無(wú)線電定位算法研究及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、無(wú)線定位技術(shù)是備受各方關(guān)注的實(shí)用技術(shù)，也是移動(dòng)機(jī)器人、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等前沿研究中的關(guān)鍵技術(shù)。其中與定位算法有關(guān)的信號(hào)處理技術(shù)成為直接影響定位精度、算法穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的核心所在。盡管在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究不斷深入，但仍然有許多技術(shù)瓶頸和實(shí)際問(wèn)題需要研究解決。尤其是在無(wú)人機(jī)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等低成本、超小型、網(wǎng)絡(luò)化探測(cè)形式廣泛運(yùn)用后，相應(yīng)的適用技術(shù)研究滯后，實(shí)用技術(shù)優(yōu)化方案缺乏。
　　 本論文針對(duì)高斯噪聲環(huán)境下靜、動(dòng)態(tài)點(diǎn)目標(biāo)的無(wú)線定位、

2、追蹤與運(yùn)動(dòng)分析等信號(hào)處理問(wèn)題進(jìn)行了算法研究，著眼于提高精度與魯棒性、低成本解決方案、實(shí)用化技術(shù)等方面，為發(fā)展低成本的實(shí)用性目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析方法探索可行的途徑。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新性研究成果如下：
　　 (1)針對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的無(wú)約束定位算法研究。
　　 系統(tǒng)地討論了基于波達(dá)角、波達(dá)時(shí)間差的靜態(tài)目標(biāo)定位估計(jì)算法，結(jié)合與無(wú)線定位相關(guān)的非線性統(tǒng)計(jì)估計(jì)理論，計(jì)算了基于TDOA、AOA、TDOA/AOA無(wú)約束優(yōu)化定位算法的Fisher信息

3、陣。通過(guò)引入類線性模型，論證了模型中的噪聲項(xiàng)在寬松的條件下接近高斯分布，得到了針對(duì)問(wèn)題的近似極大似然算法。仿真實(shí)驗(yàn)顯示近似ML算法較LS算法更優(yōu)越。
　　 (2)基于TDOA的約束WLS無(wú)線定位算法研究。
　　 提出了用帶二次型約束的類線性模型來(lái)準(zhǔn)確描述TDOA無(wú)源定位問(wèn)題，并用同時(shí)對(duì)角化技術(shù)輔助，給出了二次型約束加權(quán)最小二乘WLS解。在假設(shè)適度信噪比的高斯噪聲環(huán)境下，新算法是一種近似極大似然算法。仿真實(shí)驗(yàn)顯示新算法高效

4、且比已有算法在定位精度方面有顯著提高。
　　 (3)基于約束Kalman濾波的定位與跟蹤方法研究。
　　 研究了基于TDOA和DOA的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位與追蹤問(wèn)題。鑒于地面移動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)向量的隨機(jī)性，提出用約束的數(shù)學(xué)期望來(lái)代替硬二次型約束，并推導(dǎo)了帶約束的線性最小均方誤差估計(jì)器。提出用帶二次型約束的偽線性模型描述狀態(tài)向量的動(dòng)態(tài)特性，并用約束Kalman濾波來(lái)解決基于連續(xù)TDOA和DOA測(cè)量的目標(biāo)定位和跟蹤問(wèn)題，把非線性項(xiàng)作為一個(gè)

5、狀態(tài)變量來(lái)估計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)顯示具有簡(jiǎn)單遞歸形式的約束Kalman濾波算法能有效地追蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，計(jì)算復(fù)雜度較傳統(tǒng)Kalman濾波算法增加很少。
　　 (4)基于功率和多普勒頻率的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析算法研究。
　　 結(jié)合發(fā)展適用技術(shù)的理念，探討了適合在簡(jiǎn)單超小的無(wú)線電測(cè)量裝置上實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析算法，該算法可用于在噪聲環(huán)境下追蹤移動(dòng)無(wú)線電信號(hào)源。分析顯示功率測(cè)量與多普勒頻率測(cè)量的Fisher信息矩陣具有互補(bǔ)性。分別對(duì)基于接收功率和頻

6、率的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析問(wèn)題給出了迭代最小二乘解法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比了基于功率、頻率及兩者結(jié)合算法的估計(jì)誤差，總結(jié)出針對(duì)問(wèn)題的最佳適用技術(shù)方案。
　　 (5)基于傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量峰值功率的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析算法研究。
　　 延續(xù)發(fā)展適用技術(shù)的理念，構(gòu)造了一種低成本、高效的傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)發(fā)出電磁波的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)的機(jī)制。提出了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化空間位置配置方案，得出對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)行軌跡的優(yōu)化估計(jì)算法，最終得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)。通過(guò)僅傳送