專利名稱：一種非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電通信和無(wú)線電定位領(lǐng)域，特別是蜂窩移動(dòng)臺(tái)定位或全球移動(dòng)定位(GPS)中非可視(NLOSNon-Line-Of-Sight)路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法。
背景技術(shù)：
在無(wú)線定位技術(shù)的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，如雷達(dá)定位、聲納定位、廣漠地區(qū)的GPS定位，NLOS傳播路徑不是普遍存在的現(xiàn)象，在這些領(lǐng)域里產(chǎn)生的定位方法也都是建立在有LOS(可視)傳播路徑存在基礎(chǔ)上的。
但是在蜂窩移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)或GPS定位系統(tǒng)中，由于地面建筑的遮擋或地形的起伏，信號(hào)的NLOS傳播成為一種普遍現(xiàn)象，這種由非可視傳播路徑引入的NLOS路徑時(shí)延誤差(即相對(duì)于LOS傳播路徑的相對(duì)時(shí)延)會(huì)導(dǎo)致位置估計(jì)精度顯著降低。一種可以有效地抑制NLOS傳播誤差的技術(shù)途徑是在獲取NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的前提下，使用NLOS路徑時(shí)延誤差的均值把非負(fù)的NLOS路徑時(shí)延誤差矯正為零均值的隨機(jī)變量，然后使用NLOS路徑時(shí)延誤差的方差構(gòu)造加權(quán)最小二乘估計(jì)中的加權(quán)矩陣來(lái)初步抑制NLOS路徑時(shí)延誤差(均值已經(jīng)為零)對(duì)位置估計(jì)的影響，最后再根據(jù)矯正后的NLOS路徑時(shí)延誤差的零均值特性，通過對(duì)位置估計(jì)結(jié)果的多次平均，進(jìn)一步抑制NLOS路徑時(shí)延誤差。這表明，實(shí)時(shí)地獲取NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差是實(shí)現(xiàn)NLOS路徑時(shí)延誤差抑制的一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，一篇編號(hào)為US 5,974,329、專利名稱為“移動(dòng)定位估計(jì)的方法及系統(tǒng)”(Method and System for Mobile Location Estimation)的美國(guó)專利涉及了NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差估計(jì)。該專利涉及的獲取NLOS路徑時(shí)延誤差均值和方差的方法為在進(jìn)行NLOS路徑矯正之前，首先從LOS條件下進(jìn)行的TOA測(cè)量中獲取系統(tǒng)TOA測(cè)量誤差的偏移量δLOS(δLOS不包含NLOS路徑時(shí)延誤差)，在此基礎(chǔ)上，第一步，通過在一段時(shí)間內(nèi)(如幾分鐘)對(duì)一個(gè)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的蜂窩移動(dòng)臺(tái)連續(xù)地進(jìn)行TOA(Time-Of-Arrival)測(cè)量，來(lái)獲取一組包含NLOS路徑時(shí)延誤差的TOA測(cè)量值；第二步，對(duì)這組TOA測(cè)量值進(jìn)行平滑處理，得到一個(gè)平滑后的隨測(cè)量時(shí)刻變化的TOA曲線；第三步，把平滑后的TOA曲線向下移動(dòng)到實(shí)際測(cè)量獲取的TOA曲線(平滑前的曲線)的最大偏移點(diǎn)；第四步，將平滑后的TOA曲線向上移動(dòng)δLOS。在第四步完成后平滑后的TOA曲線就是移動(dòng)臺(tái)與基站真實(shí)距離的估計(jì)值，此時(shí)的平滑后的TOA曲線與該曲線最初位置(第二步完成后的位置)間的偏移量就是NLOS路徑時(shí)延誤差均值的估計(jì)值，在獲取了NLOS路徑時(shí)延誤差均值的估計(jì)值的基礎(chǔ)上，結(jié)合第一步得到的TOA測(cè)量值，就可以計(jì)算出NLOS路徑時(shí)延誤差的方差。
上述編號(hào)為US 5,974,329的專利所揭示的獲取NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的方法具有如下缺點(diǎn)1)要獲取NLOS路徑時(shí)延誤差的均值，在進(jìn)行TOA測(cè)量的過程中，移動(dòng)臺(tái)和基站之間需要出現(xiàn)LOS狀態(tài)，這在實(shí)際系統(tǒng)中無(wú)法保障；2)為了獲取較為準(zhǔn)確的TOA平滑曲線，從而獲取較為準(zhǔn)確的均值和方差，需要對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行多次TOA測(cè)量(如在幾分鐘之內(nèi)對(duì)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行跟蹤測(cè)量)，這就導(dǎo)致獲取的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值、方差不具備實(shí)時(shí)性；3)對(duì)于處于靜止?fàn)顟B(tài)的移動(dòng)臺(tái)，所述的獲取NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的方法無(wú)效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于實(shí)現(xiàn)、實(shí)時(shí)性和適應(yīng)性較好的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，該方法不受移動(dòng)臺(tái)具體位置、是否移動(dòng)、是否有LOS傳播路徑出現(xiàn)的限制，并且使用該方法可以有效地抑制NLOS路徑時(shí)延誤差對(duì)定位精度的影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，包括步驟1根據(jù)移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式確定非可視(NLOS)路徑時(shí)延誤差的分布形式；步驟2利用步驟1確定的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式，確定位置估計(jì)過程中的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；步驟3利用步驟1確定的分布形式和步驟2確定的分布參數(shù)確定NLOS時(shí)延誤差的均值和方差。
如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于到達(dá)時(shí)間(TOA)模式，所述步驟1進(jìn)一步包括
對(duì)于TOA測(cè)量量中離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，把功率時(shí)延分布上徑的判決過程看作N重貝努利試驗(yàn)，就可以得到離散時(shí)間系統(tǒng)中TOA測(cè)量中的NLOS路徑時(shí)延誤差服從幾何分布；對(duì)于TOA測(cè)量量中連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，把離散形式的幾何分布概率密度函數(shù)看作連續(xù)密度函數(shù)的積分，利用離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得TOA測(cè)量誤差中NLOS路徑時(shí)延誤差的概率密度函數(shù)。
