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。     

基于Fang算法的TDOA室内定位技术

传统基于全球定位系统(GPS)的定位技术应用,已在室外环境下为人们提供了许多便利。随着近年来人们生活水平的不断提高,大众对定位的诉求已不仅限于室外,在智慧商场、企业人员智能管理、校园智能管理等场景,要求对室内用户进行定位监测,而传统的GPS定位精确度有限,在室内已无法应用。目前室内定位常用的技术有红外线、蓝牙、Wi-Fi以及基于室内移动网路的无线定位等,无线定位则是其中的热点。本文介绍了一种基于室内分布式基站,运用Fang算法实现到达时间差(TDOA)定位的技术研究,并对其定位精确度进行了探索。     

一种改进的NLOS环境下的TDOA/AOA混合定位算法

在蜂窝移动通信系统中,利用基站测量的到达时间差(TDOA)和电波到达角(AOA)的混合定位方法能够比传统的TDOA方法提供更高的定位精度。但是在非视距(NLOS)条件下,当AOA的测量误差超过一定值时,定位的误差仍然很大。该文根据NLOS传播环境下附加传播时延服从指数分布的特性,估计附加时延的均值和方差,对TDOA测量值进行重构,再以AOA方法进行辅助定位。仿真结果表明,该算法能显著提高传统的TDOA和TDOA/AOA方法在NLOS传播环境下的定位精度。     

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。     

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.     

基于TDOA无线定位的NLOS误差抑制算法

在无线定位算法中,非视距误差是影响定位精度的一个重要因素。为了减小NLOS误差的影响,文中提出了一种基于TDOA的NLOS误差抑制算法。该算法引入信息阈值和修正参数,对卡尔曼滤波迭代过程进行改进,有效地抑制了TDOA测量值中的NLOS误差。仿真结果表明,该算法在NLOS误差严重且误差模型不确定的环境下仍可保持较高的定位精度,且性能优于已有基于卡尔曼滤波的NLOS误差抑制算法。     

考虑站址误差的稳健TDOA定位算法

针对现有定位算法非线性运算多,误差易传递,且存在缺秩矩阵,致使算法稳健性低、定位精度差的问题,本文提出一种站址误差条件下基于误差校正的时差定位算法。首先通过引入辅助变量伪线性化时差定位方程,并利用加权最小二乘初步估计目标位置;接着利用辅助变量与目标位置之间的非线性函数关系,构建并求解关于目标位置误差的定位方程,对目标位置初估值进行线性校正,最终得到更为精确的估计结果。理论性能分析表明在噪声较小时,所提算法能够达到克拉美罗下界,且相比于现有定位算法具有更高的定位精度和定位稳健性。仿真结果验证了所提算法具有更好的定位性能。     

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。     

面向TDOA被动定位的定位节点选择方法

该文主要研究一种面向到达时间差(TDOA)被动定位的定位节点选择方法。首先,通过经典的闭式解析算法将TDOA非线性方程转化为伪线性方程,并使用位置误差的协方差矩阵来度量定位精度。其次,在可用节点数量给定的条件下,在数学上将定位节点选择问题转化为最小化位置误差协方差矩阵的迹这一非凸优化问题。然后,将非凸优化问题凸松弛并化为半正定规划问题,从而快速有效地求解出最优的定位节点组合。仿真结果表明,所提节点优选方法的性能非常接近穷尽搜索方法,而且克服了穷尽搜索方法运算复杂度高、时效性差的不足,从而验证了所提方法的有效性。

     

基于泰勒级数展开的蜂窝TDOA定位算法

基于用户位置的应用已经成为移动数据业务的重要组成部分,使得蜂窝系统用户定位技术成为蜂窝移动通信领域的研究热点。泰勒级数展开算法因为具有精度高和顽健性强等特点而在求解非线性定位方程组中得到了广泛的应用,但它对初始值有很强的依赖性。本文使用最小二乘方法估计用户位置的初始值并使用泰勒级数展开算法确定用户坐标。通过对算法的仿真分析,结果表明本算法具有近似于基于真实值的泰勒级数展开算法的性能。     

一种基于TDOA重构的蜂窝网定位服务NLOS误差消除方法

在非视距传播(NLOS)环境中，到达时间差(TDOA)测量值受NLOS误差的影响而产生偏差^[1]，使得Chan算法^[2]的定位性能显著下降。基于NLOS误差的先验信息，利用平均超量时延和均方根时延扩展之间的关系，本文为基于移动台(MS)的定位方案提出了一种建立在TDOA测量值重构和Chan算法基础上的改进算法，使得平均超量时延的影响显著下降。分析和仿真结果表明，与Chan算法相比，该算法的定位性能显著提高。     

