基于到达时间间隔差的ADS-B位置消息验证方法

广播式自动相关监视(ADS-B)是一种新型的航空器监视技术,具有定位精度高、更新速度快及覆盖范围广等优势,在民用航空监视领域获得广泛应用。由于ADS-B消息以广播方式传输,未采用加密与认证机制,ADS-B系统易受外部欺骗源的干扰。为解决该问题,提出了一种基于到达时间间隔差(IDOA)的ADS-B位置消息验证方法。建立基于IDOA的ADS-B位置消息验证系统模型,理论分析给出检验统计量的表达式及其统计特性,进一步分析给出检测门限的确定方法,通过仿真验证所提方法的正确性与有效性。结果表明:所提方法与基于到达时间差(TDOA)的验证方法具有相同的检测性能,且对时间测量误差和ADS-B位置误差不敏感,但所提方法可克服基于TDOA的验证方法存在的对地面站时间同步误差敏感的缺点。

基于地磁测向和时间到达差测距的行人航迹推算方法

为研究个人鞋式导航定位方法,提出了一种基于地磁测向和时间到达差测距的行人航迹推算方法。该方法分为两部分:依靠地磁辅助的航向角检测和依靠时间到达差测距的行人步幅检测。研究结果发现,采用超声波收发阵列可以有效提高两脚间距离检测精度。此外本文分析出该方法的主要误差来源为航向角检测误差,并设计了最小二乘误差补偿算法,补偿前航向角误差约为15.93°,补偿后在0.435°以内。实验通过行人直线、圆形、操场行走测试,结果表明最大定位误差占总行进距离的1.2%。本方法具有广泛的工程应用前景。

量子定位系统中符合计数与到达时间差的获取

基于MATLAB图形用户界面接口(GUI),采用软件设计方式,实现量子纠缠光信号的采集,以及对采集到的两路量子纠缠光信号的符合算法。通过对符合算法中不同的符合门宽、采集时间和延时增加步长3个重要参数的性能实验,优化和确定各参数的选值。通过对量子纠缠光符合计数与到达时间差(TDOA)的研究,完成地面数据获取与信息处理模块的设计与实现。设计并实现了时间差拟合的仿真平台。实验结果达到了期望的精度和效率的需求。

无需先验测量误差的定位节点选择方法

针对现有定位节点选择算法依赖先验测量误差的问题,研究了一种不依赖先验测量误差的时差与频差无源定位节点选择方法,该方法将两步加权最小二乘定位算法中目标估计误差协方差作为目标函数。在给定可用定位节点数目的情况下,通过引入一组布尔量构建关于目标函数为带约束的最小估计误差寻优问题,通过半定松弛技术将非凸问题转为半定规划问题进行求解,依据最小化问题特性,使得所提算法不依赖先验测量误差。仿真结果表明,不依赖测量误差的方法与穷举搜索法相比在定位性能上无太大差别;相比于穷尽搜索算法,所提方法复杂度低、实时性好。同时,仿真结果进一步表明在对运动目标定位过程中,及时调整定位节点组合的必要性。

基于5G毫米波到达时间差的室内定位算法

随着第五代移动通信技术(5G)时代的到来,以毫米波通信为代表的技术得到了日益广泛的关注.5G毫米波信号的带宽大、频率高、时延短,并且信道稀疏,所以能够为基于到达时间(TOA)和基于到达时间差(TDOA)的定位提供更加准确的测量值,有利于实现高精度的室内定位.研究了三种应用于室内的5G毫米波TDOA定位算法,并结合卡尔曼滤波进行了试验验证分析与比较.结果表明,基于5G毫米波的室内静态定位精度可达0.2886 m,动态定位的精度可达0.6076 m.

一种改进组合加权的TDOA室内二维定位算法

针对现有组合加权算法对定位区域边缘的目标定位时精度较低的问题,在现有组合加权算法的基础上提出了一种改进算法。首先,将基站分组,以到达时差算法得到目标位置的多个估计结果;其次,计算各估计结果之间距离值并排序,以滑动窗口法判断是否存在基站组出现异常定位估计;最后,当任意基站组的定位结果发生异常时,使用目标位置估计结果及其估计克拉美罗下界值设计两个加权步骤的权值,通过二步组合加权算法得到最终定位结果。仿真结果表明,所提算法有效减少了原组合加权算法对定位区域边缘的目标定位时的误差,当测量噪声标准差为0.8 m时,所提算法相较于原算法在正方形边缘区域定位均方根误差减小了0.35 m;在定位狭窄矩形区域时,所提算法平均定位均方根误差减小了0.11 m。

