CN109557505A - Tdoa定位方法及装置、存储介质、电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种TDOA定位方法及装置、存储介质、电子装置，其中，方法包括：在多个测量站中任意选取三个测量站作为第一测量站组，对于第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；在多个测量站中选取三个测量站作为第二测量站组，对于第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，第二测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站相同；根据以下对象对于多个测量站进行到达时间差TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息。本发明可以解决相关技术中进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题，进而达到在降低TDOA定位过程中的计算量的同时，减少受噪声干扰的效果。

Description

TDOA定位方法及装置、存储介质、电子装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其是一种TDOA定位方法及装置、存储介质、电子装置。

背景技术

到达时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)定位是一种无源定位技术，是信号处理领域中的一个研究重点，广泛应用于雷达、声呐、无线通信等领域。TDOA定位是指在空间布局多台测量接收机，利用信号到达不同测量接收机的时间差实现对目标信号的定位。目前，在TDOA定位过程中通常包括非迭代与迭代两种方式。

目前，相关技术中对于采用迭代方式进行TDOA定位往往基于泰勒Taylor算法得以实现，Taylor算法是基于泰勒级数展开的最小二乘估计迭代方法，具体而言，首先在目标位置的初始估计点利用泰勒级数展开，忽略二次以上项，将非线性方程变为线性方程，采用最小二乘法进行估计；其次，利用估计的偏移量修正估计的目标位置，不断迭代，最终得到对目标位置的最优估计。

虽然上述基于Taylor算法的方式在一定条件下能够有效实现TDOA定位，但上述Taylor算法在实现过程中需要确定一个初始测量值，如果初始测量值没有设定好，即相对于测量接收机的距离过远，则Taylor算法无法获得结果。尤其是几何因子(GeometricDilution Of Precision，GDOP)较差或者噪声比较大条件下进行Taylor处理时，线性化操作会带来较大误差，可能导致最小二乘算法求伪逆值偏差极大，最终导致无法获得结果。

相关技术中，对于上述初始测量值的确定，相关技术中通常采用CHAN算法获取Taylor算法中的初始测量值，但上述CHAN算法获取初始测量值的方式需要获取先验统计信息，计算量较大，并且在噪声较大时，该方法的性能明显下降，进而导致上述初始测量值的偏差较大，以造成基于Taylor算法进行TDOA定位时的效果不佳。

针对相关技术中，进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题，相关技术中尚未提出有效的解决方案，

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种TDOA定位方法及装置、存储介质、电子装置，以解决相关技术中进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种TDOA定位方法，所述方法包括：

在多个测量站中任意选取三个所述测量站作为第一测量站组，对于所述第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第二测量站组，对于所述第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，所述第二测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站相同；

根据以下对象对于所述多个测量站进行TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息。

可选地，所述根据以下对象对于所述多个测量站进行TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息，包括：

根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息；

根据所述定位初始值对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

可选地，所述第一解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解；所述第二解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解。

可选地，所述根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息，包括：

根据所述第一解算信息与所述第二解算信息的组合，判断是否存在解算结果信息；

当存在所述解算结果信息时，将所述解算结果信息作为所述定位初始值；或者，

当不存在所述解算结果信息时，在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第三测量站组，对于所述第三测量站组进行解算处理获取第三解算信息；其中，所述第三测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站或所述第二测量站组中的所述三个测量站相同；

根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息、所述第三解算信息。

可选地，所述根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息，之后，还包括：

判断所述定位初始值是否位于所述多个测量站的预设范围内；

当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围内，根据所述定位初始值进行迭代处理，以对于所述多个测量站进行所述TDOA定位；或者，

当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围外，采用非迭代方式对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

可选地，所述当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围内，根据所述定位初始值进行迭代处理，以对于所述多个测量站进行所述TDOA定位，包括：

当所述迭代处理的迭代次数超过预设的阈值时，对所述定位初始值进行正则化修正处理。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种TDOA定位装置，所述装置包括：

第一解算模块，用于在多个测量站中任意选取三个所述测量站作为第一测量站组，对于所述第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

第二解算模块，用于在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第二测量站组，对于所述第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，所述第二测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站相同；

定位模块，用于根据以下对象对于所述多个测量站进行TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息。

可选地，所述定位模块，包括：

获取单元，用于根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息；

定位单元，用于根据所述定位初始值对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本发明，由于通过多个测量站中选取的第一测量站组与第二测量站组进行解算处理而获取的第一解算信息与第二解算信息进行TDOA定位，避免了相关技术中通过先验统计信息获取初始测量值的计算过程；因此，本发明可以解决相关技术中进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题，进而达到在降低TDOA定位过程中的计算量的同时，减少受噪声干扰的效果。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的TDOA定位方法的流程图；

图2为根据本发明具体实施例提供的TDOA定位中定位初始值获取方法的流程图；

图3为根据本发明实施例提供的TDOA定位装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明的实施例，提供了一种TDOA定位方法，图1为根据本发明实施例提供的TDOA定位方法的流程图，如图1所示，该测试方法包括：

