多點定位系統的布站方法研究

胥松壽

（民航河南空管分局，河南鄭州 450000）

多點定位系統的布站方法研究

胥松壽

（民航河南空管分局，河南鄭州 450000）

針對多點定位系統基站布局直接影響目標定位精度的問題，提出一種基于粒子群優化算法的基站優化布局方法。該方法以幾何分布因子GDOP為適應度函數，實現場面基站的最優布站。Matlab仿真結果表明，該方法能夠優化基站布局，提高目標定位精度。

多點定位系統；空中交通管制；粒子群優化算法；GDOP

機場場面多點定位系統（MLAT）是空中交通管制的一種強有力的監視手段［1］。多點定位系統的定位精度除了與測量精度有關外，還受基站位置的影響。目前，基站常用的布站方法主要有星型法［2］、菱形法［3］等。該類布站方案雖簡單，但不是最優布站，定位精度不是很高。本文基于粒子群優化算法（PSO），利用幾何精度因子GDOP作為適應度函數，提出了一種基站布站方法，仿真結果分析，目標的定位精度得到了一定的提高。

1 粒子群優化算法（PSO）

Kennedy和Eberhart在1995年的IEEE國際神經網絡學術會議上正式發表了題為“Particle Swarm Optimization，PSO”的文章，標志著粒子群算法的誕生。粒子群算法（PSO）是計算機智能領域的一種群智能算法，通過個體間的協作和競爭實現全局搜索。系統初始化為一組隨機解，稱之為粒子，通過粒子在搜索空間的飛行完成尋優。其沒有遺傳算法的交叉和變異算子，而是粒子在解空間追隨最優的粒子進行搜索［4］。

2 基于PSO算法的MLAT系統布站優化算法

基于PSO算法的MLAT站點布站優化算法中，算法的流程為粒子的初始化、適應值的計算、局部最優選擇、全局最優以及速度和位置的進化等［5］，如圖1所示。

圖1 基于PSO算法的MLAT站點布站優化算法

2.1 參數設定和初始化

在PSO算法中，參數主要有群體規模、最大迭代次數、認知參數、全局參數等。在基站布局中，本文用4個基站作為仿真參數，因每個基站為三維坐標，因此基站的布局優化需要確定12個變量。若種群數為M，則初始化的種群規模為M×12。

2.2 適應度函數

適應度是評價整個種群個體優劣的尺度，是種群個體優化和淘汰的依據。PSO算法在搜索空間以適應度函數為判斷依據，對種群個體進行優化，因此確定種群的適應度函數非常重要。基站布站優化的結果是使目標定位精度更高，本文利用MLAT算法中的幾何精度因子GDOP作為適應度函數，GDOP越小，則定位精度越高。種群的適應度函數表示為：

式（1）中，N表示機場場面測試點個數。

3 Matlab實驗仿真

在Matlab仿真實驗中，定義基站布站測試區域為x∈［-100×100］，y∈［-100,100］，z=0，單位為km。計算GDOP時，將測試區域分割為1km×1km的小區域，計算每個測試區域的GDOP值，然后按照公式（1）計算適應度函數值。仿真實驗基站數為4，種群規模M=20，最大迭代次數為100，假設目標的高度為1km。迭代100次后，得到4個基站優化的位置和對應的GDOP分布值，如圖2所示。作為比較，實驗還給出了4個基站常用的星型布站和對應的GDOP分布，如圖3所示。

由圖2可以看出，在基于粒子群優化算法的MALT系統布站優化方法中，基站的布局呈不規則分布，基站位置如表1所示，4個基站優化后的GDOP平均值為41.515 0，常用的星型布站的定位精度GDOP的平均值為81.148 4，由GDOP的定義，GDOP的數值越小，對應的目標定位精度越高。因此，利用粒子群優化算的站點布站優化方法可以有效地實現MLAT系統的基站優化布局，提高目標的定位精度。

表1 基站優化后的坐標值和GDOP均值

4 結論

本文基于粒子群優化算法，提出了一種利用幾何精度因子GDOP作為適應度函數的MLAT系統基站最優布站方法。Matlab仿真結果表明，該方法能夠得到一種基站布站優化方案，目標的定位精度得到了較大的提高。

圖2 基站數為4的最佳布站及GDOP分布圖

圖3 基站數為4的星型布站及其GDOP分布圖

［1］呂小平.MDS技術在我國民用航空的應用探討［J］.空中交通管理，2006（9）：4-11.

［2］Aryanezhad MB，Hemati M.A new genetic algorithm for solving nonconvex nonlinear programming problems［J］.Applied Mathematics&Computation，2008（1）：186-194.

［3］Yun S，Lee J，Chung W，et al.A soft computing approach to localization in wireless sensor networks［J］.Expert Systems with Applications An International Journal，2009（4）：7552-7561.

［4］Kennedy J，Eberhart R.Particle swarm optimization［C］// IEEE International Conference on Neural Networks，1995.

［5］魏靜萱.解決單目標和多目標優化問題的進化算法［D］.西安：西安電子科技大學，2009.

Study on Station Layout Method of MLAT System

Xu Songshou
（Henan Air Traffic Management Bureau，CAAC，Zhengzhou Henan 450000）

Aiming at the problem that the station position of the multilateration(MLAT)system directly affects the target positioning accuracy,a scheme of the optical layout which was based on particle swarm optimization algorithm was proposed.The method used the geometric distribution GDOP as the fitness function,to make optimal layout of the ground stations.Matlab simulation results showed that the proposed method could optimize the base station layout and improve the accuracy of target location.

MLAT；air traffic control；particle swarm optimization algorithm；GDOP

TP29

A

1003-5168（2017）04-0054-02

2017-03-14

胥松壽（1987-），男，碩士，助理工程師，研究方向：多點定位，雷達，地空通信。