基于GDOP加权的TOA/AOA混合定位算法
发布时间：2021-08-27 08:19
现有基于无线传感器网络（WSN）的到达时间/到达角度（TOA/AOA）定位算法在锚节点位置存在误差的条件下定位精度不高。针对该问题,融合几何精度因子（GDOP）加权,提出一种改进的TOA/AOA混合定位算法。根据单个锚节点对定位参量的测量误差及其自身位置误差,得出基于单节点的TOA/AOA混合定位算法的GDOP计算公式。依据WSN中所有锚节点的测量误差及其分布与盲节点的相对位置关系,推导加权融合算法的GDOP计算公式。仿真结果表明,与基于平均加权的定位算法相比,改进算法具有更高的定位精度。
【文章来源】：计算机工程. 2017,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??＇
１０８?计算机工程?２０１７年３月１５日??ｘ２００?ｍ的范围内，分别计算上述２种算法对盲节点?２〇〇｜?Ｉ?Ｉ?「?＇??１?Ｉ?）?厂??定位的ＧＤＯＰ值。图１?￣图３中ｘ轴和；ｙ轴分别代?１８０／?．??表盲节点的ｘ方向和；Ｖ方向的坐标。图１和图２分?１６〇＿?＼?ｆ??别为?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ?算法和?Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ?算法对盲?Ｂ?Ｓ；?Ｓ：?Ｓ?｜?｜??节点定位的ＧＤＯＰ值等高线分布图，图中等高线上?＾?ｆ?Ｐ?Ｐ?｜??的数值为等高线对应的ＧＤＯＰ值。图３为上述２种?ｎｏｆ厂／／／??算法对相同位置盲节点定位的ＧＤＯＰ值的差值等高?Ｖ００＼Ｖ＾ｋ＼?／??线分布图，图３中等高线上的数值为等高线对应的?ａ?Ｍ?＼??ＧＤＯＰ差值。从图３中可以发现，Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算?＼?／?ｆ／／／！／??法的定位精度整体上优于Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法，盲节?％?ＨＩ??点位于图３所示区域的中上部时２种算法的性能相?４〇＾＼７＾！＼１??ｆｏｆ／Ｊｏ?ａ?５?Ｊ／！〇ａ?？?２０??法。根据图３，上述２种算法在（８０?ｍ，１８０?ｍ）处的?〇?ｓｏ?ｉｏｏ?１５〇?２００??ＧＤＯＰ差值较小，在（１８０?ｍ，２０?ｍ）处的ＧＤＯＰ差值?—??较大，因此，仿真２和仿真３分别对这２个位置上的?图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??盲节点定位性能进行仿真。?仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??２〇０??，?各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??］８〇?态分布，其标准差分布为?和（Ｔｅ；?＝?ｃｒｓ（?！＇?＝?１，??１８０?２，
较大，因此，仿真２和仿真３分别对这２个位置上的?图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??盲节点定位性能进行仿真。?仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??２〇０??，?各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??］８〇?态分布，其标准差分布为?和（Ｔｅ；?＝?ｃｒｓ（?！＇?＝?１，??１８０?２，…，况），且相互独立。首先，固定ＴＯＡ测量误差标??１６（）?准差为Ａ?＝６?ｍ，对盲节点定位进行１?０００次仿真，??１４０?图４为盲节点定位均方根误差（Ｒｏｏｔ?Ｍｅａｎ?Ｓｑｕａｒｅ??ｉ２〇?Ｅｒｒ〇ｒ，ＲＭＳＥ）随着ＡＯＡ测量误差标准差的变化曲??｜?ＨＫ）线。其次，固定ＡＯＡ测量误差标准差为＾，＝５°，对??８（）盲节点定位进行１?〇〇〇次仿真，图５为盲节点定位??ＲＭＳＥ随着ＴＯＡ测量误差标准差的变化曲线。图４??６（＞?和图５中的ＧＤＯＰ值是根据本文计算方法所得。??２０?＂?Ｔ?Ｉ?今?Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法?＾??＼?ｒ?＾?＼）?ｄ／？Ｎ?Ｉ?ｐ?－?：＾ｒ〇Ａ算法??０?５０?１００?１５０?２００?＾??．ｒ／ｍ?＾?７?－??图１?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ等高线分布?袁￥??２００?１＾＂?￣一?／［４２１?７?？??３?＊?２?３?４?５??丨?６〇?ＡＯＡ麵误差的标准差。。／（。）??ｉ４（）?图４盲节点定位均方根误差随ａ〇ａ测量误差标准差的变化１??１２。１０．３?ｒ?－０－Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ??ＩＩ?Ｉ?，?Ｉ?，?］?，?＼?１?１?ＴＯＡ测量误差的标准差Ａ／ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TDOA和AOA的双基地雷达定位方法[J]. 曹晋龙,王星,程嗣怡,周东青,周一鹏,袁颖平. 火力与指挥控制. 2015(11)
