基于载波变频稀疏采样与阵列移动的TOA-DOA联合估计

文中提出了一种利用少量传感器和少量快拍实现多目标波达时间(Time of Arrival,TOA)和波达方向(Direction Of Arrival,DOA)联合估计的方法。该方法设计了一种基于移动平台的完全稀疏阵列,保证不同时间的阵列位置合成后不存在重叠,并且通过差分变换可以得到更大的阵列孔径。同时,考虑了载波频率变换场景下一种新的稀疏采样方法,可以利用少量的快拍得到大量的虚拟数据,进而能够实现小快拍条件下TOA/DOA的精确估计。仿真结果表明,与传统的均匀线性阵列结合均匀采样的方式相比,文中所提方法能够识别更多的目标。同时,该方法的估计精度优于基于固定平台的嵌套阵列结合嵌套采样的方式。

基于TOA和DOA联合估计的UWB定位方法

对于UWB定位系统而言,利用时间参数估计信号源的位置需要多个参考节点,这样增加了系统的开销。如果参考节点既能估计目标源的时间参数又能估计角度参数,理论上一个参考节点就可以确定目标源的位置。该文提出一种UWB系统TOA(到达时间)和DOA(到达角度)参数联合估计的定位方法,该方法使用矩阵束算法估计出时间参数和角度参数,进而得到目标的相对坐标。该方法通过单个接收机就可以确定目标的位置,减少了定位系统负担。仿真实验证实了该方法估计时延和角度精度较高,而且定位精度能够达到厘米级,是一种简单可行的UWB系统定位方法。

基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位

精确无源移动目标定位是隧道、矿井巷道等复杂地下空间人员安全、灾后及时施救的关键技术之一。提出一种基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位方法。鉴于隧道巷道内静物回波信号的多径较多且衰落严重,基于特征值分解的零陷设计思路给出适合低信噪比条件下的最小范数强干扰抑制方法,抑制直达波和静物回波多径干扰信号,检测接收移动目标反射波;同时,为了克服隧道内的纳秒级密集多径和背景噪声,提出基于互高阶谱的RMCHS参数估计算法(Root Min-norm based on Cross High-order Specture,RMCHS),在低信噪比条件下进行高分辨率的TOA/DOA参数估计,从而实现基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源移动目标定位。仿真实验表明,提出的强干扰抑制方法和RMCHS算法在隧道/巷道环境下有很强的鲁棒性,显著优于比较算法,减小了噪声和纳秒级密集多径对算法性能的影响。

基于超宽带的TOA-DOA联合定位方法

针对现有的大多数超宽带(ultra-wide band,UWB)定位方法至少需要3个基站,系统开销较大的问题,提出一种新颖的基于波达时间-波达方向(time of arrival-direction of arrival,TOA-DOA)联合估计的定位方法,仅需一个基站即可准确快速定位目标。利用酋矩阵束算法估计视距信号TOA和最小二乘估计准则估计视距信号DOA,得到目标的相对坐标。Matlab仿真实验证明,该方法的TOA和DOA估计精度较高,定位精度达到厘米级,而且复杂度降低为矩阵束算法的1/4,采样频率为亚奈奎斯特速率,易于实现,是一种简单有效的定位方法。

脉冲超宽带系统中基于改进传播算子算法的TOA和DOA联合估计

该文提出脉冲超宽带(Impulse Radio Ultra WideBand,IR-UWB)系统中一种基于改进传播算子算法(Propagator Method,PM)的到达时间(Time-Of-Arrival,TOA)和波达方向(Direction-Of-Arrival,DOA)联合估计方法。首先直接对接收信号的频域形式建模,然后采用改进的PM算法估计出两根天线的TOA参数,最后由两根天线的到达时间差计算出信号的DOA参数,从而达到TOA和DOA联合估计的目的。该算法无需谱峰搜索就可直接得到TOA和DOA的闭式解,且可以实现参数自动配对,大大降低了复杂度。最后给出了该算法的大量实验仿真,以及与现有算法的比较,仿真结果验证了该方法的可行性、稳健性和优越性。

基于DOA和TOA的机载单站无源定位

研究可对地面固定目标进行定位跟踪的机载单站无源定位方法,建立二维等效定位模型,利用DOA和TOA信息建立状态方程及测量方程,经过扩展卡尔曼滤波算法进行定位及跟踪。通过计算机仿真结果验证,该方法稳定、有效,且可达到相当的精度。

TD-SCDMA系统DOA-TOA定位技术研究

TD-SCDMA系统主要采用上行同步和智能天线技术,使用单个服务基站实现对UE的DOA-TOA定位,克服了传统定位方法的缺点。主要对TD-SCDMA系统DOA-TOA定位关键技术进行分析和研究。分析TD-SCDMA系统DOA-TOA定位基本原理和实现流程,重点研究物理层信息帧结构、智能天线技术和上行同步等DOA-TOA定位关键技术,最后研究了DOA-TOA定位方法,并对不同环境下其定位误差性能进行了仿真分析。

