非直達目標定位跟蹤的基礎理論與算法研究.pdf

1、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，基于蜂窩無線通信網(wǎng)絡的無線定位技術受到了廣泛關注。蜂窩移動通信系統(tǒng)中，收發(fā)間不一定存在直達波傳播路徑，非直達波傳播效應是導致定位誤差的主要因素，因此非直達波環(huán)境中定位算法的研究成為近年來研究的熱點。 本文針對不同的無線信道環(huán)境、移動站的運動狀態(tài)和先驗信息，研究了蜂窩無線通信網(wǎng)絡定位算法，特別是非直達波環(huán)境中的定位算法。主要創(chuàng)新概括如下：

2、 1．針對直達波環(huán)境中的定位問題，首先推導了到達時間(TOA)、到達時間差(TDOA)、到達時間/信號強度(TOA/RSS)和到達時間差/信號強度(TDOA/RSS)定位技術的克拉美勞(CRLB)下限的閉式解；然后在此基礎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．針對直達波測量參量和非直達波測量參量并存的情況，對非直達波鑒別算法進行了研

3、究。首先對基于TOA和TDOA定位技術的非直達波定位算法進行了性能分析，為采用非直達波鑒別算法提供了理論依據(jù)；隨后針對TOA定位技術，提出了一種基于重疊面積的非直達波鑒別算法，算法具有計算簡單、鑒別率高的特點，解決了現(xiàn)有算法或者運算量大、或者只適用于運動移動站的問題；最后針對TDOA定位技術，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波基站個數(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，并推導了定位估計的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波定位算法基于單次散射模型的限制。 4．針對不存在直達波基站或者多徑數(shù)目不足的情況，提出了基于加權穩(wěn)健代價函數(shù)的TOA、RSS和TOA/RSS定位算法。非直達波誤差分布往往偏離高斯分布，基于加權均方代價函數(shù)最小化的常規(guī)定位方法失去了最優(yōu)性。所提方法使用加權穩(wěn)健代價函數(shù)代替加權均方代價函數(shù)

5、抑制非直達波誤差，不僅能給出閉式解，而且不需要知道非直達波誤差的先驗信息。 5．針對存在樣本點先驗信息的情況，對學習型定位算法進行了研究。首先考慮樣本點不存在野值的情況，提出了一種基于克里金(Kriging)方法的學習型定位方法，仿真結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的CRLB下限；現(xiàn)有的學習型定位算法都沒考慮樣本點存在野值的情況，為了抑制樣本點中野值對定位效果的影響，提出了一種基于穩(wěn)健代價函數(shù)的最小二乘支持向