传感器位置误差条件下的约束总体最小二乘时差定位算法

 现代定位系统中,传感器往往被安放在运动平台上,其位置无法精确得知,存在估计误差,将严重影响对目标的定位精度。针对这一问题,提出基于约束总体最小二乘(CTLS)的到达时差(TDOA)定位算法。首先通过引入中间变量,将非线性TDOA定位方程转化为伪线性方程,再利用CTLS技术,全面考虑伪线性方程所有系数中的噪声。在此基础上推导了定位方程的目标函数,再根据牛顿迭代方法,进行数值迭代,快速得到精确解。采用一阶小噪声扰动分析方法,对该算法的理论性能进行了分析,证明了算法的无偏性和逼近克拉美-罗下限(CRLB)。仿真实验表明,该算法克服了现有总体最小二乘(TLS)算法不能达到CRLB、两步加权最小二乘(two-step WLS)算法在较高噪声时性能发散的缺陷,在较高噪声时定位精度仍然能达到CRLB。     

基于定位误差修正的运动目标TDOA/FDOA无源定位方法

针对时差(TDOA)、频差(FDOA)无源定位的两步加权最小二乘(TSWLS)方法定位均方根误差(RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,在分析了影响两步法定位性能的因素基础上提出一种基于一阶泰勒级数展开的定位误差修正方法。该方法的第1步和两步法相同;其第2步避免了两步法第2步中引入估计偏差的平方运算,利用一阶泰勒级数展开得到第1步定位误差的线性最小均方估计,修正第1步定位结果得到目标位置和速度的最终估计,从理论上证明了该方法可以达到定位的克拉美罗下限(CRLB)。计算机仿真对比了新方法和TSWLS方法、基于泰勒级数(TS)展开的迭代极大似然(ML)方法以及约束总体最小二乘(CTLS)方法的定位性能,新算法复杂度和两步法相当,且均方误差和定位偏差低于两步法、泰勒级数法和CTLS方法。     

基于圆形轨道的卫星位置递推方法

卫星无源定位系统对目标进行定位时,用于定位的卫星位置与时差或相位差等信息可能不同步,无法进行定位,需要把定位信息统一到同一时刻。针对这一问题,提出了基于圆形轨道的卫星位置递推方法,把卫星位置信息同其它信息统一到同一时刻,然后进行定位。该方法比常用的直线轨道递推方法误差更小,准确度更高,对提高定位精度具有较大应用价值。     

一种新的基于TDOA与GROA的无源定位算法

针对基于到达时间差(TDOA)与到达增益比(GROA)的辐射源无源定位问题,提出了一种新的定位算法。首先通过引入一个中间变量,根据TDOA和GROA测量模型,构造一个约束加权最小二乘(CWLS)估计。由于这个CWLS问题是非凸的优化问题,现有的方法不能很好地求解。为此,提出了一种有效的方法可以求解到其全局最优解。最后,所提算法被推广到观测站存在自定位误差时的定位求解。计算机仿真结果验证了所提算法能够获得优于传统两步加权最小二乘法(2WLS)的定位性能,能够在更大的噪声条件下达到克拉美罗下界(CRLB)。     

一种基于观测站数目最小化的TDOA/FDOA无源定位算法

在三维（3D）运动目标无源定位系统中，无模糊定位最少需要4个观测站。而传统的两步加权最小二乘（TSWLS）及其改进的闭式算法至少需要5个观测站进行求解，当减少一个观测站时，这些闭式算法往往无法提供可靠解。针对这一问题，提出一种最小化观测站数目的到达时间差（TDOA）与到达频率差（FDOA）定位算法。该算法是一种闭式解法并且能够在三维场景下仅使用4个观测站进行定位。该算法分为两步：第1步分离传统的TSWLS算法中未知参数空间，建立了一组新的等式，并且利用加权最小二乘（WLS）算法得到目标位置与速度的初始值；第2步利用泰勒级数展开算法将中间变量线性化，对目标位置和速度初始值进一步校正。理论分析证明了在适当的噪声水平下该算法能够达到克拉美罗界（CRLB）。此外，计算机仿真表明仅使用4个观测站时，该算法对于近场以及远场目标参数的估计精度在测量噪声较小时可以实现CRLB；并且还表明使用5个观测站估计时，该算法比TSWLS及其改进算法能更好地适应大的测量噪声。     

