基于TDOA的经典定位算法分为两类,一类是可以求出解析解的算法,如Fang算法、Chan算法的;另一
类是迭代算法,如Taylor算法。
Taylor级数展开法是一种迭代算法,在Taylor级数展开的基础上,利用初始迭代值进行WLS估计,然后
求解位置估计误差的局部最小二乘解,并对标签的位置进行更新。Taylor算法的前提是需要标签位置的
初始估计值,而算法的主要思想是通过不断迭代来修正待定位标签位置的估计值,最后逐渐逼近标签真
实的位置坐标。
标签与基站之间的约束关系可以通过某一函数
示,
在满足条件:
时停止迭代计算。
来表达,该函数的测量值可以用 来表
,其中, 为函数的真实值, 表示测量误差。用 来代表误差门限值,那么,应
假设标签坐标的初始值为
,真实值为
,且
,
,那么函数
在
处的Taylor级数展开结果如下:
由基于TDOA的定位方法,可以得到以下的方程组:
其中
表示标签的坐标,
表示标签到第 个基站与到第1个基站的距离差值。
由上式构造函数
:
将
在
处进行泰勒展开,并忽略二阶以上的分量,有:
转化为矩阵的形式,有:
其中, 为误差矢量,另有
表示在一次迭代计算中标签和第i个基站之间的距离。
上式的加权最小二乘解为:
其中, 表示TDOA测量值的协方差矩阵。在下一次递归计算中,令
新标签的坐标值进行迭代计算。重复以上过程,直到误差满足设定的门限值时停止迭代计算,即:
,
,更
代码实现(matlab)
X_estimate = 50;
Y_estimate = 50;
Xb = [200 200];
X = [200 0; -100 173; -100 -173];
Noise = 0.1*randn(3,1);
Real_ms = [20 20];
BSN = size(X,1);
x = X_estimate;
y = Y_estimate;
MS = [x,y];
iEP = MS;
%%
Rb = sqrt((Real_ms(1) - Xb(1))^2+(Real_ms(2) - Xb(2))^2);
RD = zeros(BSN,1);
for i = 1:BSN
RD(i) = -Rb+sqrt((Real_ms(1)- X(i,1))^2+(Real_ms(2) - X(i,2))^2)+Noise(i);
end
%%
% TDOA协方差矩阵Q
Q = 0.01*eye(BSN);
delta = [1 1];
kk = 0;
% Taylor级数展开法
while ((abs(delta(1)) + abs(delta(2))) > 0.01)
R1 = sqrt((iEP(1) - Xb(1))^2 + (iEP(2) - Xb(2))^2);
R = zeros(1,BSN);
kk = kk+1;
for i = 1: BSN
R(i) = sqrt((iEP(1) - X(i,1))^2 + (iEP(2) - X(i,2))^2);
end
% hi
hi = zeros(BSN,1);
for i = 1: BSN
hi(i) = RD(i) - (R(i) - R1);
end
% Gi
Gi = zeros(BSN,2);
for i = 1: BSN
Gi(i, 1) = (Xb(1)-iEP(1))/R1 - (X(i,1) - iEP(1))/R(i);
Gi(i, 2) = (Xb(2)-iEP(2))/R1 - (X(i,2) - iEP(2))/R(i);
end
% delta
delta = inv(Gi'*inv(Q)*Gi)*Gi'*inv(Q)*hi;
if (abs(delta(1))+abs(delta(2))) > 0.01
EP = iEP + delta';
iEP = EP; % 更新迭代值
end
end
% 输出
z_out = iEP; % 标签坐标估计值
mse = sqrt((z_out(1)-Real_ms(1))^2+(z_out(2)-Real_ms(2))^2); % 均方误差