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

1、無(wú)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,已成為從事各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和保障國(guó)家安全的必要手段。自從美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)強(qiáng)制要求各移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商為E-911服務(wù)提供準(zhǔn)確的定位估計(jì)以來(lái),基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)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(shì)在于;信號(hào)功率強(qiáng),在室內(nèi)也能接收到信號(hào);參考發(fā)射臺(tái)大多位置崮定,易于捕獲信號(hào);具有互聯(lián)通信能力,有利于通過(guò)合作提高定位精度;參考發(fā)射臺(tái)位置分散且數(shù)量眾多,抗毀性強(qiáng);可以利用

2、已有通信基礎(chǔ)設(shè)施,建設(shè)成本低。當(dāng)前,無(wú)線通信技術(shù)正迅猛發(fā)展,未來(lái)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率將更高,同時(shí)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(wù)質(zhì)量,這些都為基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)發(fā)展提供了新的契機(jī)。因此,從國(guó)家的長(zhǎng)遠(yuǎn)需求和廣大民用市場(chǎng)出發(fā),利用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋性好、抗打擊能力強(qiáng)、在有一定遮擋情況下仍能有效接收的特點(diǎn),研究基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的高精度定位技術(shù),彌補(bǔ)衛(wèi)星定位系統(tǒng)的先天不足,并作為特殊情況時(shí)軍事導(dǎo)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(guò)10多年的研究,雖然基于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)正逐漸走向成熟,但由于無(wú)線通信系統(tǒng)所處的復(fù)雜信號(hào)環(huán)境以及人們對(duì)定位精度和可靠性要求的不斷提高,現(xiàn)有無(wú)線定位理論和技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中還存在著一系列問(wèn)題有待解決。本文從分析和反思當(dāng)前無(wú)線定位理論和技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)出發(fā),圍繞無(wú)線定位與跟蹤的關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)研究,主要工作和貢獻(xiàn)如下:
　　 1、從無(wú)線定位系統(tǒng)、物理層技術(shù)、定位算法等幾個(gè)方面對(duì)無(wú)線定

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

5、使距離值和坐標(biāo)值通過(guò)迭代逐漸趨向各自真實(shí)值。該方法不僅可以克服傳統(tǒng)做法可能會(huì)產(chǎn)生的誤差傳播問(wèn)題,而且利用參數(shù)估計(jì)和定位解算的交叉修正,使這兩個(gè)階段能夠通過(guò)良性互動(dòng)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(duì)非視距環(huán)境下的動(dòng)態(tài)跟蹤問(wèn)題,提出一種基于非視距誤差直接估計(jì)的修正擴(kuò)展卡爾曼濾波算法,該方法直接估計(jì)出NLOS誤差大小,可以更徹底地抑制NLOS誤差的影響,并且無(wú)需已知任何MLOS誤差分布的先驗(yàn)信息。

6、r>　　 4、針對(duì)定位的可實(shí)現(xiàn)性問(wèn)題,提出了一種利用移動(dòng)終端之間合作提高無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)定位覆蓋范圍的新方法。該方法利用移動(dòng)終端間的互聯(lián)互通能力,將移動(dòng)終端按最近鄰原則組成臨時(shí)合作定位網(wǎng)絡(luò),采用基于彈簧模型的位置坐標(biāo)校正算法,利用已知位置的移動(dòng)終端來(lái)輔助定位。該方法不僅可以有效提高無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的定位覆蓋范圍,減少定位盲區(qū),而且可以達(dá)到提高移動(dòng)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(dòng)終端為定位中心直