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基于TDOA与GROA的多目标联合定位技术研究

作　者: 刘磊
导　师: 胡方明; 王甲辰
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 传感器网络到达时间差到达增益比多目标定位感知节点位置误差
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

基于传感器网络的信号源无源被动定位技术作为信号处理的重要研究内容,已在电磁频谱监测、雷达、声纳、麦克风阵列、传感器网络、无线通信等领域得到广泛应用。基于传感器网络的无线定位技术不仅为用户提供位置信息服务、紧急救助和物品跟踪功能,在保障国家安全和打击犯罪方面也发挥了有效的作用。本文拟探索一种在定位节点位置存在误差情况下,基于传感器网络的多个无线电信号源联合定位的新方法,拟结合被定位目标的时域TDOA信息与能域GROA信息进行综合定位以提高定位精度,为上述传感器网络定位技术应用提供更加准确的定位结果和可靠性。本文首先介绍了无线定位技术在各领域中的应用,并对传感器网络系统以及各种常用的定位技术进行了讨论。在此基础上,在对信号源高精度无源被动定位技术迫切需求的背景下,针对感知节点位置模糊条件下多目标综合定位问题,本文在感知节点位置信息存在模糊条件下将信号到达增益比(GROA)引入到仅采用信号到达时间差(TDOA)定位算法中,对定位精度提升量进行研究,提出了基于TDOA与GROA(?)目联合的多目标定位代数闭式解算法,该算法联合估计未知信号源位置与带误差感知节点位置以充分利用TDOA与GROA测量误差中包含相同感知节点位置误差的优势,并将信号源虚拟位置概念引入到算法推导中消除信号源位置与感知节点位置之间的相互限制关系,以得到用来求解代数闭式解的伪线性方程组,算法推导过程以两个不相关信号源为例展开,所得到代数闭式解算法实现了定位精度对感知节点位置模糊性的免疫,此外,本文并推导得到了采用TDOA与GROA在感知节点位置错误情况下对多目标联合定位的克拉美罗下界(CRLB)。仿真结果与分析表明,所提算法能够克服感知节点位置较小模糊便会引入较大定位误差的缺陷,在被定位信号带宽大于8.5KHz、信噪比大于-4dB条件下,无论针对远场源、近场源还是内场源,定位最小均方误差对比仅采用TDOA信息的定位算法至少达到10dB性能提升效果,对比仅采用TDOA定位方法可以更好的接近CRLB,且该算法易于系统实现,在野外救援、战场频谱监测等具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 研究意义与目的  7-8
  1.2 国内外科技发展动态  8-9
  1.3 信号源定位基本方法介绍  9-13
  1.4 论文的主要工作和章节安排  13-17
第二章定位场景  17-21
  2.1 定位场景几何分布  17-18
  2.2 定位TDOAs与GROAs定义  18-19
  2.3 定位性能评价指标  19-21
    2.3.1 均方误差与均方根误差  19
    2.3.2 累积分布函数  19-21
第三章基于TDOAs与GROAs的多目标定位代数闭式解  21-29
  3.1 定位方程及线性化处理  21-23
  3.2 加权最小二乘(WLS)求解  23-26
  3.3 定位结果优化  26-29
第四章基于TDOAs与GROAs多目标定位CRLB推导  29-33
  4.1 综合采用TDOAs与GROAs的CRLB  29-31
  4.2 仅采用TDOA定位的CRLB(u~o)_d  31-33
第五章算法仿真及性能分析  33-41
  5.1 GROA对定位精度的提升  35-38
  5.2 对传播系数n的敏感度  38-41
第六章总结与展望  41-43
致谢  43-45
参考文献  45-47

基于TDOA与GROA的多目标联合定位技术研究

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