對(duì)于TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)可以表示為fδ(δ(s)i)=pi(1-pi)δ(s)iδ(s)i∈(0,1,2...);]]>fδ(δ(s)i)＝0， δ(s)i取(0，1，2...)以外的值；式中的δ(s)i表示TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差值，單位為系統(tǒng)采樣的樣點(diǎn)，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；對(duì)TOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)用可以表示為fδ(δi)=1θie-δiθi,]]>δi大于零；fδ(δi)＝0， δi小于或等于零；式中δi表示第i個(gè)TOA傳播時(shí)延中的NLOS路徑時(shí)延誤差；θi連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TDOA模式，所述步驟1進(jìn)一步包括對(duì)于TDOA測(cè)量量中離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，其分布為離散雙邊指數(shù)分布，利用基于TOA模式離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式可以得到基于離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布；對(duì)于TDOA測(cè)量量中連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，利用兩個(gè)隨機(jī)變量之和的概率密度函數(shù)為兩個(gè)隨機(jī)變量概率密度函數(shù)的卷積得到NLOS路徑時(shí)延誤差的分布。
上述對(duì)于TDOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)可以表示為fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj);δ(s)ij=0;]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pj)δ(s)ij;δ(s)ij>0;]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pi)δ(s)ij;δ(s)ij<0;]]>其中δ(s)ij＝δ(s)i-δ(s)j，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量量中的NLOS路徑時(shí)延誤差量，δ(s)ij是第i和第j個(gè)基站對(duì)應(yīng)的以樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為單位的TDOA測(cè)量量中的NLOS路徑時(shí)延誤差量，pi、pj分別是離散形式下第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量的NLOS路徑時(shí)延誤差量δ(s)i、δ(s)j的分布參數(shù)；對(duì)于TDOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的概率密度函數(shù)可以表示為
fδi,j(δi,j)=1θi+θjeδi,jθj]]>當(dāng)δi，j＜0即δi＜δj時(shí)；fδi,j(δi,j)=1θi+θj]]>當(dāng)δi，j＝0即δi＝δj時(shí)；fδi,j(δi,j)=1θi+θje-δi,jθi]]>當(dāng)δi，j＞0即δi＞δj時(shí)；式中，δij＝δi-δj，θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi，j的分布參數(shù)，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量的NLOS路徑時(shí)延誤差量。
步驟2可以進(jìn)一步包括步驟211獲取用于分布參數(shù)估計(jì)和路徑識(shí)別的功率時(shí)延分布；步驟212判斷是否為非可視路徑信道，如果是非可視路徑信道，確定離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；如果是可視路徑信道，其離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi為1，NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差都為零；步驟213根據(jù)離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
上述獲取的功率時(shí)延分布，在定位測(cè)量過程中獲取，或者在定位測(cè)量之前獲取，或者在定位測(cè)量之后獲取，或者在下行鏈路導(dǎo)頻上獲取，或者在上行鏈路的間歇導(dǎo)頻上獲取。
上述NLOS路徑識(shí)別，利用N個(gè)功率時(shí)延分布上的N個(gè)最強(qiáng)徑的樣本離散系數(shù)識(shí)別，或者利用N個(gè)功率時(shí)延分布中某一個(gè)功率時(shí)延分布的最強(qiáng)徑的強(qiáng)度與最強(qiáng)徑之后的某個(gè)局部最強(qiáng)徑的比值識(shí)別。
上述確定離散形式下的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi通過計(jì)算散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)超過徑判決門限THR的徑的個(gè)數(shù)與散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度的比值得到。
所述散射體統(tǒng)計(jì)窗把NLOS信道下的功率時(shí)延分布上的首徑位置或首徑之后的某個(gè)位置作為其起始點(diǎn)。
步驟2也可以進(jìn)一步包括步驟221獲取用于分布參數(shù)估計(jì)的功率時(shí)延分布；步驟222根據(jù)獲取的功率時(shí)延分布確定離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi；步驟223根據(jù)離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得連續(xù)形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；步驟224根據(jù)離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)識(shí)別出NLOS路徑信道。
所述確定離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi通過計(jì)算散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)超過徑判決門限THR的徑的個(gè)數(shù)與散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度的比值得到。
散射體統(tǒng)計(jì)窗把功率時(shí)延分布上首次超過徑判決門限THR的樣點(diǎn)值的位置作為其起始點(diǎn)，所述樣點(diǎn)值或者是首徑上的樣點(diǎn)值，或者是首徑的旁瓣上的樣點(diǎn)值。
所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi按下述方法取得pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N;]]>
式中pi為離散形式下路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；mk是從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取的第k個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測(cè)到的徑的的個(gè)數(shù)，(k∈1，2，...N)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)。
