基于移动终端三维定位及误差度量的研究

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1、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无线通信棊站定位与信号传播环境有着密切关系，由于信号传播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。而通信基站的目标区域是GPS等卫星定位系统无法定位的场景，因此如何通过无线通信基站定位移动终端的位置是当前研究的热点。求解分析基站定位相关问题的创新性和可实现性强的算法，都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关键词：TDOA定位;最速下降法;通信半社;定位精度;Studyon3DLocalizationAlgorithm

2、sandErrorMeasurementofMobileTerminalWangLingZhangShilongZhuangHuidanSouthChinaUniversityofTechnology;localizationofwirelesscommunicationbasestationsiscloselyrelatedtothesignalpropagationenvironment,theuncertaintyandcomplexityofthesignalpropagationenvironmentmak

3、eitdifficulttolocatethemobileterminal.AndthetargetareaofthecommunicationbasestationisthescenethatthesatellitepositioningsystemsuchasGPScannotlocate.Therefore,howtolocatethemobileterminalthroughthewirelesscommunicationbasestationisahotspotofthecurrentresearch.An

4、yinnovativeLocalizationAlgorithmswillberapidlyappliedtomodernbusinesscommunicationsnetworkswithenormoussocialandeconomicbenefits.Keyword：TDOA;steepestdescentmethod;communicationradius;positioningaccuracy;1引言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

5、划、流形学习等诸多数学工具都能够被用于求解上述问题。在现实中，只冇在基站通信半径覆盖范围内的终端才冇可能实现准确定位。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NL0S）,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，同时考虑到基站的通信半径有限来优化定位结果，最后给出终端（的X平-x均）连+（接Y数-y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

6、律符合实际情况，算法可以实现较好的定位。2TD0A定位模型TDOA是指两个同时发出的相同信号的到达吋间差。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，减少丫时间误差，对构建模型也有一定的优化U1。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。图1TDOA定位原理如图1所示，已知终端MS到基站BS：和基站BS2的信号传播时间差为t12，可得终端到BSjnBS22间的距离差为R12=ctl2=R-R2o由于双曲线

7、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R12的实线双曲线对上。又知道基站BS,和基站BS3与终端之间的距离差R13吋，可以得到另一组以两基站BS:和基站BS3为焦点且与该两个焦点的距离差恒为R13的虚线双曲线。因此，W组双曲线的交点即为终端MS的位置估计值。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m。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

8、终端所处环境的信道干扰，减去了无线信道中最繁琐的传输因子项目拉1。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，最大似然法等等以1。综合考虑到最优化，工作量，存储变量，初始点要求及整体收敛效果等方而的优势，选择最速下降法最为合适［5］。3最速下降法定义基站，2A,N到基站1的到达时间差对应的距离差公式为:其中tu为基