TDOA定位技术的基本原理和算法

重点研究基于时间测量值的蜂窝无线定位算法。在分析现有无线定位技术和定位算法的基础上,本文选择了以到达时间差(TDOA)定位算法为研究重点。首先,介绍了两种比较典型的TDOA定位算法:CHAN算法和Taylor级数展开法。并在多种信道环境下对这两种基本定位算法进行了仿真比较。为了详细评价这两种算法的定位性能,本文在理想的信道环境和典型的实际信道模型(COST259和T1P1)下,研究了多种对算法定位性具有影响作用的参数,其中包括:蜂窝小区大小、参与定位基站的个数、测量设备的误差、信道中的NLOS误差等。     

基于神经网络数据融合的无线定位算法

提出了一种基于神经网络数据融合的无线定位算法,该方法融合了到达时间(TOA)、到达时间差(TDOA)、到达角度(AOA)、,并考虑了这三种测量值的测量质量(可信度),有效地解决了在常规定位算法中使用线性最小二乘法求解非线性方程使定位精度下降的缺点。通过仿真表明,该算法具有较高的定位精度,能够满足FCC所提出的定位要求。     

一种LOS环境下的TDOA/AOA数据融合定位算法

提出了到达时间差/电波到达角(TDOA/AOA)数据融合定位算法。利用TDOA定位算法和AOA定位算法分别估算移动台(MS)位置,然后利用数据融合方法确定MS位置。仿真结果表明,本文算法在视距(LOS)环境下有较高的定位精度,性能优于TDOA定位算法和AOA定位算法。     

一种减小NLOS影响的TDOA/AOA数据融合定位算法

提出了到达时间差/到达角数据融合定位算法.利用RBF神经网络对到达时间差的测量值进行修正以减小非视距传播影响,然后利用到达时间差定位算法和到达角定位算法分别估算移动台位置,最后对到达时间差和到达角定位结果进行加权平均得到移动台位置.仿真结果表明该算法在郊区、一般市区和闹市区环境下均能够有效地提高定位精度和可靠性.     

大气波导中多径信道的参数研究

针对海上大气波导环境中电磁波的多径传播特性,基于容量有限的Markov生灭过程得到了大气波导中到达接收站的射线径数．根据差分时延试验数据的近似瑞利分布提出了大气波导中的三参数模型,基于最小方差准则确定了模型参数．利用MUSIC算法对多径到达角进行最佳估计,数值仿真结果表明MUSIC算法极大地提高了到达角位置处的信噪比．     

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CFR的角度/距离联合单站定位

单站定位在室内定位中起着至关重要的作用。大多数室内定位算法都是联合多个Wi-Fi接入点（AP）进行定位,在只有w单个AP时定位精度很低甚至无法定位。针对室内环境中普遍存在的单AP定位情况,该文首先利用现有的三天线商用Wi-Fi网卡采集无线信道频率响应信息（CFR）进行信号到达角（AOA）估计。其次利用CFR幅值信息通过信号传播模型进行距离估计。提出了一种基于AOA和信号到达时间（TOA）二维聚类信息的直射路径识别算法。最后,利用现有的三天线Wi-Fi设备在室内进行了测角、测距以及定位测试,实验结果表明该文提出的单站定位系统在室内环境下中值误差可以达到1.3 m的定位精度,满足室内定位的需求。     

双机TDOA/DD无源定位方法

利用辐射源信号到达两架飞机的时差(TDOA)与微分多普勒(DD)的组合TDOA/DD对该辐射源进行无源定位,给出了定位算法,推导了定位误差解析表达式。按等时差与等微分多普勒曲线表达式绘制了双机TDOA/DD定位的双曲线与微分多普勒曲线。用定位误差解析表达式,对TDOA/DD定位与测向定位的误差进行了分析和对比,显示了TDOA/DD定位方法的优良性能。     

椭圆-角度混合定位的GDOP研究

椭圆-角度混合定位是一种基于信号到达时间之和(TSOA)与到达角(AOA)的新型定位技术,又称为TSOA/AOA定位。为了研究定位精度和定位设备布局之间的规律,推导了GDOP的计算公式,并通过仿真分析得到了4条重要结论。     

提高自适应通道均衡器性能的对角加载法

在自适应通道均衡中，采用基于最小二乘的广义求逆法求解均衡器权系数时，矩阵病态会严重影响均衡器的校正性能．本文采用对角加载法解决矩阵病态问题，分析了对角加载对均衡器性能的影响．仿真实验表明，对角加载在解决矩阵病态的基础上，可以大大提高自适应均衡器的性能．     