无需中间变量的多运动站时差定位新算法

传统时差(TDOA)定位模型通过引入中间变量来得到线性方程,需要两步求解过程且该模型不适合多运动站连续定位。为此,引入无需中间变量的时差定位模型,并在此基础上提出了一种约束加权最小二乘定位算法。首先将基于该模型的时差定位问题转换为加权最小二乘问题,然后推导代入时差测量值后观测矩阵和观测向量的误差项,将其每一列表示为确定矩阵与随机时差测量噪声向量乘积的形式,并基于此推导了关于目标状态的二次约束方程,最终只需通过广义特征值分解来得到目标状态估计,并推导了该估计的解析表达式。仿真结果表明所提算法的连续定位性能逼近克拉美罗-限且所得定位解渐近无偏。     

WGS-84模型下时差频差半定规划定位算法

利用多颗卫星的时差频差对辐射源进行位置和速度的测量,其本质意义上是一个含有噪声项的高度非线性方程组求解问题,针对地面目标而言,可以采用基于WGS-84地球模型作为目标位置和速度约束,更进一步的增加了定位系统的复杂性。提出了一种基于半定规划(SDP)的定位解算法,将非线性方程求解问题通过适当的松弛,转化为半定优化(SDO)的问题,借助于业界较为成熟的CVX等优化软件进行定位求解,并研究了该模型条件下的克拉美罗下界(CRLB)。仿真结果表明,该算法能够较好地逼近克拉美罗下界。     

基于最优传播路径的EMA/EKF定位算法研究CSCD

针对室内环境下蓝牙系统易受非视距影响,采用蓝牙到达角(AOA)解决室内行人定位存在较大偏差的问题,研究基站几何分布和定位算法对定位精度的影响。关于蓝牙信号在传播过程中易衰减及产生多径等因素影响定位性能,对基站安装位置与信号接收范围关系进行研究,建立基站分布优化模型,使用遗传算法(GA)求解基站布设最优位置。在此基础上,提出了基于改进指数移动平均(EMA)算法结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法进行误差补偿。实验结果表明,该方法的平均定位误差为0.89m,相较于EKF定位精度更高,证明了所提方法的有效性。     

一种适用于机场场面MLAT监视系统的定位算法及其性能分析

与通常的三维目标不同,机场场面目标的高度是已知固定值,这点在设计应用于民用机场场面监视的无源多点时差定位(MLAT)系统时应予以考虑。基于机场场面目标及MLAT系统的特点,提出了一种改进的时差定位算法,该算法特别适合应用于场面监视的MLAT系统中。相比于传统的三维定位算法,该算法不但可以提高定位精度,还可增强系统的鲁棒性。给出了该改进时差定位算法的克拉美罗界(CRLB),并进一步推导出了该算法与三维定位算法精度之间的理论关系,从理论上证明了该算法的定位精度高于三维定位算法。与此同时,基于条件数理论还证明了该算法的鲁棒性优于三维定位算法。仿真实验及实测数据证明了所得结论的正确性和有效性。     

一种基于概率的双星无源定位算法

针对双星无源定位系统采用时差、频差对地面固定辐射源进行无源定位的问题，提出了一种基于概率的双星无源定位算法。通过公式推导，将复杂的定位方程组化简为简单的二元一次方程组。在介绍定位原理的基础上对该算法进行仿真，通过仿真，分析了定位误差与时差测量精度、频差测量精度的关系。     

Accurate single-observer passive coherent location estimation based on TDOA and DOA

