1.一种NLOS环境下基于散射体信息的单站定位方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一、在NLOS环境下,假设基站位置坐标为(xB,yB)且位于坐标原点(0,0),移动台的位置坐标为(xm,ym),基站、散射体和目标在同一水平面;
步骤二、构建散射环模型,散射体均匀分布在以移动台为圆心的圆环上,圆环半径为Rr;
步骤三、构建散射盘模型,散射体均匀分布在以移动台为圆心的圆盘内,圆盘半径为Rd;
步骤四、构建收敛高斯散射模型,高斯概率密度分布有效区域为以移动台为圆心、Rg为半径的圆内;
步骤五、计算所述步骤二的散射环模型中,反射径与以基站为原点坐标的X轴方向的夹角AOAθR,和移动台发出的信号经散射体反射后到达基站的传输时间TOAτR;
计算所述步骤三的散射盘模型中,反射径与以基站为原点坐标的X轴方向的夹角AOAθD和移动台发出的信号经散射体反射后到达基站的传输时间TOAτD;
计算所述步骤四的收敛高斯散射模型中,反射径与以基站为原点坐标的X轴方向的夹角AOAθG和移动台发出的信号经散射体反射后到达基站的传输时间TOAτG;
步骤六、基于所述步骤五中得到的AOAθR和TOAτR,计算得到散射环模型下的AOAθR的概率密度函数p(θR)和TOAτR的概率密度函数p(τR);
步骤七、基于所述步骤六中的概率密度函数p(θR)、p(τR),令其中: 表示散射环模型中第q个AOAθRq和其对应的概率密度表示第q个TOAτRq和其对应的概率密度 将 和 作为参考模板A;
步骤八、基于所述步骤五中得到的AOAθD、TOAτD,计算得到散射盘模型下的AOAθD的概率密度函数p(θD)和TOAτD的概率密度函数p(τD);
步骤九、基于所述步骤八中的概率密度函数p(θD)、p(τD),令其中: 表示散射盘模型中第q个AOAθDq和其对应的概率密度表示第q个TOAτDq和其对应的概率密度 将 和 作为参考模板B;
步骤十、基于所述步骤五中得到的AOAθG、TOAτG,计算得到高斯散射模型下的参数AOAθG的概率密度函数p(θG)和TOAτG的概率密度函数p(τG);
步骤十一、基于所述步骤十中的概率密度函数p(θG)、p(τG),令其中: 表示高斯散射模型中第q个AOAθGq和其对应的概率密度表示第q个TOAτGq和其对应的概率密度 将 和 作为参考模板C;
步骤十二、利用软件无线电平台采集多径信号,采用虚拟天线技术实现AOA估计和TOA估计,得到估计AOAθM和估计TOAτM;假设采集到n个多径信号;
步骤十三、计算所述步骤十二中的估计参数AOAθM的概率密度函数p(θM)和TOAτM的概率密度函数p(τM);
步骤十四、基于所述步骤十三中的概率密度函数p(θM)、p(τM),令其中: 表示实测模型中第n个AOAθMn和其对应的概率密度表示第n个TOAτMn和其对应的概率密度 将 和 作为测试模板T;
步骤十五、利用地球移动距离算法将测试模板T与参考模板A、B、C分别进行匹配;
步骤十六、分析测试模板T与参考模板A、B、C的匹配度,即测试模板与参考模板的相似性距离,距离越小相似性越高,以此判别出实际环境散射体模型;
步骤十七、构建散射体到基站的距离Li和移动台位置坐标(xm,ym)的非线性定位方程;
步骤十八、基于所述步骤十七的非线性定位方程,利用智能优化算法或非线性最小二乘算法求解(xm,ym)和Li;
步骤十九、基于所述步骤十八中得到的Li,计算得到散射体位置坐标(xi,yi);
步骤二十、基于步骤十八中得到的MS位置坐标(xm,ym)和步骤十九中得到的散射体位置坐标(xi,yi),获取散射体位置信息和实现目标定位。
2.根据权利要求1所述的NLOS环境下基于散射体信息的单站定位方法,其特征在于:所述步骤十七中,构建关于散射体到基站的距离Li和移动台位置坐标(xm,ym)的非线性定位方程;其包括以下步骤:
17a、假设有n条传播路径,构建关于(xm,ym)和(xi,yi)的关系式:其中,(xi,yi)为第i个散射体的位置坐标,(xB,yB)为基站的位置坐标,(xm,ym)为移动台的位置坐标,c为光速,τi为第i条传输路径的TOA,n为反射路径数;
17b、根据散射体模型的几何关系可得散射体坐标:其中,Li为第i个散射体到基站的直线距离,θi为第i条传输路径的AOA;
17c、基于所述步骤17a和步骤17b,构建关于(xm,ym)和Li的非线性定位方程:
17d、将所述步骤17c中的非线性定位方程转换为正定或超定方程。
3.根据权利要求1或2所述的NLOS环境下基于散射体信息的单站定位方法,其特征在于:所述步骤十八中,求解非线性定位方程得到(xm,ym)和Li,包括以下步骤:
18a、将方程转换为非线性约束最小二乘优化问题:式中x=(xm,ym,Li),fi(x)为第i条传播路径的定位方程对应的函数,gi(x)为第i条路径对应的约束函数;
18b、利用内点罚函数法处理约束函数,将约束优化问题转换为无约束优化问题:min G(x,rk)=h(x)+rkB(x);
其中, {rk}是严格单调减且趋于零的罚因子数
列;
18c、利用智能优化算法或非线性最小二乘法求解所述步骤18b中的无约束优化问题,得到(xm,ym)和Li。