一种简单有效的TDOA-FDOA-AOA目标定位闭式解

针对TDOA-FDOA-AOA联合定位中目标状态求解这一难题,提出了一种简单有效的闭式求解算法．首先根据几何关系,通过测量值变换,将与目标位置、速度高度非线性的时差、频差、角度测量方程转换为关于目标状态的线性函数,再利用加权最小二乘估计求得目标状态估计．性能分析及仿真结果证明了所提算法具有较好的定位性能．     

估计偏差修正扩展卡尔曼滤波新算法

针对扩展卡尔曼滤波跟踪器在非线性系统目标跟踪过程中容易发散这一难题,在时差频差测量体制下,提出了一种基于估计偏差修正的扩展卡尔曼滤波算法．首先利用加权最小二乘算法求解标准扩展卡尔曼滤波状态估计偏差并进行线性修正;然后重新计算观测矩阵并且再次进行滤波估计,以减小局部线性化截断误差对于观测矩阵的影响,提升目标状态跟踪精度．仿真结果证明了所提算法具有较好的目标跟踪性能．     

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。     

一种多参考接收站下的时差定位算法

提出了一种基于多参考接收站的到达时间差无源定位新算法．首先将复杂的非线性时差定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,运用加权最小二乘估计对伪线性方程组进行初始求解;然后利用初始解中各分量之间的相关性,通过加权最小二乘估计进一步求解得到一组改进的辐射源位置估计; 最后取这组估计值的平均值得到辐射源位置的最终估计．仿真结果表明,该算法对近场和远场辐射源均具有较高的定位精度．     

到达时差和频差搜索算法的非线性约束最优化研究

基于复模糊函数的到达时差和到达频差无源定位方法研究较多,但实际工程应用往往受到估计精度和计算量的矛盾制约。通过研究复模糊函数的特性,并结合硬件代价受限的实际应用需求,对抽取因子、搜索步长等相关参数进行非线性最优化,提出了到达时差和到达频差的搜索优化算法。经过仿真验证,所提出的算法在不降低精度的条件下大大降低了运算量,缩短了运算时间。     

TDOA localization with linear-correction in the presence of sensor position errors

This paper considers the problem of locating a source using time difference of arrival(TDOA) measurements obtained at spatially distributed sensors in the presence of sensor position errors. A linear-correction TDOA localization algorithm that involves closed-form weighted least squares(WLS) optimization only is developed. The proposed method first converts nonlinear TDOA equations into pseudo-linear ones by introducing an intermediate variable and obtains the initial source position estimate using the WLS technique. Then a linear-correction method is applied to improve the initial localization result by estimating and subtracting its positioning error. Simulation results demonstrate the good performance of the proposed method.     

误差修正的声源目标混合定位算法

针对定位系统因非视距传播、多路径效应等因素所导致定位精度降低的问题,提出了一种基于到达时差的误差修正声源目标混合定位算法。首先,该算法在传统加权最小二乘法中引入动态权值修正技术获得泰勒级数迭代法初值,减少了迭代次数;其次,提出了后项时延选择算法,并结合标准残差函数剔除了误差较大的时差对定位性能的影响,选择最优的时差组合方式进行目标位置解算;最后,通过标准残差加权的方式修正混合定位算法误差,得到声源目标位置。 实验结果显示,新提出的误差修正混合定位算法性能优于参考算法,且对非视距误差具有显著的抑制作用,有效地提高了定位精度。     

一种利用多运动接收站的时差定位算法

提出了一种利用多运动接收站的两级加权最小二乘时差定位算法.首先引入中间变量,将高度非线性的多时刻时差定位方程转化为伪线性方程,并用加权最小二乘估计对伪线性方程组进行初始求解;然后根据辐射源位置和中间变量之间的关系,利用进一步加权最小二乘估计来优化初始定位结果,同时在理论上分析了所提算法的有效性.仿真结果表明,该算法具有较好的定位性能.     

一种利用修正牛顿迭代的时差定位算法

针对传统基于迭代求解的时差定位算法中容易出现的发散问题,提出了一种新的基于修正牛顿迭代的时差定位算法．该算法首先利用辅助变量将非线性时差定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,在此基础上把时差定位问题转化为约束加权最小二乘优化问题;然后,利用基于特征值修正的牛顿法进行定位解算,同时为了减少迭代次数,通过二次插值法对一维优化问题进行寻优求解,给出了迭代步长因子的求取过程;最后,通过仿真分析验证了所提算法的有效性．