This paper investigates the problem of target position estimation with a single-observer passive coherent location(PCL) system. An approach that combines angle with time difference of arrival(ATDOA) is used to estimate the location of a target. Compared with the TDOA-only method which needs two steps, the proposed method estimates the target position more directly. The constrained total least squares(CTLS) technique is applied in this approach. It achieves the Cramer–Rao lower bound(CRLB) when the parameter measurements are subject to small Gaussian-distributed errors. Performance analysis and the CRLB of this approach are also studied. Theory verifies that the ATDOA method gets a lower CRLB than the TDOA-only method with the same TDOA measuring error. It can also be seen that the position of the target affects estimating precision.At the same time, the locations of transmitters affect the precision and its gradient direction.Compared with the TDOA, the ATDOA method can obtain more precise target position estimation.Furthermore, the proposed method accomplishes target position estimation with a single transmitter,while the TDOA-only method needs at least four transmitters to get the target position. Furthermore,the transmitters' position errors also affect precision of estimation regularly.     

改进的Chan-粒子滤波算法超宽带室内三维定位

针对超宽带室内定位时容易受到非视距误差的影响，导致定位精度大大下降，甚至无法准确定位的问题，提出了一种融合粒子滤波的改进Chan定位新方法。首先，在Chan定位方法中引入模拟退火算法，对到达时间差（TDOA）算法的测量值进行优化，获得初步定位的最优解；然后，采用粒子滤波对测量值进行再次优化，粒子重采样后得到的中心位置即为目标节点的精确位置。仿真和实验结果均表明，该算法能有效提高在非视距环境下超宽带室内定位的精度，较好地消除非视距误差的干扰。     

一种多点定位的目标位置精确解算方法

多点定位是民航飞机导航系统的新技术,精确的目标位置解算方法是多点定位的关键.通过设定参考站和变换,将非线性到达时间(TOA)方程组转化为线性到在时间差(TDOA)方程组,提出了一种两步求解目标位置的闭式算法.首先忽略TDOA测量误差,获得了目标位置的粗解,在粗解的基础上做泰勒级数展开,克服了未知量不独立对精度的影响,再...     

低轨星座传感器资源实时调度方法

针对低轨星座传感器资源调度问题,提出了一种基于几何精度衰减因子（GDOP）和目标位置估计误差椭球的调度方法,该方法综合考虑了目标的静态、动态定位因素,优先选择卫星目标视线垂直于误差椭球长轴的传感器资源对目标进行跟踪。仿真结果表明,与已有的仅考虑GDOP的调度方法相比,该方法既节省了传感器资源,又提高了目标的跟踪精度。     

基于先验误差模型的机载高分宽幅DBF-SAR自聚焦算法

高分宽幅（HRWS）数字波束形成（DBF）合成孔径雷达（SAR）利用多通道空间采样代替部分时域采样,可以有效缓解SAR成像时高分辨率与宽测绘带间的矛盾,具有重要的军用和民用价值。现有常规DBF-SAR成像算法都假设雷达传感器相对位置精确已知,实际应用中受传感器位置测量误差影响,由位置不精确导致的相位误差会严重影响DBF-SAR高精度成像能力。在极坐标格式算法（PFA）框架下,推导了DBF-SAR成像处理后,残留相位误差的解析模型,分析了该误差对成像质量的影响。依据推导的先验相位误差解析结构模型,提出了一种基于图像对比度最优化准则的自聚焦算法。新算法通过引入先验相位结构信息,极大降低了待估参数的空间维数,可以同时改善自聚焦算法的参数估计精度和计算效率。数据处理结果验证了理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

惯性/里程计组合导航无地标行进中自主对准

载车行进中自主对准可有效缩短机动前准备时间,提高姿态对准精度以及对准过程中无地标自主定位精度是关键。本文提出一种里程计辅助捷联惯导系统行进中对准算法,推导了行进中精对准滤波模型以及对准过程中无地标自主定位算法。为缩短对准时间、减小由于航向角误差未收敛时造成的定位误差,利用回溯法将粗对准过程存储数据用于精对准过程,且回溯法仅需存储少量数据适合于工程应用。车载实测数据分析表明算法可同时实现行进中自主对准与对准过程中无地标自主定位,有效提高了载车快速机动能力,航向角对准精度优于1 mil,对准过程中无地标自主定位精度优于0.3%行程。