复平面子空间分解的TOA无线定位方法

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toa定位算法的坐标解析优化方法综述

toa定位算法的坐标解析优化方法综述

稳定性要优于非测 距 法。 测 定 距 离 目 前 主 要 有 三 种 主 流
面上,三维定位系统的构
基于无线通信的 定 位 技 术 有 多 种 实 现 方 式。 按 照 是
算法 [2]:基于时间的信号 传 输 时 间 (
TOA)、信 号 传 输 时 间
差(
TDOA)、基 于 信 号 角 度 (AOA)以 及 基 于 信 号 接 收 强
TOA 定位算法的坐标解析优化方法综述
夏禹,张效艇,王嵘
(华东理工大学 自动化系,上海 200237)
摘要:TOA(
TimeOfAdven
t)算法被称为“到达时间算法”,是一 种 基 于 测 量 基 站 和 标 签 之 间 通 信 信 号 的 到 达 时 间 计 算
出二者之间的距离,从而进行定位的方法,但是由于存在基 站 与 标 签 时 钟 不 同 步 的 问 题,而 有 较 大 测 量 误 差。 本 文 基 于
t
eana
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y
y

所示。

基站和标签 之 间 通 过 数 据 包 的 通 信 可 以 获 取 数 据 包
由于存在遮蔽 物,使 得 以 GPS 为 代 表 的 卫 星 定 位 系
统在相对封闭的空间无法发挥定位功能,而随着无线 通 信
技术的快速发展,基于无线通信的定位技术有望弥补 前 者
到达的时间,利用 S=C光 速 ×T 可以获得每个基站和标签之
(
Xn,
Yn)以及 标 签 到 基 站 的 距 离 R1,
R2,…,
Rn ,求 标 签
,
)
。由已知条件,
的坐标(
可得如下方程组:

无线定位解决方案

无线定位解决方案

无线定位解决方案技术建议书无线定位解决方案技术建议书目录目录1 无线定位方案概述 (1)1.1 技术选型 (1)1.1.1 RSSI场强定位法 (1)1.1.2 基于电波传播时间(TOA或TDOA)定位法 (1)1.1.3 角度到达AoA 定位法 (2)1.2 系统优势 (4)1.3 无线定位解决方案 (4)2 无线定位系统说明 (5)2.1 系统架构 (5)2.2 定位原理 (6)2.2.1标签定位 (6)2.3 WiFi有源电子标签应用程序规划 (8)2.3.1 定位引擎软件(AeroScout Position Engine) (8)2.3.2 WiFi有源电子标签管理软件(AeroScout Tag Manager) (8)2.3.3 AeroScout MobileView (8)2.4 典型应用场景 (9)2.4.1 医院 (9)2.4.2 生产作业场所(矿井) (12)2.4.3 其它应用场景 (12)2.5 系统特点 (13)2.5.1 主动式保护及全面监控 (13)2.5.2 完善可靠的安全机制 (13)2.5.3 唯一电子编码 (13)2.5.4 消除误报 (13)2.5.5 方便易用,减轻工作负担 (14)2.5.6 安装方便,易于扩展 (14)1 无线定位方案概述1.1 技术选型随着数据业务和各种信息化应用的快速增加,现代各行业对信息化的依赖程度越来越高。

在生产环境中,常常需要确定移动终端或相关人员、设施与生产设备位置信息,以保证人员和设备安全。

因此,专家学者提出了许多定位技术解决方案,如A-GPS定位技术、超声波定位技术、蓝牙技术、红外线技术、射频识别技术、超宽带技术、无线定位技术、光跟踪定位技术,以及图像分析、信标定位、计算机视觉定位技术等。

本文档介绍了无线定位解决方案的相关技术。

无线定位解决方案的基本原理是:检测站通过接收移动站发射的带有特定位置信息的无线信号,并依据特定的定位算法来确认移动站的估计位置。

详解4种“无线定位”原理及算法

详解4种“无线定位”原理及算法

详解4种“无线定位”原理及算法今天,我们简单谈谈4种无线定位技术,感兴趣的小伙伴可以了解一下。

什么是无线定位技术?目标定位一直是一项不断发展且热门的技术,为什么这么热门呢 ? 当然是大家有着这样或那样的需求都需要用到它。

比如,某某公司为了监督员工,直接对园区进行每个人的活动定位,这时时被人监控的感觉绝对不好受;再比如医院对医生进行活动定位方便患者找到医生。

当然,做目标定位大部分都是为了路径的规划与自动导航控制,所以目标定位的精准度、灵敏度等性能就决定着整个控制系统的性能。

目前对于室外定位技术大部分都是采用GPS定位,不过大家应该体会过GPS信号弱导致位置迟迟无法更新,开车导航错过下高速路口的囧境等等。

既然室外定位都这么不稳定,那么在室内由于房屋的遮掩、GPS定位的信号和精度就更是无法满足要求了,所以诞生了一些特别室内定位技术,比如蓝牙、wifi、zigebee以及高精度UWB等等。

