CN110231638B - 一种无线网络下的载波相位定位方法及装置 - Google Patents

一种无线网络下的载波相位定位方法及装置 Download PDF

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CN110231638B CN201910580131.4A CN201910580131A CN110231638B CN 110231638 B CN110231638 B CN 110231638B CN 201910580131 A CN201910580131 A CN 201910580131A CN 110231638 B CN110231638 B CN 110231638B
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Abstract

本发明实施例提供了一种无线网络下的载波相位定位方法及装置，根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息；基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解；利用整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，确定移动终端的实际位置信息，可以加快求解整数模糊度的速度和提高整数模糊度的精确性，从而提高无线网络定位的精度。

Description

一种无线网络下的载波相位定位方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星定位技术领域，特别是涉及一种无线网络下的载波相位定位方法及装置。
背景技术
随着科学技术的发展，卫星定位的应用也越来越广泛，例如，卫星定位可以应用于勘测、绘图、航空等方面。并且，在不同的卫星定位方法中可能会出现多种定位误差，因此，提高定位的精度就显得尤为重要。
相关技术中，可以通过测量TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)的定位方法进行位置定位。但是，若存在其它信号干扰等情况，实际的TDOA测量会有较大的波动，会使得位置定位的结果也具有较大波动，从而降低了无线网络定位的精度。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种无线网络下的载波相位定位方法及装置，以实现提高无线网络定位的精度。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种无线网络下的载波相位定位方法，所述方法包括：
获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、所述移动终端在各时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值以及所述各固定点的预设载波相位测量噪声；
根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述第一估计位置信息为所述初始估计位置信息；
利用预设的时间差定位算法，计算所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息，并根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述联合估计位置信息为所述初始估计位置信息；
根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述参考固定点为所述多个固定点中的任一固定点；
基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，并根据所述浮动解及所述协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解；
利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定所述移动终端的实际位置信息。
可选的，所述初始估计位置信息为在所述初始时刻由预设的时间差定位算法测量得到的；
所述根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，包括：
确定所述移动终端在相邻两个时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，所述差值表达式为：
Figure BDA0002112898400000021
其中，φj(t)为在所述时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在所述时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为所述移动终端在所述时刻t的实际位置信息，
Figure BDA0002112898400000022
为所述移动终端在所述时刻(t-1)的第一估计位置信息；
对所述各固定点对应的差值表达式进行变换，得到所述各固定点对应的变换表达式，所述变换表达式为：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2
其中，
Figure BDA0002112898400000031
将所述各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组，所述线性方程组为：
Cx＝b
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，Kj＝aj 2+bj 2，M为所述固定点的数量，
Figure BDA0002112898400000032
Figure BDA0002112898400000033
Figure BDA0002112898400000034
利用最小二乘法得到所述线性方程组的解，作为所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息。
可选的，所述根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，包括：
根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，计算所述移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，所述估计位置变化量为：
Figure BDA0002112898400000041
其中，ΔPCP(t+1)为所述估计位置变化量，
Figure BDA0002112898400000042
为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第一估计位置信息；
根据所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息及所述估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，所述联合迭代公式为：
PCP(t+1)＝PFUSION(t)+ΔPCP(t+1)
PFUSION(t+1)＝wTDOAPT(t+1)+wcpPCP(t+1)
其中，PFUSION(t)为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的联合估计位置信息，PT(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为所述移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为所述移动终端的第一估计位置信息的权重系数。
可选的，根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，包括：
获取预设载波相位表达式，所述预设载波相位表达式为：
Figure BDA0002112898400000043
其中，(xF (t)，yF (t))为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，Nj为所述固定点j相对于所述移动终端的初始整数模糊度、nj为所述固定点j的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
将所述预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式，并基于所述差分载波相位测量值表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述差分载波相位测量值表达式为：
Figure BDA0002112898400000051
其中，
Figure BDA0002112898400000052
为所述差分载波相位测量值，
