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《解放军信息工程大学》 2009年
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单站定位的散射信息几何构造法

杨天池  
【摘要】:无线定位技术是观测站通过获取被测目标无线信号的定位参数,实现对被测目标空间坐标位置估计的技术手段集合。从观测站数量上划分,无线定位技术分为单站定位技术和多站定位技术,单站定位技术具有设备量小、成本低、灵活性强的优点,是目前无线定位领域中研究的热点问题。在复杂的无线传播环境下,目标和观测站之间的非视距(NLOS)传播是普遍存在的,也是影响定位精度的最主要因素之一,由于单站有限的信息获取能力,限制了其对NLOS误差的抑制,在获取目标位置信息的同时,NLOS误差也伴随其中,并且难于分离,目前国内外研究成果中缺乏行之有效的NLOS误差的抑制方法。本论文对NLOS环境下的单站定位技术展开了专门研究。 本论文的研究内容主要分为两大部分,对NLOS传播模型和单站定位技术进行研究,建立了对多种NLOS误差分布模型均具有一定适用性的抽象算法模型;针对具体的NLOS误差分布模型和定位参数条件下的单站定位方法进行研究。 1.提出散射信息几何构造法,建立适于单站定位的基本框架模型。该方法利用通常被视作不利因素的NLOS传播特性,从散射体的角度对目标位置进行估计,将单站定位问题转化为多站定位问题,并提出了该模型算法下需解决的问题。 2.以散射信息几何构造法基本模型为基础,选择单次反射圆模型(GBSBCM)为NLOS误差分布模型,对散射信息几何构造法的一个实例化进行研究。 提出了圆轨迹拟合法估计散射信息:通过对伪目标轨迹特性的分析,建立了伪目标圆轨迹拟合法的基本模型,伪目标的运动轨迹为以散射体位置为圆心以散射体到目标的距离为半径的圆(即散射信息),采用圆拟合的最小二乘法获取对散射信息的估计; 运用合成运动的扩展Kalman滤波方法对伪目标的运动轨迹进行跟踪:散射信息的估计精度是直接由伪目标运动轨迹的精度决定的,在轨迹误差较大时,散射信息的估计值与真实值将存在较大的偏差,因此提出了合成运动的扩展Kalman滤波方法,对伪目标的运动轨迹进行跟踪,提高散射信息的估计精度; 提出了两种散射点位置扰动条件下的定位方法:两种方法均以系统误差最小化为原则,对误差进行抑制,约束总体最小二乘法去除了系数矩阵误差和测量矢量误差之间的相关性,并对目标位置进行最优估计;协方差矩阵法利用估计参数与误差之间统计独立的特性,对协方差矩阵进行修正,抑制了噪声的影响,从而对目标位置进行估计; 提出运动目标的轨迹跟踪方法:该方法仍以GBSBCM作为NLOS传播模型,该模型实际上是伪目标圆轨迹拟合法模型的逆向模型,两个模型的区别在于到达角度差的获取,通过对到达角度差进行重构和目标运动速度的估计,进而将运动目标模型与圆轨迹拟合法模型进行等效,获取散射信息的估计,最终通过Kalman滤波的方法实现对运动目标轨迹的跟踪; 提出了坐标平移递归定位算法和比例因子加权定位算法:在本文的定位方法中,单站定位问题最终要归结为多站定位问题,坐标平移递归定位算法适于视距传播条件下的目标定位,通过多次的坐标变换,得到最优的目标位置估计,估计精度接近于Cramer-Rao下界;非视距传输条件下,利用比例因子的方法对NLOS误差进行修正,并推导了误差协方差矩阵,采用加权最小二乘的方法对目标位置进行估计,对NLOS误差的抑制作用明显。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TN929.5

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