笔者觉得,所谓的定位技术,无非就是对信号的采集和处理,最终算出目标位置坐标。

下面,我们就来谈一下4种无线定位方法的基本原理与方法。

四种无线定位技术1、基于信号强度(RSSI)RSSI(Received Signal Strength Indication),基于信号的强度来进行目标定位。

这种方法应该是大家最容易想到的,比如我们离无线路由器越远wifi的信号越弱,这样我们就可以通过信号的传播模型与距离建立关系,最终进行目标位置的定位。

以发射源为中心,其信号的强度和传播呈现出同心圆的形式。

下面,我们以三点定位法来简单的推导一下基本原理:上面部署了三个信号发射源,目标定位分别检测来自三个发射源的信号强度,通过信号的路径损耗模型用信号强度获得发射与接受之间的距离d1、d2、d3,从而我们可以获得如下三个方程:通过联立上面三个方程即可获得最终的x、y坐标,至于怎么解,那就考察大家的数学功底了!好像这一切都是如此的简单,那接下来的研究就没啥意义了,其实信号的强度受周围环境影响较大比如隔墙,并且由于电源等等不稳定导致发射功率变化,如果非要采用此方法需要进行大量的数据进行模型的辨识与估测,同时信号强度具有时变性还需要进行实时补偿等。

UWB定位常用的算法汇总:RSS、AOA、TOA、TDOA

UWB定位常用的算法汇总:RSS、AOA、TOA、TDOA

无线定位方法是指分析接收到的无线电波信号的特征参数,然后根据特定算法计算被测对象的位置(二维/三维坐标:经度、纬度、高度)。

UWB定位技术常用的无线定位方法有如下几种:信号强度分析法(RSS)、到达角度定位法(AOA)、到达时间定位法(TOA)、到达时间差定位法(TDOA)。

到达角度定位(AOA)和信号强度分析法(RSS)AOA通过获取被测点到两个接收机的信号到达角度进行定位,需要配置复杂的天线系统,且角度误差对定位精度的影响远比测距误差大。

RSS则根据信号的传播模型,利用接收信号的强度与信号传播距离的关系,对目标进行定位。

这种方法的定位覆盖距离较近,且对信道传输模型的依赖性非常大,多径以及环境条件的变化都会使其精度严重恶化,特别是距离估计的精度与信号的带宽无关,不能发挥 UWB 带宽大的优势。

所以,RSS和AOA方法一般不单独用于UWB定位,只能作为辅助手段进行初级粗定位,UWB定位技术实现精确定位主要依靠精密测距完成。

到达时间定位(TOA)被测点(标签)发射信号到达 3 个以上的参考节点接收机(基站),通过测量到达不同接收机所用的时间,得到发射点与接收点之间的距离,然后以接收机为圆心,所测得的距离为半径做圆,3 个圆的交点即为被测点所在的位置。

但是TOA要求参考节点与被测点保持严格的时间同步,多数应用场合无法满足这一要求。

该方法实现过程中,需要测得UWB定位标签与每个基站的距离信息,从而定位标签需要与每个基站进行来回通信,因此定位标签功耗较高。

该定位方法的优势在于在定位区域内外(基站围成区域的内外),都能保持很高的定位精度。

到达时间差定位(TDOA)TDOA 是基于到达时间差定位,系统中需要有精确时间同步功能。

时间同步有两种:一种是通过有线做时间同步,有线时间同步可以控制在0.1ns 以内,同步精度非常高,但由于采用有线,所有设备要么采用中心网络的方式,要么采用级联的方式,但增加了网络维护的复杂度,也增加了施工的复杂度,成本升高。

无线传感网络确定目标位置的改进TOA算法

无线传感网络确定目标位置的改进TOA算法

无线传感网络确定目标位置的改进TOA算法作者:李智超来源:《科学与财富》2016年第01期摘要:本文提出了一种无线传感网络(WSN)确定车辆、人员、建筑物等目标位置的新方法。