所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi也可以按下述方法取得pi=s1+s2+...+sNW×N;]]>式中pi為離散形式下路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；sk是從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取的第k個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測(cè)到的超過檢測(cè)門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，(k∈1，2，...N)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)。
連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式的分布參數(shù)θi由下式求得θi=T-1ln(1-pi)]]>式中，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi所述離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)，θi為連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
上述步驟224進(jìn)一步包括如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為1時(shí)，則所述信道就是LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)接近于1時(shí)，則所述信道就是準(zhǔn)LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為其它處于0～1之間的數(shù)值時(shí)，則所述信道就是NLOS信道。
如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TOA模式，所述步驟3進(jìn)一步包括根據(jù)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差；根據(jù)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。
TOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δi]＝θi；方差D[δi]=θi2;]]>θi為到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δ(s)i]=1-pipi;]]>方差D[δ(s)i]=1-pipi2;]]>式中的δ(s)i表示到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TDOA模式，所述步驟3進(jìn)一步包括
根據(jù)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差；根據(jù)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。
TDOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δi，j]＝θj-θi；方差D[δi,j]==θi2+θj2;]]>θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi，j的分布參數(shù)。
采用上述方案獲取移動(dòng)臺(tái)定位中NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的方法，無(wú)須知道移動(dòng)臺(tái)的真實(shí)位置，可以在移動(dòng)臺(tái)定位過程中實(shí)時(shí)地完成NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取；既適用于TOA(Time-Of-Arrival)定位系統(tǒng)，也適用于TDOA(Time-Difference-Of-Arrival)定位系統(tǒng)；還適用于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)中NLOS路徑時(shí)延誤差的抑制，以及適用于GPS定位系統(tǒng)中NLOS路徑時(shí)延誤差的抑制；因此在此基礎(chǔ)上構(gòu)造的NLOS路徑時(shí)延誤差估計(jì)與矯正算法可以顯著地提高NLOS環(huán)境中蜂窩移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)輔助的GPS(Globle Positioning System全球定位系統(tǒng))定位系統(tǒng)的定位精度。


圖1是本發(fā)明所述方法的NLOS路徑時(shí)延誤差均值和方差的獲取流程圖；圖2是圖1所述方法采用的NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法示意圖；圖3是圖1所述方法采用的NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明所述方法的NLOS路徑時(shí)延誤差均值和方差的獲取流程圖。按照?qǐng)D1，首先在步驟1根據(jù)移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式確定位置估計(jì)過程中的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式，以便進(jìn)一步確定需要估計(jì)的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
第一步確定TOA模式下的NLOS路徑時(shí)延誤差的分形式，即確定TOA系統(tǒng)中位置估計(jì)過程中NLOS路徑時(shí)延誤差的分布。
在文獻(xiàn)“G.L.Turin，等“一種適用于市區(qū)多徑傳播的統(tǒng)計(jì)模型”電器和電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)刊，車輛技術(shù)，第21卷，第一期，1972年2月，第1-9頁(yè)”(G.L.Turin，et al，“A statistical model of urban multipathpropagation”，IEEE trans vehicular technology vol.vt-21，no.1，pp.1-9，F(xiàn)eb.1972.)中給出的測(cè)試數(shù)據(jù)，以及適用于NLOS信道的密集散射體模型(I.Bar-David，Delay spread profiles and receiver performance in a densemultipath environment，IEE Proc-Commu.，vol.145，No.1，F(xiàn)ebruary 1998，pp.47-52.)“I.Bar-David，“密集多徑環(huán)境下的時(shí)延擴(kuò)展和接收機(jī)性能”電子工程師協(xié)會(huì)，通信學(xué)報(bào)，第145卷，第一期，1998年2月，第47-52頁(yè)”理論都表明在NLOS信道環(huán)境下、在特定的相對(duì)時(shí)延范圍內(nèi)，多徑在相對(duì)時(shí)延上表現(xiàn)出等概率出現(xiàn)這個(gè)特性，這就決定了具有這種等出現(xiàn)概率的多徑信號(hào)經(jīng)過數(shù)字接收機(jī)的多徑搜索單元后，輸出的功率時(shí)延分布中各個(gè)可分辨徑近似為獨(dú)立同分布的連續(xù)型隨機(jī)變量。
根據(jù)功率時(shí)延分布中各個(gè)可分辨徑近似為獨(dú)立同分布的特點(diǎn)，把功率時(shí)延分布上徑的判決過程看作N重貝努利試驗(yàn)，導(dǎo)出離散時(shí)間系統(tǒng)中TOA測(cè)量中的NLOS路徑時(shí)延誤差服從幾何分布，其概率密度函數(shù)具有公式(1a)的形fδ(δ(s)i)。
fδ(δ(s)i)=pi(1-pi)δ(s)i,δ(s)i∈(0,1,2...);]]>fδ(δ(s)i)＝0，當(dāng)δ(s)i取(0，1，2...)以外的值(1a)式中的δ(s)i表示TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差值，單位為系統(tǒng)采樣的樣點(diǎn)，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；把上述離散的幾何分布概率密度函數(shù)看作連續(xù)密度函數(shù)的積分，就可以利用離散形式下的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求解TOA測(cè)量誤差中NLOS路徑時(shí)延誤差的概率密度函數(shù)的連續(xù)形式，其概率密度函數(shù)具有公式(1b)的形式fδ(δi)。
