基于船载移动基站的海上手机定位技术研究

论文摘要

随着现代移动通信网络覆盖范围越来越广阔,手机作为日常通信工具已经被广泛应用于海上运输和生产生活当中,为进一步提高手机在海上的应用范围,我国交通运输部提出通过船载基站实现移动通信信号在海面的覆盖,并且和信息产业部联合发布公告,要求各地海事救捞部门充分发挥现有移动通信网络的定位功能,建立以人命财产救助为目的的海上搜救联动机制。因此,海上手机定位技术的研究对于保障海上人命财产安全和海上搜救具有重要意义。本文首先详细介绍了现有的无线定位方法和经典的TDOA定位算法,并在高斯噪声环境下和COST259信道环境下对Fang算法、Chan算法和Taylor级数展开法进行了仿真和性能对比,结果表明在高斯噪声环境中,Chan算法具有最优的性能,能够有效的消除高斯噪声对定位性能的影响,但Chan算法受NLOS传播影响最为严重,在COST259信道环境中,理想状态下的Taylor级数展开法优于Chan算法,在海上环境中,因为NLOS影响不明显,Taylor算法的性能略优于Chan算法。对经典算法的研究对于选择适合海上手机定位的算法具有指导性的作用。然后针对船载基站具有测向功能和移动性的特点,在现有算法的基础上,结合最常用的单船搜救模型,提出通过多次采样收集海上目标手机的TOA和AOA信息,实现对目标手机的TOA／AOA单站定位,在采样次数足够多和不考虑目标手机移动的情况下,能够得到较高的精度,同时,对于可能用到的单船多基站组合定位,通过在Chan算法和Taylor级数展开法的基础上加入AOA测向信息,实现对目标手机的多基站混合定位,并提出通过基于Chan的TDOA/AOA定位技术和TOA／AOA定位技术为Taylor级数展开法提供目标手机的初始位置,实现对目标手机的定位,仿真结果表明,该算法具有较好的定位性能。文章最后对基于船载基站的手机定位系统提出了初步的设想,建议通过卫星通信系统实现船载基站与陆地移动通信网络的对接,利用基于电子海图的应用软件实现搜救船舶和目标手机的可视化显示,从而将本文所涉及的手机定位算法应用到实际应用系统中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 基本定位方法及性能指标
• 2.1 基本定位方法
• 2.1.1 圆周定位法
• 2.1.2 双曲线定位法
• 2.1.3 方位角定位法
• 2.2 混合定位方法
• 2.3 定位性能指标
• 2.3.1 均方误差根RMSE与CRLB
• 2.3.2 累积分布函数（CDF）
• 2.4 本章小结
• 第3章 TDOA定位算法仿真及性能比较
• 3.1 仿真信道模型
• 3.1.1 T1P1（COST259）信道模型
• 3.1.2 延时扩展Greenstein模型
• 3.2 具有解析表达式解的算法
• 3.2.1 Fang算法
• 3.2.2 Chan算法
• 3.3 泰勒序列展开法
• 3.4 TDOA算法的性能比较
• 3.4.1 算法在高斯噪声环境中的性能比较
• 3.4.2 算法在COST259信道环境中的性能比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 海上手机定位技术研究
• 4.1 TOA/AOA单站手机定位
• 4.1.1 TOA/AOA单站定位模型
• 4.1.2 TOA/AOA单站动态定位算法
• 4.1.3 算法仿真结果
• 4.2 TDOA/AOA多站组合定位技术
• 4.2.1 基于Chan算法的TDOA/AOA定位算法
• 4.2.2 基于泰勒展开的TDOA/AOA定位算法
• 4.2.3 一种新的TDOA/AOA定位算法
• 4.2.4 算法仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 船载移动基站手机定位系统的设计
• 5.1 系统架构
• 5.2 系统应用平台
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结与结论
• 6.2 后期工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况