由于WSN中节点位置的随机性和密布性,能够测到目标距离的节点个数亦呈随机性。

传统的TOA算法为3个节点测量到目标的距离,用三个圆的交点算出目标的位置。

事实上可能有3个以上的节点测到目标距离并传送距离信息给上位机。

本文方法则先对所有测到目标的节点做筛选,通过程序选取最合适的3个节点,采用其距离信息,再用3圆相交法确定目标的具体位置坐标。

本文详细叙述了该方法的原理和算式,以及仿真验证结果。

本文算法比传统TOA算法更符合WSN的实际使用情况,因而有更好的实用性。

关键词:无线传感网络;定位;到达时间法;超声波传感器0 引言无线传感网络的一项常用功能是测定车辆、人员、建筑物的位置坐标。

确定目标的位置传统方法有到达时间法(TOA)[1]。

由于超声波传感器容易测出目标和传感器的距离,但很难测出其方位。

TOA算法是采用三个传感节点测得的3个距离值为半径,作出3个圆,三个圆的交点就是目标的具体位置。

但是在实际情况当中,无线传感节点是随机分布,又有较高的密度,因此经常有超过3个无线传感节点能检测到目标的距离,并把距离信息传送给上位机。

因此用传统的TOA算法编的计算程序就会遇到困难。

为了使WSN的确定目标位置的程序适合实际使用情况,本文对传统TOA算法进行改进,增加了筛选程序,本文还对该算法做了仿真。

4结论在多个超声波传感器同时检测到位置节点的目标位置时候,进行优化的TOA筛选定位算法具有更高的精度,通过实际环境考虑下的优化条件可以使得改算法的精度更一步地提高。

参考文献[1] CAFFERYJ.A new approach to the geometry of TOA location[C]//IEEE VTC2000 Fall September 24-28,Boston,USA,2000:1943-1949.[2] 陈健.永宁一种基于TOA定位优化算法[J].无线电通信技术,2010.36(4):52-54.[3] 朱明辉.张会清基于RSSI的室内无线网络定位技术研究[期刊论文]-现代电子技术 2010(18).[4] 韩裕生,乔志花,张金.传感器技术及应用[M].北京:电子工业出版社,2013:179-188.作者简介:李智超(1991年),男。

TOARSS混合信息室内可见光定位方法

TOARSS混合信息室内可见光定位方法

TOARSSTOARSS 混合信息室内可见光定位方法随着互联网的普及和物联网技术的发展,人们对室内定位的需求越来越大。

室内可见光通信技术是一种新兴的通信技术,其优势是在不影响室内现有设备的情况下提供精确的定位服务。

如何利用可见光通信技术实现室内定位,成为了研究的热点之一。

TOARSS (Time Of Arrival and Received Signal Strength)混合信息室内可见光定位方法是最先提出的方法之一。

一、TOARSS 混合信息室内可见光定位基本原理TOARSS 混合信息室内可见光定位方法的基本原理是利用可见光通信的TOA (Time of Arrival)和RSS ( Received Signal Strength)两种信息来实现定位。

其中TOA 是指接收端接收到光信号的时间,也就是光传播时间,通过TOA 来获取两个节点之间的距离。

RSS 是指接收端接收到的光信号的强度,通过RSS 来测量光信号在信道传输中的衰减情况。

具体来说,在TOARSS 混合信息室内可见光定位方法中,首先需要在室内放置多个发射节点和接收节点,发射节点向周围发送可见光信号。

当信号到达接收节点时,接收节点会接收到信号的TOA 和RSS 信息,根据这两个信息可以计算出自己与发射节点之间的距离和信道衰减情况。

通过多组这样的距离和衰减信息,即可实现对自身位置的定位。

二、TOARSS 混合信息室内可见光定位方法的关键技术1. 发射节点和接收节点的布局TOARSS 混合信息室内可见光定位方法需要在室内布置多个发射节点和接收节点,而这些节点的布置方式会直接影响到室内定位的精度和稳定性。

一般来说,发射节点和接收节点需要按照一定的布置规则进行放置,同时需要考虑其他设备的影响。

2. 光信号的发射和接收光信号的发射和接收是TOARSS 混合信息室内可见光定位方法中另一个关键技术。

在信号的发射和接收过程中,需要考虑到光信号的功率、波长、调制方式、发送速率等因素对信号质量的影响。

微型无线网络中的节点定位与跟踪算法

微型无线网络中的节点定位与跟踪算法

微型无线网络中的节点定位与跟踪算法在当今互联网迅速发展的时代,无线网络技术已成为人们生活中不可或缺的一部分。

微型无线网络是其中的一个重要领域,它通过小型节点的组合来实现网络覆盖和通信。

在微型无线网络中,节点定位和跟踪算法是必不可少的技术,它们为网络提供定位服务、紧急救援、环境监测等多种功能,具有广阔的应用前景。

一、节点定位技术节点定位技术是微型无线网络中最基础和最重要的技术之一,它是对网络中节点位置的确定。

一般情况下,节点定位可分为两种方式,即无线信号定位和磁场定位。

无线信号定位技术根据节点发送的信号,利用网络中的接收节点对信号进行接收和计算,并据此确定节点位置,常见的无线信号定位技术有:RSSI定位、TOA定位、TDOA定位和AOD定位。

