基于虛擬時(shí)延的TDOA定位算法

陳劍軍

摘 要：近來(lái)無(wú)線終端定位逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在諸多TDOA算法中，對(duì)NLOS環(huán)境下測(cè)量數(shù)據(jù)的定位精度不高，而區(qū)分LOS、NLOS環(huán)境是困難的。本文在對(duì)此不作區(qū)分的情況下，提出虛擬延時(shí)的概念，通過(guò)對(duì)虛擬延時(shí)因子的迭代，解決了定位方程組的欠定問(wèn)題，從而可用最小二乘法估算出終端的位置參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)終端的定位精度在平面上較高，而在高度上的精度略低，有待進(jìn)一步分析解決。

關(guān)鍵詞：虛擬延時(shí) 延時(shí)因子 迭代 TDOA 無(wú)線定位

中圖分類號(hào)：E911 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（a）-0209-02

基于到達(dá)時(shí)間差（（TDOA）的定位方法是無(wú)線定位技術(shù)的重要方法。基于TDOA的定位算法中較經(jīng)典的有：Y.T.Chan提出的LOS環(huán)境下最大似然（ML）估計(jì)算法[1]以及W.H.Foy提出的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)算法[2]。Chan算法計(jì)算量小且在噪聲服從高斯分布時(shí)有很高的定位精度，級(jí)數(shù)展開(kāi)算法無(wú)需TDOA測(cè)量值誤差的先驗(yàn)信息且能在適當(dāng)?shù)腡DOA噪聲水平上提供較準(zhǔn)確的定位估計(jì)。遺憾的是：這些算法都沒(méi)有考慮影響無(wú)線定位精度的關(guān)鍵因素——非視距（NLOS）環(huán)境。對(duì)非視距環(huán)境下的TDOA測(cè)量值，上述算法的性能顯著下降。困難的是：難以判斷TDOA測(cè)量值是在LOS環(huán)境所得還是NLOS環(huán)境下所得。

本文假設(shè)各個(gè)基站之間時(shí)間嚴(yán)格同步，將某終端因種種因素導(dǎo)致的延時(shí)合并、虛擬為各基站與該終端的延時(shí)，提出一種無(wú)需區(qū)分LOS、NLOS環(huán)境的TDOA算法。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：該算法能獲得比較理想的定位精度。

1 基于虛擬時(shí)延的TDOA模型及算法

2 算法驗(yàn)證

采用2016年全國(guó)研究生數(shù)學(xué)競(jìng)賽的數(shù)據(jù)樣本（5組）進(jìn)行算法驗(yàn)證。這些數(shù)據(jù)包括TDOA的測(cè)量值以及終端的真實(shí)位置數(shù)據(jù)。可以較好地檢驗(yàn)算法。

計(jì)算得到的終端位置與所給數(shù)據(jù)作差，統(tǒng)計(jì)得到結(jié)果如表1。

結(jié)果表明：對(duì)諸多終端的定位，在x，y方向上的誤差及方差均較小，而在高度Z方向上的誤差略大且呈現(xiàn)系統(tǒng)性，但方差較小。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種基于虛擬時(shí)延的TDOA定位算法：通過(guò)對(duì)虛擬延時(shí)因子的迭代計(jì)算，解決了定位方程組的欠定問(wèn)題，從而可用最小二乘法估算出終端的位置參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)終端的定位精度在（x，y）平面上較高，而在高度上的精度略低，有待進(jìn)一步分析解決。

參考文獻(xiàn)

[1] Chan Y T，Ho K C.A simple and efficient estimator for hyperbolic location[J].IEEE Trans. Signal Processing，1994，42（8）：1905-1919.

[2] Foy W H.Position -location Solution by Taylor-series Estimation[J].IEEE Trans. AES，1976：234-244.endprint