室内多径环境伪卫星定位精度分析与优化

发布时间：2017-04-13 03:02

  本文关键词：室内多径环境伪卫星定位精度分析与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,人们对位置服务提出越来越多的需求,室外导航定位系统渐渐显现出局限性,人们逐渐将注意力聚焦在蓬勃发展的室内定位技术上。室内定位涉及的场景十分广泛,其研究成果与人们的生活和工作息息相关。室内定位需要克服的不利因素是室内复杂多变的信道传播环境。多径效应、非视距(Non-Line of Sight,NLOS)传播、阴影衰落等因素严重制约着室内定位系统的可靠性和稳定性。改进系统硬件结构、优化系统软件算法成为室内定位技术的一个研究方向。文中以伪卫星室内定位系统为研究平台,定位场景是室内NLOS。首先,设定系统工作参数,搭建定位场景,提出预期指标。其次,设计室内NLOS测距算法及定位算法,利用实测信道数据优化算法性能。最后,通过实验仿真检验系统的可靠性和稳定性,并提出系统改进方案。开展了典型室内LOS及NLOS场景的信道测量。利用实测数据计算LOS及NLOS信道的路径损耗指数、阴影衰减因子、均方根时延扩展,通过对比两种场景特征参数的大小,全面了解室内环境信道的传播特性。信道测量也是为测距和定位算法的设计及优化做基础性工作。提出了一种室内NLOS场景到达时间(Time of Arrival,TOA)的估计方法。基于扩频相关技术获取了NLOS场景的收发信号的滑动相关函数,通过设定门限确定首径信号搜索区域,寻找首径信号所在峰,进而估计出TOA。对TOA测距误差建模,提出了Laplace和Gauss两种模型。拟合误差数据服从的分布,从统计学角度计算出两种模型的数学期望和方差。利用累积分布函数评价了两种模型的拟合性能。设计了基于最大似然估计的单天线及多天线定位算法,对定位系统性能进行了仿真分析。单天线定位研究伪卫星数量及伪卫星位置对定位精度的影响。多天线定位分析伪卫星上天线数及误差相关性对定位精度的影响。定位区域为一个200m?200m的正方形,定位系统分别采用不同参数设置对区域内的点进行定位仿真。仿真结果表明,为实现典型室内NLOS场景3m的定位精度目标,单天线系统至少需要12颗伪卫星,多天线系统只要3颗伪卫星,每颗伪卫星只需配置5根天线即可。
【关键词】：室内定位 多径效应 到达时间 相关性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN96
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究背景和意义9-12
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究背景和意义9-12
• 1.2 室内定位国内外研究现状12-15
• 1.2.1 室内定位系统研究现状12-13
• 1.2.2 室内定位算法研究现状13-15
• 1.2.3 首径信号分离研究现状15
• 1.3 本文研究内容15-17
• 第2章 典型室内信道测量及特性分析17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 室内无线信道衰落17-19
• 2.2.1 路径损耗和阴影衰落17-18
• 2.2.2 均方根时延扩展18-19
• 2.3 室内定位无线信道测量19-22
• 2.3.1 信道测量系统19-20
• 2.3.2 信道测量场景20-21
• 2.3.3 信道测量过程21-22
• 2.4 LOS和NLOS特征参数比较22-24
• 2.4.1 路径损耗指数和衰减因子的比较22-23
• 2.4.2 均方根时延扩展的比较23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 室内多径环境TOA估计及误差建模25-40
• 3.1 引言25
• 3.2 室内多径场景TOA估计25-30
• 3.2.1 定位信号数学模型25-26
• 3.2.2 滑动相关函数的生成26-27
• 3.2.3 门限法估计TOA原理27-29
• 3.2.4 门限法估计TOA过程29-30
• 3.3 基于实测数据的门限优化30-32
• 3.3.1 门限优化原理30-32
• 3.3.2 测距性能分析32
• 3.4 测距误差建模32-34
• 3.4.1 高斯误差模型32-34
• 3.4.2 拉普拉斯误差模型34
• 3.5 误差模型性能分析34-38
• 3.5.1 误差分布拟合34-35
• 3.5.2 模型参数检验35-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 单天线定位系统研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 室内定位外在影响因素分析40-42
• 4.2.1 信号自由空间衰减40-41
• 4.2.2 信号非视距传播41
• 4.2.3 多径和阴影衰落41-42
• 4.3 单天线定位算法设计42-46
• 4.3.1 最小二乘定位算法42-43
• 4.3.2 高斯误差定位算法设计43-45
• 4.3.3 拉氏误差定位算法设计45-46
• 4.4 单天线定位仿真46-49
• 4.4.1 伪卫星数量的影响46-48
• 4.4.2 伪卫星位置的影响48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 多天线定位系统研究50-62
• 5.1 引言50
• 5.2 误差相关性影响分析50-54
• 5.2.1 误差相关性建模52-53
• 5.2.2 相关性误差的生成53-54
• 5.3 多天线联合定位算法54-57
• 5.3.1 多天线定位算法设计54-56
• 5.3.2 多天线定位精度下界56-57
• 5.4 多天线定位仿真57-60
• 5.4.1 单点定位仿真57-59
• 5.4.2 区域定位仿真59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 结论62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67-69
• 致谢69

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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4 黄大卫;;无人机遥控遥测中多径效应分析[J];南京航空航天大学学报;2009年S1期

5 王满喜;党宏杰;黎力;李凌云;;无线信道的半确定性建模[J];通信对抗;2011年02期

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中国重要会议论文全文数据库 前2条

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本文编号：302628