其中,RSSI定位利用无线信号强度指示进行定位,它的原理是通过计算接收到的信号强度指示(RSSI),来测量无线信号从发射节点到接收节点的距离。

TOA定位技术采用超宽带(UWB)信号,使接收的信号带有非常快的上升/下降时间,从而可以进行精确时延测量,并据此计算节点距离。

TDOA定位技术在节点之间引入时间差,并据此计算节点距离,此技术需要多个接收节点进行协作。

AOD定位技术则是利用节点对信号的方向进行分析,根据多个接收节点对信号的方向进行分析,从而计算节点位置。

磁场定位技术利用地球磁场的性质,在微型无线网络中受到的影响较小,主要应用在室内环境、或者场地狭窄、节点分布不均匀的情况下。

磁场定位技术需要节点装备磁传感器,通过精确和高灵敏的磁场传感器测量节点周围磁场强度,根据天然地磁的分布规律,依据节点测得的磁场强度大小判断节点的位置。

二、节点跟踪技术节点跟踪技术是通过多个节点之间互相通信和传递数据包,来实时监测节点位置和行动轨迹,是节点定位技术的延伸应用。

常见的节点跟踪技术主要分为两种方式,一种是基于时序信息的跟踪算法,另一种则是基于无线信号的跟踪算法。

基于时序信息的跟踪算法主要通过多个节点之间互相通信和传递数据包,来实现节点跟单的目的。

基于TOA的存在型定位方式的实现

基于TOA的存在型定位方式的实现

2020.09随着无线通信技术的发展,基于位置服务成为了热点之一。

而快速准确地获取终端位置信息变得日益迫切。

传统的定位技术无法实现房间级的分米级高精度精准定位要求,因此具有抗干扰性能强、发送功率小,带宽高的UWB 技术成为了主要的选择。

超宽带技术解决了困扰无线技术多年的有关传播方面的重大难题,开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道[1]。

超宽带(UWB)技术相比与传统的蓝牙、Zig⁃Bee 等技术具有传输距离远、测距精准等特点,该技术被广泛应用于电厂人员跟踪、博物馆展示品定位、贵重物品仓储、医院医疗器械物品的跟踪等。

1概述随着通信技术的发展,当前主流定位技术有WiFi、蓝牙、ZigBee 等定位技术。

WiFi 定位和ZigBee 定位主要是采用测算节点之间链接信号强度的方法,利用无限信号空间传输衰减模型估算出节点间的传输距离。

WiFi 定位能够在现有的WiFi 覆盖网络中安装定位模块解决定位问题,扩展性强,但是WiFi 定位过程中会受到障碍物的影响,导致RSSI 值不同从而导致定位误差大;而ZigBee 传输速率低,发射功率也低,因此相比于WiFi 技术,功耗低;ZigBee 技术在2.4G 的频段只有250kb/s,扣除信道竞争应答和重传等损耗,能真正被利用的速率不足100kb/s,因此通信速率较低。

而UWB 技术是不需要使用载波,通过发送纳秒级别的脉冲传输数据,而且数据的传输功耗只有几十uW。

因此这种通信技术具有良好的抗干扰性能、较宽的频谱、较低的功率以及消耗电能小等特性。

UWB 技术在2002年被FCC 批准可用于民用。

在2004年,IEEEE 发布802.15.4a 信道模型,为超宽带测距的定位算法的性能提供了基础,基于UWB 的室内定位,获得了更快的发展速度和广阔的使用场景[2]。

在UWB 技术中,常见的定位技术有TDOA 和TOA 两种技术,基于到达时间(Time Of Arrival,TOA)定位,基于到达时间差(Time Difference Of Arrival,TDOA)定位。

一种基于TOA的定位优化算法

一种基于TOA的定位优化算法

一种基于TOA的定位优化算法
陈健;卓永宁
【期刊名称】《无线电通信技术》
【年(卷),期】2010(36)4
【摘要】提出了一种在非视距环境下,当基站处于不良布站情况,即基站不能如蜂窝状包围住移动台时,测电波到达时间(TOA)定位算法的一种优化方法.其主要思想为先利用三基站相交线定位方法测得一个移动台的初始值坐标,再通过初始值坐标,确定基站选择和坐标优化机制,选择两两基站最优搭配,利用最优基站的圆周线相交定位方法.经过多次测量,消除NLOS误差对测量值的影响,最终确定出移动台坐标.此方法计算量小,结构简单,经验证,此方法比原来方法有更高的测量精度.
【总页数】3页(P52-54)
【作者】陈健;卓永宁
【作者单位】电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都611731;电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室,四川成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.53
【相关文献】
1.一种基于TOA测距的室内三维质心定位算法研究 [J], 何世钧;黄智伟;黄星琪
2.一种基于TOA的单星无源定位新方法 [J], 徐学华;田达
3.徐升团队提出一种基于分布式TOA多传感器系统的三维目标定位方法 [J],
4.一种非视距环境下基于TOA三维定位的新方法研究 [J], 韩逢庆;肖丹;官礼和
5.一种基于单次散射体定位的TOA/AOA混合定位算法 [J], 谢雪;王浩祥;邓平因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