A Single-Site Positioning Method Based on TOA and DOA Estimation Using Virtual Stations in NLOS Environment

This paper presents a single-site positioning method based on the joint estimation of propagation time-of-arrival(TOA) and direction-of-arrival(DOA), with the assist of virtual stations in the typical non-line-of-sight(NLOS) environment. Consider the influence of multipath noise on the positioning performance, the proposed method firstly presents a modified high-resolution estimation technique called Multipath noise Limiting Matrix Pencil(MLMP) algorithm to achieve the TOA/DOA estimations, in which the matrix pencil and matrix enhancement process are implemented to deal with the measurements from the uniform linear array(ULA) receiver. Meanwhile, the subspace dimension estimation is improved via an adaptive threshold, for enhancing the performance of high-resolution techniques in low signal-noise-ration(SNR) situation. Next the proposed method generates virtual stations utilizing the known floor plan of surrounding reflectors, and adopts a weighted Least Square(WLS) position estimator to calculate the required position, combining the TOA/DOA estimations with the location of virtual stations. Simulations are conducted to evaluate the proposed method under NLOSconditions, and the results show that comparing with the multipath fingerprinting scheme, the proposed method has better performance in various simulation scenarios.

超宽带系统中基于DFT的TOA/DOA联合估计方法

针对现有的脉冲超宽带(Impulse radio ultra wideband,IR-UWB)系统中到达时间(Time-of-arrival,TOA)和波达方向(Direction-of-arrival,DOA)联合估计精度不足的问题,提出了一种基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier transform,DFT)的TOA和DOA联合估计方法。该算法首先在频域上对接收信号建模,通过DFT处理频域接收信号的协方差矩阵得到两根天线的TOA粗估计结果。然后通过设计补偿矩阵对时延向量进行相位补偿。搜索可得粗估计结果的补偿值,进一步对TOA参数作出精确估计。最后根据两根天线的到达时间差与DOA之间的关系得到信号的DOA估计值,从而实现TOA和DOA的联合估计。仿真结果表明,所提算法的参数估计性能优于矩阵束算法和传统传播算子算法,且该优势随着信噪比的增大更为明显;同时所提算法无需复杂的特征值分解以及广义逆求解步骤,更易于工程实现。

超宽带系统中基于稀疏恢复的TOA和DOA联合估计方法

针对稀疏表示框架下进行超宽带系统中到达时间(Time of Arrival,TOA)和波达方向(Direction of Arrival,DOA)联合估计的问题,提出了一种基于稀疏恢复的TOA和DOA联合估计方法。采用l范数作为稀疏约束条件,并利用联合正交匹配追踪算法获取TOA估计值,解决了TOA配对问题,最后根据两副天线的时延差与DOA之间的关系获得信号的DOA估计。所提算法考虑了离网格信号参数估计问题,并通过联合稀疏恢复进行补偿。仿真结果表明,所提算法的参数估计性能优于传统的压缩感知算法、传播算子算法、矩阵束算法以及借助旋转不变性的信号参数估计技术(Estimating Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques,ESPRIT)算法,同时计算复杂度更低。

基于粒子滤波的蜂窝网移动台单站跟踪

仅使用单个基站测量信息对蜂窝网移动台进行定位跟踪实现简单并具有较高的可定位概率,但面临的挑战是如何提高定位精度。粒子滤波是基于贝叶斯推论的一种蒙特卡洛方法,特别适用于非线性非高斯信号处理。该文提出了基于粒子滤波的单站跟踪算法。仿真结果表明与快拍式定位方法相比,这种滤波算法大大提高了单站定位的精度;与扩展卡尔曼滤波相比,粒子滤波收敛速度快,性能稳健。

高帧率水声同步定位解距离模糊方法研究

为了有效抑制高帧率水声同步定位系统面临的距离模糊问题,提高系统定位性能,基于方位参量不受距离模糊影响的特性,提出了基于差分进化和时延方位融合的解距离模糊方法。从参数估计的角度出发,建立最大似然准则下的时延方位融合定位优化模型。针对该非线性、多极值的复杂优化问题,采用差分进化算法求解。仿真分析表明,该方法优化模型中的方位约束条件有效限定了目标所在区域,降低了差分进化算法陷入局部最优解的危险,实现了大范围测量区域内运动目标的无模糊定位。系统海试结果验证了其抗距离模糊的有效性。

