超宽带通信系统加权移动三角形到达时间精确定位算法

提出了一种可用于超宽带通信系统的加权移动三角形到达时间定位算法,该算法具有解析解,且只需要一个参考点就可以计算出移动台的位置,有效解决了对移动台初始位置估计不准确造成算法不收敛的问题。仿真表明,该算法比传统的超宽带系统直接定位算法定位精度高,算法复杂度低,并且可以消除距离测量值中非视距误差对定位精度的影响。

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。

LTE网络基于观测到达时间差的加权定位算法

通过对LTE(长期演进)无线定位理论的分析,研究OTDOA(观测到达时间差)的实现原理和实际应用中存在的不足,提出一种定位精度更高的Weighted-OTDOA(加权化观测到达时间差)算法。本算法考虑到,当移动终端距离基站越远测得的误差越大的实际,在建立数学模型时根据终端到各个基站的估计距离的大小动态地决定模型中的参考距离,再通过Taylor(泰勒)级数的展开将数学模型的多元非线性的方程组转化为线性方程,对该方程进行求解得到移动终端的估计位置。仿真实验表明其具有良好准确性和可行性。

基于到达时间差的加权定位算法研究

针对基于到达时间差的定位算法在测量误差较大的情况下,对信号源的位置估计精度不高的问题,研究了一种采用加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)的算法来改善对目标位置的估计精度。WLS算法通过对最小二乘算法加权,来估计信号源的位置。通常定位算法往往计算量较大且复杂多变,WLS算法的计算相对简单,对信号源的位置估计精度也较高。在对WLS算法进行了理论分析和推导后,运用MATLAB软件平台,实验验证了算法的性能表现。仿真结果表明,WLS算法接近克拉美罗下界,具有较高的定位性能。

一种线性校正到达时间差定位算法

针对到达时间差(TDOA)定位中出现的非线性估计问题,该文提出一种线性校正TDOA定位算法。首先将高度非线性的TDOA定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,利用加权最小二乘(WLS)估计进行初始求解;然后在此基础上通过一阶泰勒级数展开把伪线性方程组转化为关于估计偏差的线性加权最小二乘问题并进行求解,分析了所提算法在测量误差较小时的有效性。最后提出了一种基于加权最小二乘估计的恒加速度运动辐射源的定位方法,相应的估计性能在测量误差较小时也接近克拉美罗界(CRLB)。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。

非视距环境下基于到达时间差的一种定位算法

由于对无线定位日益增长的业务需求,无线定位近些年成为人们关注的焦点。针对实际环境中TDOA测量值时常受到非视距的影响而造成定位精度显著下降的问题,在Chan算法基础上,提出一种减小非视距影响的算法,该算法采用加入校正因子的方法,通过逐步迭代,以增加较小的运算量为代价减小非视距的影响,从而达到提高定位精度的目的。仿真表明,在各种环境下,特别是非视距环境下,该算法能够显著提高定位的精度,且运算量较小,因而具有一定的实用意义。

基于超宽带信号到达时间的室内人员被动式定位算法及仿真

针对超宽带网络中室内人员被动式定位问题,提出了一种基于超宽带信号到达时间的定位算法,实现了单目标与双目标定位.讨论了人员存在时特有的多径传输信道,根据信道模型提出定位算法:首先,利用无人时接收信号的先验知识,提取与人有关的接收信号;其后,估计人所在信号传输路径的到达时间;最后,计算各路接收信号的传输距离,采用加权最小二乘算法对目标进行位置估计.基于时域一致性绕射理论,建立室内人员被动式定位仿真场景.仿真结果表明,所提算法单目标定位结果以90%,的概率低于0.3,m;双目标的定位结果以78%,的概率低于2,m.

水声传感器网络信号到达时间差目标定位的最小二乘法估计性能

为解决水声传感器网络中测量误差和传感器节点位置误差同时存在时的目标定位问题,提出一种双误差模型下基于加权整体最小二乘方法。建立双误差条件下的信号到达时间差目标定位模型,采用加权整体最小二乘法对该模型进行求解,并推导权值的表达式。所提算法模型与实际符合性更好,且利用了测量误差方差和传感器节点位置误差方差的先验信息,以迭代方法得到最终的目标位置估计值。在模拟测量误差和传感器节点位置误差同时存在情况下对该方法进行仿真与水池试验验证,结果表明所提基于加权整体最小二乘的目标定位方法具有良好的定位性能。