Figure BDA0002112898400000053
Figure BDA0002112898400000054
为所述预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ... ζ(Z)N)T，ζ(t)＝(xF (t)，yF (t))T，n＝(n(1) n(2)... n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure BDA0002112898400000055
可选的，所述基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，包括：
利用最小二乘法求解所述差分载波相位测量值，得到所述未知数的浮动解及协方差矩阵；
提取所述未知数的浮动解的后(M-1)位，作为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解；
将所述协方差矩阵进行分块处理，得到分块矩阵，所述分块矩阵为：
Figure BDA0002112898400000056
其中，Qζζ为2K×2K矩阵，QNN为(m-1)×(m-1)矩阵；
确定所述分块矩阵中的QNN为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解的协方差矩阵。
可选的，所述利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，包括：
利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，将所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值修正为：
Figure BDA0002112898400000061
其中，
Figure BDA0002112898400000062
为修正的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，Nfix为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，λ为载波波长。
第二方面，本发明实施例提供了一种无线网络下的载波相位定位装置，所述装置包括：
获取模块，用于获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、所述移动终端在各时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值以及所述各固定点的预设载波相位测量噪声；
第一估计位置信息计算模块，用于根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述第一估计位置信息为所述初始估计位置信息；
联合估计位置信息计算模块，用于利用预设的时间差定位算法，计算所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息，并根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述联合估计位置信息为所述初始估计位置信息；
差分载波相位测量值确定模块，用于根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述参考固定点为所述多个固定点中的任一固定点；
固定解计算模块，用于基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，并根据所述浮动解及所述协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解；
实际位置信息确定模块，用于利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定所述移动终端的实际位置信息。
可选的，所述初始估计位置信息为在所述初始时刻由预设的时间差定位算法测量得到的；
所述第一估计位置信息计算模块，包括：
差值表达式确定子模块，用于确定所述移动终端在相邻两个时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，所述差值表达式为：
Figure BDA0002112898400000071
其中，φj(t)为在所述时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在所述时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为所述移动终端在所述时刻t的实际位置信息，
Figure BDA0002112898400000072
为所述移动终端在所述时刻(t-1)的第一估计位置信息；
变换表达式获取子模块，用于对所述各固定点对应的差值表达式进行变换，得到所述各固定点对应的变换表达式，所述变换表达式为：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2
其中，
Figure BDA0002112898400000073
线性方程组获取子模块，用于将所述各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组，所述线性方程组为：
Cx＝b
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，M为所述固定点的数量，
Figure BDA0002112898400000081
Figure BDA0002112898400000082
Figure BDA0002112898400000083
求解子模块，用于利用最小二乘法得到所述线性方程组的解，作为所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息。
可选的，所述联合估计位置信息计算模块，包括：
估计位置变化量计算子模块，用于根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，计算所述移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，所述估计位置变化量为：
Figure BDA0002112898400000084
其中，ΔPCP(t+1)为所述估计位置变化量，
Figure BDA0002112898400000085
为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第一估计位置信息；
联合估计位置信息获取子模块，根据所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息及所述估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，所述联合迭代公式为：
PCP(t+1)＝PFUSION(t)+ΔPCP(t+1)
PFUSION(t+1)＝wTDOAPT(t+1)+wcpPCP(t+1)
其中，PFUSION(t)为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的联合估计位置信息，PT(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为所述移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为所述移动终端的第一估计位置信息的权重系数。
可选的，所述差分载波相位测量值确定模块，包括：
预设载波相位表达式子模块，用于获取预设载波相位表达式，所述预设载波相位表达式为：
Figure BDA0002112898400000091
其中，(xF (t)，yF (t))为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，Nj为所述固定点j相对于所述移动终端的初始整数模糊度、nj为所述固定点j的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
差分载波相位测量值表达式确定子模块，用于将所述预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式，并基于所述差分载波相位测量值表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述差分载波相位测量值表达式为：
Figure BDA0002112898400000092
其中，
Figure BDA0002112898400000093
为所述差分载波相位测量值，
Figure BDA0002112898400000094
Figure BDA0002112898400000095