一种改进的到达时间差无线定位算法研究

提出一种有效传输速度的概念,针对到达时间差(TDOA)中的部分不足进行弥补和改进,对样本数据进行非视距场景进行分析。最终,对移动终端定位结果进行误差分析;并与原TDOA结果进行比对。有效速度在单位固定的情况下,考虑到终端在地面的高度几乎不超过50 m,因此,算法对有效速度进行限定高度误差修正的方式获取,并选取小数点后两位结果。提出的改进TDOA无线定位算法可得到较为精确的定位结果。样本有五组数据,每组1 100个终端数据,最终误差均值可在0.5 m以内。如果对高度限定更加严格,或者对有效速度更多有效位数的保留,将得到更为精确的定位结果。

利用船舶噪声线谱的TDOA和FDOA定位方法研究

船舶辐射噪声作为海洋环境噪声的主要来源,是众多噪声源综合作用的结果.船舶辐射噪声中含有丰富的特征信息,是对目标进行跟踪、定位的重要依据.针对两阶段加权最小二乘法(TSWLS)在第一阶段引入多余变量引起的定位不准确的问题,将船舶辐射噪声线谱作为信号源,提出了利用入侵杂草优化算法(IWO)和加权最小二乘算法(WLS)的水下到达时间差(TDOA)和到达频率差(FDOA)联合定位的方法.仿真结果表明,噪声方差在-40 dB到0 dB时,本文所提方法的速度以及位置的偏差和均方根误差均低于传统的两阶段加权最小二乘法(TSWLS)和迭代加权最小二乘法(ICWLS).所以浅海环境下利用船舶辐射噪声线谱对其进行定位对军事和安全保障方面都具有重要意义.

一种基于到达时间差的卡尔曼滤波定位算法

针对超宽带室内定位技术在复杂室内环境下易受到非视距误差影响造成定位精度下降的问题,基于到达时间差(TDOA)定位模型,对Chan算法和泰勒(Taylor)算法进行联合,并引入了无迹卡尔曼(UKF)滤波算法来进一步提高标签的定位精度,建立了改进的Chan-Taylor-SVDUKF联合定位算法。主要体现在:①采用双边双向测距(DSTWR)的方法来获取TDOA值;②采用改进的Chan-Taylor联合算法对受到非视距(NLOS)影响的观测值进行筛除;③针对TDOA模型中状态方程为线性的情况,用一步预测和一步预测协方差代替UKF中对状态方程进行的无迹(UT)变换;④针对UT变换中采用平方根法(Cholesky)分解易分解失败,采用奇异值分解代替Cholesky分解。实验结果证明,Chan-Taylor-SVDUKF算法提高了定位精度和稳定性。

一种参考源修正的短波辐射源时差定位方法

为解决短波辐射源到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位(简称时差定位)方法受电离层影响导致的定位精度下降的问题,提出了一种利用参考源修正的短波辐射源目标时差定位方法。针对地球表面短波辐射源,基于电离层球面反射模型的电离层反射虚高近似方法,建立了利用参考修正的短波目标时差定位模型。考虑参考源与目标共用电离层反射区域对电离层虚高的影响,将各电离层反射点的距离相关性引入电离层虚高的协方差矩阵中,实现了目标定位精度的修正。通过推导和仿真所提模型的克拉美·罗下界,分析了参考源修正目标定位精度的可行性。进一步给出基于Armijo直线搜索Newton法的最大似然估计方法,通过仿真数据验证了所提算法的有效性,实现了良好的定位效果。

一种基于TDOA重构的蜂窝网定位服务NLOS误差消除方法(英文)

在非视距传播 (NLOS)环境中 ,到达时间差 (TDOA)测量值受NLOS误差的影响而产生偏差[1] ,使得Chan算法[2 ] 的定位性能显著下降。基于NLOS误差的先验信息 ,利用平均超量时延和均方根时延扩展之间的关系 ,本文为基于移动台 (MS)的定位方案提出了一种建立在TDOA测量值重构和Chan算法基础上的改进算法 ,使得平均超量时延的影响显著下降。分析和仿真结果表明 ,与Chan算法相比 。

基于到达角Kalman滤波的TDOA/AOA定位算法

基于Chan算法的TDOA/AOA定位算法是在Chan算法的信号到达时间差(TDOA)误差方程组里加上一个信号到达角(AOA)误差方程,利用加权最小二乘法(WLS)求解。其主要缺点是把移动台(MS)的横坐标、纵坐标与移动台到服务基站(BS)之间的距离作为3个相互独立的变量,忽略了3者之间的相关性。需要进行两次WLS计算,且最终的解为二值根。当AOA测量误差的方差不断增大时,对应的定位误差也随之增大。该文利用Kalman滤波算法对AOA的值进行估计,并将上述的3个变量简化为一个,只需一次WLS即可求得唯一解,减少了计算量,消除了根的模糊性。仿真结果表明,该方法简单,计算量小,有较高的定位精度和较好的稳健性。

有效去除定位偏差的TDOA/FDOA闭合解定位算法

针对现有的TDOA/FDOA无源定位算法存在定位偏差的问题,提出基于两步加权最小二乘估计器的偏差补偿算法.该算法具有闭合解的形式,通过对两步加权最小二乘算法在目标定位求解过程中的偏差值进行依次求解,得到最终的偏差值.通过对该偏差值进行数值仿真分析发现:偏差值随着噪声的增大变得越来越显著.采用将两步加权最小二乘算法的原始定位解减去其偏差值的方法,得到一个具有偏差补偿性质的定位结果.理论分析证明:在较低噪声的情况下,该算法对目标的定位结果能够达到克拉美罗界.将该算法与原两步加权最小二乘算法、Taylor算法和BiasRed算法进行比较,数值仿真结果表明:在噪声较低的情况下,该算法在保持目标定位的方差值与原算法一致的情况下,能够有效地减小目标的定位偏差,提高目标的定位性能.

