超宽带无线实时定位和追踪技术研究

针对无线实时定位和追踪的瓶颈问题,提出了一种超宽带无线实时定位和追踪方案。采用不同的TOA时延估计方法来满足不同的设计和环境要求,并且根据不同的接收机个数,采用不同的定位算法。经仿真验证,该方案可以进行实时定位,并且可以达到较高的定位精度和具有较强的适应性。     

超宽带定位技术及应用

超宽带(UWB)定位技术和传统定位技术相比,具有抗噪声能力强、多径分辨力高、可以穿透障碍物等优点,已经引起了诸多研究人员的关注。对超宽带定位的基本原理进行了探讨,重点讨论了经典算法中的非迭代算法和迭代算法,对其优缺点进行了对比分析,并以实例说明了超宽带定位技术的优良性能。     

超宽带室内定位算法

为了解决室内密集多径环境下人员定位精度差这一问题,设计并实现了一种基于脉冲超宽带与能量检测接收机的信号到达时间估计算法。根据在IEEE802.12.4a标准室内家居环境下得到的超宽带信号,深入分析了信号的偏度、翘度与均方差特性。根据信号特性与信噪比之间的关系,算法能够实现高精度的信号传播时间估计。该算法充分考虑了积分周期与信号传播环境如视距与非视距对信号传播时间造成的影响。通过实验分析对比,该算法对信号传播时间估计具有更好的鲁棒性,目标运动速度和形变具有很好的鲁棒性,能够提供更高的精度。相较于阈值估计算法,该算法在低信噪比环境下最优能够提高10 ns的估计精度。     

一种在NLOS环境下提高精度的TDOA定位方法

根据NLOS传播环境下附加传播时延和均方根时延扩展的统计特性,对NLOS误差的均值和方差进行了估计,并对TDOA（到达时间差）的测量值和方差进行了修正,在一定程度上消除了NLOS误差的影响.采用Chn算法对移动台（MS）位置进行定位.仿真结果表明,该方法能够提高Chan算法在NLOS传播环境下的定位精度.     

用于修正NLOS误差的超宽带定位方法

近年来,基于超宽带系统的室内定位凭借其高精度和高稳定性等优点得到了广泛应用。在复杂室内环境中,超宽带信号在障碍物间的非视距传播导致定位基站和标签之间的距离测量值产生额外误差从而导致定位精度下降。文章提出一种用于修正非视距(NLOS)误差的超宽带定位方法,通过基于自适应增强算法识别 NLOS 传播,识别后通过测量值重构对应视距测量值并计算位置坐标,最后通过无迹卡尔曼滤波算法修正定位误差。实验结果表明,该算法有效消除了 UWB 定位系统中较大的 NLOS 误差,提高了定位精度,具有很好的稳定性。     

简单高效的超宽带定位非视距鉴别方法

近几年,室内无线定位技术发展迅速,在众多无线定位技术中,超宽带(Ultra-Wide Band)有着抗多径干扰能力强,定位精度高等优点,受到学术和产业界的极大关注.然而在一些复杂的工业环境,如变电站,电厂等环境下,超宽带依然会受非视距的影响,甚至某些情况下定位偏差能达到数十米.该文提出一种简单有效的超宽带非视距鉴别方法...     

基于神经网络的超宽带视距传播时间重构

在室内环境下,针对传统的基于到达时间、到达时间差和信号强度的定位算法受多径和非视距的影响不能满足定位精度需要的问题,提出了一种利用超宽带信号,由神经网络重构出视距传播距离,再利用Taylor算法进行目标定位的方法。结果表明对于训练数据和非训练数据,该方法的定位均方根误差都在1 m以下,能有效提高定位精度。     

一种有效减小非视距传播影响的TOA定位方法

本文基于移动通信环境中非视距(NLOS)传播时延服从指数分布的特性,提出了一种有效减小NLOS影响的定位方法.该方法首先利用测量的波达时间(TOA)和NLOS传播时延的统计特性估计由NLOS引起的附加时延;然后从测量的波达时间中减去附加时延,得到对LOS传播时间的估计,进而估计移动台的位置;最后,对不同时刻估计的移动台位置进行平滑处理,进一步减小NLOS的影响.采用该方法对移动台的位置进行的估计是一种无偏估计,不需要增加系统成本,计算简单,是一种非常实用的定位方法.仿真结果证明了该方法的有效性.     

