. 5, 6. 5] ;O。[rad]G[0. 5, 5] ;OT[ns]G[0. 3, 6]; P的取值為2。
[0204] 為了驗(yàn)證本發(fā)明提出的一種用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/A0A/TD0A定位性能的評價 方法的有效性和可靠性。圖4分別給出了AOA定位方法，RSS定位方法W及TDOA定位方法的 費(fèi)歇爾信息。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們能看出，AOA定位方法相比其它兩種定位方法，可W提供的費(fèi) 歇爾信息是最多的，TDOA定位方法提供的費(fèi)歇爾信息其次，而RSS提供的費(fèi)歇爾信息最少。 此外，根據(jù)公式（14)，（22)和（30)，得到，當(dāng)O1- 0,O。一 0 且OT- 0 時，A0A，TDOAW 及RSSS種定位方法提供的費(fèi)歇爾信息都趨近于無窮大。圖5分別給出了AOA定位方法， RSS定位方法W及TDOA定位方法的定位誤差限。從仿真結(jié)果能看出，AOA定位方法相比其 它兩種定位方法，其定位誤差限是最小的，TDOA定位方法的定位誤差限其次，而RSS定位方 法的定位誤差限最大。由圖4和圖5得知，觀測量提供的費(fèi)歇爾信息越多，對應(yīng)的定位誤差 限越小。此外，A0A，TDOAW及RSS定位方法的定位誤差限均隨AP個數(shù)的增加而減小。
[020引在圖6的仿真中，令用戶位置為巧m，5m)，仿真環(huán)境中共有3個AP，其中2個AP的 位置為（10m，Om)和（0m，10m)，另外1個AP的位置在XY平面內(nèi)變化。從結(jié)果我們能看出， RSS定位方法，AOA定位方法W及TDOA定位方法的定位誤差限均隨AP與用戶距離的增加而 增大。
[0206] 圖7分別比較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。其中，令O1=3. 5地2,O2=Srad2且O3=2. 5ns2。通過比較圖4和圖7能 看出，相對于單觀測量定位，雙觀測量定位具有更大的費(fèi)歇爾信息，此外，A0A/TD0A定位相 對于其它兩種雙觀測量定位方法，具有更大的費(fèi)歇爾信息。如圖8所示，分別比較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。通過比較圖5和圖8 能看出，相對于單觀測量定位，雙觀測量定位具有更小的定位誤差限，且A0A/TD0A定位相 對于其它兩種雙觀測量定位方法，具有更小的定位誤差限。此外，定位誤差限的大小受到AP 位置，個數(shù)W及相關(guān)度的影響，但從整體上看，定位誤差限隨相關(guān)度的增加呈下降趨勢。
[0207] 在圖9的仿真中，令A(yù)P個數(shù)為4,分別比較A0A/TD0A定位方法，RSS/TD0A定位方法 W及RSS/A0A定位方法的費(fèi)歇爾信息隨方差的變化情況。從結(jié)果能看出，S種雙觀測量定 位方法的費(fèi)歇爾信息均隨方差的增大而減小。從圖9(a)能看出，RSS/A0A定位的費(fèi)歇爾信 息主要受到AOA方差的影響；從圖9(b)能看出，RSS/TD0A定位的費(fèi)歇爾信息主要受到TDOA 方差的影響；從圖9(c)能看出，A0A/TD0A定位的費(fèi)歇爾信息主要受到AOA方差的影響。 [020引在圖10的仿真中，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隨方差的變化情況。從結(jié)果能看出，=種雙觀測量定位方法的定位誤 差限均隨方差增大而減小。從圖10(a)能看出，RSS/A0A定位誤差限主要受到AOA方差的 影響；從圖10化）能看出，RSS/TD0A定位誤差限主要受到TDOA方差的影響；從圖10(c)能 看出，AOA/TDOA定位誤差限主要受到AOA方差的影響。
[0209] 在圖11的仿真中，圖11 (a)給出了RSS/TD0A/A0A定位方法的費(fèi)歇爾信息隨方差 的變化情況；圖11(b)給出了RSS/TD0A/A0A定位方法的定位誤差限隨方差的變化。從仿 真結(jié)果能看出，相比于單和雙觀測量定位方法，RSS/TD0A/A0A定位方法具有更大的費(fèi)歇爾 信息和更小的定位誤差限。同時，RSS/TD0A/A0A定位的費(fèi)歇爾信息和定位誤差限主要受到 AOA方差的影響，其次是TDOA和RSS方差的影響。此外，圖11(b)中少量的定位誤差限取值 突變點(diǎn)主要是由于AP位置，個數(shù)W及相關(guān)度的特殊取值所造成的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評價方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟一、選定定位目標(biāo)區(qū)域； 步驟二、確定定位目標(biāo)區(qū)域中接入點(diǎn)AP的位置； 步驟三、令目標(biāo)區(qū)域內(nèi)第i個用戶可能位置為θι= (Xi，yi); 步驟四、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，分別計算關(guān)于第i個用戶可能位置的三個單觀測量定 位誤差限，即AOA定位誤差限V (A) y RSS定位誤差限V (R) i以及TDOA定位誤差限V (T) 1; 所述單觀測量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過程中，使用一個觀測量的信息來進(jìn) 行用戶位置估計時的定位誤差限； 所述AOA定位誤差限V (A) i表示：在第i個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計算得 到AOA定位算法的克拉美羅界，即平方位置誤差界； 所述RSS定位誤差限V (R) i表示：在第i個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計算得 到RSS定位算法的克拉美羅界； 所述TDOA定位誤差限VW1表示：在第i個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣計算 