UKF在GPS/INS伪距、伪距率组合导航中的应用

扩展卡尔曼滤波（EKF）是GPS／INS组合导航系统中常用的数据融合方式。但是EKF的线性化会带来截断误差,从而影响系统定位精度。不敏卡尔曼滤波（UKF）是一种新的非线性滤波的方法,它能减少线性化截断误差对系统定位精度的影响。文中在线性状态方程的条件下,主要研究了伪距、伪距率的非线性对系统定位性能的影响。UKF采用非线性观测方程,EKF采用线性观测方程。仿真结果表明UKF能明显改善位置项的定位精度。     

一种变换状态空间的稳定卡尔曼滤波算法

该文在分析了扩展卡尔曼滤波中两种线性化误差的产生原因及其对滤波影响的基础上,针对线性状态方程和非线性观测方程这一类系统,提出了采用一组新的状态量代替原来的状态量,使得观测方程为线性方程,从而避免了因为观测方程线性化导致的观测空间和状态空间的映射关系改变,提高了扩展卡尔曼滤波的稳定性和状态估计的精度。通过一个无源定位与跟踪的计算机仿真试验验证了这种方法的优点。     

基于DOA的无源定位算法

该文在分析了伪线性扩展卡尔曼滤波中针对非线性观测方程线性化误差的产生原因以及对滤波影响的基础上,提出用n时刻的状态估计值代替一步预测状态值.由于n时刻的状态值中隐含着n时刻的测量值,因此比一步预测状态值更接近此时刻的真实状态矢量,从而将伪线性的观测方程在更接近真实状态值处泰勒展开将产生更小的线性化误差,通过这种处理从而提高了状态定位精度.最后通过计算机仿真证明了改进算法的有效性.     

基于约束总体最小二乘的单站DOA/TDOA联合误差校正与定位算法

多基外辐射源雷达定位系统受系统偏差影响较大。该文针对多基外辐射源雷达到达角度(DOA)和到达时差(TDOA)联合定位系统,提出一种基于约束总体最小二乘(CTLS)的无源定位和误差校正算法。首先引入辅助变量,将DOA和TDOA非线性观测方程进行线性化处理。考虑伪线性化后定位方程中噪声矩阵各分量统计相关特性,将无源定位与误差校正联合优化问题建立为CTLS模型,并采用牛顿迭代方法对模型求解。在此基础上,考虑辅助变量与目标位置的关联性,设计关联最小二乘算法改进目标位置估计值,采用后验迭代方法进一步提高系统偏差估计精度。最后推导了算法的理论误差。仿真结果表明:该算法能够有效地估计目标位置和系统偏差。     

基于高维状态空间的移动机器人定位

位置跟踪是移动机器人自主导航中的一个主要任务.扩展的卡尔曼滤波定位方法是一个常用的位置跟踪方法,但是在对非线性系统方程进行线性化近似过程中引入了线性化误差.文中给出了一个基于线性系统模型的位置估计方法.用一个高维的状态向量表示机器人的位置空间,并选用环境路标的全局信息作为观测向量,此时系统动态模型和系统观测模型都是线性的,从而直接运用最优的线性卡尔曼滤波技术进行移动机器人位置估计.这种方法免除了非线性方程的线性近似过程,避免了线性化误差.实验表明,位置估计过程是收敛的、一致的.     

一种改进的多站AOA/TDOA联合无源定位闭合形式算法

为解决多平台协同外辐射源无源定位问题,提出了基于到达角(Angle of Arrival,AOA)与到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的闭合形式定位解算法。在保持两阶段定位闭合形式算法框架不变的前提下,所提算法不仅考虑了AOA与TDOA观测噪声对定位造成的不利影响,同时还缓解了传感器位置不确定引起的定位精度恶化问题。数值仿真结果验证了所提算法的高精度定位性能。     

误差校正下单站多外辐射源BR/BRR多目标定位算法

单站多外辐射源雷达定位系统利用多组双基距(BR)和双基距变化率(BRR)量测值对多运动目标定位.量测偏差的存在使得定位性能下降,对此该文提出一种基于迭代后验关联最小二乘估计的联合误差校正和目标定位算法.首先引入辅助变量对BR和BRR非线性观测方程伪线性化,建立目标参数和偏差的联合估计方程.其次,利用辅助变量和目标参数之...     