fδ(δi)=1θie-δiθi,]]>δi大于零；fδ(δi)＝0，δi取小于或等于零 (1b)
式中δi表示第i個(gè)TOA傳播時(shí)延中的NLOS路徑時(shí)延誤差，δi是連續(xù)取值的隨機(jī)變量；θi是fδ(δi)的分布參數(shù)。
根據(jù)公式(1a)和(1b)，將公式(1a)看公式(1b)的分區(qū)間積分形式，可以從離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi導(dǎo)出連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)θi的取值θi=T-1ln(1-pi)---(2)]]>式中，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，單位為微秒。
第二步確定TDOA模式下的NLOS路徑時(shí)延誤差的分形式，即確定TDOA系統(tǒng)中NLOS路徑時(shí)延誤差的分布。
利用TOA誤差分布公式(1a)，可以導(dǎo)出TDOA中NLOS路徑時(shí)延誤差分布的離散形式如公式(3)。式(3)是和NLOS路徑時(shí)延誤差對(duì)應(yīng)的離散雙邊指數(shù)分布的表達(dá)式，δ(s)ij＝δ(s)i-δ(s)j，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量量中的的NLOS路徑時(shí)延誤差量，單位為樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，該樣點(diǎn)數(shù)和樣點(diǎn)間隔的乘積就是NLOS路徑時(shí)延誤差(時(shí)間量綱)，δ(s)ij是第i和第j個(gè)基站對(duì)應(yīng)的以樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為單位的TDOA的NLOS路徑時(shí)延誤差量，單位為樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，δ(s)ij∈(...-3，-2，-1，0，1，2，3，...)，該樣點(diǎn)數(shù)和樣點(diǎn)間隔的乘積就是NLOS路徑時(shí)延誤差(時(shí)間量綱)。
fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj);δ(s)ij=0---(3a)]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pj)δ(s)ij;δ(s)ij>0---(3b)]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pi)δ(s)ij;δ(s)ij<0---(3c)]]>
上式中，δ(s)ij＝δ(s)i-δ(s)j；pi、pj分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量量中的NLOS路徑時(shí)延誤差量δ(s)i、δ(s)j的分布參數(shù)。
TDOA系統(tǒng)的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的連續(xù)形式可以按照如下過程導(dǎo)出利用公式(1b)和隨機(jī)變量線性變換的分布，求出-δj的分布的概率密度函數(shù)，再利用兩個(gè)隨機(jī)變量之和的概率密度函數(shù)為兩個(gè)隨機(jī)變量概率密度函數(shù)的卷積這樣一個(gè)關(guān)系，得到來(lái)年許形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布，即可以求出δi，j＝δi-δj的概率密度函數(shù)如式(4)fδi,j(δi,j)=1θi+θjeδi,jθj,]]>當(dāng)δi，j＜0即δi＜δj時(shí) (4a)fδi,j(δi,j)=1θi+θj,]]>當(dāng)δi，j＝0即δi＝δj時(shí) (4b)fδi,j(δi,j)=1θi+θje-δi,jθi]]>當(dāng)δi，j＞0即δi＞δj時(shí) (4c)式中，δij＝δi-δj，θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi ，j的分布參數(shù)，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量的NLOS路徑時(shí)延誤差量。
在步驟1中，如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為TOA模式，就把NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式(概率密度函數(shù)的類別)確定為公式(1a)和公式(1b)的形式，其中，公式(1a)對(duì)應(yīng)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，公式(1b)對(duì)應(yīng)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差；如果移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為TDOA模式，就把NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式(概率密度函數(shù)的類別)確定為公式(3)和公式(4)的形式，其中，公式(3)對(duì)應(yīng)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，公式(4)對(duì)應(yīng)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差；按照?qǐng)D1，在步驟2估計(jì)位置估計(jì)過程中的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)，根據(jù)步驟1確定的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式(概率密度函數(shù)的類型)，本步驟首先確定出需要估計(jì)的分布參數(shù)的個(gè)數(shù)，對(duì)于公式(1a)和公式(1b)確定的NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式，只需要估計(jì)一個(gè)pi就可以計(jì)算出δ(s)i和δi的均值和方差；對(duì)于公式(3)和公式(4)確定的NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式，就需要估計(jì)出第i，j個(gè)輻射源間的分布參數(shù)pi和pj，才可以計(jì)算出δ(s)ij和δij的均值和方差。
在步驟2進(jìn)行的NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)的估計(jì)按照下述步驟構(gòu)成，參考圖3步驟21獲取用于分布參數(shù)估計(jì)和路徑識(shí)別的功率時(shí)延分布，這一步獲取N個(gè)用于分布參數(shù)估計(jì)和NLOS識(shí)別的功率時(shí)延分布，可以在定位測(cè)量過程中獲取，也可以在定位測(cè)量之前或之后獲取，可以在下行鏈路導(dǎo)頻上獲取，也可以在上行鏈路的間歇導(dǎo)頻上獲取。