试析无线定位技术.doc

试析无线定位技术.doc

试析无线定位技术无线定位技术利用无线通信技术接收无线电磁波,并运用相应的算法计算接收到的信息,从而测量目标位置,以此实现对目标的精准定位。

以下是的试析无线定位技术,希望能提供帮助。

随着移动通信技术的开展,移动通信系统中的无线定位技术越来越受到人们的关注和重视,也成为了移动运营商们经营的工程。

因此,在移动通信系统中应用好无线定位技术,并解决实际应用过程中的问题,弥补其中的缺陷,是更好地推动我国移动通信技术开展的前提。

无线定位技术利用无线通信技术接收无线电磁波,并运用相应的算法计算接收到的信息,从而测量目标位置,以此实现对目标的精准定位。

测量方法决定了测量精度,因此,在移动通信系统中,测量方法是相当重要的技术手段之一。

随着无线定位测量方法的改良和完善,越来越多的无线定位方法不断出现,使无线定位的准确度逐渐提高。

在当前的移动通信系统中,主要包括GPS定位法、TOA定位法、TDOA定位法、AOA定位法和场强定位法等定位技术。

对于上述定位方法,干扰定位准确度的因素主要有NLOS(非视距传播)、多径和多址等。

2.1算法TOA定位法是利用电磁波的传播速度,并测试出发射机与接收机间电磁波的传播时间,从而计算两者距离的方法。

该方法通过多个基站获取距离信息,并画圆,多个圆的交点即目标的可能位置。

TDOA定位法是指利用信号传输的时间差来计算目标位置的方式,通过相应的数学理论、1个TDOA对应目标发送信号到2个基站的时间差,可得到目标轨迹是以2个基站为焦点的1对双曲线,并通过计算多个TDOA值,对应的多条双曲线的交点即目标的可能位置。

AOA定位法是指利用目标与基站的角度关系确定位置的方法,基站的接收天线阵列可测量目标发射电磁波的到达角度,从而得出目标和基站的方位线,多个方位线的交点即目标的可能位置。

2.2具体应用2.2.1在移动盗打中的应用移动盗打是指用户的卡被不法分子复制,并恶意盗打,使用户在不知情的情况下产生了高额的话费。

TOA算法在UWB定位系统中的研究与应用

TOA算法在UWB定位系统中的研究与应用

TOA 算法在UWB 定位系统中的研究与应用随着无线电技术的发展,UWB 已经成为了一种重要的无线通信技术,并且在各种实际应用中得到了广泛的应用,其中之一就是UWB 定位技术。

UWB 定位技术在室内定位、室外定位、超宽带雷达成像、物联网、车联网等领域都有非常重要的应用。

TOA 算法作为UWB 定位中的一种重要算法,其具有定位精度高、定位误差小、容易实现等优点,成为了UWB 定位领域中的研究热点,并已经得到了广泛的应用。

本文主要介绍TOA 算法在UWB 定位系统中的研究与应用,主要包含以下几个方面:TOA 算法的基本原理、TOA 算法的实现方法、TOA 算法在UWB 定位系统中的应用、TOA 算法的优缺点及其应用前景。

