徑的鑒別方法的流程圖。
圖2為實(shí)施本發(fā)明的移動(dòng)終端的定位方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。
請(qǐng)參閱圖1所示，為實(shí)施本發(fā)明的非可視路徑的鑒別方法的流程圖，該方法包括如下步驟
步驟S101，計(jì)算移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)；
在單個(gè)時(shí)刻j，移動(dòng)終端到第m個(gè)基站B、的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值:
權(quán)利要求
1.一種非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一，計(jì)算移動(dòng)終端到基站的TD0A/T0A測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)；步驟二，計(jì)算假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量；步驟三，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)判決，鑒別出NLOS基站和LOS基站。
2.如權(quán)利要求1所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為MPj(BSi)-tdoKJm=l其中，Pj(BSi)為第j個(gè)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)數(shù)， m興LrDO^in是第j時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站和移動(dòng)終端到第m個(gè)基站的測(cè)量時(shí)間差， 7 >α< 是真實(shí)到達(dá)時(shí)間差。
3.如權(quán)利要求1所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為P(BSi) = ^fdPj(BSi)其中，N為連續(xù)時(shí)刻數(shù)，j = 1,2,…，N, Pj(BSi)為第j時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)，P(BSi)為多個(gè)連續(xù)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)的均值。
4.如權(quán)利要求1所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算;PjjBSi )-Pj(BSl)Xl= μ其中，^為利用第j個(gè)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的代價(jià)函數(shù)I(BSi)與移動(dòng)終端到代價(jià)函數(shù)值最小的基站的代價(jià)函數(shù)P」(BSl)計(jì)算得到的假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量，M為基站總數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算, P(BS1)-P(BSl)^= M其中，么為利用多個(gè)連續(xù)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)平均值P(BSi)與移動(dòng)終端到代價(jià)函數(shù)值最小的基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)平均值 P(BSl)計(jì)算得到的假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量，M為基站總數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算t — Pav(BSi)-Pov(BSl)ZlM其中，;}ri為利用多個(gè)連續(xù)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值均值的代價(jià)函數(shù)Pav(BSi)與移動(dòng)終端到代價(jià)函數(shù)值最小的基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值均值的代價(jià)函數(shù) P3v(BSl)計(jì)算得到的假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量，M為基站總數(shù)。
7.如權(quán)利要求4或6所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)判決的準(zhǔn)則為HI ；^ 雕2σ2) 不包含JSttOS基站 Η2 ^-Ar(NLOSl^z)包含MiQS基站若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量;{Ti服從均值為0，方差為2 σ 2的高斯分布Ν(0，2 ο 2)，則該基站為L(zhǎng)OS基站；若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量義服從均值為NLOSi,方差為2 σ 2的高斯分布N(NLC)Si, 2 σ 2)，則該基站為NLOS基站。
8.如權(quán)利要求5所述的非可視路徑的鑒別方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)判決的準(zhǔn)則為9 2HI χ[~不包含MZW基站 N*9-.2H2 χ[ W(NLC)Si,^")包含NLOS基站N若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量ν 服從均值為0，方差為的高斯分布則該zlnn基站為L(zhǎng)OS基站；若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量％服從均值為NLOSi,方差為#的高斯分布ο 2^(NLOSi,-)，則該基站為NLOS基站。 N
