应用研究
基于移动终端三维定位及误差度量的研究
王玲张世龙庄惠丹
(华南理工大学,广东广州510000)
与皮并
摘要：无线通信基站定位与信号传环境有着密切关系，由于信号传据环境的不确定性与复杂性，导致无线移动定位技术非常困难而通信基站的日标区域是GPS等卫星定位系统无法定径的场录，因此如何通过无线通信基站定径移动终端的位置是当前研究的热点。求解分新基站定伐相关问题的创新性和可实现性强的算法,部将有可能被快速部署到现代商业通信网络中带来巨大的社会和经济效益。
关键词：TDOA定住；最速下降法；通信半径；定位精度
中图分类号:TN925.93 1引言
文献标识码：A
定位问题与统计信号处理、最优估计理论、优化算法等诸多领域都有密切的联系，诸如数据拟合、最小二乘估计、半正定规划、流形学习等诸多数学工具都能够被用于求解上述间题。在现实中，只有在基站通信半径覆盖范围内的终端才有可能实现准确定位。当超出范围时，虽然有测量值，但应视为无效数据。因此，需要建立模型进行有效的终端三维定位。本文基于不确定的传播环境(LOS或 NLOS)，根据手持终端到基站的无线电信号到达时间(TOA)的测量，用TDOA定位算法模型，选择最速下降法进行定位，同时考患到基站的通信半径有限来优化定位结果，最后给出终端的平均连接数和定位精度之间的关系。从验证结果看出，终端的平均连接度数与定位
精度的变化规律符合实际情况，算法可以实现较好的定位， 2TDOA定位模型
TDOA是指两个同时发出的相同信号的到达时间差。它对接收、发送端的时钟同步没有要求，只要求接收端的时钟同步，减少了时闻误差，对构建模型也有一定的优化，TDOA测量值对应的是以两个基站为焦点的双曲线，其交点即为目标移动终端的估计位置。这种基于距离差的双曲线交点进行定位的方式被称为双曲线模型，
R-R
MS
R
BS.
R,BS, BS RR
图1TDOA定位原理
收稿日期：201709-08
文章编号：1007-9416(2017)09-0052-03
如图1所示，已知终端MS到基站BS,和基站BS,的信号传播时间差为f2，可得终端到BS，和BS之间的距离差为 R2=ctz2=R,-R。由于双曲线上任一点到两个焦点的距离差为定值，终端位于以两基站为焦点且与两个焦点的距离差恒为R，的实线双曲线对上。义知道基站BS和基站BS，与终端之间的距离差 R时，可以得到另一组以两基站BS,和基站BS,为焦点且与该两个焦点的距离差恒为R，的虚线双曲线。因此，两组双曲线的交点即为终端MS的位置估计值
(x,x) +(, y) +(Z,2)
y(X, x)* +(Y y)° +(Z, 2)° = R, i =2,3, 4
(1)
这种测量值的获取不要求发射端和接收端时钟的精确同步，只要求接收端的时钟同步，降低了系统的实施复杂度和计算复杂度。其次，当终端位于一个房间时，它接收到所有的基站的信号都可能受到基本相同的墙壁阻扰，因此求差过程能很大程度抵消终端所处环境的信道干扰，减去了无线信道中最繁项的传输因子项目(3)TDOA常用算法包括直接求解法，Chan算法，泰勒级数展开法，最速下降法，最大似然法等等。综合考患到最优化，工作量，存储变量，初始点要求及整体收效效果等方面的优势，选择最速下降
法最为合适。 3最速下降法
定义基站2,,N到基站1的到达时间差对应的距离差公式为： f;(p) = d, = /(X, x)* + (Y, y)* + (Z, 2)2
/(X, x)* + (Y, y)* + (Z, 2)* = ct, + ,
(2)
其中，为基站1和基站1之间的到达时间差测量值，.为测量误差对应的距离差误差。
定义函数：
,(p) = J,(p)cf , (f = 2, *, N1)
(3)
作者简介：王玲(1996—),女,河南驻马店人,硕士研究生在读,研究方向：数据分析与数据挖掘;张世龙(1993一),男,广东佛山人,硕士研究生在
读，研究方向：数据分析与数据挖据
万方数据