Chan定位算法与TDOA估计精度的关系

在基于TDOA（到达时间差）的定位算法中,Chan方法由于其独特的优势得到广泛应用,但如何估计Chan定位算法所需的时延估计精度暂时没有明确的函数表达式。针对Chan定位算法,推导了该算法定位估计误差与定位参数（TDOA）估计精度之间的函数关系。给出了推导的具体步骤和函数关系的表达式,分析了该表达式所具有的物理意义。在移动台无线定位系统的设计过程中,根据所需的定位精度,通过该表达式可以直接计算出系统所必须的最小时延估计精度。     

联合TDOA改进算法和卡尔曼滤波的UWB室内定位研究

随着互联网+的提出以及物联网技术的不断发展,各行业对人员、货物等进行定位的场景在不断增多;与此同时,安防监控、航空航天、无人工业化操作、海域勘探、数字化旅游等新兴领域对室内定位系统的需求也在日益增强。针对不同需求,学术界和工业界开发了多种定位技术,它们在定位适用性、定位精度等方面存在较大的差异。相比其他定位方式,超宽带(UWB)定位技术在精确度、实时性能和数据可扩展方面具有独特的优势,通过改进基于到达时间差(TDOA)的算法,降低了时钟同步的难度,联合卡尔曼滤波进一步消除了传输过程中的误差干扰,最终使得室内定位更加精确。     

一种改进两步加权最小二乘的TDOA定位算法

现有的两步加权最小二乘水下声源定位算法中,两步法处理均存在平方以及开方等非线性运算忽略了二阶误差项,导致定位精度下降。提出了一种改进的两步加权最小二乘算法,首先引入时差方程,构建新的定位方程,初步估计出声源位置;接着引入中间变量并进行泰勒展开,利用中间变量与声源位置误差之间的非线性关系构建定位方程,对声源位置初步估计值进行校正,有效避免了二阶误差项的丢失,得到了更加精确的估计结果。通过与克拉美罗下界进行比较,验证了算法性能的同时进一步提升了算法定位精度。     

TDOA测向定位相关算法的研究

到达时间差定位因为其系统简单,定位精度高等优点成为目前定位技术中的研究热点.目前,TDOA测量技术仅应用于对脉冲信号的测量中,研究将此技术扩展应用于AM,FM调制信号的测量,扩大了其应用范围.简要介绍了TDOA测向定位技术和TDOA的互相关算法,并搭建了试验平台,通过脉冲、AM,FM调制信号对算法进行了测试,证实了此算法对AM及FM信号的测量同样是可行、有效的.     

基于TDOA原理的地面定位系统中HDOP的研究

分析了在基于到达时间差(TDOA)原理的地面定位系统中基站布局与定位精度的关系,给出了水平几何布局和精度因子(HDOP)的计算方法并讨论了HDOP的下界。最后针对几种不同的基站布局方案,对HDOP的分布进行了仿真,给出了一种工程中可以应用的布局方案。     

基于TDOA与GROA的信号源被动定位偏差消除技术

本文针对Ho提出的基于TDOA（Time Difference of Arrival）与GROA（Gain Ratio of Arrival）信号源定位的代数闭式解,提出两种偏差消减方法.首先对其闭式解偏差进行了推导,然后给出BiasRed法与BiasSub法两种偏差消减算法,BiasSub法从Ho给出的解中直接减去期望偏差,BiasRed法通过分析误差表达方程并引入二次约束来提升定位估计精度;分析表明两种方法均可针对远距离信号源,在较小高斯误差情况下有效消减定位偏差,BiasRed法可将偏差降低到最大似然估计算法的水平;计算机仿真分析验证了所提算法的性能.     

IMU辅助的TDOA室内定位

室内环境下,当无线信号受到多径和非视距干扰时,传统的基于到达时间差（Time Difference of Arrival,TDOA）的测距模型定位精度不满足室内定位精度要求。为此,提出利用TDOA与低成本的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）相结合的定位方法。在视距情况下,只有TDOA系统工作,但在信号受到干扰时,利用IMU能够在短时间内提供一个准确的相对位置信息的特性,采用TDOA算法对其进行辅助定位,并利用卡尔曼滤波器对它们的数据进行预处理,最后使用扩展卡尔曼滤波器对数据进行处理融合。实验结果表明,提出的算法比传统的TDOA定位具有更高的精度。     

到达时间差(TDOA)测向定位研究

主要阐述时差测向和时差定位的基本原理、时差定位的优点和时差定位难点的解决方法.