CN114442034A - 基于双曲线tdoa的定位方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域，公开了一种基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质，方法包括：***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；通过二次线性差值和多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。本发明通过二次线性差值以及多项式拟合，对取得的TDOA值进行精度提高处理，进而基于TDOA值可计算得到高精度的信号源的位置。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着无线网络和物联网技术的迅速发展，万物互联已经不再遥远。如何精准的定位人或物体的位置，是实现万物互联最根本的问题，因此无线定位技术在其中扮演着尤为重要的角色。无线定位技术不管是在军事还是生活当中，都有着十分广阔的应用前景。
在无线定位中，搜索信号源的位置尤为重要，传统的无线定位方法主要有基于接收信号强度(Receive Signal Strength Indication,RSSI)的方法、基于到达时间(Timeof Advent，TOA)的方法和基于到达角度(Angle of Arrival,AOA)的方法。其实这些就是定位所需要的观测量，将这些观测量通过特定的算法计算分析后，即可实现对信号源的定位。
然而，对于RSSI无线定位处理方案，当信号穿过墙壁或其他较大障碍物时，会导致额外的信号衰减，而且容易受到多径的影响导致RSS严重波动，因此其定位精度不佳；对于TOA无线定位处理方案，要求发射端与接收端之间的时钟高度同步，因此对硬件有着较高的要求，十分难以实现；对于AOA无线定位处理方案，所需要的阵列一般较为昂贵而且十分笨重，不易实现，而且定位精度主要取决于得到的AOA的精度，较小的AOA误差可能导致较大的定位精度误差；对于TDOA无线定位处理方案，通过多个接收机(两两配对)分别测量信号从信号源传递到接收机对之间的时间差，当接收机对的位置已知时，便可以通过这些时间差来估计信号源的位置，而传统的TDOA定位方法通常采用三个或三个以上的接收机来对信号源进行定位，每两个接收机之间所测得的TDOA值都对应一个双曲线/面，多个不同的双曲线/面的交点就是信号源的位置，但是当接收机仅有两个的时候，该方法无法准确的定位到信号源的位置。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有定位方法中定位精度不高的技术问题。
本发明第一方面提供了一种基于双曲线TDOA的定位方法，所述定位方法包括：
***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度；
通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；
改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；
根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
可选的，所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：
所述信号源发送的信号为s(t)，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为x(t)，y(t)：
其中，n1(t)，n2(t)为信道传输过程中受到的噪声干扰，A为幅度归一化后y(t)的幅度，t1为信号到达第一接收机处的时延值，t2为信号到达第二接收机处的时延值，所述第一TDOA值为：d＝t2-t1；
所述***通过所述第一接收机和所述第二接收机的接收信号之间的相关性处理，得到所述第一TDOA值，其中，相关性处理包括：
假设所述***在信号收集采样过程中时间是有限的，而且经过AD采样得到的数据是离散的，经过采样之后，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为：
其中，N为信号在时间T内的采样点数，D为所述第一TDOA值所在的采样点，于是将两信号进行互相关处理得到互相关函数：
其中Rss(n-D)是信源信号之间的互相关，
为噪声之间的互相关，互相关函数取得最大值的位置，即是所述第一TDOA值所在的位置；
所述AD采样的速率越高，则采样间隔越小，使得所述第一TDOA值的精度越高，其计算公式为：ts＝n*T。
可选的，所述通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度包括：
经过AD采样得到的数据是离散的，以采样点中的相邻两点为基准画出一条直线，将该两点之间的其他值以直线上的值来代替：
(I0，A0)和(I1，A1)作为原采样点，空心点是假设***的值，其中直线对应的方程为：y＝kt-(kI1-A1)
其中，
为直线的斜率，根据该方程估计出所要***的空心点的值，
在原采样数据两点之间***N个值，那么原采样数据的数量就会变为：M＝Na+N(Na-1)，
采样总的时间没有变，插值之后的采样间隔为：
其中，Ta为采样的总时间，Na远大于N，相差至少一个数量级，T0为原采样间隔，