北斗无源定位系统及其卡尔曼滤波分析

北斗卫星导航系统由于卫星数目有限,不能实现实时三维无源定位。文中提出利用铷钟作为北斗接收机内部时钟,进行无源定位的工程实现方案,该方案利用接收机测量的伪距信息以及数字高程来解算用户位置。介绍了北斗接收机连续定位原理、解算方法,并根据试飞数据分析了目前能达到的定位精度。     

双站基于角度和时差的近似无偏定位算法

联合角度（DOA）和时差（TDOA）信息对运动目标进行无源定位实质上是一种非线性估计问题。针对将非线性观测方程转化为伪线性方程会产生有偏估计的缺点,该文基于双站定位中获得的角度和时差信息,给出了一种对三维空间目标定位跟踪的近似无偏估计滤波算法,它只需要对一对矩阵束进行广义特征分解,即可获得目标坐标和速度的估计值。计算机仿真结果表明,相比有偏估计滤波算法,如伪线性卡尔曼滤波（PLKF）算法或者最小二乘（LS）算法,该算法具有更高的定位精度,并且当观测误差增大时,其优势更加明显。     

基于联合TDOA/FDOA的单站无源相干定位CWLS算法

针对利用单站实现对运动目标位置和速度的估计精度不够理想的问题,提出了一种基于联合TDOA/FDOA的单站无源相干定位(PCL)约束加权最小二乘(CWLS)算法。首先根据运动目标、观测接收站与机会照射源三者之间构建的联合TDOA/FDOA方程,建立伪线性方程并将其线性化,然后根据目标到观测接收站的距离与目标位置之间的函数约束关系,建立为CWLS定位模型,并采用迭代方法进行求解。仿真实验和结果分析表明,在存在测量误差的情况下,该算法仍然能够逼近克拉美罗界(CRLB)。     

Grid-search-based hybrid TOA/AOA location techniques for NLOS environments

For geometrically based single bounce circular model (GBSBCM), a new grid-search based technique is proposed to solve the constraint, nonlinear, underdetermined equations for wireless location in non-lineof-sight (NLOS) environments. Under the assumption of relatively small measurement errors of angle of arrival (AOA) and time of arrival (TOA), more accurate location results than those of existing methods can be achieved by searching in the feasible area.     

基于到达角Kalman滤波的TDOA/AOA定位算法

基于Chan算法的TDOA/AOA定位算法是在Chan算法的信号到达时间差(TDOA)误差方程组里加上一个信号到达角(AOA)误差方程,利用加权最小二乘法(WLS)求解。其主要缺点是把移动台(MS)的横坐标、纵坐标与移动台到服务基站(BS)之间的距离作为3个相互独立的变量,忽略了3者之间的相关性。需要进行两次WLS计算,且最终的解为二值根。当AOA测量误差的方差不断增大时,对应的定位误差也随之增大。该文利用Kalman滤波算法对AOA的值进行估计,并将上述的3个变量简化为一个,只需一次WLS即可求得唯一解,减少了计算量,消除了根的模糊性。仿真结果表明,该方法简单,计算量小,有较高的定位精度和较好的稳健性。     

一种TDOA/AOA混合定位算法及其性能分析

在蜂窝移动通信系统中，智能天线阵列的应用使得服务基站（BS）能提供较准确的移动台（MS）电波到达角（AOA）测量值，从而可以用于对移动台的定位估计，文中对文献[1]的电波到达时间差（TDOA）定位算法进行了改进，提出了一种既能继承原算法的优良性能，又可充分利用AOA测量值信息提高定位性能的TDOA/AOA混合定位算法，该算法还具有解析表达式解。仿真结果表明，只要AOA测量值达到一定精度，该算法就能取得比文献[1]的单纯TDOA定位算法更好的性能。     

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.     