9.一種移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一，對(duì)于一次定位過程中得到的距離測(cè)量值進(jìn)行多項(xiàng)式平滑處理； 步驟二，根據(jù)平滑前后的測(cè)量值估計(jì)距離測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)差； 步驟三，對(duì)距離測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行排序，取較小的三個(gè)值，并記錄基站序號(hào)； 步驟四，對(duì)每個(gè)基站的TD0A/T0A測(cè)量值進(jìn)行平均，以降低TD0A/T0A隨機(jī)測(cè)量誤差； 步驟五，利用步驟三中記錄的三個(gè)基站的TD0A/T0A測(cè)量值的平均值，計(jì)算移動(dòng)終端的位置作為初值；步驟六，計(jì)算移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)； 步驟七，計(jì)算假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量； 步驟八，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)判決，鑒別出NLOS基站和LOS基站； 步驟九，應(yīng)用LOS基站的位置計(jì)算移動(dòng)終端的位置。
10.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為mPj(BSi) = t(TD04m-TDO^Jm=l其中，Pj(BSi)為第j個(gè)時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)， m興i，TDO^m是第j時(shí)刻移動(dòng)終端到第i個(gè)基站和移動(dòng)終端到第m個(gè)基站的測(cè)量時(shí)間差， 7X>0<m是真實(shí)到達(dá)時(shí)間差。
11.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的移動(dòng)終端到基站的到達(dá)時(shí)間測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式定義為3
12.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算
13.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算
14.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)的估計(jì)變量由下式計(jì)算
15.如權(quán)利要求12或14所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)判決的準(zhǔn)則為HI Z'l~N(0,2ct2) 不包含肌OS基站 H2 j}ri~iSr(NLOSf,2a2)包含JViQS基站若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量;Ti服從均值為0，方差為2 σ 2的高斯分布Ν(0，2 σ 2)，則該基站為L(zhǎng)OS基站；若假設(shè)檢驗(yàn)估計(jì)變量;Iri服從均值為NLOSi,方差為2 σ 2的高斯分布N(NLC)Si, 2 σ 2)，則該基站為NLOS基站。
16.如權(quán)利要求13所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，所述的假設(shè)檢驗(yàn)判決的準(zhǔn)則為
17.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，如果LOS基站的個(gè)數(shù)少于 3個(gè)，則將步驟五計(jì)算得到的初值作為移動(dòng)終端的位置。
18.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，如果LOS基站的個(gè)數(shù)等于 3個(gè)，則利用LOS基站的TOA測(cè)量值，根據(jù)下式計(jì)算移動(dòng)終端的位置X_ 1^2,1 ^2,1-1-^2+^1~~2A2-K^K1式中，(x，y)為移動(dòng)終端的位置；Rm，m = 1，2，3為利用移動(dòng)終端到第m個(gè)基站的TOA測(cè)量值，乘以光速，得到的距離測(cè)量值；(Xm，Ym)，m = 1，2，3為第m個(gè)基站的位置； K^X^ + Y,2；^2 =-^2 + ‘ K3=xl+Y^ ；Xm, 1 — Xm-Xl' Ym, 1 — Ym-Yl ‘ m — 2，3。
19.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，如果LOS基站的個(gè)數(shù)等于 3個(gè)，則利用LOS基站的TDOA測(cè)量值，根據(jù)下式計(jì)算移動(dòng)終端的位置^2,1 -K2+!^ ^24-AT3H-AT1式中，(x, y)為移動(dòng)終端的位置；R1為利用移動(dòng)終端到服務(wù)基站的TOA測(cè)量值，乘以光速，得到的距離測(cè)量值Αμ,πι = 2，3為利用其他兩個(gè)基站到服務(wù)基站的TDOA測(cè)量值，乘以光速，得到的距離差測(cè)量值；(Xffl, Ym)，m = 1，2，3為第m個(gè)基站的位置；(=X12+疔； Κ·2=Χ1+Υ '·>Xm，l — Xm_Xl，Ym, 1 — Ym_Yl，m — 2，3。
20.如權(quán)利要求9所述的移動(dòng)終端的定位方法，其特征在于，如果LOS基站的個(gè)數(shù)大于 3個(gè)，則利用LOS基站的TD0A/T0A測(cè)量值，運(yùn)用Chan算法計(jì)算移動(dòng)終端的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非可視路徑的鑒別方法及移動(dòng)終端定位方法，旨在提供一種在蜂窩移動(dòng)通信中通過鑒別出非可視路徑而只利用視距傳播路徑對(duì)移動(dòng)終端進(jìn)行定位的方法。其技術(shù)方案的要點(diǎn)是計(jì)算移動(dòng)終端到基站的TDOA/TOA測(cè)量值的代價(jià)函數(shù)，并鑒別出NLOS基站和LOS基站；應(yīng)用LOS基站的位置及TOA/TDOA測(cè)量值計(jì)算移動(dòng)終端的位置。本發(fā)明通過更準(zhǔn)確的鑒別出存在NLOS傳播的基站，在定位過程中只使用移動(dòng)終端到LOS傳播路徑的基站的位置及TOA/TDOA測(cè)量值來進(jìn)行定位計(jì)算，以達(dá)到提高定位精度的目的。
文檔編號(hào)H04W24/08GK102547827SQ20101061920
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者冷欣, 董霄劍 申請(qǐng)人:展訊通信(上海)有限公司