基于时间反演的到达时间定位

针对传统算法在室内超宽带(UWB)到达时间(TOA)定位系统里很难准确搜寻出第一条直射路径,从而导致定位精度不高的问题,提出了基于时间反演(TR)的TOA室内UWB定位算法。首先,利用TR处理的空时聚焦特性确定第一条直射路径,从而估计这条路径的TOA;其次,通过加权最小二乘(WLS)定位算法对不同的估计分量赋予相应的权值以提高定位精度。仿真结果表明,相较传统TOA定位,所提方案在低信噪比条件下的均方根误差(RMSE)减小了28.6%,可见该方案有效提升了系统定位精度。

未知信号传播速度的TDOA定位方法研究

研究了未知信号传播速度时的到达时间差(Time-Difference-Of-Arrival,TDOA)定位问题,提出两种联合估计信号传播速度和目标位置的定位方法。第一种方法为两步加权最小二乘方法。在该方法中,首先不考虑变量之间关系,得到一个关于未知变量的初始加权最小二乘估计。为改进第一步估计的性能,第二步考虑第一步估计中变量之间的关系,将其转换为一个标准的广义信赖域子问题,最终获得更高精度的估计性能。第二种方法为半正定松弛方法,通过构建非线性非凸加权最小二乘问题,然后利用半正定松弛技术将其松弛为凸的半正定规划问题,容易求解。仿真结果表明,所提两种方法均能够在高斯噪声下,且噪声不太大时达到克拉美-罗界。

基于运动单站的LTE辐射源定位技术

长期演进(LTE)信号具有覆盖范围广泛、带宽大、自相关特性良好、抗衰落能力强及发射功率大等诸多有利于定位的优点,是一种可用于定位的主要机会信号。基于LTE信号的定位方法需要利用辐射源的位置信息进行解算,在非合作环境中获取基站的位置信息是使用LTE信号进行定位的基础。提出了一种利用移动单站获取LTE辐射源位置的定位方法,以到达时间差(TDOA)为观测量,建立了包含钟差校准的定位模型,并从单站的运动轨迹和初始点选取两个方面分析了算法的收敛性和定位精度。通过行人以及车载两种方式,在实际环境中对定位方法的性能进行了测试,实验结果表明,该方法的定位误差小于10 m。

一种高低轨卫星联合到达时间被动定位技术

针对高低轨卫星被动定位情况下时钟同步精度很难满足定位精度需求的问题,综合考虑卫星系统误差,建立了兼顾目标位置坐标和未知传输时间的加权最小二乘定位方程,采用变换测量模型,引入半正定松弛算法将传统加权最小二乘问题松弛为半正定规划(SDP)问题,并证明该半正定松弛过程总是紧的,保证原始问题最优解。同时,将目标运动速度在较短观测时间内假设为常数,将所提方法推广到运动目标被动定位场景。所提算法可有效解决时钟同步误差情况下卫星定位性能恶化的问题,仿真结果表明:在非极度恶劣噪声水平下,所提方法的定位精度可达到克拉美罗下界。

收发未精确同步条件下非相关多运动辐射源TOAs/FOAs协同定位方法

在联合到达时间/到达频率的无线定位体制中,除了TOAs/FOAs(Time-Of-Arrivals/Frequency-Of-Arrivals)估计误差与传感器位置/速度先验观测误差以外,收发两端的传感器时钟同步误差也是影响定位精度的重要因素.为了抑制时钟同步误差和各类观测误差的影响,本文针对非相关多运动辐射源定位场景,提出一种基于加权多维标度分析的TOAs/FOAs多辐射源协同定位方法.文中首先通过构造两组标量积矩阵推导定位关系式,然后基于一阶误差分析方法得到该关系式中的误差渐近统计特性,并进而构建联合定位与时钟同步误差校正的优化准则.针对此优化模型,本文提出一种基于正交投影矩阵数学性质的参数解耦合优化算法,可实现对多运动辐射源位置/速度参数与同步误差参数的分步估计,显著降低了参与优化迭代的变量维数.此外,文中还在收发未精确同步条件下推导TOAs/FOAs多辐射源协同定位模型的克拉美罗界,定量证明多辐射源协同定位可以带来性能增益,并且利用一阶误差分析以及正交投影矩阵数学性质证明新方法的渐近统计最优性.仿真实验结果验证所提出的协同定位方法的优越性.