计算得到原采样速率变为：Fs＝(N+1)F0，其中F0为原采样速率，通过将原采样速率提升至原来的N+1倍，将第一TDOA值的精度提升N+1倍。
可选的，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
多项式拟合包括：构建函数y＝f(x)，使其去无限的逼近原函数g(x)，使得其偏差δ＝∑|f(x)-g(xi)|(i＝1，2，3…N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点；
多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(xa，ya)，在二次插值时将其两点之间***了N个数，将采样间隔等效为原来的1/N，得到精度提高的第一TDOA值：tr＝(xa-300)*Ta/N。
可选的，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
多项式拟合包括：假设有n个采样点，构建一个m次的多项式(m＜n)，其构建方式为：f(x)＝a0+a1x1+a2x2+…+amxm，
在计算函数拟合函数时，利用最小二乘法的方法来计算，如下式所示：
求出使得ε最小的f(x)，
多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(xa，ya)，在二次插值时将其两点之间***了100个数，将采样间隔等效为原来的1/100，得到精度提高的第一TDOA值：tr＝(xa-300)*Ta/100。
可选的，所述根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线包括：
所述***计算信号源到所述第一接收机和所述第二接收机之间的距离差，距离差公式为：Rd＝c*td，
其中，Rd为信号源到到所述第一接收机和所述第二接收机之间的距离差，c为电磁波在空间中的传播速度，td为精度提高后的第一TDOA值；
计算得到第一双曲线：
其中，(x1，y1)为所述第一接收机的位置，(x2，y2)为所述第二接收机的位置。
可选的，所述改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线包括：
改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置；
所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第二TDOA值；
通过二次线性差值提高所述第二TDOA值的精度；
通过多项式拟合提高所述第二TDOA值的精度；
根据精度提高后的所述第二TDOA值计算得到第二双曲线。
可选的，所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：
所述***进行多次数据采集测量，获取对应的多个第一TDOA值；
在多个所述第一TDOA值中舍弃符合离群判定条件的第一TDOA值；
对剩余的所述第一TDOA值取平均值后作为所述第一TDOA值。
本发明第二方面提供了一种基于双曲线TDOA的定位装置，所述定位装置包括：
获取模块，用于获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
精度提高模块，用于通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度，以及通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
计算模块，用于根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线，用于计算第二双曲线，并根据根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
本发明的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的基于双曲线TDOA的定位方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供定位方法，在获得到两个接收机的TDOA值后，通过二次线性差值以及多项式拟合，对该TDOA值进行精度提高处理，使得该TDOA值显著提高了其精度，进而后续在基于TDOA值计算信号源的位置时，可以计算得到高精度的信号源的位置。除此之外，通过改变两个接收机的位置，达到多个接收机探测定位的效果。
附图说明
图1为本发明实施例基于双曲线TDOA的定位方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例双曲线定位处理的一种场景示意图；
图3为本发明实施例基于二次线性差值的精度提高处理的一种场景示意图；
图4为本发明基于双曲线TDOA的定位方法的一种场景示意图；
图5为本发明基于双曲线TDOA的定位装置的一种结构示意图。
具体实施方式
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”、“第三”、“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，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。
在介绍本发明提供的基于双曲线TDOA的定位方法之前，首先介绍本发明所涉及的背景内容。