TOA 算法的基本原理TOA 算法,即到达时间差算法,它是利用无线电波在空间中传播速度固定这一特点进行距离测量,进而确定需要定位的目标位置的算法。

TOA 算法的基本原理是利用一个时钟,校准在发射器和接收器之间传输的信号到达时间,然后根据传播速度计算出距离。

TOA 算法的本质是利用无线电波从发射点到接收点的传输时间及传播速度,通过数学计算来推算出从发射点到接收点之间的距离。

TOA 算法的实现方法TOA 算法的实现需要用到三个主要的硬件组件:发射器、接收器和时钟。

发射器向目标发送无线电波,接收器接收这些波并记录下它们到达的时间。

时钟则用于计算信号需要传输的时间。

在这个过程中,信号从发射器发出并传播到接收器。

接收器收到信号后,可通过时钟确定信号从发射器到接收器的传播时间,并通过计算推算出距离。

TOA 算法的实现方法简单明了、易于实现,并且定位精度高,因此成为了UWB 定位中的常用算法。

TOA 算法在UWB 定位系统中的应用TOA 算法可以在UWB 定位中进行室内和室外的定位,不受天气等因素的影响,具有很高的定位精度和准确性。

在实际应用中,TOA 算法经常被用于室内定位和车辆定位。

室内定位是TOA 算法的主要应用之一。

基于TOA-DOA联合估计的无线定位新方法

基于TOA-DOA联合估计的无线定位新方法

基于TOA-DOA联合估计的无线定位新方法杨小凤;陈铁军;刘峰【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2014(29)6【摘要】针对典型高精度的波达时间-波达方向(Time of arrival-direction of arrival,TOA-DOA)联合估计算法-多重信号分类算法运算量巨大的问题,提出了有效降低其复杂度的新方法并将其应用于无线定位.该方法首先通过分离接收信号矢量来分别估计TOA和DOA,以降低信号自相关矩阵的维数,从而降低对其进行特征值分解运算的复杂度,再利用离散傅立叶变换简化空间谱运算,同时采用多个空间谱相加的方法提高估计精度,从而利用一个基站就可以准确快速定位目标.运算量分析证明了新方法的复杂度较低,更易于在实时硬件系统上实现;Matlab仿真实验证明,新方法的估计精度与JADE-MUSIC相当,具有良好的定位性能.【总页数】5页(P1036-1040)【作者】杨小凤;陈铁军;刘峰【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,玉林,537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,玉林,537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,玉林,537000【正文语种】中文【中图分类】TN911.7【相关文献】1.基于超宽带的TOA-DOA联合定位方法 [J], 杨小凤;陈铁军;黄志文;李琼2.基于分数阶傅里叶变换的双基地雷达线性调频信号的参数联合估计新方法 [J], 李丽;邱天爽3.基于FRFT的双基地MIMO雷达多普勒频率和收发角联合估计新方法 [J], 李丽;邱天爽4.基于Zig Bee无线传感器网络的一种室内定位新方法 [J], 刘小康;张翔;方爽;郭杭5.基于机载单站双航段联合估计的纯方位定位跟踪算法 [J], 游屈波; 吴耀云; 胡飞; 夏雄; 关莹因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

高精度低复杂度的无线定位新方法

高精度低复杂度的无线定位新方法

高精度低复杂度的无线定位新方法杨小凤;陈铁军;刘峰【摘要】针对高精度的无线定位算法普遍存在运算量较大的问题,提出了一种二维波束空间矩阵束算法进行波达时间(TOA)和波达方向(DOA)联合估计,能够以较低的复杂度准确定位目标.该算法先通过离散傅里叶变换(DFT)波束形成矩阵将阵元空间的接收数据复数矩阵变换成波束空间的降维实数矩阵,使得运算量大幅度降低;再通过奇异值分解和求矩阵对的广义特征值估计视距信号TOA和DOA,从而确定目标位置.Matlab仿真实验结果证明,这种定位方法的均方根误差最好达到0.4m,运算量不到阵元空间对应算法的1/4,是一种高精度低复杂度的无线定位方法,尤其适用于资源有限的特殊环境(如战场、地震灾区、偏远山区等)中的无线网络定位.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2014(034)002【总页数】4页(P322-324,337)【关键词】无线定位;波束空间;波达时间;波达方向【作者】杨小凤;陈铁军;刘峰【作者单位】玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000;玉林师范学院电子与通信工程学院,广西玉林537000【正文语种】中文【中图分类】TN911.7无线定位广泛应用在人们日常生活的诸多领域:紧急呼叫[1]、交通导航[2]、消防队跟踪调度[3]等。

近年来,基于波达时间(Time-Of-Arrival, TOA)和波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)联合估计的无线定位算法备受关注[4-6]。

这类算法只需要一个基站就可以准确估计出视距信号到达时间参数和角度参数,从而确定目标位置,系统的复杂度较低。

其中最著名的高精度算法有:信号到达角度和时间联合估计—多重信号分类算法(Joint Angle and Delay Estimation-MUltiple SIgnal Classification, JADE-MUSIC )[7],信号到达角度和时间联合估计—旋转不变子空间算法(Joint Angle and Delay Estimation-Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, JADE-ESPRIT)[8]等。

