超宽带传感器网络室内信道建模与定位算法研究

针对超宽带传感器网络室内定位问题,建立了一种符合IEEE 802.15.4a标准的超宽带室内传播信道模型.在此模型基础上提出基于最大似然估计的RSsI测距方法,给出了测距误差的Cramer-Rao下界(CLRB),分析了定位误差与测距误差的关系并应用到定位算法中,最后提出一种面向测距和定位的超宽带传感器网络模型.仿真实验结果表明采用该信道模型,测距和定位算法,显著提高无线传感器网络的测距和定位性能.     

基于TDOA/AOA混合的高精度室内可见光定位算法

为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming, SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10 m×10 m×3 m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39 cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。     

UWB多目标异步定位改进方法

在原UWB多目标异步定位及其算法的基础上,针对其存在的问题提出改进算法.在保持原一般性的情况下,实现剔除冗余测量的目标.采用帧多次往返测量法和相互测量法,实现全部差分测量,改进了测量误差分布特性.提出递进测量新概念应用于超宽带异步测量和定位,较好的协调了测量速度和精度的关系.选用优化算法,很好地解决了定位方程的求解问题.仿真结果说明,方法有效可靠,性能稳定,适于实际应用.     

基于阵列天线的UWB定位方案研究

为实现简单而精确的定位,提出了一种基于阵列天线的超宽带(ultra wideband, UWB)定位方案。在定位源末端设置4根阵元天线,用于检测未知节点发射的UWB信号,各天线接收的信号经统一的中央处理单元,只需单个定位源就能完成未知节点的三维定位。通过UWB多径信号检测算法进行到达时间差(time difference of arrival, TDOA)估计,无需收发两端时钟同步,且避免了使用复杂的波束赋形技术。同时,提出了一种UWB多径信号检测算法,在分析误差模型对定位精度影响的基础上,以IEEE 802.15.4a信道模型的CM1~CM8为依据,对方案进行了误差性能仿真实验。结果表明,所提方案可实现精确定位,误差达厘米级。     

UWB多目标异步定位及算法

基于到达时间法(TOA)和超宽带信息帧往返传输(RTT)原理,提出一种新的UWB多目标异步定位及其算法.系统节点均具有收发功能,在测量某个节点时,往返传输(RTT)的UWB帧只需使用一次,也不需要保证接收节点时钟严格同步的光纤连接等系统条件的限制.与同步方法相比较,本方法和算法具有低复杂性、一般性和实用性.仿真结果也表明其定位精度完全可以与同步TOA法或TDOA法相媲美.     

一种非视距环境下的椭圆-角度混合定位技术

为了研究基于CDMA网络的新型定位系统,提出了称为椭圆-角度混合定位的新型定位技术,它利用信号到达时间之和(TSOA)与到达角(AOA)实现目标的定位.在设计的定位系统中,采用有偏卡尔曼滤波器消除TSOA测量值中的非视距(NLOS)误差,同时抛弃遭受NLOS严重污染的AOA测量值,最后使用扩展卡尔曼滤波器实现多台定位设备的数据融合,实现了对移动台的定位和跟踪,仿真结果显示了定位系统的有效性.     

一种混合定位算法线性化处理的抗NLOS的WLS算法

针对到达时间差(TDOA)/到达角(AOA)混合定位算法中出现的非线性问题,提出了一种将混合定位算法中的非线性部分进行线性化处理的算法。同时针对该算法在实际信道中受非视距(NLOS)误差影响较大的情况,采用了利用测量值中含有的关于NLOS的信息,对算法进行加权处理的改进方法,有效的降低了NLOS的影响,同时减少了由于非线性造成的误差过大的情况,最后给出了该算法的仿真结果和性能分析。     

超宽带无线通信的一种快速同步捕获算法

针对超宽带(ultra-wideband,UWB)信号的具体特征,利用巴克码的相关特性,设计了一种结构简单的训练序列,在此基础上建立了基于最大似然(ML)准则的UWB同步捕获算法。该算法大大降低了UWB信号时间捕获的复杂度,能够快速实现同步。仿真结果表明,只需要较短的训练序列,该算法就能获得优良的同步性能,当训练序列较长时可以很好地逼近理想捕获情况下的系统误码率。     

传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法

传统定位方法一般是在假设传感器位置信息准确已知的前提下进行的。然而在实际情形中,传感器位置信息往往含有随机误差,这些误差会严重影响目标的定位精度。针对这一问题,提出了一种存在传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法。首先将非线性TOA定位方程组转化为一组关于目标位置的伪线性方程,利用加权最小二乘估计进行初始求解;然后在此基础上把伪线性方程组转化为关于估计偏差的求解问题,进而对初始解进行线性校正。在测量误差充分小的情况下分析了该算法的有效性。仿真结果表明该算法具有较好的定位性能。     

基于CMOS的超宽带信号产生电路设计与仿真

目前超宽带信号的产生主要使用模拟电路,设计完成之后波形参数便无法调节.现有使用数字电路产生超宽带信号的方法虽然可以调整某些参数,但是产生的波形较为单一.提出一种基于数字CMOS工艺的超宽带信号产生电路,使用DLL(延时锁环)的各级延时信号提供精确的控制时序,使用电流源阵列产生需要的充放电电流,通过对电容充放电的精确控制,产生随控制数据动态变化的超宽带信号.在0.18 um CMOS工艺下对电路进行了仿真,分析了波形的误差及其原因.     

