基于無線通信網(wǎng)絡的定位技術(shù)與相關(guān)算法研究.pdf

1、無線定位技術(shù)在現(xiàn)代社會生活中發(fā)揮著日益重要的作用,已成為從事各種社會經(jīng)濟活動和保障國家安全的必要手段。自從美國聯(lián)邦通信委員會強制要求各移動通信運營商為E-911服務提供準確的定位估計以來,基于無線通信網(wǎng)絡的無線定位技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。與GPS等衛(wèi)星定位系統(tǒng)相比,其優(yōu)勢在于;信號功率強,在室內(nèi)也能接收到信號;參考發(fā)射臺大多位置崮定,易于捕獲信號;具有互聯(lián)通信能力,有利于通過合作提高定位精度;參考發(fā)射臺位置分散且數(shù)量眾多,抗毀性強;可以利用

2、已有通信基礎設施,建設成本低。當前,無線通信技術(shù)正迅猛發(fā)展,未來無線通信網(wǎng)絡的傳輸速率將更高,同時將具有更高的智能性、協(xié)作性和安全性,以及更好的傳輸質(zhì)量和服務質(zhì)量,這些都為基于無線通信網(wǎng)絡的定位技術(shù)發(fā)展提供了新的契機。因此,從國家的長遠需求和廣大民用市場出發(fā),利用無線通信網(wǎng)絡信號覆蓋性好、抗打擊能力強、在有一定遮擋情況下仍能有效接收的特點,研究基于無線通信網(wǎng)絡的高精度定位技術(shù),彌補衛(wèi)星定位系統(tǒng)的先天不足,并作為特殊情況時軍事導航定位系統(tǒng)

3、的輔助或備份,十分必要和重要。
　　 然而經(jīng)過10多年的研究,雖然基于無線通信網(wǎng)絡的定位技術(shù)正逐漸走向成熟,但由于無線通信系統(tǒng)所處的復雜信號環(huán)境以及人們對定位精度和可靠性要求的不斷提高,現(xiàn)有無線定位理論和技術(shù)在發(fā)展過程中還存在著一系列問題有待解決。本文從分析和反思當前無線定位理論和技術(shù)的優(yōu)缺點出發(fā),圍繞無線定位與跟蹤的關(guān)鍵問題展開研究,主要工作和貢獻如下:
　　 1、從無線定位系統(tǒng)、物理層技術(shù)、定位算法等幾個方面對無線定

4、位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了總結(jié)和對比分析,并在此基礎上總結(jié)出了當前無線定位領(lǐng)域所面臨的三大難題:由于無線電傳播環(huán)境的復雜性和隨機性造成的非視距誤差問題;由于參考節(jié)點分布的不均勻性和局部稀疏性造成的定位可實現(xiàn)性問題;與無線通信網(wǎng)絡信號特點相匹配的定位模式問題。
　　 2、針對非視距環(huán)境下的靜態(tài)定位問題,提出了一種無需任何NLOS誤差分布信息的交叉修正定位算法,將直達波重構(gòu)和定位解算同時納入到統(tǒng)一框架下,通過交替調(diào)整尺度因子和位置坐標,

5、使距離值和坐標值通過迭代逐漸趨向各自真實值。該方法不僅可以克服傳統(tǒng)做法可能會產(chǎn)生的誤差傳播問題,而且利用參數(shù)估計和定位解算的交叉修正,使這兩個階段能夠通過良性互動分別抑制各自受到的誤差影響,從而提高最終的定位精度。
　　 3、針對非視距環(huán)境下的動態(tài)跟蹤問題,提出一種基于非視距誤差直接估計的修正擴展卡爾曼濾波算法,該方法直接估計出NLOS誤差大小,可以更徹底地抑制NLOS誤差的影響,并且無需已知任何MLOS誤差分布的先驗信息。

6、r>　　 4、針對定位的可實現(xiàn)性問題,提出了一種利用移動終端之間合作提高無線通信網(wǎng)絡定位覆蓋范圍的新方法。該方法利用移動終端間的互聯(lián)互通能力,將移動終端按最近鄰原則組成臨時合作定位網(wǎng)絡,采用基于彈簧模型的位置坐標校正算法,利用已知位置的移動終端來輔助定位。該方法不僅可以有效提高無線網(wǎng)絡的定位覆蓋范圍,減少定位盲區(qū),而且可以達到提高移動終端定位精度的目的。
　　 5、為克服傳統(tǒng)兩步定位方法的局限,提出了一種以移動終端為定位中心直