为所述预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ... ζ(Z)N)T，ζ(t)＝(xF (t)，yF (t))T，n＝(n(1) n(2)... n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure BDA0002112898400000096
可选的，所述固定解计算模块，包括：
未知数的浮动解及协方差矩阵获取子模块，用于利用最小二乘法求解所述差分载波相位测量值，得到所述未知数的浮动解及协方差矩阵；
整数模糊度的浮动解获取子模块，用于提取所述未知数的浮动解的后(M-1)位，作为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解；
矩阵分块子模块，用于将所述协方差矩阵进行分块处理，得到分块矩阵，所述分块矩阵为：
Figure BDA0002112898400000101
其中，Qζζ为2K×2K矩阵，QNN为(m-1)×(m-1)矩阵；
整数模糊度的浮动解的协方差矩阵确定子模块，用于确定所述分块矩阵中的QNN为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解的协方差矩阵。
可选的，所述实际位置信息确定模块，包括：
差分载波相位测量值修正子模块，用于利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，将所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值修正为：
Figure BDA0002112898400000102
其中，
Figure BDA0002112898400000103
为修正的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，Nfix为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的所述计算机程序时，实现上述第一方面任一所述的无线网络下的载波相位定位方法。
第四方面，本发明实施例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内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面任一所述的无线网络下的载波相位定位方法。
本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法方法及装置，根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息；基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解；利用整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，确定移动终端的实际位置信息。由于载波相位测量值中的整数模糊度的取值会影响定位的精度，在上述方法中，加快了求解整数模糊度的速度和提高了整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的实施例一的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的实施例二的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的仿真场景的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种在到达时间差测量方差下的仿真结果的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种在载波相位测量方差下的仿真结果的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种载波相位的定位误差对应CDF的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位装置的结构示意图；
图8为本发明实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为了提高无线网络定位的精度，本发明实施例提供了一种无线网络下的载波相位定位方法及装置，以下分别进行详细说明。
本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法可以由处于无线网络下的移动终端执行。
图1为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的实施例一的流程示意图，如图1所示，本发明实施例的方法可以包括：
S101，获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、移动终端在各时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值以及各固定点的预设载波相位测量噪声。
其中，移动终端在初始时刻的初始估计位置信息可以由TDOA方法测量得到，在此不对TDOA这种测量方法进行详细的说明。各固定点的预设载波相位测量噪声服从均值为0的高斯分布。
S102，根据各固定点的位置信息、初始估计位置信息以及在各时刻各固定点发送信号的载波相位值，计算移动终端在各时刻的第一估计位置信息。
其中，在初始时刻，第一估计位置信息为初始估计位置信息。
可选的，对相邻两个时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式进行变换后，可以得到各固定点对应的变换表达式，然后，将各固定点对应的变换表达式与参考固定点的变化表达式作差，可以得到关于移动终端在各时刻的第一估计位置信息的线性方程组，通过求解该线性方程组，就可以得到移动终端在各时刻的第一估计位置信息。其中，参考固定点为多个固定点中的任一固定点。
S103，利用预设的时间差定位算法，计算移动终端在各时刻的第二估计位置信息，并根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息。
其中，在初始时刻，联合估计位置信息为初始估计位置信息，也就是利用预设的时间差定位算法，在初始时刻得到的移动终端在各时刻的第二估计位置信息。
S104，根据移动终端在各时刻的联合估计位置信息、各固定点的位置信息、各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值。
其中，参考固定点为多个固定点中的任一固定点。
具体实现时，利用移动终端在各时刻的联合估计位置信息、各固定点的位置信息、各固定点的预设载波相位测量噪声，对预设载波相位进行化解与约束，从而确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值。
S105，基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解。
可选的，根据噪声向量的协方差矩阵，可以对各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值对应的方程进行求解，从而得到各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，进一步求解各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解。
S106，利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定移动终端的实际位置信息。
利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值的精度得到提升。根据精度得到提升后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，从而确定移动终端的实际位置信息。
由于载波相位测量值中的整数模糊度的取值会影响定位的精度，通过应用本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法，加快了求解整数模糊度的速度和提高了整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
下面以一个具体的实现方式为例对本发明实施例的无线网络下的载波相位定位方法进行说明，图2为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的实施例二的流程示意图，如图2所示，本实施例的方法可以包括：
S201，获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、移动终端在各时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值以及各固定点的预设载波相位测量噪声。
上述步骤S201与图1所示实施例一中的步骤S101类似，在此不再赘述。
S202，利用纯载波相位测量估计相对位置。