S102，在多个测量站中任意选取三个测量站作为第一测量站组，对于第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

S104，在多个测量站中选取三个测量站作为第二测量站组，对于第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，第二测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站相同；

S106，根据以下对象对于多个测量站进行TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息。

通过本实施例中的方法，由于通过多个测量站中选取的第一测量站组与第二测量站组进行解算处理而获取的第一解算信息与第二解算信息进行TDOA定位，避免了相关技术中通过先验统计信息获取初始测量值的计算过程；因此，本实施例中的方法可以解决相关技术中进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题，进而达到在降低TDOA定位过程中的计算量的同时，减少受噪声干扰的效果。

在一可选实施例中，上述S106中，根据以下对象对于多个测量站进行TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息，包括：

根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息；

根据定位初始值对于多个测量站进行TDOA定位。

需要进一步说明的是，上述定位初始值作为TDOA测量过程中的参考值，即将根据第一解算信息以及第二解算信息信息获取的位置作为TDOA定位中的初始参考位置；通过上述技术方案，可有效避免后续迭代过程中出现发散。

在一可选实施例中，第一解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解；第二解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解。

在一可选实施例中，根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息，包括：

根据第一解算信息与第二解算信息的组合，判断是否存在解算结果信息；

当存在解算结果信息时，将解算结果信息作为定位初始值；或者，

当不存在解算结果信息时，在多个测量站中选取三个测量站作为第三测量站组，对于第三测量站组进行解算处理获取第三解算信息；其中，第三测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站或第二测量站组中的三个测量站相同；

根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息、第三解算信息。

在一可选实施例中，根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息，之后，还包括：

判断定位初始值是否位于多个测量站的预设范围内；

当定位初始值位于多个测量站的预设范围内，根据定位初始值进行迭代处理，以对于多个测量站进行TDOA定位；或者，

当定位初始值位于多个测量站的预设范围外，采用非迭代方式对于多个测量站进行TDOA定位。

需要进一步说明的是，上述预设范围包括多个测量站的所在范围，以及多个测量站的延长方向上；上述非迭代方法可采用LCLS算法。

上述技术方案中，预设范围具体包括多个测量站的所在区域内、多个测量站的周边区域内，以及多个测量站的延长线之上；上述迭代或非迭代方式用于指示对于定位初始值的处理方式，对于定位初始值位于预设范围外的情况，可以采用LCLS算法进行迭代处理。在一可选实施例中，当定位初始值位于多个测量站的预设范围内，根据定位初始值进行迭代处理，以对于多个测量站进行TDOA定位，包括：

当迭代处理的迭代次数超过预设的阈值时，对定位初始值进行正则化修正处理。

为更清楚的描述本实施例中记载的TDOA定位中的定位初始值获取方法，以下通过具体实施例的方式进行进一步说明：

具体实施例1

图2为根据本发明具体实施例提供的TDOA定位中定位初始值获取方法的流程图，如图2所示，假设有N个测量站同时接收辐射源发射的信号，首先选取测量站组合1-2-3(1-2-3表示选取标号为1，2和3的测量站进行TDOA定位，后面叙述以此类推，此处，1-2-3即为上述实施例中的第一测量站组)进行解算，会出现三种情况：1单解，2模糊解(双解)以及0无解。同理测量站组合1-2-4(即为上述实施例中的第二测量站组)进行解算也会出现三种情况：1单解，2模糊解(双解)，0无解。上述第一测量站组与第二测量站组对应解算结果的相互组合则会出现9种解的组合。譬如，11(表示1-2-3组合与1-2-4组合的解算结果都是单解的情况，后面叙述以此类推)组合，结果可以取平均；12，21，22组合可以通过找到距离最近两个解，取平均确定最后的解；10，01组合则由于有且只有一个有解的结果，故可直接将对应有解的结果作为解算结果。如果出现02，20，00这三种情况，那么无法判定最后的解，即无法获得定位初始值，因而再取一组三站组合1-4-5(即上述实施例中的第三测量站组)进行解算。前两种三站解算的解的组合20与1-4-5的单解的组合为201，即三组三站的解分别是模糊解，无解，单解，因而可以通过找到距离最近两个解，取平均确定最后的解。类似的，上述组合中的201，021，001，202，022组合均可获取对应的解算结果，而当出现002，200，020，000时，则无法为Taylor算法提供初始迭代值。

在绝大部分情况下，通过上述两组三站组合基本可以给出初始迭代值，计算量低。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

实施例2

根据本发明的另一个实施例，还提供了一种TDOA定位装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图3为根据本发明实施例提供的TDOA定位装置的结构框图，如图3所示，该装置包括：

第一解算模块202，用于在多个测量站中任意选取三个测量站作为第一测量站组，对于第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

