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TDOA定位技术原理及算法

一般编程问题

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  • 开发语言:Others
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  • 发布时间:2020-10-23
  • 实例类别:一般编程问题
  • 发 布 人:robot666
  • 文件格式:.pdf
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实例介绍

【实例简介】
对TDOA定位技术的基本原理的描述,基于时间测量值的蜂窝无线定位算法
第1期 郭华:TDOA定位技术的基本原理和算法 21 值的不确定性度量。对于二维定位系统,、CEP定义为 CEP≈(0.75s)ODOP (11) 包含了一半以均值为中心的随机矢量实现的圆半G丑OP可作为从大量基站中选择所需定位基站的指 径。如果定位估计器为元偏差的CEP即为MS相对标,选中的基站是使(nOP最小的基站,还可用于 其真实位置的不确定性度量如图2所示。如果佔计建立新系统时作为选择基站位置的参考。 器为有偏差的且以偏差B为界,则对于50%概率, MS的信计位置在距离B+CEP内,此时,CEP为一3基于COST259信道模型的算法仿 复杂函数,通常用其近似表示,对于TDOA双曲线 主位,CEP近似表示为 CEP=0.75J2+02 为了从分评估CHAN算法和 Taylor算法在不 其中202分别为二维估计位置的方差 同信道环境、不同测量条件下的定位性能,本文设定 了多种仿真条件,考虑了实际应用中的可能出现的 发射机位置 情况,并且每次都在相同的条件下对MS做定位佔 计。考核定位结果的均方根误差(RMSE)并以图表 的形式直观的表示出米,结合理论分析,对这两和主 CEP 偏差矢量 要的无线定位算法做评估。 平均估计位置 实际应用中,对尢线定位精度造成影响的因素 有许多种。在本文中主要考虑以下因素:小区半径 的大小、参与定位的基站数目、不同的信道参数、设 图2圆误差概率CEP 备的测量误差、定位基站的排列形状等。综合考虑 2.3几何精度因子((丑OP) 以上因素,仿真所需的主要条件如 采用距离测量方法的定位系统准确率在很大程 1)针对COS259模型中的A、B、C、D四种信 度上取决于基站和待定位移动台MS之间的几何位道做仿真。不同的信道其参数T不同。在考察小 置关系几何位置对定位准确率影响的度量即为几区半径和定位基站数目对定位性能的影响时主要考 何精度因子(GDOP),定义为定位误差RMSE与测虑了A和B两种信道,考察基站的排列形状时主要 距误差RMSE比率。GDOP表征了由于移动台与基考虑B和D两种信道。 站几何位置关系对测距误差的放大程度。对于无偏 (2)检测设备造成的测量误差:假设检测设备精 差计器,GDOP为: 度造成的TDOA误差服从均值为0,标准差为30m GDOP=Ntr[(AA (7)的高斯正态分布。在考察设备的测量误差对定位精 度的影响时,标准差分别取:30m、60m、90m、120m、 其中,tr()表示对结果矩阵求迹,即求矩阵主对角 150m 线兀素之和aA为根据某种特征测量值建立的线性 3.1理想信道环境下测量设备误差对定位的影响 方程组的系数矩阵,即 仿真条件:小区半径R-2000m,参与定位的基 Y=AX (8) 站数目为3~7个,MS在1/12小区内均匀分布,假 这里,基站位置Y是已知的M×1维向量,MS位置 设信道为理想的LOS信道,由信道造成的NIOS误 X是2×1维未知向量[xy],A是Mx矩阵,如果 差为0。仅仅考由于检测设备的测量误差对算法 AA是非奇异矩阵且M>2,则式(8)为方程数大于定位性能的影响。比较受限 Taylor算法与CHAN 未知量数目的超定方程组,采用最小二乘LS)算算法的定位性能 法获得MS估计位置 定位结果如图3、图4和图5所示 X=(AAAY (9) 从图3到图5可以看出,当仅有理想高斯分布 对于无偏差的估计器及二维双曲线定位系统 的测量误差时,参与定位基站的数目已经不是很重 GDOP可表小为 要了,基站数目的变化不会影响两种算法的定位性 GDOP=x +o v/ s (10)能。定位性能与测量误差直接相关(基本呈线性增 这里s为测距误差标准差。GDOP与CEP有以长)。从3个图屮都可以发现CHAN算法的定位性 下近似关系 能要好与 Taylor算法。也就是说CHAN算法的抗 C1994-2010chinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnkinet 22 西安邮电学 学报 2007年1月 高斯分冇;NLOS误差服从COST259模型。 仿真结果如图6、图7和图8所示。 图3基站数为3时理想高斯测量误差条件下, MTavlor 算法与CHAN算法的定位性能比较 图6基站数目为3时, TAylor算法和CHAN算法在 BadUrban和 Urban环境下 图4基站数为4时理想高斯测量误差条件下 MTavlor 算法与CHAN算法的定位性能比较 图7基站数目为4时, MAylor算法和CHAN算法在 Barban和 Urban环境下的性能比 画量柱准展 图5基站数为7时理想高斯测量误差条件下 MAylor 算法与CHAN算法的定位性能比较 高斯噪声性能更好,较适用于LOS信道环境。 