上述步骤S202就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S102：根据各固定点的位置信息、初始估计位置信息以及在各时刻各固定点发送信号的载波相位值，计算移动终端在各时刻的第一估计位置信息。这里的，上述步骤S202中的相对位置就是上述步骤S102中的移动终端在各时刻的第一估计位置信息。
具体实现时，可以采用以下步骤a1-a4计算移动终端在各时刻的第一估计位置信息：
步骤a1，确定移动终端在相邻两个时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，该差值表达式为下面的公式(1)，公式(1)具体如下：
Figure BDA0002112898400000141
其中，φj(t)为在时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为移动终端在时刻t的实际位置信息，
Figure BDA0002112898400000151
为移动终端在时刻(t-1)的第一估计位置信息。
步骤a2，对各固定点对应的差值表达式进行变换，得到各固定点对应的变换表达式。
由于
Figure BDA0002112898400000152
已由前序测量迭代计算得到，相当于已知项，将其移至上述公式(1)中等号的左边，再将两边平方，得到下面的公式(2)，公式(2)具体如下：
Figure BDA0002112898400000153
此时，上述公式(2)中等号的左边均为已知项，将上述公式(2)中等号的左边记为Rj(t)，从而得到各固定点对应的变换表达式，该变换表达式为下面的公式(3)，公式(3)具体如下：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2 (3)
其中，
Figure BDA0002112898400000154
步骤a3，将各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组。
假设参考固定点为固定点1，那么将各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到下面的公式(4)，公式(4)具体如下：
-2aj1x(t)-2bj1y(t)＝(Rj(t)-R1(t))-(Kj-K1) (4)
其中
Figure BDA0002112898400000161
对于j＝2，3，4…M，即可得到关于(x(t)，y(t))的线性方程组。
将上述线性方程组表示为向量形式，得到下面的公式(5)，公式(5)具体如下：
Cx＝b (5)
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，M为固定点的数量，
Figure BDA0002112898400000162
Figure BDA0002112898400000163
Figure BDA0002112898400000164
步骤a4，利用最小二乘法得到上述线性方程组的解，作为移动终端在各时刻的第一估计位置信息。
上述线性方程组的解如下述表达式(6)所示，表达式(6)具体如下：
Figure BDA0002112898400000165
相应的，可以得到
Figure BDA0002112898400000166
即，可以得到移动终端在各时刻的第一估计位置信息
Figure BDA0002112898400000167
S203，利用到达时间差定位算法与载波相位测量联合估计绝对位置。
上述步骤S203就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S103：利用预设的时间差定位算法，计算移动终端在各时刻的第二估计位置信息，并根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息。这里的，上述步骤S203中的联合估计绝对位置就是上述步骤S103中的移动终端在各时刻的联合估计位置信息。
上述到达时间差定位算法也就是TDOA定位方法。
具体实现时，可以采用以下步骤b1和步骤b2计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息：
步骤b1，根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息，计算移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，该估计位置变化量如下述表达式(7)所示，表达式(7)具体如下：
Figure BDA0002112898400000171
其中，ΔPCP(t+1)为估计位置变化量，
Figure BDA0002112898400000172
为移动终端在时刻(t+1)的第一估计位置信息。
步骤b2，根据移动终端在各时刻的第二估计位置信息及估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到移动终端在各时刻的联合估计位置信息，该联合迭代公式如下述公式(8)所示，公式(8)具体如下：
Figure BDA0002112898400000173
其中，PFUSION(t)为移动终端在时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t)＝(xF(t)，yF(t))，PFUSION(t+1)为移动终端在时刻(t+1)的联合估计位置信息，PTDOA(t+1)为移动终端在时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为移动终端的第一估计位置信息的权重系数。并且，当t＝0时，PFUSION(0)＝PTDOA(0)。
S204，将载波相位测量方程线性化并求整数模糊度的浮动解。
上述步骤S204中的“将载波相位测量方程线性化”就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S104中的“根据移动终端在各时刻的联合估计位置信息、各固定点的位置信息、各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值”，并且，上述步骤S204中的“求整数模糊度的浮动解”就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S105中的“基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解”。
具体实现时，首先，可以采用以下步骤c1-c3确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值：
步骤c1，获取预设载波相位表达式，预设载波相位表达式为表达式(9)，表达式(9)具体如下：
Figure BDA0002112898400000181
其中，(xF(t)，yF(t))为移动终端在时刻t的联合估计位置信息，Ni为固定点i相对于移动终端的初始整数模糊度、ni为固定点i的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
步骤c2，将预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式。
具体的，预设载波相位表达式中的非线性部分为
Figure BDA0002112898400000182
将该非线性部分在联合估计位置(xF(t)，yF(t))处进行泰勒展开，并舍弃其二次及以上的高阶项，得到如下表达式(10)，表达式(10)具体如下：
Figure BDA0002112898400000183
其中，
Figure BDA0002112898400000184
并且，
Figure BDA0002112898400000185
均为已知量。
令上述
Figure BDA0002112898400000191
则上述表达式(10)变换为下述表达式(11)，表达式(11)具体如下：
Figure BDA0002112898400000192
步骤c3，基于差分载波相位测量值表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值。
当参考固定点为固定点1时，各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值为下述表达式(12)，表达式(12)具体如下：
Figure BDA0002112898400000193
其中，(·)i1＝(·)i-(·)1，将上述表达式(12)写成向量的形式，得到表达式(13)，表达式(13)具体如下：
Figure BDA0002112898400000194
其中，
Figure BDA0002112898400000195
ζ(t)＝(xF (t)，yF (t))T，N＝(N21 N31 ... NM1)T，
Figure BDA0002112898400000196
Figure BDA0002112898400000197