得到TDOA定位算法的克拉美羅界； 步驟五、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，分別計算關(guān)于第i個用戶可能位置的三個雙觀測量定 位誤差限，即A0A/RSS定位誤差限V(A/R) p A0A/TD0A定位誤差限V(A/T) i，以及RSS/TD0A 定位誤差限V (Rzt)1; 所述雙觀測量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過程中，使用兩個觀測量的信息來進(jìn) 行用戶位置估計時的定位誤差限； 所述A0A/RSS定位誤差限V (A/R) i表示：在第i個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩陣 計算得到A0A/RSS定位算法的克拉美羅界； 所述4(^八0(^定位誤差限￥仏/1')1表示：在第1個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩 陣計算得到A0A/TD0A定位算法的克拉美羅界； 所述1?5/11)(^定位誤差限￥〇?/1')1表示：在第1個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾信息矩 陣計算得到RSS/TD0A定位算法的克拉美羅界； 步驟六、利用費(fèi)歇爾信息矩陣，計算關(guān)于第i個用戶可能位置的三觀測量定位誤差限， 即 A0A/TD0A/RSS 定位誤差限 V(A/T/R) 1; 所述三觀測量定位誤差限表示：在室內(nèi)WLAN定位過程中，使用三個觀測量的信息來進(jìn) 行用戶位置的估計時的定位誤差限； 所述A0A/TD0A/RSS定位誤差限V(AAyR)1表示：在第i個用戶可能位置，利用費(fèi)歇爾 信息矩陣計算得到A0A/TD0A/RSS定位算法的克拉美羅界； 步驟七、判斷i是否等于η ;若是，則進(jìn)入步驟九；若否，則進(jìn)入步驟八； 步驟八、令i = i+Ι，得到第i+Ι個用戶可能位置，并進(jìn)入步驟三； 步驟九、計算定位目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有用戶可能位置的平均定位誤差限Vare;其中，η表示定位目標(biāo)區(qū)域內(nèi)用戶可能位置的個數(shù)；V(，^表示在第i個用戶可能位置， 利用費(fèi)歇爾信息矩陣計算得到某觀測量定位算法的克拉美羅界； 步驟十、根據(jù)Vare的取值評估各定位算法的性能； 步驟十一、輸出性能最優(yōu)的定位算法。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評價方法， 其特征在于：所述步驟四中，所述RSS定位誤差限V (R)1的表達(dá)式為：其中，〇1為RSS服從的高斯分布噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；β表示路徑損耗指數(shù)，其反映了信號傳 播路徑損耗與距離的關(guān)系；m為AP的個數(shù)；dlk為第i個用戶可能位置到第k個AP (AP k)的 距離，是第i個用戶可能位置坐標(biāo)；(xk，y k)是AP1Jit 置坐標(biāo)；a lk表示第i個用戶可能位置和AP k距離連線與水平面的仰角； 所述TDOA定位誤差限V (T) i的表達(dá)式為：其中，c為電磁波傳播的速度，約為光速；σ τ為信號到達(dá)時間服從高斯分布噪聲的標(biāo) 準(zhǔn)差； 所述AOA定位誤差限V (A)1的表達(dá)式為：其中，C α為信號到達(dá)角度服從高斯分布噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評價方法， 其特征在于：所述步驟五中，所述AOA/RSS定位誤差限V(AA)1的表達(dá)式為：其中，P 13為RSS與AOA的相關(guān)度； 所述RSS/TD0A定位誤差限V (R/T) i的表達(dá)式為：其中，P 12為RSS與TDOA的相關(guān)度； 所述A0A/TD0A定位誤差限V (A/T) i的表達(dá)式如下：其中，P 23為AOA與TDOA的相關(guān)度。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/A0A/TD0A定位性能的評價方法， 其特征在于：所述步驟六中，所述六(^八0(^/1?3定位誤差限￥仏/1'/1?)1的表達(dá)式為：其中，表示墻壁和地板對信號的衰減；P(d。）表 示參考位置，即與AP距離為d。處的信號強(qiáng)度；表示第i個用戶可能位置處接收到六匕的 信號強(qiáng)度估計值；表示第i個用戶可能位置與六匕的距 離估計值表示第i個用戶可能位置和APk距離連線與水平面的 仰角估計值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于室內(nèi)WLAN環(huán)境下RSS/AOA/TDOA定位性能的評價方法，首先，根據(jù)室內(nèi)WLAN環(huán)境下信號分布的統(tǒng)計特性，令不同的觀測量分別服從各自的高斯分布；然后，利用費(fèi)歇爾信息矩陣的特性，分別計算單獨(dú)RSS，AOA以及TDOA定位方法的誤差限；其次，利用多元正態(tài)分布函數(shù)刻畫多觀測量的概率分布，分別計算得到RSS/AOA，RSS/TDOA，AOA/TDOA以及AOA/TDOA/RSS混合定位方法的誤差限；最后，定量分析基于不同觀測量的定位方法對誤差限的影響，綜合評估RSS/AOA/TDOA的定位性能。本發(fā)明提高了室內(nèi)WLAN定位方法的定位精度。
【IPC分類】H04W24/08, H04W64/00
【公開號】CN105188082
【申請?zhí)枴緾N201510473940
【發(fā)明人】周牧, 邱楓, 田增山, 王煙濛, 王斌, 唐云霞, 何維, 楊曉波
【申請人】重慶郵電大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月5日