对抗室外环境下nlos误差的toa无线定位迭代算法无线定位优化

对抗室外环境下nlos误差的toa无线定位迭代算法无线定位优化

……………………. ………………. …………………xxxx 大学 毕 业 论 文题目:对抗室外环境下NLOS 误差的TOA 无线定位迭代算法学 院 信息科学与工程学院专业班级 通信工程1班届 次学生姓名学 号指导教师二O 一四 年 六 月 十四 日装订线 ……………….……. …………. …………. ………目录1 绪论 (1)1.1无线定位技术的简介 (1)1.1.1 无线定位的概述 (2)1.1.2无线定位技术的发展过程 (2)2 无线定位技术的原理及算法介绍 (4)2.1无线定位技术的工作原理 (4)2.2基于TOA测距算法介绍 (5)2.2.1最小均方(LS)算法【1】 (6)2.2.2近似最大似然估计(AML)算法【1】 (7)2.2.3残差加权(Rwgh)算法【1】 (8)2.2.4 残差检测(RT)算法【1】 (9)3 基于TOA的新算法的思路与设计 (11)3.1新算法的思路 (11)3.1.1 牛顿迭代算法 (11)3.1.2 高斯牛顿迭代法 (11)3.1.3最速下降法 (12)3.2TOA新算法设计与说明 (12)3.2.1 TOA算法设计 (12)3.2.2 TOA算法说明 (12)4 算法仿真与结果分析 (14)4.1算法仿真过程 (14)4.2仿真结果分析 (16)5 TOA算法展望【2】 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录 (21)Contents1 Foreword (1)1.1The introduction of Wireless positioning technology (2)1.1.1 Overview of wireless positioning technology (2)1.1.2 The history of wireless positioning technology (2)2 The principle and algorithm of wireless positioning technology (5)2.1 The technology indicators of digital oscilloscope (5)2.2 Based on TOA ranging algorithm (6)2.2.1L S a l g o r i t h m (6)2.2.2A M L a l go r i t h m (6)2.2.3 RW GH algori t hm (6)2.2.4RT a l g o r i t h m (6)3 Thinking and design of new algorithm based on TOA (13)3.1 The new method of thinking (13)3.1.1 Newton-Raphson method (13)3.1.2 Gauss-Newton method (13)3.1.3 Steepest descent method (13)3.2 New algorithm design and description (17)3.2.1 Algorithm design (13)3.2.2 The simulation software of PROTEUS (17)3.2.2 PROTEUS platform using simulation system (18)4 Algorithm simulation and result analysis (20)4.1 Algorithm simulation process (20)4.2 Simulation result analysis (20)5 TOA algorithm prospect (22)References (24)Acknowledgments (25)Appendix (26)对抗室外环境下NLOS误差的TOA无线定位迭代算法【摘要】通过测量基站3条以上路径移动站的信号的到达时间(TOA),可以对移动站进行定位。

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(16)
2
有:
定位的CRB分析
文 献 [10] 对于 量测 r [ r1 r2 L
rM ]T 的 CRB
1
yk =z k 1 z0
k 1, 2,L , 6
(5) (6)
H 考察矩阵 Bk yk yk ,有: ( Bk ) mn ( zm z0 )( zn z0 )* d m d n e j mn
Σk ,s 0 0 U k , s H U k , s Σ k , sU k , s H H Σ k ,n U k ,n
U k , sU kH, n O1( M 1)
6 r r CRB( z0 ) k 2 k* k z0 z0 k 1 * 令: z0 x0 jy0 ,则 z0 x0 jy0 ,且: rk rk r rk r r j k , k j k * z0 x0 y0 z0 x0 y0
注意到矩阵 Bk 的秩为1, 故只有一个特征值 k ,1 为非零值,其他值均为零,将之划分为信号特征值 Σ k , s 和噪声特征值 Σ k , n ,信号子空间 U k , s 和噪声子 空间 U k , n ,则有: Bk U k Σ k U k H [U k , s U k , n ]

