LOS-NLOS無線定位方法研究.pdf

1、無線定位技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)生活中發(fā)揮著日益重要的作用，已成為保障國(guó)家安全和從事軍事活動(dòng)的必要手段，它的廣泛應(yīng)用將極大地改變?nèi)藗兊纳罘绞?。這一方面推動(dòng)了定位理論和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，另一方面由于應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜多樣性，也給傳統(tǒng)定位理論和技術(shù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。 本文針對(duì)直達(dá)波環(huán)境和非直達(dá)波環(huán)境下的定位方法展開研究，主要工作如下： 1．針對(duì)直達(dá)波環(huán)境下多維標(biāo)度法(MultidimensionalScaling，MDS)在基于距離測(cè)量的

2、定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，首先利用已有的子空間法，給出了經(jīng)典多維標(biāo)度法在無線定位中的應(yīng)用，改正了已有的關(guān)于經(jīng)典MDS方法不適用于無線定位的觀點(diǎn)。接下來給出了MDS方法在測(cè)距定位應(yīng)用中的統(tǒng)一框架及其通解，現(xiàn)有的幾種方法都是其中的特例。然而，根據(jù)高斯-馬爾科夫(Gaussian-Markov)定理，該框架下的各種方法都不是最優(yōu)的，它們的性能還與坐標(biāo)參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。對(duì)此，利用已有的加權(quán)MDS方法，得到了統(tǒng)一框架下的加權(quán)MDS方法。應(yīng)用該框架進(jìn)行分析

3、，結(jié)果表明加權(quán)MDS方法的性能不受參考點(diǎn)選擇的影響，在中等信噪比水平下是最優(yōu)的。 2．針對(duì)直達(dá)波環(huán)境下的時(shí)差定位體制，采用與二步加權(quán)最小二乘(Two-stepWeightedLeastSquares，TWLS)方法類似的思想，將MDS方法擴(kuò)展到了時(shí)差定位中。與TWLS方法相比，在測(cè)量噪聲較小時(shí)兩者性能類似，都接近于CRLB；在測(cè)量噪聲較大時(shí)，MDS方法則具有一定的穩(wěn)健性。 3．針對(duì)傳統(tǒng)MDS方法在應(yīng)用過程中的不穩(wěn)健因素，

4、用最小絕對(duì)值偏差(LeastAbsoluteDeviation，LAD)準(zhǔn)則構(gòu)造新的代價(jià)函數(shù)，并利用半定規(guī)劃技術(shù)求解，得到一種基于LAD準(zhǔn)則的MDS方法。將該方法應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位，能夠獲得比經(jīng)典MDS算法更好的定位性能和穩(wěn)健性。 4．針對(duì)非直達(dá)波環(huán)境下的無線定位問題，利用散射模型的角擴(kuò)展特性，給出了一種基于TOA(TimeofArrival)和AOA(angleofarrival)測(cè)量的增強(qiáng)型TOA/AOA定位方法。

5、在同樣非直達(dá)波誤差下，由于利用了角擴(kuò)展信息，增強(qiáng)型定位方法具有改進(jìn)混合定位性能的作用。 5．將散射體假設(shè)為位置固定的點(diǎn)目標(biāo)模型，給出了一種利用散射體信息的定位方法。由于利用了散射體信息，隨著測(cè)量精度的提高，定位誤差也相應(yīng)減少。而傳統(tǒng)方法在非直達(dá)波環(huán)境下，測(cè)量精度的提高并不能有效改善定位精度。該方法對(duì)散射半徑的變化不敏感，同時(shí)可分離的多徑數(shù)目的增加有利于提高該方法的性能。 6．利用多徑信號(hào)分離及其空間-多普勒頻率參數(shù)聯(lián)合測(cè)

6、量結(jié)果，給出一種在單次散射條件下、基于橢圓約束的直達(dá)波AOA重建方法。該方法在惡劣的非直達(dá)波傳播環(huán)境中能以較大概率和較高的精度重建直達(dá)波AOA參數(shù)。在獲得較高精度的直達(dá)波AOA參數(shù)后，可以利用傳統(tǒng)的直達(dá)波定位方程求解目標(biāo)位置參數(shù)，有效地提高在非直達(dá)波環(huán)境下的定位性能。 7．由于均方根距離擴(kuò)展信息能夠反映一定的環(huán)境信息，給出了一種基于均方根距離擴(kuò)展的均衡策略。該方法在所有定位參考點(diǎn)與定位節(jié)點(diǎn)之間均為非直達(dá)波傳播時(shí)，能獲得比約束最小

7、二乘、殘差加權(quán)等方法更好的性能。在沒有其它關(guān)于目標(biāo)位置的冗余信息，或者更多的參數(shù)測(cè)量條件下，又給出了一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位中，利用鄰站測(cè)距輔助測(cè)角的非直達(dá)波定位方法。該方法將非直達(dá)波誤差較小的主站測(cè)距結(jié)果作為最終定位的距離信息，而利用鄰站測(cè)距結(jié)果進(jìn)行角度搜索，獲得目標(biāo)到服務(wù)站的方向。該方法在非直達(dá)波傳播效應(yīng)嚴(yán)重的環(huán)境中，可以獲得相對(duì)較好的定位性能。 8．利用目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性和多次測(cè)量，給出了一種動(dòng)態(tài)MDS跟蹤定位方法。動(dòng)態(tài)MDS方法擴(kuò)展