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《西安电子科技大学》 2003年
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DS-CDMA蜂窝网中无线定位与参数估计技术

田孝华  
【摘要】: 随着美联邦通信委员会于1996年提出要求各种无线蜂窝网对发出E-911紧急呼叫的移动台提供满足一定精度要求的定位服务以来,无线蜂窝定位技术一直引起广泛的关注。利用移动台的位置信息除了可以为移动用户提供安全保障外,还可以增加系统性能、改进系统设计、有效管理网络资源、调节系统容量、实行灵活收费、提供信息服务以及为快速破获利用移动电话进行的经济欺诈提供可能。实现蜂窝网中移动台的定位通常需要两步:首先,根据不同的定位类型,估计相应的定位参数;然后,根据估计出的定位参数,采用相应定位算法估计移动台的位置。在CDMA蜂窝网的定位中,引起定位参数估计误差与定位误差的因素有非视距传播效应、多径传播效应、多址干扰及远近效应。特别是非视距传播效应是导致定位误差的主要原因,必须采用相应的算法来减小它们的影响。本论文针对蜂窝网中移动台定位这一热点,研究了移动台定位的非视距影响减轻技术以及适用于DS—CDMA系统的定位参数估计技术,分析了非视距对定位性能的影响,并研究了利用蜂窝网络资源对三维运动目标的检测、定位与跟踪技术。具体概括如下: 1.依据在非视距传播环境下存在的以下两个事实:第一,最先到达多径信号的波达时间总是最接近直达波的波达时间。第二,最先到达多径信号的波达方向并不一定最接近直达波方向。针对宏蜂窝系统,从有效减小移动台可行域的角度,提出了一种减轻非视距影响的定位算法。首先,用基于几何结构的单次反射圆模型和COST-207模型,对期望定位用户的各条多径信号的波达方向和最先到达多径信号的时间进行约束,将传统的解无约束的非线性最小二乘定位问题或近似线性最小二乘定位问题转化为解不等式约束的非线性最小二乘定位问题;然后,用内点罚函数法估计移动台的位置。该方法利用了所有测量参量,适用于不同类型的定位系统。特别是,该方法在测量参数有限情况下,性能改善也十分明显。 2.提出了一种将视距重构与平滑处理相结合减小非视距传播影响的定位方法。首先,利用非视距传播时延服从指数分布的特点,对不同基站一次测量的数据进行预处理,重构视距传输参量;然后,对处理后的数据采用视距定位算法估计移动台位置;最后,对估计结果进行平滑后处理,以减小重构出的参量误差的影响,进一步提高定位精度。该方法对移动台位置的估计是一种无偏估计,具有存储量小、 摘要 定位效率高的特点。从仿真的结果来看,该方法对非视距的影响不敏感,是一种 简单而又非常实用的定位方法。 3.分析了测量参数有偏与无偏两种情况下的定位性能,并提出了一种改善定位精度 的方法。首先,对定位均方误差和位置坐标误差的均值两个重要性能指标进行了 定量分析,并将分析结果应用到了AOA定位系统、TOA定位系统和TDOA定位系统 之中;然后,分析了测量参量有偏时,定位性能下降的原因;最后,根据定位误 差与移动台所在位置有关这一特性,提出了一种利用几何淡化因子来改善定位精 度的方法。 4.利用DS一CDMA系统的不同用户特征序列之间以及同一用户特征序列时延超过一个 码片时相关性很小的特点,提出了两种对期望用户的波达方向和多径时延联合估 计的方法。在第一种方法中,首先,利用用户的特征序列以及多径时延扩展有限 来完成多径时延的估计;然后,用用户特征序列形成最佳权矢量,并用最佳权矢 量与导向矢量构成的代价函数估计信号的波达方向。在第二种方法中,首先,建 立一种新的能有效增加相关矩阵维数的数据结构,并对相关矩阵进行特征分解得 到信号子空间与噪声子空间;然后,用一种新的空时导向矢量对信号子空间或噪 声子空间进行空时二维搜索,实现对期望用户波达方向与多径时延的联合估计。 这两种方法在接收信号数大于天线阵元数时均能有效估计期望用户的定位参数。 5.提出了一种利用DS.一CDMA蜂窝网基站发射的导频序列对三维运动目标的检测、定 位与跟踪方法。首先,根据直达干扰分量的多普勒频移为零,而目标反射信号的 多普勒频移非零,采用级联对消的方法滤除各个基站直达分量的干扰,检测目标 的反射信号:然后,根据基站间的位置关系及各个基站导频序列的偏移量,采用 提出的“簇”方法实现基站与多径时延的配对及定位参数的估计,并用视距定位 方法估计目标位置;最后,利用目标在短时间内的运动可近似为匀速直线运动, 对连续估计的位置进行最小二乘处理,以改善定位精度并实现速度估计。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN929.533

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【引证文献】
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2 傅韬;基于测量报告的移动终端定位算法研究[D];华中科技大学;2011年
3 徐波;CDMA2000移动台非合作定位关键技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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5 刘林;非视距环境下的无线定位算法及其性能分析[D];西南交通大学;2007年
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7 陈璋鑫;LOS/NLOS无线定位方法研究[D];电子科技大学;2009年
8 曲毅;机载阵列雷达动目标检测与定位方法研究[D];西安电子科技大学;2009年
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4 赵亮;蜂窝网无线定位与定位参数估计算法研究[D];西南交通大学;2008年
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【参考文献】
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2 章大勇;吴文启;吴美平;;低成本MEMS-IMU/GPS组合导航的自适应滤波器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 姚智颖;刘冬;;基于Kazakov线性化的迭代滤波[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 李军;蔡润泽;吴越;;基于复倒谱的水声信道均衡[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
5 乐四海;陶春燕;张向征;;基于监测站的干扰无源定位方法研究[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S01北斗/GNSS导航应用[C];2012年
6 陈丽;吴仁彪;卢丹;;一种加权的直接解算GPS定位算法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
7 曾朝阳;贾鑫;张晓永;;线性调频连续波激光雷达测量方法研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
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10 姚海祥;;基于非参数估计方法和CARA效用函数的投资组合选择[A];第十三届中国管理科学学术年会论文集[C];2011年
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1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
2 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
3 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
4 高峻;地壳高程方向周年运动特征的监测与研究[D];山东科技大学;2010年
5 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
6 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
7 朱耿峰;支持向量机在冲击地压预测模型中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
8 韩晓峰;高斯混合模型及在探测网络社区结构中的应用[D];山东科技大学;2010年
9 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
10 毛剑;基于MIMO-OFDM系统的均衡技术研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 辛兵;邱国防;杨海川;陈希有;崔立辉;赵栋;常青;;波达方向估计算法的性能分析与仿真[J];兵工自动化;2007年01期
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7 李文江;魏娟;;ZigBee无线传感器网络节点的低功耗设计[J];成都大学学报(自然科学版);2008年03期
8 汪泉弟;魏欣;杜松旺;杨承河;杨永明;;一种高精度无线传感器网络节点三维定位算法[J];传感技术学报;2008年12期
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5 贾树利;张强;;无线定位技术研究[J];黑龙江科技信息;2011年09期
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7 田孝华;廖桂生;赵修斌;王晓薇;;面向CDMA蜂窝网的无线定位技术[J];电子学报;2005年12期
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