非直達(dá)目標(biāo)定位跟蹤的基礎(chǔ)理論與算法研究.pdf

1、自從美國聯(lián)邦通信委員會強(qiáng)制要求各移動通信運(yùn)營商為E-911服務(wù)提供準(zhǔn)確的定位估計(jì)以來，基于蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。蜂窩移動通信系統(tǒng)中，收發(fā)間不一定存在直達(dá)波傳播路徑，非直達(dá)波傳播效應(yīng)是導(dǎo)致定位誤差的主要因素，因此非直達(dá)波環(huán)境中定位算法的研究成為近年來研究的熱點(diǎn)。 本文針對不同的無線信道環(huán)境、移動站的運(yùn)動狀態(tài)和先驗(yàn)信息，研究了蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)定位算法，特別是非直達(dá)波環(huán)境中的定位算法。主要創(chuàng)新概括如下：

2、 1．針對直達(dá)波環(huán)境中的定位問題，首先推導(dǎo)了到達(dá)時(shí)間(TOA)、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)、到達(dá)時(shí)間/信號強(qiáng)度(TOA/RSS)和到達(dá)時(shí)間差/信號強(qiáng)度(TDOA/RSS)定位技術(shù)的克拉美勞(CRLB)下限的閉式解；然后在此基礎(chǔ)上提出了基于二步最小二乘方法的TOA/RSS和TDOA/RSS混合定位方法，這兩種算法的定位性能分別優(yōu)于TOA和TDOA定位算法。 2．針對直達(dá)波測量參量和非直達(dá)波測量參量并存的情況，對非直達(dá)波鑒別算法進(jìn)行了研

3、究。首先對基于TOA和TDOA定位技術(shù)的非直達(dá)波定位算法進(jìn)行了性能分析，為采用非直達(dá)波鑒別算法提供了理論依據(jù)；隨后針對TOA定位技術(shù)，提出了一種基于重疊面積的非直達(dá)波鑒別算法，算法具有計(jì)算簡單、鑒別率高的特點(diǎn)，解決了現(xiàn)有算法或者運(yùn)算量大、或者只適用于運(yùn)動移動站的問題；最后針對TDOA定位技術(shù)，提出了一種基于x平方(Chi-Square)分布的鑒別方法，解決了現(xiàn)有算法不能判別非直達(dá)波基站個(gè)數(shù)的問題。 3．針對存在多徑信號以及周圍散

4、射體較少的情況，提出了一種利用多徑信息和二次散射模型的移動站定位算法，并推導(dǎo)了定位估計(jì)的CRLB下限。所提算法突破了現(xiàn)有的基于散射體信息的非直達(dá)波定位算法基于單次散射模型的限制。 4．針對不存在直達(dá)波基站或者多徑數(shù)目不足的情況，提出了基于加權(quán)穩(wěn)健代價(jià)函數(shù)的TOA、RSS和TOA/RSS定位算法。非直達(dá)波誤差分布往往偏離高斯分布，基于加權(quán)均方代價(jià)函數(shù)最小化的常規(guī)定位方法失去了最優(yōu)性。所提方法使用加權(quán)穩(wěn)健代價(jià)函數(shù)代替加權(quán)均方代價(jià)函數(shù)

5、抑制非直達(dá)波誤差，不僅能給出閉式解，而且不需要知道非直達(dá)波誤差的先驗(yàn)信息。 5．針對存在樣本點(diǎn)先驗(yàn)信息的情況，對學(xué)習(xí)型定位算法進(jìn)行了研究。首先考慮樣本點(diǎn)不存在野值的情況，提出了一種基于克里金(Kriging)方法的學(xué)習(xí)型定位方法，仿真結(jié)果表明該算法性能在不同的測量噪聲情況下接近定位估計(jì)的CRLB下限；現(xiàn)有的學(xué)習(xí)型定位算法都沒考慮樣本點(diǎn)存在野值的情況，為了抑制樣本點(diǎn)中野值對定位效果的影響，提出了一種基于穩(wěn)健代價(jià)函數(shù)的最小二乘支持向