蜂窝网络无线定位技术的研究

论文摘要

自美国联邦通信委员会发布E-911定位法规以来,蜂窝网络无线定位技术成为近年来的一个研究热点,各种移动定位技术标准和定位算法相继被提出。虽然各种算法已经取得了一定的成果,但离E-911定位精度的要求还有一定的差距。为此,本文从提高蜂窝网络移动台定位精度出发,以TDOA定位技术为重点,对基本TDOA定位算法、基本定位算法的改进以及抑制NLOS误差的定位算法进行了深入研究。首先,本文具体概述了蜂窝网络无线定位技术的基本理论,对蜂窝网络基本定位方法、影响定位精度的误差来源、无线定位信道模型以及衡量定位算法性能的指标进行了详细的讨论。分析得出TDOA定位方法在无线定位技术中受到了更多的重视。其次,给出了TDOA定位算法的数学模型,研究了基本TDOA定位算法的基本原理及特点。仿真结果表明,在高斯噪声环境中Chan算法的定位性能最佳。接着讨论了基本定位算法的改进,仿真证明了各种改进算法均能不同程度的提高定位算法的定位性能。最后,针对蜂窝网络中的NLOS传播问题进行了研究。讨论了NLOS误差对定位算法的影响、抑制方法和NLOS传播时延的统计特性,研究了减小NLOS误差的视距重构/平滑算法。通过分析视距重构/平滑定位算法之后,提出了一种利用定位残差加权的改进定位算法。该算法首先利用NLOS传播时延的统计特性对TDOA测量值进行修正,然后利用定位残差设置加权因子,以进一步减小NLOS误差的影响。通过算法分析和性能仿真证明了该算法克服了视距重构/平滑算法的局限性。在NLOS环境中改进的算法能够有效抑制NLOS误差,明显提高算法的定位精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与来源
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文主要研究内容与结构安排
• 第2章 蜂窝网络无线定位技术概述
• 2.1 蜂窝网基本定位方法
• 2.1.1 圆周定位方法
• 2.1.2 双曲线定位方法
• 2.1.3 方位角定位方法
• 2.1.4 混合定位法
• 2.2 定位误差来源
• 2.3 T1P1 无线定位信道模型
• 2.3.1 T1P1（COST259）信道模型
• 2.3.2 延时扩展Greenstein模型
• 2.4 定位精度评价指标
• 2.4.1 蜂窝网络的拓扑结构及移动台分布
• 2.4.2 均方误差MSE与CRLB
• 2.4.3 圆误差概率（CEP）
• 2.4.4 几何精度因子（GDOP）
• 2.4.5 累积分布函数（CDF）
• 2.5 本章小结
• 第3章 基本TDOA定位算法
• 3.1 定位算法的数学模型
• 3.1.1 定位问题的最小二乘（LS）表示
• 3.1.2 TDOA双曲线模型
• 3.2 基本定位算法
• 3.2.1 Fang算法
• 3.2.2 Chan算法
• 3.2.3 Taylor算法
• 3.2.4 算法仿真与分析
• 3.3 改进的定位算法
• 3.3.1 Chan改进算法
• 3.3.2 Taylor改进算法
• 3.3.3 Chan和Taylor协同改进算法
• 3.3.4 算法仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 抑制NLOS误差的定位算法
• 4.1 NLOS对定位算法的影响及抑制方法
• 4.1.1 NLOS对定位算法的影响
• 4.1.2 NLOS误差的抑制方法
• 4.2 抑制NLOS误差的视距重构/平滑算法
• 4.2.1 NLOS误差分析
• 4.2.2 NLOS传播时延的均值与方差
• 4.2.3 抑制NLOS误差的算法
• 4.2.4 算法仿真与分析
• 4.3 抑制NLOS误差的改进算法
• 4.3.1 改进的定位算法
• 4.3.2 算法仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