第二解算模块204，用于在多个测量站中选取三个测量站作为第二测量站组，对于第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，第二测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站相同；

定位模块206，用于根据以下对象对于多个测量站进行TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息。

通过本实施例中的装置，由于通过多个测量站中选取的第一测量站组与第二测量站组进行解算处理而获取的第一解算信息与第二解算信息进行TDOA定位，避免了相关技术中通过先验统计信息获取初始测量值的计算过程；因此，本实施例中的装置可以解决相关技术中进行TDOA定位时由于获取初始测量值的计算复杂度大，并且易于受到噪声影响的问题，进而达到在降低TDOA定位过程中的计算量的同时，减少受噪声干扰的效果。

在一可选实施例中，定位模块206，包括：

获取单元2062，用于根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息；

定位单元2064，用于根据定位初始值对于多个测量站进行TDOA定位。

在一可选实施例中，第一解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解；第二解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解。

在一可选实施例中，获取单元2062，包括：

根据第一解算信息与第二解算信息的组合，判断是否存在解算结果信息；

当存在解算结果信息时，将解算结果信息作为定位初始值；或者，

当不存在解算结果信息时，在多个测量站中选取三个测量站作为第三测量站组，对于第三测量站组进行解算处理获取第三解算信息；其中，第三测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站或第二测量站组中的三个测量站相同；

根据以下对象获取定位初始值：第一解算信息、第二解算信息、第三解算信息。

在一可选实施例中，获取单元2062，还包括：

判断定位初始值是否位于多个测量站的预设范围内；

当定位初始值位于多个测量站的预设范围内，根据定位初始值进行迭代处理，以对于多个测量站进行TDOA定位；或者，

当定位初始值位于多个测量站的预设范围外，采用非迭代方式对于多个测量站进行TDOA定位。

在一可选实施例中，当定位初始值位于多个测量站的预设范围内，根据定位初始值进行迭代处理，以对于多个测量站进行TDOA定位，包括：

当迭代处理的迭代次数超过预设的阈值时，对定位初始值进行正则化修正处理。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例3

本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，在多个测量站中任意选取三个测量站作为第一测量站组，对于第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

S2，在多个测量站中选取三个测量站作为第二测量站组，对于第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，第二测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站相同；

S3，根据以下对象对于多个测量站进行TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

实施例4

本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，在多个测量站中任意选取三个测量站作为第一测量站组，对于第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

S2，在多个测量站中选取三个测量站作为第二测量站组，对于第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，第二测量站组中的三个测量站至多部分与第一测量站组中的三个测量站相同；

S3，根据以下对象对于多个测量站进行TDOA定位：第一解算信息、第二解算信息。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种TDOA定位方法，其特征在于，所述方法包括：

在多个测量站中任意选取三个所述测量站作为第一测量站组，对于所述第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第二测量站组，对于所述第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，所述第二测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站相同；

根据以下对象对于所述多个测量站进行到达时间差TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据以下对象对于所述多个测量站进行TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息，包括：

根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息；

根据所述定位初始值对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解；所述第二解算信息包括以下至少之一：单解、模糊解、无解。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息，包括：

根据所述第一解算信息与所述第二解算信息的组合，判断是否存在解算结果信息；

当存在所述解算结果信息时，将所述解算结果信息作为所述定位初始值；或者，

当不存在所述解算结果信息时，在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第三测量站组，对于所述第三测量站组进行解算处理获取第三解算信息；其中，所述第三测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站或所述第二测量站组中的所述三个测量站相同；

根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息、所述第三解算信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息，之后，还包括：

判断所述定位初始值是否位于所述多个测量站的预设范围内；

当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围内，根据所述定位初始值进行迭代处理，以对于所述多个测量站进行所述TDOA定位；或者，

当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围外，采用非迭代方式对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述当所述定位初始值位于所述多个测量站的所述预设范围内，根据所述定位初始值进行迭代处理，以对于所述多个测量站进行所述TDOA定位，包括：

当所述迭代处理的迭代次数超过预设的阈值时，对所述定位初始值进行正则化修正处理。

7.一种TDOA定位装置，其特征在于，所述装置包括：

第一解算模块，用于在多个测量站中任意选取三个所述测量站作为第一测量站组，对于所述第一测量站组进行解算处理获取第一解算信息；

第二解算模块，用于在所述多个测量站中选取三个所述测量站作为第二测量站组，对于所述第二测量站组进行解算处理获取第二解算信息；其中，所述第二测量站组中的所述三个测量站至多部分与所述第一测量站组中的所述三个测量站相同；

定位模块，用于根据以下对象对于所述多个测量站进行TDOA定位：所述第一解算信息、所述第二解算信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述定位模块，包括：

获取单元，用于根据以下对象获取定位初始值：所述第一解算信息、所述第二解算信息；

定位单元，用于根据所述定位初始值对于所述多个测量站进行所述TDOA定位。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至6任一项中所述的方法。

10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至6任一项中所述的方法。