可选的，假设从t＝1时刻开始，锁相环将载波相位锁定，并在接下来连续的Z个周期内保持不失锁，由在这Z个周期内的测量值可进一步得到差分载波相位测量值表达式为表达式(14)，表达式(14)具体如下：
Figure BDA0002112898400000198
其中，
Figure BDA0002112898400000199
为差分载波相位测量值，
Figure BDA00021128984000001910
Figure BDA00021128984000001911
为预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ...ζ(Z) N)T，n＝(n(1)n(2)...n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure BDA00021128984000001912
其次，可以采用以下步骤c4-c7计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解：
步骤c4，利用最小二乘法求解差分载波相位测量值，得到未知数的浮动解及协方差矩阵。
具体的，利用最小二乘法求解上述差分载波相位测量值，得到未知数ξ的浮动解为表达式(15)，表达式(15)具体如下：
Figure BDA0002112898400000201
其中，ξfloat为未知数ξ的浮动解，
Figure BDA0002112898400000202
为噪声向量，
Figure BDA0002112898400000203
未知数ξ的协方差矩阵为：
Figure BDA0002112898400000204
步骤c5，提取未知数的浮动解的后(M-1)位，作为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解。
具体的，各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解为未知数的浮动解的后(M-1)位，那么，各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解为下述表达式(16)，表达式(16)具体如下：
Nfloat＝[ξfloat](2K+1)：(2K+M-1) (16)
步骤c6，将上述未知数ξ的协方差矩阵进行分块处理，得到分块矩阵为表达式(17)，表达式(17)具体如下：
Figure BDA0002112898400000205
其中，Qζζ为2K×2K矩阵，QNN为(m-1)×(m-1)矩阵。
步骤c7，确定分块矩阵中的QNN为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解的协方差矩阵。
S205，利用最小二乘模糊度去相关算法求解整数模糊度的固定解。
上述步骤S205就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S 105中的“根据浮动解及协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法(LAMBDA算法)，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解”。
具体实现时，将解算出的浮动解Nfloat及其协方差矩阵QN作为参数输入LAMBDA算法中，求得整数模糊度的固定解。
S206，利用整数模糊度的固定解修正载波相位测量值并定位。
上述步骤S206就是图1所示的本发明实施例一中的步骤S106：利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定移动终端的实际位置信息。
具体实现时，利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，将各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值修正为下述表达式(18)，表达式(18)具体如下：
Figure BDA0002112898400000211
其中，
Figure BDA0002112898400000212
为修正的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，Nfix为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解。
假设修正过程在第Z个周期末完成，则在第(Z+1)个周期及以后的周期，差分载波相位测量值
Figure BDA0002112898400000213
按照上述表达式(18)进行修正。
在第(Z+1个)周期及以后的周期，将
Figure BDA0002112898400000214
作为差分载波相位测量值输入到预设定位算法中，进行位置解算并输出。这里不对预设定位算法进行详细的说明。
本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法，根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息；基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解；利用整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，确定移动终端的实际位置信息。由于载波相位测量值中的整数模糊度的取值会影响定位的精度，在上述方法中，加快了求解整数模糊度的速度和提高了整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
对于上述实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法，可以采用以下的仿真方式进行验证。下面由三个部分对这种仿真方式进行说明：
第一部分，仿真场景及参数设置：
图3为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位方法的仿真场景的示意图，如图3所示，其中编号为1、3、6、7和12的基站被选为参与定位的基站，3号基站被选为参考基站。
在上述无线网络下的载波相位定位方法的仿真场景下，参数设置如下述表1所示：
表1
参数符号 参数名称 参数值
f<sub>c</sub> 载波中心频率 2GHz
λ 载波波长 0.15m
M 参与定位的固定锚节点个数 5
σ<sub>TOA</sub> TOA测量噪声的标准差 10λ
σ<sub>CARR</sub> 载波相位测量噪声的标准差 0.05λ
K 整数模糊度解算时长 10s
v 物体运动速度 3km/h
Sim_time 仿真次数 1000
第二部分，仿真结果：
在本仿真方式中，对于整数模糊度解算的性能可以用整数模糊度向量中平均每个元素的EPE(Error per Element，误差)来衡量，计算EPE的方法为下述表达式(19)，表达式(19)具体如下：
Figure BDA0002112898400000231
其中，Nreal表示真实的整数模糊度。
图4为本发明实施例提供的一种在到达时间差测量方差下的仿真结果的示意图，如图4所示。图5为本发明实施例提供的一种在载波相位测量方差下的仿真结果的示意图，如图5所示。图4、图5中的横坐标表示EPE的取值范围，纵坐标表示次数。图4表示在不同的TDOA测量方差下的EPE统计结果，图4中包括3个TDOA测量方差：0.1m、0.15m和0.2m。图5表示在不同的载波相位测量方差下的EPE统计结果，图5中包括3个载波相位测量方差0.3mm、1mm和2mm。
可以看出在不同的测量方差下，本方案的EPE大多集中在0-1范围内，结果较为准确。整周模糊度解算的性能对载波相位的测量方差较为敏感。
将去除整数模糊度之后(即，修正后的整数模糊度)的差分载波相位测量值运用于定位中，具体的定位算法与TDOA定位算法相同。图6为本发明实施例提供的一种载波相位的定位误差对应CDF(Cumulative Distribution Function，累积分布函数)的示意图。如图6所示，在不同的EPE下，载波相位的定位误差对应不同的CDF，图6中横坐标表示定位精度，单位为米，纵坐标表示CDF的取值。根据图6可以发现，在EPE≤2的情况下，载波相位的定位精度能够达到毫米级。
第三部分，仿真结论：
由表1和图4、图5可以看出，本发明实施例提供的解算整数模糊度的方法能够在10s的时间内完成载波相位整数模糊度解算，并且在载波相位测量方差为0.3mm时，整数模糊度固定解向量中平均每个元素的误差在95％左右的概率下均在1以内。根据上述仿真结果，不难发现，本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法对于解决无线网络中的载波相位整数模糊度问题具有较快的速度和较好的精确度。
在图6中，在EPE≤2的情况下，本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法90％的概率下误差在0.04m以内。根据上述仿真结果，不难发现，本发明实施例提供的无线网络下的载波相位定位方法能够达到厘米级的精度。