r 2 r 2 M CRB( z0 ) k 2 k k x y 0 0 k 1
1
3
计算机仿真及计算量分析
(8)
由于有: (9)
设蜂窝成正六边形布站,中心在坐标原点,其 边长为3 000 m,定位点为(1 000,1 000) m,距离量 2 2 测误差为零均值方差 m dm / SNR 的加性高斯白噪 声 , 均 方 位 置 误 差 MSPE[5] 定 义 为 ˆ0 z0 ) H ( z ˆ0 z0 )] ,在本仿真中的数学期望取用 E[( z
表 1 为量测噪声的 SNR=30 dB时,各种方法的 MSPE与各不同地点处的CRB值。
表1 各种方法性能对比
地点/m (2 000,0) (1 848,765) (1 414,1 414) (765,1 848) (0,2 000) Subspace/dB 38.18 39.01 38.73 38.35 39.11 WLS/dB 36.52 37.56 37.19 36.72 37.71 Proposed/dB 36.46 37.48 37.18 36.71 37.64 CRB/dB 36.12 37.34 36.88 36.36 37.51
Subspace Approach in Complex Plane for Mobile Positioning with Time-of-Arrival Measurements
LI Wan-chun, WEI Ping, and XIAO Xian-ci
(School of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054)
H
令站址向量为:
Bk ( zk 1 z0 )( zk 1z0 ) H
z1 z 2 z1 = z3 z4 z5 z5 z 6 z5 = z1 z2 z3
并定义:
z2 z 3 z 2 = z4 z5 z6 z6 z 1 z6 = z 2 z3 z4
z3 z4 z z 4 5 z3 = z5 z 4 = z6 z6 z1 z1 z2 1 1 1 1 1 1
π π j ( k 1) j ( k 1) 3 3 z 1 z e z 1 z e 1 1 0 0
对于矩阵 Bk 存在一个酉阵 U k ,使得其能够对 角化: Bk U k Σ k U k H (7) 式 中
U k [ uk ,1 , uk ,2 ,L , uk ,6 ] ; Σ k diag{k ,1 ,
k ,2 ,L , k , M } , k ,1 ≥ k ,2 ≥ L ≥ k , M ≥ 0 。
第3期
李万春 等: 复平面子空间分解的TOA无线定位方法
363
一万次蒙特卡罗仿真的平均值来代替。 图2为子空间 [9] 方法(subspace) 、两步加权最小二乘法(WLS)[11]和 本文(proposed)提出的方法对比图,从图中可以看到 本文方法精度较其他两种高。
3.0 2.5 2.0
MSPE-CRB
(14) (15)
z0
1T U k ,nU kH,n z1 1 U k , nU 1
T H k,n
e
π j ( k 1) 3
结合式(14)和式(15),得到: H j ( k 1) 1 6 U U ,n z0 1T T k , n k H e3 z1 6 1 U U 1 k ,n k ,n k 1
两种情况。视距情况下的TOA定位,
,移动台到基站k 的距离为 dk ,基站m到
d k 2 ( zk z0 )( zk z0 )* d mn ( zm zn )( zm zn )
2 *
经典的方法是最小二乘解 [5],其原理是利用两两圆 交点的直线作为线性方程,用最小二乘法进行位置 的估计。近年来提出了一种子空间分解的方法
第 39 卷 第 3 期 2010年5月
电 子 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Electronic Science and Technology of China
Vol.39 No.3 May 2010
复平面子空间分解的TOA无线定位方法
李万春,魏 平,肖先赐
[3-4]
以将距离转化为复数模,利用子空间方法进行定位 求解,再根据蜂窝系统的位置特性,对其进行旋转 定位,最后进行定位融合,具有较高的定位性能。
1
定位模型及方法
蜂窝移动定位几何示意图如图1所示。设待求移 动台MS的位置为 z0 ,已知基站位置 zk (k 1, 2,L ,6) 为 Re
j π k 1 3
Abstract A new 2-D location method for modeling the mobile station location in complex plane is proposed. This mothod transforms the TOA into complex amplitude and then locates the target by subspace methods. The rotation invariance of cellular station positioning is used for location fusion and the CRB of TOA-based location is derived. Computer simulation shows the efficiency of the proposed method. It can attain the CRB when TOA is accurately estimated and shows a good application value. Key words complex plane; information fusion; subspace decompose; TOA-based location 蜂窝无线定位是一种关于移动台的定位技术[1], 随着美国联邦通信委员会(FCC) 提出的E-911及其后 来提出对无线定位要求,对无线定位进行了规范[2]。 无线定位成为现代通信系统的一个基本功能,对其 的研究方兴未艾。就其定位参数而言,可以分为距 离(TOA)、 距离差(TDOA)和到达角(DOA)等3种方式 以及其两两组合。就TOA定位而言,有基于视距和 基于非视距
成都 610054) (电子科技大学电子工程学院
【摘要】提出了一种利用复平面对二维移动站定位进行建模的方法,将到达时间信息转化为复数求模,通过代数运算, 利用子空间的方法对目标进行定位,再利用蜂窝站址的旋转不变性对定位解进行融合,推导了复平面下TOA定位的克拉美界 (CRB)。通过计算机仿真证明该方法具有较好的定位性能,在TOA测量精度较高时能够达到CRB界,有较好的应用价值。 关 键 词 复平面; 信息融合; 子空间分解; TOA定位 中图分类号 TN713 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2010.03.007
362
Im(z) 基站 2 d3 d2
电 子 科 技 大 学 学 报
第 39 卷
基站 3
式中 即:
O M N 表示 M N 的零矩阵,故有: U n H BU n O( M 1)( M 1)
H yk U k , n O1( M 1)
(10) (11) (12)
12
移动台 z d4 基站 4 R d5 O d6 d1 Re(z) 基站 1
令直线 z0 zm 与直线 z0 zn 之间的夹角为 mn ,则有: d 2 d n 2 d mn 2 mn arccos m (3) 2d m d n 量测值 m 为:
m d m / c vm
Байду номын сангаас式中
(4)
c 表示电磁波传播速度。
收稿日期:2008 10 16;修回日期:2009 03 06 基金项目:教育部新世纪优秀人才计划 (NCET-05-0803) 作者简介:李万春(1978 ),男,在职博士生,主要从事无源定位与跟踪方面的研究.
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