用于室內(nèi)wlan環(huán)境下rss/aoa/tdoa定位性能的評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線電通信技術(shù)，具體設(shè)及一種用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA 定位性能的評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能終端的不斷普及和業(yè)務(wù)需求的增加，用戶對(duì)信息的即時(shí)性和就地性的需 求越來(lái)越強(qiáng)烈，因此基于位置的服務(wù)LBS(LocationBasedService)也備受關(guān)注。目前較 為流行的無(wú)線定位系統(tǒng)有全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositionSystem)、蜂窩定位系統(tǒng)、藍(lán) 牙定位系統(tǒng)、無(wú)線電頻率識(shí)別RFID(RadioRrequen巧Identification)定位系統(tǒng)、Zi濁ee 定位系統(tǒng)W及無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(WirelessLocalArea^twork)定位系統(tǒng)。其中GPS定 位系統(tǒng)目前應(yīng)用最為廣泛，定位精度較高，但是單衛(wèi)星信號(hào)在障礙物較多的環(huán)境下，如高樓 林立的城市街道或室內(nèi)，信號(hào)會(huì)急劇減弱，導(dǎo)致系統(tǒng)難W工作；蜂窩定位系統(tǒng)的定位精度較 低，定位誤差通常大于五十米，對(duì)于定位精度要求較高的室內(nèi)場(chǎng)景無(wú)法適用；藍(lán)牙、RFID和 Zi濁ee技術(shù)一般比較適用于近距離定位。因此，上述定位技術(shù)的普適性較差，于是需要尋找 一種新的定位技術(shù)來(lái)代替或彌補(bǔ)各自的不足。WLAN定位系統(tǒng)正是迎合了運(yùn)種需求的一個(gè)新 興的研究熱點(diǎn)，其充分利用了WLAN網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)的廣泛部署與應(yīng)用，僅需增加相應(yīng)的 軟件資源，即可滿足較高的定位需求。
[0003] 基于WLAN的定位算法主要有：到達(dá)角度AOA(AngleOfArrival)定位、到達(dá) 時(shí)間TD0A(TimeDifferenceofArrival)定位、接收信號(hào)強(qiáng)度RSS(ReceivedSi即曰1 Strength)模型定位和位置指紋化ocationFinge巧rint)定位。位置指紋定位法雖然定位 精度較高，但在離線階段需要耗費(fèi)大量的人力和物力開銷，且環(huán)境適應(yīng)能力較差。
[0004] 隨著5G時(shí)代的到來(lái)，多觀測(cè)量RSS，AOAW及TDOA的獲取將變?yōu)榭赡?，因此，?必要研究RSS/AOA/TDOA定位方法的誤差限，分析不同觀測(cè)量對(duì)定位誤差限的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì) RSS/AOA/TDOA定位性能的評(píng)價(jià)。然而，現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法不能很好地描述室內(nèi)WLAN環(huán)境下不同 觀測(cè)量與定位誤差限的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評(píng)價(jià)方 法，W提高室內(nèi)WLAN定位方法的定位精度。
[0006] 本發(fā)明所述的用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評(píng)價(jià)方法，包括W 下步驟：
[0007] 步驟一、選定定位目標(biāo)區(qū)域；
[000引步驟二、確定定位目標(biāo)區(qū)域中接入點(diǎn)AP(Access化int)的位置；
[0009] 步驟S、令目標(biāo)區(qū)域內(nèi)第i個(gè)用戶可能位置為0 1=(X1，yi);
[0010]步驟四、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，分別計(jì)算關(guān)于第i個(gè)用戶可能位置的S個(gè)單觀測(cè) 量定位誤差限，即AOA定位誤差限V(A)1，RSS定位誤差限V(R)1W及TDOA定位誤差限V(T) i*
[0011] 所述單觀測(cè)量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過(guò)程中，使用一個(gè)觀測(cè)量的信息 來(lái)進(jìn)行用戶位置估計(jì)時(shí)的定位誤差限；
[0012] 所述AOA定位誤差限V(A)I表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計(jì) 算得到AOA定位算法的克拉美羅界，即平方位置誤差界；
[0013] 所述RSS定位誤差限V(R)I表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計(jì) 算得到RSS定位算法的克拉美羅界；
[0014] 所述TDOA定位誤差限V(T)I表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣 計(jì)算得到TDOA定位算法的克拉美羅界；
[0015] 步驟五、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，分別計(jì)算關(guān)于第i個(gè)用戶可能位置的S個(gè)雙觀測(cè) 量定位誤差限，即A0A/RSS定位誤差限V(A/R)i，A0A/TD0A定位誤差限V(AA)I,W及RSS/ TDOA定位誤差限V(RA)I;
[0016] 所述雙觀測(cè)量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過(guò)程中，使用兩個(gè)觀測(cè)量的信息 來(lái)進(jìn)行用戶位置估計(jì)時(shí)的定位誤差限；
[0017] 所述A0A/RSS定位誤差限V(A/R)1表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息 矩陣計(jì)算得到A0A/RSS定位算法的克拉美羅界；
[001引所述A0A/TD0A定位誤差限V(AA)I表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信 息矩陣計(jì)算得到A0A/TD0A定位算法的克拉美羅界；
[0019] 所述RSS/TD0A定位誤差限V(RA)I表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信 息矩陣計(jì)算得到RSS/TD0A定位算法的克拉美羅界；
[0020] 步驟六、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，計(jì)算關(guān)于第i個(gè)用戶可能位置的=觀測(cè)量定位誤 差限，即A0A/TD0A/RSS定位誤差限V(A/T/R) 1;
[0021] 所述S觀測(cè)量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過(guò)程中，使用S個(gè)觀測(cè)量的信息 來(lái)進(jìn)行用戶位置的估計(jì)時(shí)的定位誤差限；
[0022] 所述A0A/TD0A/RSS定位誤差限V(A/T/R)i表示：在第i個(gè)用戶可能位置，利用費(fèi) 歇爾信息矩陣計(jì)算得到A0A/TD0A/RSS定位算法的克拉美羅界；
[0023] 步驟屯、判斷i是否等于n;若是，則進(jìn)入步驟九；若否，則進(jìn)入步驟八；
[0024] 步驟八、令i=i+ 1，得到第i+ 1個(gè)用戶可能位置，并進(jìn)入步驟S;
[00巧]步驟九、計(jì)算定位目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有用戶可能位置的平均定位誤差限V。、。； 巧
[0026] 巧機(jī)=!>.(?),:; 問(wèn)
[0027] 其中，n表示定位目標(biāo)區(qū)域內(nèi)用戶可能位置的個(gè)數(shù)；V(i)康示在第i個(gè)用戶可能 位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計(jì)算得到某觀測(cè)量定位算法的克拉美羅界；
[0028] 步驟十、根據(jù)V。、。的取值評(píng)估各定位算法的性能；
[0029] 步驟十一、輸出性能最優(yōu)的定位算法。
[0030] 所述步驟四中，所述RSS定位誤差限V(R)I的表達(dá)式為：

