蜂窩網(wǎng)絡中移動臺定位算法研究.pdf

1、隨著美國聯(lián)邦通信委員會于1996年提出要求各種無線蜂窩網(wǎng)絡對發(fā)出E-911緊急呼叫的移動臺提供滿足一定精度要求的定位服務以來，無線網(wǎng)絡定位技術(shù)一直引起廣泛的關(guān)注。利用無線定位技術(shù)除了可以為移動用戶提供安全保障外，還可用于通信網(wǎng)絡的資源管理，系統(tǒng)優(yōu)化設計，實行靈活收費，提供與位置有關(guān)的信息服務，以及快速破獲利用移動電話進行經(jīng)濟欺詐，對犯罪分子進行追蹤等領(lǐng)域。本文針對蜂窩網(wǎng)絡中的無線定位這一熱點，以非視距(NLOS)環(huán)境下的基于信號到達時間

2、差(TDOA)的定位算法、基于信號到達時間(TOA)的定位算法、基于信號到達時間差/到達角度(TDOA/AOA)和基于信號到達時間/到達角(TOA/AOA)的混合定位算法為重點，進行了深入地研究。 在對TDOA定位算法的研究中，以往的算法只考慮LOS環(huán)境下的系統(tǒng)測量誤差，而在NLOS環(huán)境下定位精度將大大下降，本文對一種現(xiàn)有的TDOA定位算法進行了改進，改進算法考慮了NLOS誤差的統(tǒng)計特性，對NLOS誤差進行了抑制，提高了算法的定

3、位精度。并在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于Taylor級數(shù)展開法的TDOA定位算法，使定位精度得到進一步提高。 在對TOA定位算法的研究中，針對一種現(xiàn)有的TOA定位算法在計算過程中需要進行大量矩陣相乘和求逆運算的缺點，利用遞推最小二乘法(RLS)對其行改進，改進后的算法具有和原算法相同的性能，但克服了原算法計算量大的缺點，提高了定位效率和實時性。本文通過對Kalman濾波算法的分析，得到在不知道NLOS噪聲方差準確值的條件下，可以通過

4、增加濾波長度來保證算法的準確性的結(jié)論,在此基礎(chǔ)上根據(jù)NLOS誤差的統(tǒng)計模型提出了兩種新的NLOS誤差消除和定位算法。第一種誤差消除方法利用NLOS誤差均值與TOA距離真實值的關(guān)系，得到一個以TOA距離為變量的一元二次方程，解方程可以得到TOA距離的估計：第二種NLOS誤差消除方法將TOA距離的Kalman濾波值與對應誤差的關(guān)系曲線作為先驗信息，在得到TOA距離的Kalman濾波值后，根據(jù)先驗信息可以求得對應的誤差，對TOA距離進行修正，

5、消除了NLOS誤差的影響。在此基礎(chǔ)上，分別提出了一種基于最小二乘(LS)和最優(yōu)化方法的定位算法，取得了較好的結(jié)果。 在對混合定位算法的研究中。利用對TDOA測量值中的NLOS誤差消除方法，對一種TDOA/AOA定位算法進行了改進，有效提高了算法的性能。但是這一改進算法的定位誤差對AOA系統(tǒng)測量誤差方差較敏感，需要兩步加權(quán)最小二乘(WLS)運算，且結(jié)果具有模糊性的缺點。因此，本文提出了一種新的TDOA/AOA定位算法，算法利用Ka

6、lman濾波算法對AOA的值進行估計，并將非線性方程轉(zhuǎn)化為線性方程，減少了未知變量的個數(shù)，減少了計算量并且有唯一解。本文還將此算法推廣至幾何結(jié)構(gòu)的單次反射圓模型下，推導了該模型下TDOA測量值中NLOS誤差均值與方差的表達式，驗證了算法的性能。某些算法采用兩步WLS運算是由于在第一次WLS運算中沒有考慮到未知變量之間的相關(guān)性，故而需要進行第二次WLS運算，本文將未知變量之間的相關(guān)性作為約束條件，提出了一種基于帶約束條件最小二乘的TOA/