本发明提供的基于双曲线TDOA的定位方法、装置以及计算机可读存储介质，可应用于信号源的定位***，用于在TDOA无线定位处理方案中，通过二次线性差值以及多项式拟合，对取得的TDOA值进行精度提高处理，进而基于TDOA值可计算得到高精度的信号源的位置。
TDOA定位是指通过多个接收机(两两配对)分别测量信号从信号源传递到接收机对之间的时间差，当接收机对的位置已知时，便可以通过这些时间差来估计信号源的位置。传统的TDOA定位方法通常采用三个或三个以上的接收机来对信号源进行定位，每两个接收机之间所测得的TDOA值都对应一个双曲线/面，多个不同的双曲线/面的交点就是信号源的位置。
本发明提及的基于双曲线TDOA的定位方法，其执行主体可以为信号源的定位装置，或者集成了该信号源的定位装置的信号源的定位***。其中，信号源的定位装置可以采用硬件或者软件的方式实现，信号源的定位***可以通过设备集群的方式设置，***所涉及的设备具体可以为服务器、物理主机或者用户设备(User Equipment，UE)等不同类型的，UE具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)等终端设备。
此外，基于双曲线TDOA的定位***，除了可以结合与***外部的接收机甚至信号源进行协同工作，以确定信号源的位置，也可以***中直接包括接收机甚至信号源，具体可随具体的应用场景调整。
本发明实施例提供了一种基于双曲线TDOA的定位方法、装置及计算机可读存储介质。
为便于理解，下面对本发明实施例的进行具体描述，请参阅图1，本发明实施例中基于双曲线TDOA的定位方法的一个实施例包括：
101、***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值
第一TDOA值是第一接收机和第二接收机对于信号源发出的信号的接收时间点之间的时延值。计算第一TDOA时延值包括两种方法，一种是直接通过测量得到的TOA值做差得到第一TDOA的方法，另一种是通过两接收信号之间的相关性来做相关处理得到第一TDOA值。
102、通过二次线性差值提高第一TDOA值的精度
第一TDOA值的精度与信号的采样速率有关。信号的采样速率就是接收装置上AD采样的速率，而一般的AD采样速率都不高，因此通过二次线性差值的方法可以提高AD采样速率，进而提高第一TDOA值的精度。
103、通过多项式拟合提高第一TDOA值的精度
多项式拟合是数学上常用于利用多个点构建拟合函数的方法，目的是让拟合函数与这些点之间的偏差最小。通过构建函数y＝f(x)，使其去无限的逼近原函数g(x),使得其偏差δ＝∑|f(x)-g(xi)|(i＝1，2，3…N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点。
104、根据精度提高后的第一TDOA值计算得到第一双曲线
在得到较为精确的第一TDOA值之后，就可以求出信号源到两接收机之间的距离差，根据双曲线原理可以知道，信号源在以两接收机为焦点，距离差为长轴的双曲线上，进而计算得到第一双曲线。
105、改变第一接收机或/和第二接收机的位置，计算得到第二双曲线
通过改变第一接收机或者第二接收机的位置实现多个接收机接收信号的目的，重新进行信号采集与分析，重复上述步骤，***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第二TDOA值；通过二次线性差值和多项式拟合提高第二TDOA值的精度；根据精度提高后的第二TDOA值计算得到第二双曲线。
106、根据第一双曲线和第二双曲线的交点计算信号源的定位
如图2所示，第一双曲线和第二双曲线的交点，就是信号源所在的位置。
本方法实施例定位算法十分简单，其定位精度主要依赖与计算得到的TDOA的精度。可以理解的是，本发明实施例所提出的定位方法，是在TDOA无线处理方案的应用场景下，按照传统的TDOA值进行对应信号源的位置的计算的，而在这过程中，则通过对TDOA值进行精度提高处理，即，在输入数据至输出数据之间，通过提高中间参数的精度，进而可输出高精度的输出数据。
具体地，在步骤S101中，所获取的第一TDOA值，可以是从***本地或者其他设备处直接提取到的、现成的TDOA值，其中，对于提取的TDOA值，其还可携带或者配置相关信息，例如接收信号的信号内容、时间点、设备标识等。此外，在步骤S101中的TDOA，也可以是***实时处理的，或者，也可以是在历史时间段处理得到的，在触发本发明所提供的信号源的定位方法时，提取即可。
以第一种方法为例，***实时处理第一TDOA值，作为一种适于实用的实现方式，可以采用直接测量的方式，例如：***获取第一接收机对于信号源发出的信号的接收时间点t1；***获取第二接收机对于信号源发出的信号的接收时间点t2；***求得接收时间点t1与接收时间点t2之间的时延值，作为第一TDOA值。
可以看出，在该直接测量方式下，遵循TDOA值作为两接收机接收到的信号之间的到达时间差(时延值)的原则，直接取其差值使用。
此外，作为又一种适于实用的实现方式，即第二种计算第一TDOA时延值的方法，还可以通过两接收信号之间的相关性来做相关处理得到第一TDOA值，例如本发明实施例具体可以采用广义互相关算法(Generalized Cross Correlation，GCC)进行该处理，具体的：
假设信号源发送的信号为s(t)，两个接收机接收到的信号为x(t)，y(t)：
其中，n1(t)，n2(t)为信道传输过程中受到的噪声干扰，A为幅度归一化后y(t)的幅度，t1为信号到达第一接收机处的时延值，t2为信号到达第二接收机处的时延值，所述第一TDOA值为：