图8基站数目为7时, TAylor算法和CHAN算法在 3.2COsT259环境下小区大小定位基站数目及 BadUrban和Uban环境下的性能比 排列对定位性能的影响 标识说明: Badurban chan表小在 Badurban(T 参与定位基站数目与小区大小对定位性能的=1)环境下CHAN算法的定位性能曲线; Urban- 影响 Chan表示在 Urban(T=0.4)环境下CHAN算法的 仿真条件:参与定位的基站数目固定为(3~7),定位性能曲线; BadUrban Taylor表示在 Badurban 小区半径大小由100400变化。MS在112(T=1)环境下 M Taylor算法的定位性能曲线;Ur 小区内均匀分布,在 Badurban和Ubam环境下比 ban Taylor表示在 Urban(T=0.4)环境下 M Taylor 较受限的 Taylor算法和CHN算法的定位性能。 算法的定位性能曲线。 Taylor算法的初始位置取MS的实际位置;设 从图6到图8可以看出,在实际信道中,CHAN 备的测量误差服从均值为0,标准差为30m的理想算法的定位性能要比 Taylor算法的性能差,这是 o01994-2010ChinaaCademicjOurnalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp:/www.cnkinet 第1期 郭 TDOA定位技术的基本原理和算法 23 由于CHAN算法本身就是针对運想高斯LoS环境想蜂窝状排列时 MAylor算法的定位性能曲线; 提出米的,所以在实际信道中,由于NLOS误差的 U Highway Chan表示在 Urban(T=0.4)环境下 引入导致了CHAN算法性能的急剧下降。 基站直线排列时CHAN算法的定位性能曲线 我们也可以从图中发现,当NLOS误差分不相 Highway Chan表示在 Rural(T=0.1)环境下 同时,参与定位的基站数日的多少对算法的定位性基站直线排列时CHAN算法的定位性能曲线 能没有多大的影响。但当小区半径大于3000m时, U Chan表示在 Urban(T=0.4)环境下基站理 Taylor算法的性能呈直线下降,而且当小区半径增想蜂窝状排列时CHAN算法的定位性能曲线; 大时, Maylor算法有可能出现不收敛情况。而 CHan表示在Rurl(T-0.1)环境下基站理想 CHAN算法性能变化较为平稳,且在任何情况下都蜂窝状排列时CHAN算法的定位性能由线 能够给出定位结果。 因此可以得出结论,在其它条件相同的条件下 CHAN算法比 Taylor算法更适合与宏小区的无线 非理想的基站分布对定位性能的影响 仿真条件:小区半径从1000m~4000m,参与定 位的基站数目为3。在类似高速公路的直线区域内 基站一般呈直线分布。MS在1/12小区内均匀分 布。比较受限 Taylor算法和CHAN算法在 Urban 小区使加 和Rura环境下的定位性能,以及基站直线分布与 哩想蜂窝状分布下两种算法的定位性能。 Taylor图10基站直线排列与理想蜂窝状排列时在 Urban和 算法中MS的初始位置取MS的实际位置。设备测Rurl环境下CHAN算法定位性能的比较 量误差服从均值为0,标准差为30m的理想高斯分 从图9和图10可以看出,基站的位置分布对两 布。非视距误差NLOS满是COST259信道模型。种算法的定位性能影响都很人,其它条件不变时,当 仿真结果如图9和图10所示 基站呈直线分布时,定位性能都急剧下降。如果做 樻向比较,在小、区半径较小时, Taylor算法有较好 的定位性能。 4小结 通过以上的仿真与分析比较可以看出 小区半径对CHAN算法的影响的程度比Tay lor算法较小,在其它条件不变,只有小区半径增大 的量准圣与 时,CHAN算法的定位性能变化较为平稳。而Tay lor算法的定位性能变化较为剧烈。说明在相同的 图9基站直线排列与理想蜂窝状排列时,在 Urban和 条件下,CHAN算法更适合与宏小区的定位。 Rural环境下 TAylor算法定位性能的比较 标识说明 在LOS环境下,TDOA测量值的误差服从均 U HighwayMTay表示在 Urban(T=0.4)环境值为0的埋想高斯分布CHAN算法的定位性能优 于 Taylor算法的定位性能。所以CHAN算法更适 下基站直线排列时 MAylor算法的定位性能曲线; 合于LOS环境的定位。 RHighwayM Tay表示在 Rural(T=0.1)环境下 基站直线排列时 TAylor算法的定位性能曲线 岀基站呈直线排列时,两种算法的定位性能与 UMTay表示在 Urban(T=0.4)环境下基站理 理想的蜂窝状分布时的定位性能相比急剧下降。在 小区半径较小时, Taylor算法有较好的定位性能。 想蜂窝状排列时 MAylor算法的定位性能曲线 信道环境对定位性能有很大的影响,特别是对 RMTav表示在 Rural(T=0.1)环境下基站理 CIAN算法的影响更大一些。在郊区和远郊两种 C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net 4 西安邮电学 学报 2007年1月 算法都能取得较好的定位效果,基本能够满足F Wrokshop j une 2001 911的定位要求;但在城区的效果就明显下降,在闹21 J ames J. Caffery:Jr. and Gordon L. Stuber: Overvie 市区几乎不能准确定位。因此,要在市区和闹市区 of Radiolocation in CDMA Cellular Systems. TEEF 获得较好的定位效果,就需要对定位算法进行改进, Communications Magazine April 1998 pp 38-45 对如何取得更精确的TDOA测量值,更好的克服3] An Overview of Wireless Indoor geolocation Technique and Systems. Kaven Pahlavan. Xinrong Li. Mika NLOS误差进行深入旳研究。 