一种面向列车的粒子群优化UWB基站布置方法

本发明属于uwb定位领域，具体涉及一种面向列车的粒子群优化uwb基站布置方法。

背景技术：

1、据mordro intelligent预测，uwb市场规模预计将从2023年的15.5亿美元增长到2028年的34.5亿美元，中国则是增长较快的地区之一。与此同时，我国工信部无线电管理局于2023年1月4日发布了《超宽带(uwb)设备无线电管理规定(征求意见稿)》，明确了未来国内uwb技术的使用频段为7235～8750mhz。随着uwb技术的合规化推进，我国uwb定位市场规模将迎来新的爆发增长。

2、相关研究表明，uwb基站部署对定位精度存在一定影响，当基站构成凸包的长宽比接近于1:1时定位精度最高，当长宽比相差较大时定位精度较差。目前大多数实际应用的基站布置也近似于正方体分布，以达到最好的定位效果。但城市轨道交通中，列车沿轨道方向行驶，综合考虑定位精度及成本问题，较难实现正方体的高密度基站布置，且并没有狭长区域基站布设的理论标准。因此，面向列车的基站布设及定位精度存在一定挑战。另外，在列车行驶的过程中，正常行驶路段的定位精度要求较低，靠近站台区域的定位精度要求较高，针对不同定位需求，改进基站布局可以提高定位精度，以及降低布设基站的设备成本。

3、综上所述，面向列车的uwb基站布置优化所存在的主要问题是：1)常用的正方体基站布置不适用于列车定位，需要推导狭长区域内的基站布设相关理论标准；2)在固定视距误差/非视距误差(line of sight/non line of sight，los/nlos)场景下，针对不同定位需求、感兴趣区域，自适应性调整基站布设方式亟待解决，从而降低测距误差到定位误差的放大。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明在现有典型的最小二乘法求解到达时间(toa)定位线性方程的基础上，推导不同位置处的定位均方误差表达式；沿uwb标签移动路径，求解不同优化目标的均方误差积分，并构建不同适应度函数；利用粒子群优化算法，求解最小化适应度函数对应的最优基站布设方案。

2、本发明技术方案：

3、一种面向列车的粒子群优化uwb基站布置方法，包括以下步骤：

4、步骤s1，推导不同位置处的定位误差表达式：

5、基于到达时间(toa)线性方程，推导基站与标签之间测距误差分布特征；推导误差向量，并根据最小二乘法求解标签坐标原理推导不同位置的定位均方误差。

6、步骤s2，基于粒子群优化的基站布置：

7、针对los/nlos场景，沿标签运动路径求解定位误差积分表达式；针对不同优化目标，如二维优化、感兴趣区域优化等，构建适应度函数；基于粒子群优化算法，得到最优基站布置方案。

8、通过上述过程，步骤s1推导标签不同位置处的定位误差表达式，为步骤s2的基站布设优化提供理论支撑；步骤s2根据不同优化目标，将步骤s1中求解的定位均方误差进行积分，得到适应度函数，并通过粒子群优化算法得到最优基站布局，实现固定区域的定位误差最小化，实现了los/nlos场景下，针对不同定位需求及感兴趣区域的最优基站布设，减小了测距误差到定位误差的放大。

9、有益效果

10、本发明相比于之前研究，增加考虑场景中存在固定障碍物，即混合los/nlos场景下，利用粒子群算法的求解基站最优布局，实现了固定区域内的定位误差累积最小化。另外，本发明针对感兴趣区域、维度，增加该部分区域影响权重，实现感兴趣区域、维度的定位增强。

技术特征：

1.一种面向列车的粒子群优化uwb基站布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种面向列车的粒子群优化uwb基站布置方法，其特征在于，步骤s1中，推导基站标签之间测距误差分布特征的具体步骤：

3.根据权利要求1所述一种面向列车的粒子群优化uwb基站布置方法，其特征在于，步骤s2中，求解定位误差积分表达式的具体步骤：

技术总结本发明中提出了一种面向列车的粒子群优化(PSO)超宽带(UWB)基站布置方法，首先推导标签在不同位置的定位误差理论表达式，其次，沿着标签运动轨迹积分，根据不同优化目标构建适应度函数，最后，利用粒子群优化算法，得到最小化适应度函数对应的最优基站布置。该发明包括以下步骤：(1)推导不同位置处的定位误差表达式，明确定位误差随标签位置坐标的变化。(2)根据不同的定位优化目标，构建粒子群优化算法适应度函数并优化基站布置。本发明考虑场景中存在固定障碍物，利用粒子群算法的求解基站最优布局，实现了固定区域内的定位误差累积最小化。另外，本发明针对感兴趣区域、维度，增加该部分区域影响权重，实现感兴趣区域、维度的定位增强。技术研发人员：黄新林,何婉宁,杨远航,黄嘉祺,张语受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23