d＝t2-t1 (2)
假设在信号收集采样过程中时间是有限的，而且经过AD(Analogue to Digital，模/数)采样得到的数据是离散的，经过采样之后两信号分别为：
其中，N为信号在时间T内的采样点数，D为第一TDOA值所在的采样点，两信号进行互相关处理有：
其中，Rss(n-D)是信源信号之间的互相关，
为噪声之间的互相关，互相关函数取得最大值的位置，是TDOA值所在的位置，
但是，由式(3)可以得知n的取值只能为正整数，所以计算得到的第一TDOA值只能是采样间隔T的整数倍，所以TDOA值的精度与AD采样的速率有着密切关系，AD采样的速率越高，则采样间隔越小，使得第一TDOA值的精度越高，其计算公式如下：
ts＝n*T (5)
可以看出，在获取第一TDOA值的过程中，***也可通过优化获取方式，提高获取的初始第一TDOA值的精度。
进一步的，通过对不同调制方式在有噪环境下的仿真分析可以发现，在两信号进行互相关运算的时候，互相关函数的峰值点可能会产生偏移，由实际峰值偏差到另一个峰值，将导致粗略时延值产生极大的误差，其误差可能会达到好几百纳秒，使得该时延值不可信，无法用于定位，
为解决此处有噪环境下定位困难的该问题，本发明实施例还提出了一种多次测量消除离群值的应对方案，***在计算所述第一TDOA值的过程中，包括：***进行多次数据采集测量，获取对应的多个第一TDOA值；在多个第一TDOA值中舍弃符合离群判定条件的第一TDOA值；对剩余的第一TDOA值取平均值后作为第一TDOA值。
通过离群判定处理以及均值处理，就得到可以保障十分精确的第一TDOA值了，因为在所设计的硬件平台上，信噪比基本上在10dB以上，而信噪比为10dB时，算法的离群概率远小于50％，仅为13.3％，所以很容易实现消除离群值的处理，而且进行了取平均，所以结果更为整合，使得计算得到的第一TDOA精度变得更高，可以有效的解决噪声对信号源定位干扰的问题。
而在获得初始第一TODA值后，初始第一TDOA值，还可能受到接收机上AD采样的速率的影响(一般的AD采样速率都不高)，导致了计算得到的第一TDOA值的精度并不高，也就是现有TDOA无线定位方案存在的问题，对于该问题，本实施例由步骤S102进行进一步的精度提高处理。
具体地，在步骤S102中，参照图3示出的本发明基于二次线性差值的精度提高处理的一种场景示意图，以离散点中的相邻两点为基准画出一条直线，将该两点之间的其他值以直线上的值来代替：
两实心点(I0，A0)和(I1，A1)为原采样点，空心点是假设***的值，其中直线对应的方程为：
y＝kt-(kI1-A1) (6)
其中，
为直线的斜率，根据此公式估计出所要***的空心点的值，
假设需要在原采样数据两点之间***N个值，那么原采样数据的数量为：
M＝Na+N(Na-1) (7)
但是采样总的时间没有变，只是数据长度变了，插值之后的采样间隔可以表示如下：
其中，Ta为采样的总时间，因为通常情况下Na要远大于N，相差至少一个数量级，将其等效如下：
其中，T0为原采样间隔，最后将原采样速率变等效为：
Fs＝(N+1)F0 (10)
可以发现，对于步骤S101所获得的初始TDOA值，其精度存在较为粗略的情况，而本发明在引入二次线性差值以及多项式拟合的精度提高处理后，则可对其精度进行显著的提高。
其中，对于执行的二次线性差值的精度提高处理，本发明认为N并不是越大越好，因为它会受到两信号实际时延量级、信号噪声还有AD采样速率的限制。
因此，本发明继续结合多项式拟合的精度提高处理，利用多个点构建拟合函数的方法，目的是让拟合函数与这些点之间的偏差最小，提高第一TDOA值的精度。
具体地，在步骤S103中，构建函数y＝f(x)，使其无限逼近原函数g(x)，使其偏差δ＝∑|f(x)-g(xi)|(i＝1，2，3…N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点。
假设有n个采样点，构建一个m次的多项式(m＜n)，其构建方式如下所示：
f(x)＝a0+a1x1+a2x2+…+amxm (11)
在计算拟合函数时，利用最小二乘法的方法来计算，如下式所示：
将式(11)带入式(12)，求出使得ε最小的f(x)，
在计算TDOA值时，二次插值并多项式拟合得到f(x)之后，求出其最大值所对应的函数点(xa，ya)，该函数点可以称为互相关函数的精细峰值点，因为在二次插值时将其两点之间***了100个数，此时N远大于N，根据式(8)可知，将采样间隔等效为原来的1/100，计算精细时延值为：
tr＝(xa-300)*Ta/100 (13)
经测试，本发明在以“软方式”、以二次线性插值以及多项式拟合相结合的方式，提高TDOA值的精度后，可以将TDOA值的精度提高至ns级别。
具体地，在步骤S104中，***求信号源到两个接收机之间的距离差，其距离差公式如下所示：
Rd＝c*td (14)
其中，Rd为信号源到两个接收机之间的距离差，c为电磁波在空间中的传播速度，假定为光速，td为计算经过精度提高处理后的第一TDOA值，
根据双曲线原理，信号源在以两个接收机为焦点，距离差为长轴的双曲线上，其具体公式如下所示：
其中，(x1，y1)为第一接收机的位置，(x2，y2)为第二接收机的位置。
在步骤S105和步骤S106中，在改变两个接收机的位置后(可以由***触发、执行位置的改变处理、也可以监测接收机的位置变化)，***重新进行信号采集与分析，重新确定另一条双曲线的位置，两条双曲线的交点为信号源的所在位置。