相应于上述方法实施例，图7为本发明实施例提供的一种无线网络下的载波相位定位装置的结构示意图，如图7所示，该无线网络下的载波相位定位装置可以包括：
获取模块710，获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、移动终端在各时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值以及各固定点的预设载波相位测量噪声；
第一估计位置信息计算模块720，根据各固定点的位置信息、初始估计位置信息以及在各时刻各固定点发送信号的载波相位值，计算移动终端在各时刻的第一估计位置信息；
联合估计位置信息计算模块730，利用预设的时间差定位算法，计算移动终端在各时刻的第二估计位置信息，并根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息；
差分载波相位测量值确定模块740，根据移动终端在各时刻的联合估计位置信息、各固定点的位置信息、各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值；
固定解计算模块750，基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解；
实际位置信息确定模块760，利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定移动终端的实际位置信息。
可选的，上述第一估计位置信息计算模块720，可以包括：
差值表达式确定子模块，用于确定移动终端在相邻两个时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，差值表达式为：
Figure BDA0002112898400000251
其中，φj(t)为在时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为移动终端在时刻t的实际位置信息，
Figure BDA0002112898400000252
为移动终端在时刻(t-1)的第一估计位置信息。
变换表达式获取子模块，用于对各固定点对应的差值表达式进行变换，得到各固定点对应的变换表达式，变换表达式为：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2
其中，
Figure BDA0002112898400000253
线性方程组获取子模块，用于将各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组，线性方程组为：
Cx＝b
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，Kj＝aj 2+bj 2，M为固定点的数量，
Figure BDA0002112898400000254
Figure BDA0002112898400000255
Figure BDA0002112898400000256
求解子模块，用于利用最小二乘法得到线性方程组的解，作为移动终端在各时刻的第一估计位置信息。
可选的，上述联合估计位置信息计算模块730，可以包括：
估计位置变化量计算子模块，用于根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息，计算移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，估计位置变化量为：
Figure BDA0002112898400000261
其中，ΔPCP(t+1)为估计位置变化量，
Figure BDA0002112898400000262
为移动终端在时刻(t+1)的第一估计位置信息；
联合估计位置信息获取子模块，根据移动终端在各时刻的第二估计位置信息及估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到移动终端在各时刻的联合估计位置信息，联合迭代公式为：
PCP(t+1)＝PFUSION(t)+ΔPCP(t+1)
PFUSION(t+1)＝wTDOAPT(t+1)+wcpPCP(t+1)
其中，PFUSION(t)为移动终端在时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t+1)为移动终端在时刻(t+1)的联合估计位置信息，PT(t+1)为移动终端在时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为移动终端的第一估计位置信息的权重系数。
可选的，上述差分载波相位测量值确定模块740，可以包括：
预设载波相位表达式子模块，用于获取预设载波相位表达式，预设载波相位表达式为：
Figure BDA0002112898400000263
其中，(xF (t)，yF (t))为移动终端在时刻t的联合估计位置信息，Nj为固定点j相对于移动终端的初始整数模糊度、nj为固定点j的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
差分载波相位测量值表达式确定子模块，用于将预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式，并基于差分载波相位测量值表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，差分载波相位测量值表达式为：
Figure BDA0002112898400000271
其中，
Figure BDA0002112898400000272
为差分载波相位测量值，
Figure BDA0002112898400000273
Figure BDA0002112898400000274
为预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ... ζ(Z)N)T，ζ(t)＝(x(t) y(t))T，n＝(n(1) n(2) ...n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure BDA0002112898400000275
可选的，上述固定解计算模块750，可以包括：
未知数的浮动解及协方差矩阵获取子模块，用于利用最小二乘法求解差分载波相位测量值，得到未知数的浮动解及协方差矩阵；
整数模糊度的浮动解获取子模块，用于提取未知数的浮动解的后(M-1)位，作为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解；
矩阵分块子模块，用于将协方差矩阵进行分块处理，得到分块矩阵，分块矩阵为：
Figure BDA0002112898400000276
其中，Qζζ为2K×2K矩阵，QNN为(m-1)×(m-1)矩阵；
整数模糊度的浮动解的协方差矩阵确定子模块，用于确定分块矩阵中的QNN为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解的协方差矩阵。
可选的，上述实际位置信息确定模块760，可以包括：
差分载波相位测量值修正子模块，用于利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，将各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值修正为：
Figure BDA0002112898400000281
其中，
Figure BDA0002112898400000282
为修正的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，Nfix为各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解。
应用本发明实施例，可以加快求解整数模糊度的速度和提高整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，包括处理器801、通信接口802、存储器803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信，
存储器803，用于存放计算机程序；
处理器801，用于执行存储器803上所存放的计算机程序时，实现如下步骤：
获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、移动终端在各时刻测量到的各固定点发送信号的载波相位值以及各固定点的预设载波相位测量噪声；
根据各固定点的位置信息、初始估计位置信息以及在各时刻各固定点发送信号的载波相位值，计算移动终端在各时刻的第一估计位置信息；
利用预设的时间差定位算法，计算移动终端在各时刻的第二估计位置信息，并根据移动终端在各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算移动终端在各时刻的联合估计位置信息；