超宽带无线通信标准的演进与展望

针对超宽带(Ultra-Wideband)标准中的多频带OFDM(MultibandOFDM)和直接序列CDMA提案进行了技术分析和比较,对UWB的标准化演进情况进行了论述。     

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。     

基于特征矢量的NLOS误差检测的定位算法

最小二乘估计算法常用于基于测距的源定位,然而,当移动基站与基站间呈非视距(Non Line of Sight, NLOS)路径时,最小二乘估计算法无法提供理想的定位精度。为了克服此问题,研究人员提出多类算法识别并消除NLOS误差。然而,现存的算法存在高运行时间的开销问题。为此,提出基于特征矢量的NLOS误差检测的定位 (Eigenvector-Based NLOS Error Identification Localization, E-NIL) 算法。E-NIL算法先利用基于测距数据的统计特性识别NLOS误差,然后,将NLOS误差看成确定加性噪声项,再利用误差函数与它的特征矢量间的互相关,寻找NLOS误差值。最后,再删除这些NLOS项,并依据这些无NLOS误差的数据估计移动基站的位置。实验数据表明,提出的E-NIL算法在定位精度和复杂度方面优于同类算法。     

传声器阵列的声源定位研究

对传声器阵列进行了总体概述,研究了基于传声器阵列的声源定位所面临的问题,分析和比较了几类主要的声源定位方法。给出了一种基于时间到达差的声源定位在处于混响环境下时延估计的有效算法并通过实验验证了该算法。     

声测定位技术的现状研究

声测定位技术是利用声学与电子装置接收声信号以确定声源位置的一种技术,具有隐蔽性好、保密性强、不易受干扰等特点。近年来受到各国的重视,并在军事领域得到长足的发展。重点介绍声测定位的关键技术,时延估计算法和声测阵列的选择是影响定位精度的主要因素。对几种广泛采用的声测阵列,给出相应的基本原理、定位计算方法并对各自特点进行比较。在声测定位系统中,利用时延估计对声信号进行处理是定位的重要环节,介绍了时延估计的基本理论、研究状况以及精度分析和比较,分析了影响定位精度的其他因素。     

高斯条件下基于粒子滤波的声源定位

介绍了粒子滤波的基本思想和具体算法实现步骤,并将粒子滤波算法应用在声源定位中,解决了在高斯噪声环境下的声源定位问题。所提出的基于粒子滤波的声源定位方法,在高斯噪声情况下,甚至在低信噪比（SNR〈-20dB）情况下,定位的均方根误差RMSE值均小于0．2m。     

Improved TOA‐Based Localization Method with BS Selection Scheme for Wireless Sensor Networks

The purpose of a localization system is to estimate the coordinates of the geographic location of a mobile device. The accuracy of wireless localization is influenced by non‐line‐of‐sight (NLOS) errors in wireless sensor networks. In this paper, we present an improved time of arrival (TOA)–based localization method for wireless sensor networks. TOA‐based localization estimates the geographic location of a mobile device using the distances between a mobile station (MS) and three or more base stations (BSs). However, each of the NLOS errors along a distance measured from an MS (device) to a BS (device) is different because of dissimilar obstacles in the direct signal path between the two devices. To accurately estimate the geographic location of a mobile device in TOA‐based localization, we propose an optimized localization method with a BS selection scheme that selects three measured distances that contain a relatively small number of NLOS errors, in this paper. Performance evaluations are presented, and the experimental results are validated through comparisons of various localization methods with the proposed method.     

基于G-N迭代的双星时频差定位融合算法

双星时差(Time Difference of Arrival, TDOA)频差(Frequency Difference of Arrival, FDOA)定位系统在过顶期间可多次截获到辐射源信号并进行定位,将不同时刻观测的多组时差频差和高程信息融合可以提高定位精度。本文算法将辐射源高程信息建模为双星时差频差定位融合的观测量之一,并提出了一种基于高斯-牛顿(Gauss-Newton, G-N)迭代的双星时差频差定位融合算法。最后通过实验仿真将本文所提算法与理论最优单次定位结果、直接平均和加权平均等位置合批处理方法进行比较,实验结果表明本文算法相较于其他位置合批处理方法具有更优越的性能。     

基于麦克风阵列声源定位系统的FPGA实现

论述了基于麦克风阵列的声源定位技术的基本原理,给出了利用FPGA实现系统各模块的设计方法.重点介绍了其原理和模块的电路实现,给出的基于FPGA设计实验结果表明,系统最大限度发挥了FPGA的优势、简化了系统设计、缩短了设计周期、符合设计要求.     

一种跳延时发送参考超宽带通信系统的协作方法

为分析跳延时发送参考超宽带系统引入协作机制后的性能,建立了该协作系统的一般模型,利用高斯逼近法推导了跳延时发送参考超宽带系统在放大转发、最大比合并协作方式下的条件误码率,并利用矩生成函数推导了系统误码率的一般表达式和渐近表达式,理论分析与仿真结果表明系统可获得二阶分集增益,误码率性能也有了明显的提高。     

四元平面方阵对空声时延定位误差分析

四元平面方阵是最简单的半空域无源定位传声器阵列，其定位精度受多种因素影响，其定位误差主要由时延估计误差引起，针对这种阵列的定位误差进行了分析与仿真，主要讨论了时延估计误差对定位精度的影响，最后从仿真结果看出该阵的测角精度较高，测距精度很差。     

Target Localization Based on Angle of Arrivals

Mobile location using angle of arrival （AOA） measurements has received considerable attention. This paper presents an approximation of maximum likelihood estimator （MLE） for localizing a source based on AOA measurements. By introducing an intermediate variable, the nonlinear equations relating AOA estimates can be transformed into a set of equations which are linear in the unknown parameters. It is an approximate realization of the MLE. Simulations show that the proposed algorithm outperforms the previous contribution.