为便于理解此处的信号源的计算处理，还可结合图4示出的本发明双曲线定位处理的一种场景示意图进行理解，在实际操作操作中发现，该定位处理十分简单，其定位精度主要依赖与计算得到的前期TDOA的精度，前期TDOA值的精度越高，算法的定位精度也就越高，若是可以得到十分精准的TDOA值，那么该算法的定位误差甚至可以忽略不计。
当通过本发明所提供的信号源的定位方法，对前期的TDOA值(步骤S101获得)显著提高其精度后，在实际应用中，仅需依靠一组TDOA值(仅两个接收机)，即可精确地定位到信号源的位置，达到现有技术中TDOA无线定位方案多个接收机探测定位的效果，且相比于现有技术中的多个无线定位方案，不仅精度更高、效果更好，并且容易看出，还具备无需时间同步、抗多径性强、硬件方面易于实现等优点，应用条件(包括应用环境、硬件成本等方面)的要求更低。
经测试，本发明通过精度提高处理后的TDOA值确定信号源的位置，定位信号源的误差精度在米级左右。
为方便理解上述内容，还可继续参考图4示出的本发明信号源的定位方法的一种场景示意图进行理解。
在确定了信号源的位置后，***则可输出信号源的位置，例如，在显示屏上显示、发送给其他设备以提供数据的使用等。
或者，***还可基于该信号源的位置，在***内部根据数据使用需求，进行对应的数据处理。
作为又一种适于实用的实现方式，在得到信号源的位置后，还可根据其使用要求，将其转化为使用平台适配的定位位置，即：***基于信号源的位置以及平台上的定位位置范围，确定信号源在平台上的定位位置。
可以理解，在使用定位位置的相关平台中，其对于用户可以显示或者使用的定位位置，可根据用户的使用要求、平台的运营要求甚至相关政策的要求，对可以使用的定位位置进行一定程度的调整(即平台上的定位位置范围)，从而在***后台根据TDOA值计算得到信号源的位置后，则可将该位置调整至平台在运营过程中适配的定位位置，保证良好的实用性。
以上是本发明提供基于双曲线TDOA的定位方法的介绍，为便于更好的实施本发明提供的基于双曲线TDOA的定位方法，本发明还从功能模块角度提供了一种基于双曲线TDOA的定位装置。
参阅图5，图5为本发明基于双曲线TDOA的定位装置实施例的一种结构示意图，在该实施例中，基于双曲线TDOA的定位装置500具体可包括如下结构：
获取模块501，用于获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
精度提高模块502，用于通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度，以及通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
计算模块503，用于根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线，用于计算第二双曲线，并根据根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
在又一种示例性的实现方式中，装置还包括输出模块504，用于：
输出信号源的位置；
或者，装置还包括处理模块505，用于：
基于信号源的位置，进行对应的数据处理。
在又一种示例性的实现方式中，处理模块505，具体用于：
基于信号源的位置以及平台上的定位位置范围，确定信号源在平台上的定位位置。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的基于双曲线TDOA的定位装置及其相应模块的具体工作过程，可以参考如图1对应实施例中基于双曲线TDOA的定位方法的说明，具体在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本发明提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明如图1对应实施例中基于双曲线TDOA的定位方法的步骤，具体操作可参考如图1对应实施例中基于双曲线TDOA的定位方法的说明，在此不再赘述。
其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本发明如图1对应实施例中基于双曲线TDOA的定位方法的步骤，因此，可以实现本发明如图1对应实施例中基于双曲线TDOA的定位方法所能实现的有益效果，详见前面的说明，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：
***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度；
通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线；
改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线；
根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
2.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：
所述信号源发送的信号为s(t)，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为x(t)，y(t)：
其中，n1(t)，n2(t)为信道传输过程中受到的噪声干扰，A为幅度归一化后y(t)的幅度，t1为信号到达第一接收机处的时延值，t2为信号到达第二接收机处的时延值，所述第一TDOA值为：d＝t2-t1；
