基于接收信号强度的电磁辐射源定位研究

发布时间：2020-05-19 09:06

【摘要】：信息技术的进步推动了无线定位技术的发展,但无线信号传播环境的复杂多样性,使得无线定位技术依然面临着巨大的挑战。一方面,随着城市建筑越来越密集,以视距传播方式为主的视距定位变得越来越少见,而非视距传播方式会明显增大定位特征参数的估计误差,导致定位精度大幅降低。另一方面,尽管基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的定位方法在室内定位中得到广泛应用,但由于信号强度受环境影响波动性大,在大尺度的室外区域(尤其是城市环境中)的应用研究还鲜有报道。相较于室外常用的基于到达时间(Time ofArrival,TOA)和基于到达角度(Angle of Arrival,AOA)的定位方法,基于RSS的定位方式既无需严格的同步保证,也无需成本较高的阵列天线,不仅大大减轻实现难度,也降低实现成本,因而基于RSS室外定位成为近年来无线定位研究的热点之一。本文针对上述现状,在分析现有定位方法的基础上,以容易获取的强度信息为主,研究室外复杂环境中电磁辐射源的定位方法。主要工作和创新点如下:首先,针对当前视距与非视距混合环境下无线定位精度不高且结果不稳定的问题,本文提出基于动态参数调整的RSS定位方法。该方法利用混合高斯模型来刻画视距和非视距传播的影响,避免了现有方法中视距与非视距传播识别的难题,同时利用动态期望最大估计法来实时调整模型参数,以适应环境的时变特性。进一步,分析了定位系统中测量点布局对定位精度的影响,并相应地提出基于最佳几何精度衰减因子的测量点选取方法。其次,针对上述定位方法需要已知发射功率的缺陷和实际应用中目标发射功率往往未知的现状,本文又提出基于半定规划方式的三维RSS定位方法。该方法不仅采用差分RSS的方式克服需要已知发射功率的限制,同时该方法可以实现三维空间的定位,克服了现有无线定位方法主要针对二维平面定位的局限。最后通过仿真和实际实验数据,验证了所提算法的定位性能。再次,针对RSS信息容易受环境影响的不足,本文进一步提出RSS/AOA混合定位方法,利用角度信息来辅助提高定位性能。该方法首先利用压缩感知来估计信号来波角度,再利用角度与强度信息的混合估计得到各测量点与目标点位置的函数关系,最后利用二次锥规划的优化算法,估计出目标点的位置坐标,仿真结果表明该方法可以比采用单一强度信息定位获得更高的定位精度。最后,对全文进行了总结,归纳了创新点及不足,并提出了今后的研究方向和研究重点。
【图文】：

逑Ａｉ逡逑图１．１无线定位系统结构示意图逡逑通常在无线定位系统中，无线电波在目标点与多个测量点之间的传播方式分为两逡逑种，一种是如图１．２（ａ）所示的视距（ＬｉｎｅｏｆＳｉｇｈｔ，ＬＯＳ）传播方式，最常见的定位方法是逡逑通过检测来自目标点发射的无线电波信号的特征参数如接收信号强度（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ逡逑Ｓｉｇｎａｌ邋Ｓｔｒｅｎｇｔｈ，邋ＲＳＳ）、至丨Ｊ达时间（Ｔｉｍｅ邋ｏｆ邋Ａｒｒｉｖａｌ，邋ＴＯＡ）、到达时间差（Ｔｉｍｅ邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｏｆ逡逑Ａｒｒｉｖａｌ，邋ＴＤＯＡ）、至丨Ｊ达角（Ａｎｇｌｅ邋ｏｆ邋Ａｆｆｉｖａｌ，ＡＯＡ＞以及这些参数的混合估计’然后利用逡逑上述的参数以及测量点与目标点位置之间的函数关系得出目标点的位置信息。但在实逡逑际环境中，无线电波通常以图１．２（ｂ）所示的非视距（Ｎ0ｎ－Ｈｎｅ0ｆＳｉｇｈｔ，ＮＬＯＳ）方式传播，逡逑因受到建筑物、塔台、山坡、树木等障碍物的影响，无线电波通常以反射、散射或者逡逑衍射的方式到达信号接收端。ＮＬＯＳ传播导致信号传播时延增大、信号强度剧烈波动逡逑以及信号到达角的改变等，使得直接利用传统的定位方法进行定位将导致定位精度大逡逑幅降低。逡逑因此

信号当前的到达时间，然后通过计算信号传播速度与信号到达时间的乘积来得到逡逑各测量点与目标点之间的距离。设三个测量点到目标点的距离分别为凡、沁、心，逡逑定位原理如图２．１所示：逡逑，

本文编号：2670661