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。

COMPARISON OF TDOA LOCATION ALGORITHMS WITH DIRECT SOLUTION METHOD

For Time Difference Of Arrival(TDOA) location based on multi-ground stations scene,two direct solution methods are proposed to solve the target position in TDOA location.Therein,the solving methods are realized in the rectangular and polar coordinates.On the condition of rectangular coordinates,first of all,it solves the radial range between the target and reference station,then cal-culates the location of the target.In the case of polar coordinates,the azimuth between the target and reference station is solved first,then the radial range between the target and reference station is figured out,finally the location of the target is obtained.Simultaneously,the simulation and comparison analysis are given in detail,and show that the polar solving method has the better fuzzy performance than that of rectangular coordinate.

基于TDOA的超长基线闪电定位算法

为补充中国对超长基线闪电探测系统研究的不足,开发了1套超长基线闪电定位算法,该算法基于群时延计算到达时差(TDOA),并在WGS-84基准椭球面上完成定位。对于闪电回击点的确定,采用高斯牛顿迭代方法,与常规的网格搜索方法进行了理论模型算例对比,说明该算法具有较高的运算效率并可以提高阵外闪电的定位精度达百公里量级。将该算法应用于超长基线实测数据的定位,并与中国电网江苏地区的闪电定位结果进行匹配,得到2者平均距离差为11.48 km,对于超长基线定位系统定位精度较高,证明开发的超长基线闪电定位算法在实际应用中稳定可靠。

基于TDOA的超声波测距误差分析与改进

基于TDOA的超声波测距模型认为距离为声波的速度与时间差之积,忽略了温度等因素对速度的影响,此外,系统计时的误差影响了时间差测量,导致测距精度不高.分析了基于TDOA原理的超声波测距系统误差的主要来源,建立模型,通过实验对温度、距离衰减及时间差测量进行补偿,利用超声波反射特性对障碍物进行测距,并利用多探头在一定程度上削弱了方向性带来的影响.实验结果表明:系统性能稳定,测距精度高,环境适应性更强.在超声波测距范围内,最大误差不超过4 cm.

非视距环境下的GPS/TDOA最速下降混合定位算法

在一些恶劣环境下,定位终端无法观测到4颗及以上GPS卫星来确定终端位置,无线网络中的TDOA定位方法也没有足够数目的TDOA观测量来实现定位。文中利用最速下降算法融合在这一条件下的GPS伪距和TDOA观测量,在两种定位方法都无法单独定位时实现了定位。算法先将GPS伪距观测方程做单差运算、消除钟差,然后与TDOA双曲线方程组合,定义了加权残差平方和目标函数。目标函数的最优解由最速下降算法获得。文中将该算法与GPS/TDOA泰勒级数-最小二乘混合定位算法作了对比,实地NLOS条件下所得的实验结果表明在相同条件下最速下降混合定位算法比泰勒级数-最小二乘混合定位算法定位精度高;在采用最速下降混合定位算法时,GPS卫星数越多,TDOA观测量数目越多定位精度越高。在3颗卫星和3个基站的混合定位情况下,最速下降混合定位算法所得结果的平均误差为17.64 m,可以满足一般导航系统的需要。

基于TDOA改进的矿山井下机车定位方法

为提高矿山井下机车的定位精度,提出了一种基于到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)改进的矿山井下机车定位方法。采用超声波和无线电传播时间差实现测距,分析了测距技术在井下运用时产生的误差,并对误差进行补偿。为了修正机车定位过程中产生的位移误差,把位移误差化简为机车到节点的距离误差。通过规律性地布置节点和惯性导航技术,计算出位移后机车到节点的距离。使用最小二乘法估计出机车的初始位置坐标,并通过泰勒级数最小二乘法修正坐标实现定位,定位精度可达12 cm。相比于传统的定位算法,该方法增加了定位精度,且在机车不同速度下,保持了较为稳定的定位精度。

基于TDOA的列车无线定位方法研究

针对目前铁路列车定位普遍存在的只能点式定位、精度不高、大量设立轨旁设备等问题,结合时差定位法(TDOA)定位精度高、抗多径能力强等特点,提出一种基于TDOA的三基站列车无线定位方法。建立列车位置与基站间距离的非线性方程并利用牛顿迭代法求解。仿真结果表明,该定位方法能满足列车定位的需求,牛顿迭代法对误差较大的定位点优化效果明显,较之经典的CHAN算法有更高的定位精度。此外,无线定位方法可提高运营效率、降低运行成本,是一种比较有效的列车定位方法,可为列车定位提供有益的参考。

基于TDOA的短基线测向精度分析与仿真

根据TDOA短基线测向原理,分析了影响其测向精度的因素,包括基线长度、基线长度测量误差、时差测量值和时差测量精度,并进一步研究了不同时差测量法下,影响时差测量精度的因素。在此基础上,对各因素造成的测向精度变化大小进行了仿真研究,得出提高短基线测向方法测向精度的结论,指出该测向方法的适用范围。

采用三次通信的TOF与TDOA联合定位算法

通常基于超宽带(UWB)的定位系统采用的主要技术是TOA和TDOA算法,但是TOA算法定位速度低,TDOA算法定位精度不稳定,这些情况均限制了它们在UWB定位系统中的应用。为了权衡这两种算法在定位速度和精度方面的不足,提出了一种新的TOF与TDOA联合定位算法(CTT)。该算法仅需要3次UWB通信便可测量TDOA算法所需的所有时间差信息和一个TOF距离值,并可以此计算出该定位区域内所有基站与单个标签的距离,定位速度比TOA算法提升至少50%。使用DW1000分别对TOA、TDOA与CTT算法进行定位精度对比,结果表明CTT算法在二维情况下的平均定位误差<20 cm,标准差<10 cm,接近于TOA的精度并解决了TDOA算法精度不稳定的问题。

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.