在TOA測(cè)量系統(tǒng)中，NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)pi估計(jì)的本質(zhì)是對(duì)移動(dòng)臺(tái)，或GPS接收機(jī)附近散射體密度的估計(jì)，這個(gè)估計(jì)就是通過對(duì)多徑搜索過程中獲得的功率時(shí)延分布的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2是對(duì)NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)pi進(jìn)行估計(jì)的原理示意圖，圖2是以下行鏈路為例對(duì)分布參數(shù)估計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。圖2中的106為多徑搜索單元送來(lái)的某個(gè)小區(qū)的擾碼的功率時(shí)延分布(如果是在上行鏈路上進(jìn)行分布參數(shù)的估計(jì)，就應(yīng)該從間斷導(dǎo)頻上獲取功率時(shí)延分布)，105為徑判決門限THR，101為根據(jù)徑判決門限THR判決出的首徑，102為散射體統(tǒng)計(jì)窗的起始位置，103為散射體統(tǒng)計(jì)窗的結(jié)束位置，首徑位置101與散射體統(tǒng)計(jì)窗的起始位置102間隔1個(gè)碼片的寬度。散射體統(tǒng)計(jì)窗也可以把功率時(shí)延分布上第一個(gè)超過徑判決門限THR的樣點(diǎn)值的位置作為起始點(diǎn)，這個(gè)第一個(gè)超過徑判決門限THR的樣點(diǎn)值可能是NLOS信道下的首徑上的樣點(diǎn)值，也可能是LOS信道下的首徑的旁瓣上的樣點(diǎn)值。這樣來(lái)確定散射體統(tǒng)計(jì)窗的起始點(diǎn)的好處是，對(duì)于大部分的陸地移動(dòng)臺(tái)定位應(yīng)用，在進(jìn)行NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)估計(jì)時(shí)，無(wú)須進(jìn)行步驟22所述的NLOS信道識(shí)別和步驟23所述的LOS信道的分布參數(shù)計(jì)算，可以對(duì)LOS信道的功率時(shí)延分布和LOS信道的功率時(shí)延分布采用統(tǒng)一的方法進(jìn)行NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)的提取(此時(shí)從LOS信道功率時(shí)延分布上提取的NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)pi為1或接近于1)，而且，可以反過來(lái)利用估計(jì)出的NLOS分布參數(shù)來(lái)判斷是否為NLOS信道，如，當(dāng)NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi為1時(shí)就是LOS信道；當(dāng)pi接近于1時(shí)就是準(zhǔn)LOS信道；當(dāng)pi為其他0～1之間的數(shù)值時(shí)就是NLOS信道。散射體統(tǒng)計(jì)窗的起始位置102與散射體統(tǒng)計(jì)窗的結(jié)束位置103之間間隔(即散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度)為若干個(gè)碼片，如1～10個(gè)碼片。104為散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測(cè)到的一個(gè)徑，該徑對(duì)應(yīng)一個(gè)在空間上可分辨的散射體。Dnlos107是NLOS傳播路徑引入的相對(duì)時(shí)延(相對(duì)于LOS傳播路徑)誤差，即NLOS路徑時(shí)延誤差，NLOS路徑時(shí)延誤差具有非負(fù)的特性。通過計(jì)算散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)超過徑判決門限THR的徑的個(gè)數(shù)與散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度的比值，就可以得到離散形式下的NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)pi的最大似然估計(jì)值，所述散射體統(tǒng)計(jì)窗把NLOS信道下的功率時(shí)延分布上的首徑位置或首徑之后的某個(gè)位置作為其起始點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，既可以采用下述公式(5)，也可以采用下述公式(6)來(lái)完成離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)pi的估計(jì)。
pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N---(5)]]>式中pi為NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；mk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗(從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取)內(nèi)檢測(cè)到的徑的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片，通常，W的取值在1～10個(gè)碼片之間；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)，通常，N的取值在1～10之間，所用的N個(gè)功率時(shí)延分布是在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行N次多徑搜索來(lái)得到。為了特殊的目的，如得到更為準(zhǔn)確的分布參數(shù)估計(jì)或更為準(zhǔn)確的NLOS識(shí)別結(jié)果，N也可以取大于10的值；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)，通常，α在1～32之間取值，α值就是一個(gè)徑包含的樣點(diǎn)數(shù)。
pi=s1+s2+...+sNW×N---(6)]]>式中pi為NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；sk是第k(k∈1，2，...N)個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗(從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取)內(nèi)檢測(cè)到的超過檢測(cè)門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)，通常，W的取值在40個(gè)樣點(diǎn)之內(nèi)，典型值為20個(gè)樣點(diǎn)；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)，通常，N的取值在1～10之間，所用的N個(gè)功率時(shí)延分布是在一定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)進(jìn)行N次多徑搜索來(lái)得到。
連續(xù)形式下路徑時(shí)延誤差的分布形式的分布參數(shù)θi可由下式求得θi=T-1ln(1-pi)---(6.5)]]>式中，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)，θi為連續(xù)形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
步驟22，進(jìn)行NLOS信道識(shí)別。該步驟可以采用多種方法進(jìn)行NLOS信道識(shí)別，如，利用N個(gè)功率時(shí)延分布上的N個(gè)最強(qiáng)徑的樣本離散系數(shù)進(jìn)行NLOS識(shí)別，對(duì)于LOS信道，其樣本離散系數(shù)比NLOS信道的樣本離散系數(shù)??；或利用N個(gè)功率時(shí)延分布中某一個(gè)功率時(shí)延分布的最強(qiáng)徑的強(qiáng)度(幅度或功率)與最強(qiáng)徑之后的某個(gè)局部最強(qiáng)徑的比值進(jìn)行NLOS識(shí)別，對(duì)于LOS信道，其最強(qiáng)徑與局部最強(qiáng)徑的比值比較大，一般大于3，而NLOS信道下最強(qiáng)徑與局部最強(qiáng)徑的比值比較小，一般小于3；或根據(jù)離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)識(shí)別出NLOS路徑信道，如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為1時(shí)，則所述信道就是LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)接近于1時(shí)，則所述信道就是準(zhǔn)LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為其它處于0～1之間的數(shù)值時(shí)，則所述信道就是NLOS信道。