基于时延估计的无线定位技术研究

论文摘要

随着无线通信系统的蓬勃发展和人们安全意识的不断提高，古老的无线定位技术又焕发出新的生命，同时也出现了许多新的研究课题，因此吸引了众多研究者的注意。在他们共同地努力下，无线定位技术得到了极大的发展，在国民安全、行动导航和弱势群体监控等方面的作用也越来越重要。 本文主要的研究是基于时延估计的无线定位技术，其研究的重点是被动模式无线定位技术的实现，同时为了提高定位精度和稳定性，对与之相关的几个重要问题的进行研究，如时延估计、误差抑制和定位算法优化等，提出了一些新的思路或者是对传统技术进行改进。最后单纯从定位精度的角度出发，对主动模式的无线定位技术进行了理论上的研究，为后续的研究提供理论基础。由于CDMA是当前主流通信网络之一，所以本文的研究主要针对于CDMA通信网络。本文主要内容如下： 1．研究了时延参数的估计技术，分析了扩频系统中的时延参数估计的共性和特性。对传统的群相关技术进行改进，提出了一种基于信噪比最大的群相关时延估计技术，尽可能的提高时延估计的稳定性。同时，从系统结构的角度考虑，提出了一种多级相关搜索的方法，以提高定位成功率。最后，对TOA的超分辨技术进行了分析。 2．研究了影响定位精度的三种重要的误差因素，分别是：基站几何布局、多径误差和NLOS误差。详细地分析了如何利用HDOP来判断基站几何布局的优劣，并对其进行优化。在多径误差抑制方面，提出了利用Teager-Kaiser算子对传统窄带相关技术进行改进，以期获得更好的抑制能力。另外，利用代价函数从一个新的角度对NLOS误差进行分析，并相应地给出了鉴定方法。 3．详细地讨论了基于最小二乘的定位算法。分别研究了基于传统最小二乘、两步最小二乘和基于Marquardt改进型最小二乘定位算法。研究的主要目的是在保证定位精度的前提下，解决传统最小二乘的收敛问题。紧接着给出了基于CDMA无线定位系统实现方法，其中包括：硬件设计、同步技术实现、软件设计和外场测试分析等等。 4．研究了主动模式的无线定位跟踪技术。以数据融合为理论基础，分别利用最小二乘算法和Kalman滤波算法对WLS&GPS联合定位跟踪技术进行

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 无线定位技术发展动态
• 1.1.1 定位精度
• 1.1.2 定位稳定性
• 1.1.3 定位技术可实现性
• 1.2 主要贡献
• 1.3 论文结构安排
• 第二章 无线定位技术概论
• 2.1 无线定位技术的基本概念、分类和特点
• 2.1.1 无线定位技术
• 2.1.2 无线定位技术的分类和特点
• 2.2 定位算法的几何模型
• 2.2.1 圆周定位方法
• 2.2.2 双曲线定位方法
• 2.2.3 角度测量定位方法
• 2.2.4 混合定位方法
• 2.2.5 平面交叉法
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于SNR最大群相关及多级搜索的时延估计
• 3.1 时延估计的基本原理
• 3.1.1 时延估计基本原理.
• 3.1.2 扩频系统中的时延估计方法
• 3.2 基于SNR的群相关技术的研究
• 3.2.1 群相关技术
• 3.2.2 性能分析
• 3.3 基于多级搜索的时延估计方法
• 3.3.1 算法介绍
• 3.3.2 性能分析.
• 3.4 关于时延估计的超分辨的分析
• 3.4.1 超分辨技术算法
• 3.4.2 超分辨技术的实现
• 3.4.3 参数L和参数M的确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 无线定位技术的误差分析
• 4.1 基站几何布局对定位误差的影响
• 4.1.1 基站几何结构和定位误差的关系
• 4.1.2 使用几何精度因子实现多基站选择
• 4.1.3 多基站实测结果
• 4.2 多径信号误差分析
• 4.2.1 多径效应的影响
• 4.2.2 基于窄带相关技术的多径抑制技术
• 4.2.3 利用TK算子改进传统窄带相关技术
• 4.2.4 仿真及其结果
• 4.3 NLOS误差分析
• 4.3.1 NLOS对定位精度的影响
• 4.3.2 NLOS误差鉴定
• 4.3.3 NLOS误差削弱技术
• 4.3.4 性能分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 改进型最小二乘定位算法的研究
• 5.1 初始点估计
• 5.2 传统的最小二乘的定位算法
• 5.3 两步最小二乘算法
• 5.4 基于Marquart改进的最小二乘定位算法
• 5.5 性能分析
• 第六章 基于CDMA的无线定位系统的实现
• 6.1 定位系统总体框架
• 6.1.1 系统构成
• 6.1.2 定位过程
• 6.2 硬件系统设计
• 6.2.1 GPS同步模块设计
• 6.2.2 信号处理模块系统设计
• 6.3 软件系统设计
• 6.4 外场测试分析
• 第七章 WLS& GPS联合定位跟踪技术
• 7.1 基于数据融合的定位跟踪技术
• 7.1.1 基于最小二乘的定位技术
• 7.1.2 基于Kalman滤波定位跟踪技术
• 7.1.3 性能分析
• 7.2 高精度定位技术
• 7.2.1 Kalman滤波模型的建立
• 7.2.2 基于Z变换增强FASF的模糊值搜索算法
• 7.3 本章小结
• 结论与展望
• 附录A
• 致谢
• 参考文献
• 攻博朗间取得的研究成果