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。

无地面基准的相对导航系统设计与仿真

在无地面基准的机群编队飞行JTIDS/INS组合导航系统中,采用新的相对坐标系建立方法克服了绝对位置偏差对相对导航定位精度的影响,同时在原有的TOA观测量的基础上增加了DOA观测量,采用UKF非线性滤波算法进行系统滤波器设计,进一步提高了相对定位精度,并设计了JTIDS/INS组合导航仿真软件平台。仿真结果表明,该方法在收敛速度和定位精度方面都有很好的性能。

高精度低复杂度的无线定位新方法

针对高精度的无线定位算法普遍存在运算量较大的问题,提出了一种二维波束空间矩阵束算法进行波达时间(TOA)和波达方向(DOA)联合估计,能够以较低的复杂度准确定位目标。该算法先通过离散傅里叶变换(DFT)波束形成矩阵将阵元空间的接收数据复数矩阵变换成波束空间的降维实数矩阵,使得运算量大幅度降低;再通过奇异值分解和求矩阵对的广义特征值估计视距信号TOA和DOA,从而确定目标位置。Matlab仿真实验结果证明,这种定位方法的均方根误差最好达到0.4 m,运算量不到阵元空间对应算法的1/4,是一种高精度低复杂度的无线定位方法,尤其适用于资源有限的特殊环境(如战场、地震灾区、偏远山区等)中的无线网络定位。

一种新的异类多传感器系统误差融合估计算法

为解决由测向测时差无源被动传感器与主动传感器组网探测时异类多传感器系统误差估计问题,提出了一种新的异类多传感器系统误差融合估计算法.首先,通过对主被动传感器进行组合并构建异类传感器系统误差量测模型,实现了各组合传感器系统误差的实时估计;其次,通过建立多传感器融合估计结构,对多传感器系统误差的组合估计信息进行融合并反馈,获得了各传感器系统误差的全局融合估计.蒙特卡罗仿真结果表明:该算法能够对组网探测系统中各主、被动传感器的测向测时差及测距系统误差进行有效的融合估计,具有较高的工程应用价值.

隧道高分辨率无源动目标定位研究及其仿真实验

结合我校通信原理、现代通信系统等课程,设计了通信系统综合实验的一个拓展内容——隧道高分辨率无源动目标定位研究及其仿真实验。精确无源动目标定位是隧道、矿井巷道等复杂地下空间人员安全、灾后及时施救的关键技术之一。为了克服隧道内的ns级密集多径和背景噪声,提出一种基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源动目标定位方法。给出最小范数强干扰抑制方法,在低信噪比条件下抑制直达波和静物回波多径干扰;提出RMCHS参数估计算法,在低信噪比条件下进行高分辨率的TOA/DOA参数估计,实现基于TOA/DOA参数估计的隧道高分辨率无源动目标定位。仿真实验表明,提出的强干扰抑制方法和RMCHS算法在隧道/巷道环境下有很强的鲁棒性,显著优于比较算法,减小了噪声和ns级密集多径对算法性能的影响。

单站无源定位修正协方差卡尔曼滤波算法

研究飞行目标定位问题,为有效躲避敌方攻击,利用辐射源目标的DOA和TOA测量信息,在现有的单站无源定位技术的基础上,提出了新的针对有机动加速度目标的单站无源定位修正协方差自适应卡尔曼滤波算法(MVAKF)。通过与伪线性自适应卡尔曼滤波算法(PLAKF)和克拉美-劳下限(CRLB)进行的计算机仿真分析比较,表明算法更接近CRLB,是对具有机动加速度目标定位精度较高的单站无源定位算法。仿真结果表明,算法具有较高的定位精度和定位跟踪性能,稳定性较高等优点,为定位跟踪的研究提供设计参考。

TD-SCDMA系统定位算法研究与仿真

为了克服 NL OS信号对移动无线电定位的影响 ,对 TD- SCDMA系统中联合 DOA与 TOA实现移动终端定位的方案进行了研究。基于 NL OS信号识别的算法有效地解决了 NL OS信号对实施定位的影响 ,提出了一种对多基站时间加权定位算法。通过仿真实验证明了所采用算法的可行性 ,在 NL OS情况下也可满足 FCC对 E-

方位-到达时间联合TMA的可测性分析

针对在三维空间做匀速运动的目标,应用非线性系统的可测性理论,对方位-到达时间TMA(目标运动分析)的可测性进行了分析。基于方位和到达时间方法的单站无源定位技术,是通过观测站接收目标辐射源两次TOA(脉冲到达时间)测量之间由于目标运动所造成目标与观测站之间的径向距离发生变化的信息,对目标进行定位。结果表明在观测站与辐射源间的方位角和俯仰角变化率不能同时为零的情况下,观测机不必做机动就可以实现观测。