蜂窝网络无线定位算法研究

论文摘要

本论文主要针对蜂窝网络中如何提高对移动台无线定位的精度这一核心问题进行了研究。首先,本文对课题的研究背景、研究意义及相关研究进展,蜂窝网络无线定位基本原理和不同定位技术的优缺点,几种常用于仿真评估的定位信道模型及准确率的评价指标进行了详细的介绍,并对影响蜂窝网络无线定位精度的因素做了简要说明。其次,本文分析了Fang、Chan和Taylor序列展开三种经典的定位算法,在不同条件下对这些算法的性能进行了仿真比较,总结出这三种算法的特点。在此基础上,仿真验证了一种混合Chan与Taylor序列展开算法的协同定位算法,结果表明其定位精度优于Chan算法并且能够克服Taylor序列展开法因缺乏相对准确的初始估计值而无法收敛的缺点。再次,本文对典型文化算法进行了深入研究。介绍了文化进化的基本概念,描述了典型文化算法的计算框架以及各功能函数的设计,在此基础上利用5个标准的非线性无约束函数对其进行了性能仿真测试,结果表明文化算法可以稳定快速的逼近全局最优解。基于以上的讨论,本文给出了两种蜂窝网络无线定位的方案,并将文化算法应用其中,提出了基于文化算法的场强定位算法和基于文化算法的TDOA定位算法。仿真结果表明两种算法各有特点,分别适用于不同条件下的蜂窝网络无线定位。同时,本文采用NLOS识别及TDOA/TOA平滑重构技术,结合前面的研究成果,尝试了在NLOS环境下进行蜂窝网络移动台无线定位。仿真结果表明,该方法可以有效地降低定位误差。最后,对所做工作进行了总结,并且指出了其中的不足与进一步的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 蜂窝网络无线定位技术国内外研究现状
• 1.2.1 蜂窝网络无线定位算法概述
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.3 本论文研究内容及章节安排
• 第2章 蜂窝网络无线定位基础
• 2.1 基本蜂窝网络无线定位技术
• 2.1.1 基于电波场强测量值（SSOA）的定位技术
• 2.1.2 基于电波到达时间（TOA）的定位技术
• 2.1.3 基于电波到达时间差（TDOA）的定位技术
• 2.1.4 基于电波入射角（AOA）的定位技术
• 2.1.5 混合定位方法
• 2.2 蜂窝网络无线定位信道模型
• 2.2.1 COST-231-Hata模型
• 2.2.2 T1P1（COST259）信道模型
• 2.2.3 延时扩展Greenstein模型
• 2.3 定位准确率评价指标
• 2.4 影响蜂窝网络无线定位精度的因素
• 2.5 本章小结
• 第3章 典型TDOA定位算法性能分析
• 3.1 定位算法的数学模型
• 3.1.1 定位问题的最小二乘（LS）表示
• 3.1.2 TDOA双曲线方程组的建立
• 3.2 三种典型定位算法
• 3.2.1 Fang算法
• 3.2.2 Chan算法
• 3.2.3 Taylor序列展开法
• 3.3 三种算法仿真实验及性能分析
• 3.3.1 三种算法在高斯噪声环境中的性能比较
• 3.3.2 三种算法在T1P1（COST259）信道环境中的性能比较
• 3.4 Chan与Taylor序列展开两种算法协同定位
• 3.4.1 算法描述
• 3.4.2 算法性能仿真与结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 文化算法设计及性能仿真
• 4.1 文化进化的提出
• 4.2 文化算法模型
• 4.3 文化算法特点及适用范围
• 4.4 解决非线性无约束优化问题的文化算法设计
• 4.5 算法性能仿真与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 两种基于文化算法的蜂窝网络定位方法
• 5.1 基于文化算法的场强定位算法
• 5.1.1 场强定位基本原理
• 5.1.2 算法性能仿真与结果分析
• 5.2 基于文化算法的TDOA定位算法
• 5.2.1 算法描述
• 5.2.2 算法性能仿真与结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 一种蜂窝网络无线定位抗NLOS算法
• 6.1 NLOS环境下TDOA/TOA误差分析
• 6.2 算法描述
• 6.3 算法性能仿真与结果分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果
• 致谢