根據(jù)NLOS信道識(shí)別的結(jié)果，如果是NLOS信道，就進(jìn)入步驟24，如果是LOS信道，就進(jìn)入步驟23；在步驟23對(duì)于LOS信道，其離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi取1，并且，令公式(2)中的θi取零值，此時(shí)的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差都為零在步驟24，利用公式(5)或公式(6)估計(jì)NLOS路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)，如果是采用公式(1.a)和(1b)分布形式的TOA模式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)估計(jì)，只需要估計(jì)pi就能夠完成δ(s)i和δi的分布參數(shù)估計(jì)；如果是采用公式(3)和(4)分布形式的TDOA模式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)估計(jì)，需要估計(jì)pi和pj才能完成對(duì)NLOS路徑時(shí)延誤差δ(s)ij和δij的分布參數(shù)的估計(jì)。和公式(5)或公式(6)對(duì)應(yīng)的散射體統(tǒng)計(jì)窗如圖2所示，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，在NLOS信道環(huán)境下，該搜索窗也可以包含首徑101。
具體說(shuō)，根據(jù)公式(2)，可以由pi得到δi的分布參數(shù)θi。
利用公式(5)或公式(6)求出第i，j個(gè)輻射源間的分布參數(shù)pi和pj之后，就可以獲得離散形式的TDOA系統(tǒng)中NLOS路徑時(shí)延誤差δ(s)ij的分布參數(shù)；利用分布參數(shù)pi、pj和公式(2)，就可以獲得連續(xù)形式的TDOA系統(tǒng)中NLOS路徑時(shí)延誤差δi，j的分布參數(shù)θi和θj。
按照?qǐng)D1，在步驟3完成NLOS路徑時(shí)延誤差均值和方差的計(jì)算。根據(jù)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差；根據(jù)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。具體分下述集中情況在TOA定位模式下，根據(jù)公式(1a)和均值、方差的定義計(jì)算離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差，或者直接利用下述公式(7)、(8)計(jì)算離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差
均值E[δ(s)i]=1-pipi---(7)]]>方差D[δ(s)i]=1-pipi2---(8)]]>式中的δ(s)i表示到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
具體可以利用公式(5)或(6)計(jì)算出TOA系統(tǒng)的幾何分布的分布參數(shù)pi之后，再采用公式(7)、(8)計(jì)算具體的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。
在TOA定位模式下，根據(jù)公式(1b)、公式(2)和均值、方差的定義計(jì)算連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差或者直接采用下述公式(9)、(10)計(jì)算連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差均值E[δi]＝θi(9)方差D[δi]=θi2---(10)]]>θi為到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；具體說(shuō)，對(duì)于連續(xù)分布的第i個(gè)TOA傳播時(shí)延中的NLOS路徑時(shí)延誤差δi，此時(shí)δi服從單邊指數(shù)分布，δi的均值就等于其分布參數(shù)θi的取值，δi的方差就等于其分布參數(shù)θi的平方。利用公式(2)就可以根據(jù)pi計(jì)算出θi，然后利用上述公式(9)、(10)計(jì)算出δi的均值和方差。
在TDOA定位模式下，根據(jù)公式(3)和均值、方差的定義計(jì)算離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差，具體可以在利用公式(5)或(6)計(jì)算出TDOA系統(tǒng)的分布參數(shù)pi、pj之后，再根據(jù)均值和方差的定義和概率密度函數(shù)公式(3)來(lái)計(jì)算δ(s)ij的均值和方差。
在TDOA定位模式下，根據(jù)公式(4)、公式(2)和均值、方差的定義計(jì)算連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差，即利用公式(2)和pi、pj求解出δi，j(TDOA的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差)的分布參數(shù)θi和θj，然后根據(jù)公式(4)和均值、方差的定義，求解出δi，j的均值和方差；或者采用下述公式(11)、(12)計(jì)算NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差均值E[δi，j]＝θj-θi(11)方差D[δi,j]==θi2+θj2---(12)]]>θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi，j的分布參數(shù)。
還需要說(shuō)明，本發(fā)明所述的分布參數(shù)估計(jì)方法可以在移動(dòng)臺(tái)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，也可以在基站內(nèi)實(shí)現(xiàn)；如果移動(dòng)臺(tái)對(duì)接收到的各個(gè)基站的信號(hào)進(jìn)行采樣(如對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行采樣)并將這些信號(hào)上報(bào)到RNC(無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器)或移動(dòng)臺(tái)定位中心，則本發(fā)明所述方法也可以在RNC或移動(dòng)臺(tái)定位中心實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，包括步驟1根據(jù)移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式確定非可視(NLOS)路徑時(shí)延誤差的分布形式；步驟2利用步驟1確定的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式，確定位置估計(jì)過程中的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；步驟3利用步驟1確定的分布形式和步驟2確定的分布參數(shù)確定NLOS時(shí)延誤差的均值和方差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于到達(dá)時(shí)間(TOA)模式，所述步驟1進(jìn)一步包括對(duì)于TOA測(cè)量量中離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，把功率時(shí)延分布上徑的判決過程看作N重貝努利試驗(yàn)，就可以得到離散時(shí)間系統(tǒng)中TOA測(cè)量中的NLOS路徑時(shí)延誤差服從幾何分布；對(duì)于TOA測(cè)量量中連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，把離散形式的幾何分布概率密度函數(shù)看作連續(xù)密度函數(shù)的積分，利用離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得TOA測(cè)量誤差中NLOS路徑時(shí)延誤差的概率密度函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，對(duì)于TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)可以表示為fδ(δ(s)i)=pi(1-pi)δ(s)iδ(s)i∈(0,1,2...);]]>fδ(δ(s)i)＝0， δ(s)i取(0，1，2...)