一种新的非视距环境下移动台定位算法

非视距传播已经成为制约蜂窝网络定位的主要障碍。为了抑制和减少非视距传播引起的位置估计误差,提出了一种稳健估计的移动台定位算法———基于最大似然估计的位置估计算法,不需要先验NLOS误差统计特性和时序测量等前提条件,抑制NLOS误差的影响。通过跟传统的最小-均方算法(ordinaryleastsquare)比较,仿真结果表明这种算法有效地提高了在非视距环境下的定位精度。     

基于高阶累积量的TOA估计方法

提出了基于高阶累积量的多径信号到达时间TOA的估计方法。首先接收信号经过匹配滤波器,再将输出结果进行频域变换,这样将信号传播的时间延时的估计问题转换为谐波频率的估计问题。在反卷积之后的噪声是高斯过程的情况下,利用四阶累积量方法,可有效地抑制噪声估计各多径信号的TOA。文章最后的仿真结果说明了本文提出方法的有效性。     

粒子滤波和多站TOA的外辐射源雷达跟踪方法

针对外辐射源雷达跟踪常采用扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter,EKF）算法导致其跟踪精度受闪烁噪声影响较大的问题,结合到达时间（time of arrival,TOA）定位技术和粒子滤波（particle filter,PF）算法,提出一种适于闪烁噪声环境的外辐射源雷达跟踪方法。该方法通过多站TOA获得测量信息,利用双基地角来减弱目标雷达散射截面积（radar cross section,RCS）闪烁,采用非线性和非高斯的PF进行跟踪,能减小因闪烁噪声而导致的跟踪误差,避免EKF算法因线性化而带来的误差,从而提高跟踪精度。实验表明,该方法的跟踪性能优于EKF,尤其受闪烁噪声影响小,能提高闪烁噪声环境下的跟踪精度。实测数据验证了该方法的有效性。     

TOA模式下TLS辅助泰勒级数展开的蜂窝定位新算法

提出了一种到达时间(time of arrival, TOA)模式下总体最小二乘(total least square, TLS)辅助泰勒级数展开的蜂窝定位新算法。该算法针对泰勒级数展开对初始迭代参考点依赖性强的问题,综合考虑观测量误差和观测站位置误差,利用TLS估计初始参考点,然后在估计值处对观测方程组实施泰勒级数展开,并使用加权最小二乘进行多次迭代运算,实现对移动终端的高精度定位。仿真结果表明,该算法在平均迭代次数和定位精度方面具有接近基于真实位置的泰勒级数展开算法的性能,并且在不同的几何精度因子(geometrical dilution of precision, GDOP)下,均具备良好的抗观测量误差和观测站位置误差的特性。     

利用互模糊函数联合估计的双星高精度定位技术

针对高精度双星定位系统对参数测量精度的需求,围绕解决高精度时差/频差测量的技术问题,建立了利用双星对地面辐射源定位模型,通过定位精度分析,给出了高精度定位对时差/频差测量精度的要求。通过分析高精度时差/频差测量的各种方法和技术途径,提出了一种利用互模糊函数进行时差/频差联合估计的方法。仿真实验结果表明该方法可以适应各种脉冲信号类型,测量精度较高。     

一种改进的Morlet小波瞬态信号检测算法

噪声中的瞬态信号检测在雷达信号处理领域占据非常重要的地位。本文利用小波变换的性质,提出一种改进的Ｍｏｒｌｅｔ小波的瞬态信号检测算法。该算法在Ｍｏｒｌｅｔ小波基础上引进了线性变换的调频系数以提高小样本超宽带信号检测的检测精度。对实际实验数据及仿真信号的检测结果表明,该方法在低信噪比小样本情况下,对瞬态超宽带信号具有很好的检测性能。     

发射站/接收站位置误差下无源雷达DOA-TDOA目标定位算法

无源雷达中发射站和接收站位置误差的存在将显著降低目标定位精度。针对这一问题,将发射站和接收站位置误差考虑到基于波达方向和到达时差的无源雷达目标定位模型中,提出了一种目标位置代数解算法。首先,将波达方向和到达时差的测量方程线性化,考虑方程中的各项误差,采用加权最小二乘估计求解,并通过对加权矩阵的迭代更新,得到目标位置最优估计。推导了存在发射站和接收站位置误差条件下目标定位的克拉美罗下界,并从理论上证明了算法的定位精度可以达到克拉美罗下界。仿真结果表明,算法的定位精度优于现有算法,在发射站和接收站位置误差条件下定位精度仍能达到克拉美罗下界。