基于三邊測量法的Matlab程序設(shè)計(jì)

摘 要：定位技術(shù)是無線通信的熱點(diǎn)研究問題之一，而三邊測量方法是構(gòu)建復(fù)雜定位技術(shù)的基礎(chǔ)。本文基于無線通訊基站室內(nèi)的二維定位問題，針對三邊測量方法，利用Matlab軟件對三邊測量方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并采用四組二維數(shù)據(jù)驗(yàn)證了程序的可行性。

1引言

Matlab是一款結(jié)合了數(shù)值和符號計(jì)算引擎、圖形系統(tǒng)和編程語言的數(shù)學(xué)軟件，可用于處理較為復(fù)雜的計(jì)算或者是圖像問題。Matlab的應(yīng)用非常廣泛，包括通信、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試和測量、信號和圖像處理等眾多領(lǐng)域[1-3]。

目前，定位技術(shù)是無線通信的熱點(diǎn)研究問題之一[4-7]，針對無限通訊基站的室內(nèi)三維定位問題，文獻(xiàn)[8、9]分別分析了三邊測量法和四邊測量法的原理，并做了簡單分析，但是并沒有側(cè)重于Matlab的程序設(shè)計(jì)研究，而本文主要研究基于線通訊基站室內(nèi)的二維定位問題，針對三邊測量方法，利用Matlab軟件對三邊測量方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并采用二維數(shù)據(jù)驗(yàn)證了程序的可行性。

2三邊測量法

設(shè)待測終端的坐標(biāo)為X（x，y），3個基站的坐標(biāo)為A1（a1，b1），A2（a2，b2），A3（a3，b3），X到A1，A2，A3的距離分別為d1，d2，d3，則根據(jù)二維空間兩點(diǎn)間距離公式可得到方程組：

可解得X坐標(biāo)為：

下面針對三邊測量法，利用Matlab軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

3基于三邊測量法的程序設(shè)計(jì)

%讀數(shù)據(jù)

LOS=xlsread（'case021_input'，'LOS'）

base=xlsread（'case021_input'，'base'）

%讀取參考基站的坐標(biāo)[cx，cy]

cx=base（：，1）

cy=base（：，2）

figure（1）

plot（cx，cy，'k^'）；%畫參考基站圖

hold on

grid on

%移動位置數(shù)mlen

mlen=length（LOS）；%移動位置數(shù)mlen

x=[]

y=[]

for p=1：30%對每個移動位置

for i=1：100

w=LOS（p，：）

disp（'次數(shù)'）

p

[da，db，dc，t1，t2，t3]=find_three_p（w）%從每個移動位置TOA中任意選出三值

base1=base（t1，：）

base2=base（t2，：）

base3=base（t3，：）

[locx，locy]=triposition（base1，da，base2，db，base3，dc）%計(jì)算定位坐標(biāo)

if （-500

x（p）=locx

y（p）=locy

break

else continue

end

end

end

plot（x，y，'r>-'）

for j=1：110

text（x（j），y（j），[' ' num2str（j）]）

end

xlabel（'x'）

ylabel（'y'）

legend（'參考基站'，'移動軌跡'，'Location'，'SouthEast'）

title（'三點(diǎn)測量法的移動軌跡'）

grid on

%find_three_p（調(diào)用函數(shù)）

function [da，db，dc，t1，t2，t3]=find_three_p（w）

%從TOA數(shù)據(jù)中隨機(jī)選出不同的三個值

%依次每一個移動位置到相應(yīng)基站的LOS距離w

%輸出：任意選出da，db，dc三個LOS距離

%da，db，dc為選出的任意三個LOS距離

len=length（w）

% 取一個

t=fix（len*rand（1，1））+1

ma=t

da=w（t）

t1=t； %t1是標(biāo)記

%取第二個

while（1）

t=fix（len*rand（1，1））+1

if（t～=ma）

mb=t

db=w（t）

break

end

end

t2=t；%t2是標(biāo)記

%取第三個

while（1）

t=fix（len*rand（1，1））+1

if（t～=ma）&&（t～=mb）

mc=t

dc=w（t）

break

end

end

t3=t；%t3是標(biāo)記

%函數(shù)調(diào)用triposition.m%

function [locx，locy]=triposition（B1，da，B2，db，B3，dc）

%三邊定位法%

%輸入：1.參考節(jié)點(diǎn)B1，B2，B3；2.移動位置坐標(biāo)D（locx，locy）到這三點(diǎn)的距離分別為da，db，dc

%locx，locy為計(jì)算的移動位置坐標(biāo)D點(diǎn)的位置坐標(biāo)

syms x y%f符號變量

%求解方程組

f1='2*x*（B1（1）-B3（1））+B3（1）^2-B1（1）^2+2*y*（B1（2）-B3（2））+B3（2）^2-B1（2）^2=dc^2-da^2'

f2='2*x*（B2（1）-B3（1））+B3（1）^2-B2（1）^2+2*y*（B2（1）-B3（2））+B3（2）^2-B2（2）=dc^2-db^2'

[xx，yy]=solve（f1，f2，x，y）； %解關(guān)于x，y的符號方程組，得到解的符號表示，并存入xx，yy

px=eval（xx）；%解的數(shù)值px（1），px（2）

py=eval（yy）；%解的數(shù)值py（1），py（2）

locx=px

locy=py

4 實(shí)驗(yàn)仿真

利用以上程序，結(jié)合實(shí)際二維數(shù)據(jù)，對三邊測量法進(jìn)行仿真。圖1對應(yīng)二維數(shù)據(jù)的移動終端的30個位置變

化圖。

由圖可知，采用實(shí)際數(shù)據(jù)對程序進(jìn)行仿真，觀察發(fā)現(xiàn)終端運(yùn)行軌跡圖比較符合實(shí)際情況，說明三邊測量法能夠較準(zhǔn)確的確定終端位置，且設(shè)計(jì)的基于三邊測量法的程序是有效的。

5結(jié)語

基于無線通訊基站室內(nèi)的二維定位問題，針對三邊測量方法，利用Matlab軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。采用實(shí)際數(shù)據(jù)對程序進(jìn)行仿真，觀察發(fā)現(xiàn)終端運(yùn)行軌跡圖比較符合實(shí)際情況，說明三邊測量法能夠較準(zhǔn)確的確定終端位置，且設(shè)計(jì)的基于三邊測量法的程序是有效的。但是因?yàn)闇y量誤差的存在，以及程序自身的缺陷，有些點(diǎn)的位置表現(xiàn)出了異常，在后續(xù)工作中應(yīng)該重視并加以改進(jìn)。現(xiàn)出了異常，在后續(xù)工作中應(yīng)該重視并加以改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李明（1981.3—）男，漢，四川，研究生，工程師，研究方向：機(jī)場工程，單位：中國民用航空局第二研究所。