[0033] 其中，OI為RSS服從的高斯分布噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；e表示路徑損耗指數(shù)，其反映了信 號(hào)傳播路徑損耗與距離的關(guān)系；m為AP的個(gè)數(shù)；dik為第i個(gè)用戶可能位置到第k個(gè)AP(APk) 的距離，即
是第i個(gè)用戶可能位置坐標(biāo)；成，yj是APk 位置坐標(biāo)；aIk表示第i個(gè)用戶可能位置和APk距離連線與水平面的仰角；
[0034] 所述TDOA定位誤差限V(T)I的表達(dá)式為：
[0037] 其中，C為電磁波傳播的速度，約為光速；OI為信號(hào)到達(dá)時(shí)間服從高斯分布噪聲 的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0038] 所述AOA定位誤差限V(A)I的表達(dá)式為：
[0041]其中，O。為信號(hào)到達(dá)角度服從高斯分布噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。
[004引所述步驟五中，所述A0A/RSS定位誤差限V(A/R)i的表達(dá)式為：

[004引其中，P。為RSS與AOA的相關(guān)度；
[0046]所述RSS/TD0A定位誤差限V(RA)I的表達(dá)式為：
[004引其中，P。為RSS與TDOA的相關(guān)度；
[0050]所述A0A/TD0A定位誤差限V(A/T)1的表達(dá)式如下：
[005引 其中，P23為AOA與TDOA的相關(guān)度。
[0054]所述步驟六中，所述A0A/TD0A/RSS定位誤差限V(A/T/R)i的表達(dá)式為：

[006引其中，品==6,,-巧"',,）+ 10片峰1。(""',,）+^,;?^表示墻壁和地板對(duì)信號(hào)的衰減；P(d。）表示參考位置，即與AP距離為d。處的信號(hào)強(qiáng)度；4表示第i個(gè)用戶可能位置處接收 到APk的信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)值；
^表示第i個(gè)用戶可能位置與 APk的距離估計(jì)值；
表示第i個(gè)用戶可能位置和APk距離連線與 水平面的仰角估計(jì)值。
[0064] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明首先建立室內(nèi)WLAN環(huán)境下不同觀測(cè)量的估計(jì)模型； 然后利用費(fèi)歇爾信息矩陣的特性，計(jì)算得到每個(gè)用戶可能位置處關(guān)于RSS/A0A/TD0A觀測(cè) 量定位的克拉美羅界，并進(jìn)而得到整個(gè)定位目標(biāo)區(qū)域所對(duì)應(yīng)的平均定位誤差限；最后根據(jù) 得到的平均定位誤差限，評(píng)估各定位算法的性能。本發(fā)明能夠用于分析不同觀測(cè)量對(duì)定位 誤差限的影響，進(jìn)而對(duì)不同觀測(cè)量的定位性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，提高了室內(nèi)WLAN定位方法的定位 精度。
【附圖說(shuō)明】
[0065] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0066] 圖2是本發(fā)明的仿真環(huán)境；
[0067] 圖3表示第i個(gè)用戶可能位置（Xi，心與第k個(gè)AP位置成，yj的幾何關(guān)系示意 圖；
[0068] 圖4給出了AOA定位方法，RSS定位方法W及TDOA定位方法的費(fèi)歇爾信息；
[0069] 圖5給出了AOA定位方法，RSS定位方法W及TDOA定位方法的定位誤差限；
[0070] 圖6給出了定位誤差限隨用戶與AP距離的變化情況；
[0071] 圖7是比較A0A/TD0A定位方法，RSS/TD0A定位方法W及RSS/A0A定位方法的費(fèi) 歇爾信息；
[0072] 圖8是比較A0A/TD0A定位方法，RSS/TD0A定位方法W及RSS/A0A定位方法的定 位誤差限；
[0073] 圖9給出了A0A/TD0A定位方法，RSS/TD0A定位方法W及RSS/A0A定位方法的費(fèi) 歇爾信息隨RSS，TDOAW及AOA方差的變化情況；
[0074] 圖10給出了A0A/TD0A定位方法，RSS/TD0A定位方法W及RSS/A0A定位方法的誤 差限隨RSS，TDOAW及AOA方差的變化情況；
[00巧]圖11分別給出了RSS/TD0A/A0A定位方法的費(fèi)歇爾信息和誤差限隨RSS，TDOAW及AOA方差的變化情況。