根据移动终端在各时刻的联合估计位置信息、各固定点的位置信息、各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值；
基于各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的浮动解及浮动解的协方差矩阵，并根据浮动解及协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解；
利用各固定点相对于移动终端的整数模糊度的固定解，修正各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定移动终端的实际位置信息。
可选的，处理器801执行存储器803上所存放的计算机程序时，可以执行上述任一无线网络下的载波相位定位方法。
应用本发明实施例，可以加快求解整数模糊度的速度和提高整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
上述电子设备提到的通信总线可以是PCI(Peripheral ComponentInterconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，也可以包括NVM(Non-Volatile Memory，非易失性存储器)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
另外，相应于上述实施例所提供的无线网络下的载波相位定位方法，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的无线网络下的载波相位定位方法的所有步骤。
应用本发明实施例，可以加快求解整数模糊度的速度和提高整数模糊度的精确性，从而进一步提高了无线网络定位的精度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备以及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线网络下的载波相位定位方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、所述移动终端在各时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值以及所述各固定点的预设载波相位测量噪声；
根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述第一估计位置信息为所述初始估计位置信息；
利用预设的时间差定位算法，计算所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息，并根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述联合估计位置信息为所述初始估计位置信息；
根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述参考固定点为所述多个固定点中的任一固定点；
基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，并根据所述浮动解及所述协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解；
利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定所述移动终端的实际位置信息；
所述根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，包括：
根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，计算所述移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，所述估计位置变化量为：
Figure FDA0002945693100000021
其中，ΔPCP(t+1)为所述估计位置变化量，
Figure FDA0002945693100000022
为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第一估计位置信息；
根据所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息及所述估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，所述联合迭代公式为：
PCP(t+1)＝PFUSION(t)+ΔPCP(t+1)
PFUSION(t+1)＝wTDOAPT(t+1)+wcpPCP(t+1)
其中，PFUSION(t)为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的联合估计位置信息，PT(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为所述移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为所述移动终端的第一估计位置信息的权重系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始估计位置信息为在所述初始时刻由预设的时间差定位算法测量得到的；
所述根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，包括：
确定所述移动终端在相邻两个时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，所述差值表达式为：
Figure FDA0002945693100000023
其中，φj(t)为在所述时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在所述时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为所述移动终端在所述时刻t的实际位置信息，
Figure FDA0002945693100000024
为所述移动终端在所述时刻(t-1)的第一估计位置信息；
对所述各固定点对应的差值表达式进行变换，得到所述各固定点对应的变换表达式，所述变换表达式为：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2
其中，
Figure FDA0002945693100000031
将所述各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组，所述线性方程组为：
Cx＝b
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，Kj＝aj 2+bj 2，M为所述固定点的数量，
Figure FDA0002945693100000032
Figure FDA0002945693100000033
Figure FDA0002945693100000034
利用最小二乘法得到所述线性方程组的解，作为所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，包括：
获取预设载波相位表达式，所述预设载波相位表达式为：
Figure FDA0002945693100000041
其中，(xF (t)，yF (t))为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，Nj为所述固定点j相对于所述移动终端的初始整数模糊度、nj为所述固定点j的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
将所述预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式，并基于所述差分载波相位测量值表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述差分载波相位测量值表达式为：
Figure FDA0002945693100000042
其中，
Figure FDA0002945693100000043
为所述差分载波相位测量值，
Figure FDA0002945693100000044
Figure FDA0002945693100000045
为所述预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ... ζ(Z) N)T，ζ(t)＝(xF (t)，yF (t))T，n＝(n(1) n(2) ... n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure FDA0002945693100000046
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，包括：