以外的值；式中的δ(s)i表示TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差值，單位為系統(tǒng)采樣的樣點(diǎn)，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；對(duì)TOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)用可以表示為fδ(δi)=1θie-δiθi,]]>δi大于零；fδ(δi)＝0，δi小于或等于零；式中δi表示第i個(gè)TOA傳播時(shí)延中的NLOS路徑時(shí)延誤差；θi連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TDOA模式，所述步驟1進(jìn)一步包括對(duì)于TDOA測(cè)量量中離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，其分布為離散雙邊指數(shù)分布，利用基于TOA模式離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布形式可以得到基于離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布；對(duì)于TDOA測(cè)量量中連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差，利用兩個(gè)隨機(jī)變量之和的概率密度函數(shù)為兩個(gè)隨機(jī)變量概率密度函數(shù)的卷積得到NLOS路徑時(shí)延誤差的分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，對(duì)于TDOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的密度函數(shù)可以表示為fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj);δ(s)ij=0;]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pj)δ(s)ij;δ(s)ij>0;]]>fδ(s)i,j(δ(s)i,j)=pipj(1-pi)(1-pj)1-(1-pi)(1-pj)(1-pi)δ(s)ij;δ(s)ij<0;]]>其中δ(s)ij＝δ(s)i-δ(s)j，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量量中的NLOS路徑時(shí)延誤差量，δ(s)ij是第i和第j個(gè)基站對(duì)應(yīng)的以樣點(diǎn)個(gè)數(shù)為單位的TDOA測(cè)量量中的NLOS路徑時(shí)延誤差量，pi、pj分別是離散形式下第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量的NLOS路徑時(shí)延誤差量δ(s)i、δ(s)j的分布參數(shù)；對(duì)于TDOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差分布的概率密度函數(shù)可以表示為fδi,j(δi,j)=1θi+θjeδi,jθj]]>當(dāng)δi，j＜0即δi＜δj時(shí)；fδi,j(δi,j)=1θi+θj]]>當(dāng)δi，j＝0即δi＝δj時(shí)；fδi,j(δi,j)=1θi+θje-δi,jθi]]>當(dāng)δi，j＞0即δi＞δj時(shí)；式中，δij＝δi-δj，θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi，j的分布參數(shù)，δ(s)i、δ(s)j分別是第i和第j個(gè)基站的TOA測(cè)量的NLOS路徑時(shí)延誤差量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，步驟2進(jìn)一步包括步驟211獲取用于分布參數(shù)估計(jì)和路徑識(shí)別的功率時(shí)延分布；步驟212判斷是否為非可視路徑信道，如果是非可視路徑信道，確定離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；如果是可視路徑信道，其離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi為1，NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差都為零；步驟213根據(jù)離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述獲取的功率時(shí)延分布，在定位測(cè)量過程中獲取，或者在定位測(cè)量之前獲取，或者在定位測(cè)量之后獲取，或者在下行鏈路導(dǎo)頻上獲取，或者在上行鏈路的間歇導(dǎo)頻上獲取。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述NLOS路徑識(shí)別，利用N個(gè)功率時(shí)延分布上的N個(gè)最強(qiáng)徑的樣本離散系數(shù)識(shí)別，或者利用N個(gè)功率時(shí)延分布中某一個(gè)功率時(shí)延分布的最強(qiáng)徑的強(qiáng)度與最強(qiáng)徑之后的某個(gè)局部最強(qiáng)徑的比值識(shí)別。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述確定離散形式下的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi通過計(jì)算散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)超過徑判決門限THR的徑的個(gè)數(shù)與散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度的比值得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于散射體統(tǒng)計(jì)窗把NLOS信道下的功率時(shí)延分布上的首徑位置或首徑之后的某個(gè)位置作為其起始點(diǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，步驟2進(jìn)一步包括步驟221獲取用于分布參數(shù)估計(jì)的功率時(shí)延分布；步驟222根據(jù)獲取的功率時(shí)延分布確定離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi；步驟223根據(jù)離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)求得連續(xù)形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；步驟224根據(jù)離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)識(shí)別出NLOS路徑信道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述確定離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi通過計(jì)算散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)超過徑判決門限THR的徑的個(gè)數(shù)與散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度的比值得到。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于散射體統(tǒng)計(jì)窗把功率時(shí)延分布上首次超過徑判決門限THR的樣點(diǎn)值的位置作為其起始點(diǎn)，所述樣點(diǎn)值或者是首徑上的樣點(diǎn)值，或者是首徑的旁瓣上的樣點(diǎn)值。