一种量测转换的移动外辐射源多站协同跟踪算法

针对移动外辐射源跟踪问题,提出一种融合到达角(Angle of Arrival,AOA)与到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)观测量的量测转换Kalman滤波(Converted Measurement Kalman Filter,CMKF)算法。首先,采用了一种考虑了传感器位置偏差影响的无源定位算法作为转换非线性的AOA与TDOA观测量至笛卡尔坐标系下观测量的方法,并证明了当AOA与TDOA的测量噪声以及传感器位置偏差都服从高斯分布且噪声强度不大时,该量测转换方法的位置转换误差能达到克拉美罗(Cramér-Rao Lower Bound,CRLB)界;其次,在量测转换的基础上构建了关于移动外辐射源的线性状态空间模型,将非线性的目标跟踪问题转化为线性滤波问题,并最终使用标准Kalman滤波器实时跟踪移动外辐射源位置。仿真结果不仅验证了量测转换精度与理论分析结论吻合,还表明了所提CMKF算法的跟踪精度同时优于扩展Kalman滤波器、无迹滤波器以及粒子滤波器。     

An Improved Hybrid RSS/TDOA Wireless Sensors Localization Technique Utilizing Wi-Fi Networks

This paper presents a hybrid localization algorithm for wireless sensor networks (WSNs) that simultaneously exploits received signal strength (RSS) and time difference of arrival (TDOA) measurements. The accuracy and convergence reliability of the proposed hybrid scheme are also enhanced by incorporating RSS measurements from Wi-Fi networks via cooperative communications between Wi-Fi and sensor networks. To this end, two different types of estimators based on Taylor-series (TS) expansion and maximum-likelihood (ML) estimation are first proposed to solve the set of nonlinear RSS/TDOA equations taking into account measurement errors. The corresponding Cramér-Rao lower bound (CRLB) for the established scheme is then derived and utilized as a performance measure for the two estimators. Simulation results show that the proposed hybrid positioning approach significantly outperforms the previously considered localization solutions in WSNs, thanks to the joint process of the received signals’ power and time difference of arrival. The advantages of the proposed scheme in providing high location accuracy, fast convergence, low complexity implementation, and low power consumption make it an attractive localization solution via WSNs.     

Continuation methods in circuit analysis

The use of continuation methods in the computer-aided analysis of electronic circuits is surveyed. Such methods are especially suitable when one desires to compute the solutions to a family of circuit analysis problems as a function of a continuous parameter. Applications of the concept to the location of multiple solutions to nonlinear equations, the computation of input-output characteristics for nonlinear networks, large-change sensitivity analysis, and the computation of multivariable Nyquist plots are reviewed.     

一种改进的TOA/AOA混合定位算法

在蜂窝网络中利用电波到达时间（TOA）对移动台（MS）进行定位估计时，也可利用服务基站（BS）提供较准确电波到达角（AOA）信息，以提高定位性能。为此，本文对Chan提出的电波到达时间差（TDOA）定位算法进行了改进，提出了一种既继承原算法的优点，又增加AOA测量值以提高定位性能的TOA/AOA混合定位算法，分析和仿真结果表明，只要AOA测量值达到一定精度，该算法就能取得比单纯TOA定位法更好的性能。     

Hybrid TDOA/AOA mobile user location for wideband CDMA cellularsystems

This paper proposes a mobile user location scheme for wideband code-division multiple-access (CDMA) wireless communication systems. To achieve high location accuracy and low cost of the mobile receiver, the location scheme combines the time difference of arrival (TDOA) measurements from the forward link pilot signals with the angle of arrival (AOA) measurement from the reverse link pilot signal. High chip rates in wideband CDMA systems facilitate accurate TDOA measurements, and a smart antenna used at the home base station (BS) can provide accurate AOA measurement in a macrocell environment. A two-step least square location estimator is developed based on a linear form of the AOA equation in the small error region. Numerical results demonstrate that the proposed hybrid TDOA/AOA location scheme gives a much higher location accuracy than TDOA only location, when the number of base stations is small and/or when the TDOA measurements have a relatively poor accuracy     

一种天线阵列定位法及其仿真研究

为了克服CDMA移动台(MS)定位估计中面临的远近效应问题,该文提出了一种在服务基站(BS)附近布置一种天线阵列,采用TSOA/AOA混合定位技术对MS进行定位估计的方法,分析了采用不同定位法的GDOP分布, 并给出了相应的TSOA/AOA混合定位算法。不同条件下的仿真结果表明,只要AOA测量值达到一定精度,采用这种方法就能对MS进行准确定位。