利用高斯牛顿迭代的时频差无源定位算法

针对传统高斯牛顿迭代法在时差-频差定位中因迭代初始值不准而易出现的不收敛问题,提出一种基于约束加权最小二乘(CWLS)的高斯牛顿迭代定位算法。该算法首先将定位问题中关于目标位置、速度的时差-频差非线性定位方程转化为伪线性方程,分步估计目标位置、速度初始值;为实现初始值的精确估计,将目标位置与辅助变量等式约束关系松弛为二阶锥约束(SOCP)条件;引入随机鲁棒最小二乘(SRLS)构建新的线性关系,当新线性关系的最小二乘解不满足二阶锥约束条件时,使用半定规划(SDP)技术求解目标位置的估计解,通过获得的目标位置来对目标速度进行求解;获得目标参数估计初始值后,建立时差-频差定位系统下关于目标位置与速度的高斯牛顿迭代方程,利用高斯牛顿迭代对目标参数进行寻优求解,该迭代过程不需要引入辅助参数,可以直接得到目标参数。仿真实验表明,所提算法对近场目标与远场目标均有很好的定位效果,较已有经典两步加权算法,其鲁棒性好、定位精度高。同时,仿真结果表明了高斯牛顿迭代方程时对初始值优化的必要性。

基于并行分层时间间隔测量的TDOA定位算法研究

基于到达时间差(TDOA)定位算法要求精确地时间同步技术作为支撑.由于传统时间同步技术精度低导致TDOA定位结果有偏差,提出一种基于并行分层次时间间隔测量的到达时间差(TDOA)和到达信号增益比(GROA)联合定位算法.基于TDOA与GROA联合定位模型,构造含拉格朗日系数的优化函数,然后采用约束加权最小二乘算法(TSWLS)来进行求解;同时,采用并行分层时间间隔测量法来控制定位算法的时间同步.实验分析表明,该算法相比较传统的TDOA定位算法而言,定位精度提高了25 d B,并且具有相对较高和较稳定的定位精度.

一种基于抗差估计的TDOA无线定位方法

基于时间测量值的TDOA无线定位方法在移动台定位、被动雷达定位、雷电定位、GPS导航等诸多应用中发挥着重大作用。如何减小TDOA定位误差是近年来研究的热点。如果TDOA测量数据中含有粗差,将会给定位解算带来更大的难度。对TDOA的抗差性进行了研究,提出了一种能够抵抗粗差的抗差TDOA定位算法——Robust-Chan方法。仿真显示该算法能很好地抵抗粗差的影响,提高定位的精度。

基于四阶累积量的到达频率差估计算法

研究了基于四阶累积量的到达频率差估计算法,并给出了该算法的离散实现方法。该算法利用高阶累积量的特性,在相关的噪声环境下,对到达频率差作出了精确估计。仿真结果验证了该算法的有效性。

利用沿锁定载波相位测量脉冲到达时差

传统的单独利用脉冲沿、载波相位或中频相关的方法测量脉冲信号的到达时间差(TDOA)都不容易达到较高的测量精度,为了实现高精度时差(皮秒量级)测量,在分析这些方法的基础上,提出了利用脉冲沿来锁定载波相位实现宽带(初步设计实现了250MHz的带宽)、大动态脉冲信号TDOA的一种测量方法,给出了其实现的具体流程并分析了能够达到的测量精度。目前该方法在实验室条件下已经实现了10ps的测量精度,可用于短基线时差定位系统。

基于量子海鸥算法的运载火箭回收舱段时差定位方法

火箭回收舱段的准确定位是实现运载火箭可重复使用的关键技术之一。针对运载火箭回收舱段飞行轨迹的特点,基于多站到达时间差(TDOA)无源定位原理,通过在回收舱段上加装主动辐射源设计了火箭回收舱段定位系统。将时差非线性定位方程求解问题转化为时差似然函数的极值优化问题,通过引入量子编码理论、混沌映射和遗传反向学习机制改进海鸥算法(SOA),将其用于搜索回收舱段最优定位信息。仿真结果表明:改进的量子海鸥算法在火箭回收舱段定位解算的早期收敛速度、定位精度、全局搜索能力等方面均优于传统Chan算法和标准海鸥算法。