所述***通过所述第一接收机和所述第二接收机的接收信号之间的相关性处理，得到所述第一TDOA值，其中，相关性处理包括：
假设所述***在信号收集采样过程中时间是有限的，而且经过AD采样得到的数据是离散的，经过采样之后，所述第一接收机和所述第二接收机接收到的信号分别为：
其中，N为信号在时间T内的采样点数，D为所述第一TDOA值所在的采样点，于是将两信号进行互相关处理得到互相关函数：
其中Rss(n-D)是信源信号之间的互相关，
为噪声之间的互相关，互相关函数取得最大值的位置，即是所述第一TDOA值所在的位置；
所述AD采样的速率越高，则采样间隔越小，使得所述第一TDOA值的精度越高，其计算公式为：ts＝n*T。
3.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度包括：
经过AD采样得到的数据是离散的，以采样点中的相邻两点为基准画出一条直线，将该两点之间的其他值以直线上的值来代替：
(I0，A0)和(I1，A1)作为原采样点，空心点是假设***的值，其中直线对应的方程为：y＝kt-(kI1-A1)
其中，
为直线的斜率，根据该方程估计出所要***的空心点的值，
在原采样数据两点之间***N个值，那么原采样数据的数量就会变为：M＝Na+N(Na-1)，
采样总的时间没有变，插值之后的采样间隔为：
其中，Ta为采样的总时间，Na大于N，相差至少一个数量级，T0为原采样间隔，
计算得到原采样速率变为：Fs＝(N+1)F0，其中F0为原采样速率，通过将原采样速率提升至原来的N+1倍，将第一TDOA值的精度提升N+1倍。
4.根据权利要求3所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
多项式拟合包括：构建函数y＝f(x)，使其去无限的逼近原函数g(x)，使得其偏差δ＝∑|f(x)-g(xi)|(i＝1，2，3…N)最小，在此过程中不要求f(x)通过所有的点，只是让其尽可能的靠近这些点；
多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(xa，ya)，在二次插值时将其两点之间***了N个数，将采样间隔等效为原来的1/N，得到精度提高的第一TDOA值：tr＝(xa-300)*Ta/N。
5.根据权利要求4所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度包括：
多项式拟合包括：假设有n个采样点，构建一个m次的多项式(m＜n)，其构建方式为：f(x)＝a0+a1x1+a2x2+…+amxm，
在计算函数拟合函数时，利用最小二乘法的方法来计算，如下式所示：
求出使得ε最小的f(x)，
多项式拟合得到f(x)之后，计算f(x)最大值所对应的函数点(xa，ya)，在二次插值时将其两点之间***了100个数，将采样间隔等效为原来的1/100，得到精度提高的第一TDOA值：tr＝(xa-300)*Ta/100。
6.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线包括：
所述***计算信号源到所述第一接收机和所述第二接收机之间的距离差，距离差公式为：Rd＝c*td，
其中，Rd为信号源到到所述第一接收机和所述第二接收机之间的距离差，c为电磁波在空间中的传播速度，td为精度提高后的第一TDOA值；
计算得到第一双曲线：
其中，(x1，y1)为所述第一接收机的位置，(x2，y2)为所述第二接收机的位置。
7.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置，计算得到第二双曲线包括：
改变所述第一接收机或/和所述第二接收机的位置；
所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第二TDOA值；
通过二次线性差值提高所述第二TDOA值的精度；
通过多项式拟合提高所述第二TDOA值的精度；
根据精度提高后的所述第二TDOA值计算得到第二双曲线。
8.根据权利要求1所述的基于双曲线TDOA的定位方法，其特征在于，所述***获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值包括：
所述***进行多次数据采集测量，获取对应的多个第一TDOA值；
在多个所述第一TDOA值中舍弃符合离群判定条件的第一TDOA值；
对剩余的所述第一TDOA值取平均值后作为所述第一TDOA值。
9.一种基于双曲线TDOA的定位装置，其特征在于，所述定位装置包括：
获取模块，用于获取第一接收机与第二接收机信号接收时间差，为第一TDOA值；
精度提高模块，用于通过二次线性差值提高所述第一TDOA值的精度，以及通过多项式拟合提高所述第一TDOA值的精度；
计算模块，用于根据精度提高后的所述第一TDOA值计算得到第一双曲线，用于计算第二双曲线，并根据根据所述第一双曲线和所述第二双曲线的交点计算信号源的定位。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，其特征在于，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的基于双曲线TDOA的定位方法。
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