基于改进拟牛顿-K近邻的TDOA定位算法

为了提高TDOA声源定位方法室内定位的速度和准确度,提出一种改进拟牛顿-K近邻(IQN-IKN)方法。基于定位方程相邻三次迭代结果构造近似矩阵,并采用近似矩阵逼近雅可比矩阵,提高拟牛顿方法定位中非线性定位方程的求解速度;提出基于密集距离法的K近邻方法,进行定位估计结果的寻优,提高定位的准确性。实验结果表明,相对于传统算法,改进算法具有更快的定位估计速度及更高的定位准确性。

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。

利用外辐射源的TDOA和FDOA目标定位算法

针对单站外辐射源条件下的目标定位问题,提出了一种基于最大似然的时差-频差联合定位算法。首先根据时差和频差的观测方程,构建目标位置和速度的最大似然估计模型。然后采用牛顿迭代算法对最大似然估计模型求解,得到目标位置和速度估计。最后,推导了算法的克拉美罗界和理论误差,并证明了二者相等。仿真结果表明,算法定位精度高于两步加权最小二乘算法和约束总体最小二乘算法,在测量误差较高时仍能达到克拉美罗界。通过对系统几何精度因子图的分析,确定目标及外辐射源数量和位置也是影响定位精度的重要因素。

基于TDOA机场无线电监管能力的仿真与优化

在民航空管部门查找的无线电干扰中,大功率无绳电话和广播干扰是主要干扰来源,短时间内快速准确定位干扰源是有效实施航空管制的关键。到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位具有定位精度高、定位时间短和抗干扰抗多径的优点。在对TDOA研究的基础上,仿真对比了Fang、Chan和Taylor级数展开法的算法性能,对比得出Taylor级数展开法具有更强的稳定性和更小的定位误差。针对云南迪庆机场无线电监测现状,用Taylor级数展开法进行监测能力的评估,提出监测站可应用蜂窝布站方式来提高对干扰源的定位精度。仿真实验表明,TDOA定位能弥补无线电监测站定位的缺点,有效解决干扰源精确定位的问题。

基于TDOA的手机定位技术

分析了TDOA的数学模型,通过Chan氏算法来实现基于TDOA的手机定位,最终得到可视化的仿真结果。应用组合式的TDOA估计方法进行测距定位,该系统可以解决测距精度、测距量程、测距实时性之间存在的矛盾,使得在进行通信的同时完成高精度的定位任务。

改进的非完全约束加权最小二乘TDOA/FDOA无源定位方法

针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简化约束条件,应用拉格朗日乘子法求解目标定位的值。然后将得到的解在原约束条件下进行泰勒级数展开,利用获得的结果进一步优化解析解。计算机仿真对比了所提方法和两步加权最小二乘法(two-stage weighted least squares,TSWLS)、改进的约束加权最小二乘法(constrained weighted least squares,CWLS)、基于定位误差修正方法的定位性能,所提算法在兼顾实时性的同时,RMSE和定位偏差均低于TSWLS、CWLS、基于定位误差修正方法。

Joint TDOA and AOA location algorithm

For the joint time difference of arrival（TDOA） and angle of arrival（AOA） location scene,two methods are proposed based on the rectangular coordinates and the polar coordinates,respectively.The problem is solved perfectly by calculating the target position with the joint TDOA and AOA location.On the condition of rectangular coordinates,first of all,it figures out the radial range between target and reference stations,then calculates the location of the target.In the case of polar coordinates,first of all,it figures out the azimuth between target and reference stations,then figures out the radial range between target and reference stations,finally obtains the location of the target.Simultaneously,simulation analyses show that the theoretical analysis is correct,and the proposed methods also provide the application of the joint TDOA and AOA location algorithm with the theoretical basis.

加权最小二乘联合遗传算法的无源定位

针对复杂环境下运动通信辐射源的无源定位,闭式解方法对于时频差模型中的测量噪声敏感且存在定位均方根误差较大问题.为了改善大观测误差下的定位性能,本文提出一种加权最小二乘联合遗传算法的递推式混合TDOA/FDOA定位方法.该方法首先利用已知站点观测大量时频差数据并建立误差模型,基于模型对定位过程中的多组时频差序列进行数据处理;其次通过加权最小二乘求解目标位置的初始值;然后采用改进的遗传算法在初始值的基础上通过多组时频差序列不断迭代、递推求解,修正位置坐标;最后利用位置估计和频差模型完成对目标速度估计.仿真结果表明,本文定位算法相比于经典两步加权最小二乘法具有更低的均方根误差,在大观测误差下能保持较高精度.同时相比于其他混合定位算法收敛速度快,可以有效减少计算量.

基于布谷鸟算法和牛顿法的时频差无源定位算法

针对运动双站时频差无源定位中存在的非线性最优化问题,提出了基于布谷鸟(Cuckoo Search,CS)算法和牛顿法的混合定位算法。该算法将布谷鸟算法全局寻优的结果作为牛顿法的初值,利用牛顿法迭代求解目标位置,避免了布谷鸟算法收敛速度慢和牛顿法对初值选取敏感的缺陷。仿真结果表明,混合算法无需初始值先验条件就能实现对目标辐射源的单次瞬时定位;此外,当距离差或距离差变化率的测量误差小于10 dB时,定位误差能够逼近克拉美罗下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),具有较高的定位精度。