基于5G+UWB的室内定位算法研究

第五代通信技术(5th-Generation,5G)为室内定位领域带来了新的可能性,超宽带(ultra wide band,UWB)定位技术与5G定位技术都具有带宽大、频率高的特性,但是定位性能却略有差异.针对单一传感器定位的准确性、稳定性差的问题,本文提出了5G+UWB的融合定位算法,构建了基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的5G室内定位、基于三边定位算法的UWB室内定位以及基于融合定位算法的5G+UWB室内定位模型.首先验证了通过加权最小二乘(weighted least squares,WLS)算法得到的各单系统的初步定位结果,之后验证了结合Taylor级数展开法得到的改进后定位结果.在此基础上,进一步对通过融合算法将两个单系统定位结果进行融合后的组合定位结果进行实验验证.实验结果表明:UWB单系统定位结果呈现准确性较低、稳定性较高的特点,5G单系统定位结果呈现准确性较高、稳定性较低的特点,二者组合后可得到准确性和稳定性都相对较好的定位结果,组合系统定位精度最高可达0.22 m,最低可达0.73 m,可实现亚米级定位.

移动通信中的无线定位技术

为移动用户提供定位业务是今后移动通信系统必备的基本功能。在论述了移动通信系统中无线定位技术应用、定位系统分类的基础上,讨论了目前所采用的各种定位方法及其适用的范围和限制,分析了影响定位精度的各种环境因素,提出了在实际网络中采用定位技术应考虑的问题和提高定位精度应解决的问题。

移动通信系统中的无线定位技术及其应用

移动通信系统中的无线定位技术是一种新兴技术 ,有着广泛的应用前景 ,目前已得到了欧洲电信标准化组织、美国电信电子行业协会和世界各大通信公司的广泛重视 .本文介绍了无线定位技术的基本定位方法 。

移动辐射源AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法

移动辐射源无源定位是电子对抗领域需要解决的关键问题之一。基于到达时间差(TDOA)与到达频率差(FDOA)的联合定位闭合解算法是解决上述问题的有效途径之一,但完成一次定位至少需要5个协同平台才能达到该算法的应用条件。在保持无源定位闭合解框架的前提下,为减少协同平台个数,提出了一种融合到达角(AOA)观测量、TDOA观测量以及FDOA观测量的无源定位算法。当各观测量的观察噪声及传感器位置偏差均为高斯噪声且噪声强度适中时,可建立移动辐射源位置与各观测量及传感器位置的近似代数表达式,并由此形成AOA-TDOA-FDOA联合定位闭合解算法。进一步的理论分析表明,该算法的定位误差能达到克拉美罗界,数值仿真结果与理论分析结论吻合。

基于移动锚节点的无线传感器网络三边质心定位

探讨了无线传感器网络(WSN)定位技术的意义,研究基于移动锚节点的测距定位技术;设计了移动锚节点运动轨迹,在利用无线电与超声波到达时间差(TDOA)测得锚节点到待定位节点距离的情况下,给出了一种新的定位算法——三边质心定位算法,该算法通过求解待定位节点的定位近点所构成几何图形的质心来完成定位;仿真结果表明,该定位技术能够明显减小定位误差与锚节点数量。

利用GDOP对蜂窝移动通信系统移动台定位的方法

针对基于网络的到达时间 (TOA)定位系统 ,分析了定位误差与移动台 (MS)位置及参数测量误差的关系 ,结合实际中能同时接收到移动台信号的基站 (BS)数有限、定位误差对移动台位置敏感的特点 ,提出了直接用解析法计算所有位置线的交点 ,然后用几何淡化因子 (GDOP)及参数测量误差的均方差对交点进行加权平均来估计移动台位置的方法。该方法同时考虑了参数误差与几何淡化因子对定位精度的影响 ,不需要矩阵求逆 ,运算量小 ,速度快。适用于存在直达波 (LOS)信号的蜂窝通信环境。

基于加权矩阵的TDOA多站无源定位算法

无源定位技术有着广阔的应用前景,传统的多站无源定位通常使用泰勒展开法对目标进行定位求解,在此基础上一种基于加权矩阵的多站到达时间差测量法被提出.当被测目标发射信号中存在稳定载波情况下,以各站点的载波跟踪环路为切入点,分析了采用常规时域相关法对载波跟踪时的环路噪声特性方程,利用此方程对多个观测站间的距离差观测量加权矩阵进行建模,再利用此加权矩阵对定位方程进行改进,最终得到高精度的目标位置解.通过仿真实验可以证明:在同等条件下该方法比传统泰勒展开法的定位精度有所提高,最好可提高精度约30%.该方法是一种适用于多站无源定位的有效方法,尤其适用于移动观测站点情况.