14.根據(jù)權(quán)利要求9、10、12或13所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi按下述方法取得pi=(m1+m2+...+mN)×αW×N;]]>式中pi為離散形式下路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；mk是從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取的第k個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測(cè)到的徑的的個(gè)數(shù)，(k∈1，2，...N)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為碼片；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)；α是一個(gè)碼片內(nèi)進(jìn)行的采樣次數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9、10、12或13所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)pi按下述方法取得pi=s1+s2+...+sNW×N;]]>式中pi為離散形式下路徑時(shí)延誤差分布參數(shù)；sk是從第k個(gè)功率時(shí)延分布上截取的第k個(gè)散射體統(tǒng)計(jì)窗內(nèi)檢測(cè)到的超過檢測(cè)門限的樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，(k∈1，2，...N)；W是散射體統(tǒng)計(jì)窗的寬度，單位為樣點(diǎn)；N是為獲取一個(gè)pi的估計(jì)值所采用的功率時(shí)延分布的個(gè)數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布形式的分布參數(shù)θi由下式求得θi=T-1ln(1-pi)]]>式中，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi所述離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)，θi為連續(xù)形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，連續(xù)形式下路徑時(shí)延誤差的分布形式的分布參數(shù)θi由下式求得θi=T-1ln(1-pi)]]>式中，T為系統(tǒng)采樣樣點(diǎn)間隔時(shí)間，pi所述離散形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)，θi為連續(xù)形式下路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，步驟224進(jìn)一步包括如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為1時(shí)，則所述信道就是LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)接近于1時(shí)，則所述信道就是準(zhǔn)LOS信道；如果某一信道離散形式下的路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)為其它處于0～1之間的數(shù)值時(shí)，則所述信道就是NLOS信道。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、6或11所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，所述分布參數(shù)在移動(dòng)臺(tái)內(nèi)求取，或者在基站內(nèi)求取，或者在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器求取，或者在移動(dòng)臺(tái)定位中心求取。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，對(duì)于移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TOA模式，所述步驟3進(jìn)一步包括根據(jù)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差；根據(jù)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，TOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δi]＝θi；方差D[δi]=θi2;]]>θi為到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)；TOA測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δ(s)i]=1-pipi;]]>方差D[δ(s)i]=1-pipi2;]]>式中的δ(s)i表示到達(dá)時(shí)間(TOA)測(cè)量量中包含的離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量，pi為離散形式下NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)所處的工作模式為基于TDOA模式，所述步驟3進(jìn)一步包括根據(jù)離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定離散形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差；根據(jù)連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的分布參數(shù)和概率密度函數(shù)確定連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，其特征在于，TDOA測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差的均值和方差可以表示為均值E[δi，j]＝θj-θi；方差D[δi,j]==θi2+θj2;]]>θi和θj為到達(dá)時(shí)間差(TDOA)測(cè)量量中包含的連續(xù)形式的NLOS路徑時(shí)延誤差隨機(jī)變量δi，j的分布參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非可視路徑時(shí)延誤差的均值和方差的獲取方法，該方法應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)以及GPS定位系統(tǒng)中，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地獲取NLOS誤差的均值和方差，因此可以有效地抑制NLOS誤差對(duì)定位精度的影響；該方法包括三個(gè)步驟組成，首先確定位置估計(jì)過程中的NLOS誤差的分布類型，然后估計(jì)NLOS誤差的分布參數(shù)，最后根據(jù)分布函數(shù)和分布參數(shù)計(jì)算出NLOS誤差的均值和方差。采用上述方法，無(wú)須知道移動(dòng)臺(tái)的真實(shí)位置，可以在移動(dòng)臺(tái)定位過程中實(shí)時(shí)地完成NLOS誤差的均值和方差的獲??；既適用于TOA定位環(huán)境，也適用于TDOA定位環(huán)境，同時(shí)還適用于基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)臺(tái)定位系統(tǒng)和GPS定位系統(tǒng)中NLOS誤差的抑制。
文檔編號(hào)H04W4/02GK1499876SQ02150139
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月7日
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