利用最小二乘法求解所述差分载波相位测量值，得到未知数的浮动解及协方差矩阵；
提取所述未知数的浮动解的后(M-1)位，作为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解；
将所述协方差矩阵进行分块处理，得到分块矩阵，所述分块矩阵为：
Figure FDA0002945693100000051
其中，Qζζ为2K×2K矩阵，QNN为(m-1)×(m-1)矩阵；
确定所述分块矩阵中的QNN为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解的协方差矩阵。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，包括：
利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，将所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值修正为：
Figure FDA0002945693100000052
其中，
Figure FDA0002945693100000053
为修正的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，Nfix为所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解。
6.一种无线网络下的载波相位定位装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待定位区域中多个固定点的位置信息、移动终端在初始时刻的初始估计位置信息、所述移动终端在各时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值以及所述各固定点的预设载波相位测量噪声；
第一估计位置信息计算模块，用于根据所述各固定点的位置信息、所述初始估计位置信息以及在所述各时刻所述各固定点发送信号的载波相位值，计算所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述第一估计位置信息为所述初始估计位置信息；
联合估计位置信息计算模块，用于利用预设的时间差定位算法，计算所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息，并根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息和第二估计位置信息，计算所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，其中，在所述初始时刻，所述联合估计位置信息为所述初始估计位置信息；
差分载波相位测量值确定模块，用于根据所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息、所述各固定点的位置信息、所述各固定点的预设载波相位测量噪声以及预设载波相位表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述参考固定点为所述多个固定点中的任一固定点；
固定解计算模块，用于基于所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的浮动解及所述浮动解的协方差矩阵，并根据所述浮动解及所述协方差矩阵，利用最小二乘模糊度去相关算法，计算所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解；
实际位置信息确定模块，用于利用所述各固定点相对于所述移动终端的整数模糊度的固定解，修正所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，并根据修正后的所述各固定点相对于所述参考固定点的差分载波相位测量值，利用预设定位算法，确定所述移动终端的实际位置信息；
所述联合估计位置信息计算模块，包括：
估计位置变化量计算子模块，用于根据所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息，计算所述移动终端在相邻两个时刻的估计位置变化量，所述估计位置变化量为：
Figure FDA0002945693100000061
其中，ΔPCP(t+1)为所述估计位置变化量，
Figure FDA0002945693100000062
为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第一估计位置信息；
联合估计位置信息获取子模块，根据所述移动终端在所述各时刻的第二估计位置信息及所述估计位置变化量，通过联合迭代公式进行迭代，得到所述移动终端在所述各时刻的联合估计位置信息，所述联合迭代公式为：
PCP(t+1)＝PFUSION(t)+ΔPCP(t+1)
PFUSION(t+1)＝wTDOAPT(t+1)+wcpPCP(t+1)
其中，PFUSION(t)为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，PFUSION(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的联合估计位置信息，PT(t+1)为所述移动终端在所述时刻(t+1)的第二估计位置信息，并且，wTDOA+wcp＝1，wTDOA为所述移动终端的第二估计位置信息的权重系数，wcp为所述移动终端的第一估计位置信息的权重系数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述初始估计位置信息为在所述初始时刻由预设的时间差定位算法测量得到的；
所述第一估计位置信息计算模块，包括：
差值表达式确定子模块，用于确定所述移动终端在相邻两个时刻测量到的所述各固定点发送信号的载波相位值的差值表达式，所述差值表达式为：
Figure FDA0002945693100000071
其中，φj(t)为在所述时刻t固定点j发送信号的载波相位值，φj(t-1)为在所述时刻(t-1)固定点j发送信号的载波相位值，(aj，bj)为固定点j的位置信息，(x(t)，y(t))为所述移动终端在所述时刻t的实际位置信息，
Figure FDA0002945693100000072
为所述移动终端在所述时刻(t-1)的第一估计位置信息；
变换表达式获取子模块，用于对所述各固定点对应的差值表达式进行变换，得到所述各固定点对应的变换表达式，所述变换表达式为：
Rj(t)＝(aj-x(t))2+(bj-y(t))2
其中，
Figure FDA0002945693100000073
线性方程组获取子模块，用于将所述各固定点对应的变化表达式与参考固定点的变化表达式作差，得到线性方程组，所述线性方程组为：
Cx＝b
其中，aij为ai与aj的差值、bij为bi与bj的差值，Kj＝aj 2+bj 2，M为所述固定点的数量，
Figure FDA0002945693100000081
Figure FDA0002945693100000082
Figure FDA0002945693100000083
求解子模块，用于利用最小二乘法得到所述线性方程组的解，作为所述移动终端在所述各时刻的第一估计位置信息。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述差分载波相位测量值确定模块，包括：
预设载波相位表达式子模块，用于获取预设载波相位表达式，所述预设载波相位表达式为：
Figure FDA0002945693100000084
其中，(xF (t)，yF (t))为所述移动终端在所述时刻t的联合估计位置信息，Nj为所述固定点j相对于所述移动终端的初始整数模糊度、nj为所述固定点j的预设载波相位测量噪声，λ为载波波长；
差分载波相位测量值表达式确定子模块，用于将所述预设载波相位表达式中的非线性部分进行泰勒展开，得到展开后的所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值表达式，并基于所述差分载波相位测量值表达式，确定所述各固定点相对于参考固定点的差分载波相位测量值，所述差分载波相位测量值表达式为：
Figure FDA0002945693100000091
其中，
Figure FDA0002945693100000092
为所述差分载波相位测量值，
Figure FDA0002945693100000093
Figure FDA0002945693100000094
为所述预设载波相位表达式与常量的差值，ξ＝(ζ(1) ζ(2) ... ζ(Z) N)T，ζ(t)＝(xF (t)，yF (t))T，n＝(n(1) n(2) ... n(Z))T，Z为周期数，H为常量矩阵，
Figure FDA0002945693100000095
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