Ylianttila. Ranvir chana. And matti latva- aho. Mo- 参考文献 bile and wireless Communications Networks. IFIP TC6/ European commission NETWORKiNG 2000 Inter- [I Do menico Porcino. Philips Research Laboratories. Stan national Workshop. MWCN 2000. Paris France. May dardisation of Location Technologies Mobile Location 2000 Principle and algorithm of doa location technology GUO Hua Department of Electronic of Information Engineering Xi an University of Post and Telecommunications, Xi an 710121, China) Abstract: This thesis researches the wireless location algorithms based on time-related measurements in th Wireless Cellular Network. By analyzing existing basic techniques and algorit hms in wireless location this thesis selects the TDOA algorithm for emp hases of research. First, we int roduce two typical al gorithms as Taylor algo- rithm and chan algorithm. Furthermore, we analyze and compare them by simulation under some common mobile channel environment. In order to eval uate the performance of the two basic al gorithms in detail, the per fect channel and two typical mo bile communication channel model (CoST 259 and TiPl)are employed for fu ture detailed simulation. In simulations, many relative parameters w hich may effect the performance of the loca- tion algorithms are examined, such as the cell size, the number of the base stations taking part in the location service, equip ment measurement errors, NLOS effect etc Key words: Time of Arrive (TOA); Difference Time of Arrive( TDOA); Angel of Arrive(AOA); NLOS error (上接第18页) Error code protection and scheme of Turbo code for wreless video frequency transmission XU Hua, DONG Yirning, XIA Yang College of Communication and Information Engineering Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003, China) Abstract The characteristics of wireless channel such as time- variety and high BER requires not only strong error correcting capability of channel coding method but also the ability to adjust bit rate according to the state of wireless channel. The Rate Compatible Turbo code (RCP T)can fulfill such requirement, and protect video fre- quency stream with tr- s interleaver. The application of rCPt over the mo bile communication channel is intro- duced, and new schemes about adaptive coding system and unequal error protection are discussed Key words: Turbo codes; RCPT codes; puncture table, unequal error protection C1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net 【实例截图】
【核心代码】

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