[2]基于最优线性数据融合的探潜定位优化算法研究[J]. 金良安,迟卫,郭东田. 系统仿真学报. 2014(01)
[3]基于减法聚类的TOA/AOA定位方法研究[J]. 徐彤阳. 电子测量技术. 2013(10)
[4]系统误差对GDOP的影响分析[J]. 唐小明,朱洪伟,何友,高志永. 计算机与数字工程. 2013(06)
[5]无线传感器网络中基于超宽带的TOA/AOA联合定位研究[J]. 肖竹,谭光华,李仁发,张小明. 计算机研究与发展. 2013(03)
[6]基于Matrix Pencil的OFDM信号的TOA/AOA定位[J]. 陈奎,黄为勇,田传耕. 计算机应用研究. 2013(02)
[7]四站时差无源定位精度分析[J]. 张政超,童力. 中国电子科学研究院学报. 2010(06)
[8]多雷达定位的动态加权融合算法及其精度分析[J]. 赵志超,刘义,肖顺平. 电光与控制. 2010(05)
本文编号：3365997
【文章来源】：计算机工程. 2017,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??＇
１０８?计算机工程?２０１７年３月１５日??ｘ２００?ｍ的范围内，分别计算上述２种算法对盲节点?２〇〇｜?Ｉ?Ｉ?「?＇??１?Ｉ?）?厂??定位的ＧＤＯＰ值。图１?￣图３中ｘ轴和；ｙ轴分别代?１８０／?．??表盲节点的ｘ方向和；Ｖ方向的坐标。图１和图２分?１６〇＿?＼?ｆ??别为?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ?算法和?Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ?算法对盲?Ｂ?Ｓ；?Ｓ：?Ｓ?｜?｜??节点定位的ＧＤＯＰ值等高线分布图，图中等高线上?＾?ｆ?Ｐ?Ｐ?｜??的数值为等高线对应的ＧＤＯＰ值。图３为上述２种?ｎｏｆ厂／／／??算法对相同位置盲节点定位的ＧＤＯＰ值的差值等高?Ｖ００＼Ｖ＾ｋ＼?／??线分布图，图３中等高线上的数值为等高线对应的?ａ?Ｍ?＼??ＧＤＯＰ差值。从图３中可以发现，Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算?＼?／?ｆ／／／！／??法的定位精度整体上优于Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法，盲节?％?ＨＩ??点位于图３所示区域的中上部时２种算法的性能相?４〇＾＼７＾！＼１??ｆｏｆ／Ｊｏ?ａ?５?Ｊ／！〇ａ?？?２０??法。根据图３，上述２种算法在（８０?ｍ，１８０?ｍ）处的?〇?ｓｏ?ｉｏｏ?１５〇?２００??ＧＤＯＰ差值较小，在（１８０?ｍ，２０?ｍ）处的ＧＤＯＰ差值?—??较大，因此，仿真２和仿真３分别对这２个位置上的?图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??盲节点定位性能进行仿真。?仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??２〇０??，?各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??］８〇?态分布，其标准差分布为?和（Ｔｅ；?＝?ｃｒｓ（?！＇?＝?１，??１８０?２，
较大，因此，仿真２和仿真３分别对这２个位置上的?图３?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ和Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ比较??盲节点定位性能进行仿真。?仿真２假设盲节点的坐标为（８０?ｍ，１８０?ｍ），??２〇０??，?各锚节点的ＴＯＡ和ＡＯＡ测量误差均服从零均值正??］８〇?态分布，其标准差分布为?和（Ｔｅ；?＝?ｃｒｓ（?！＇?＝?１，??１８０?２，…，况），且相互独立。首先，固定ＴＯＡ测量误差标??１６（）?准差为Ａ?＝６?ｍ，对盲节点定位进行１?０００次仿真，??１４０?图４为盲节点定位均方根误差（Ｒｏｏｔ?Ｍｅａｎ?Ｓｑｕａｒｅ??ｉ２〇?Ｅｒｒ〇ｒ，ＲＭＳＥ）随着ＡＯＡ测量误差标准差的变化曲??｜?ＨＫ）线。其次，固定ＡＯＡ测量误差标准差为＾，＝５°，对??８（）盲节点定位进行１?〇〇〇次仿真，图５为盲节点定位??ＲＭＳＥ随着ＴＯＡ测量误差标准差的变化曲线。图４??６（＞?和图５中的ＧＤＯＰ值是根据本文计算方法所得。??２０?＂?Ｔ?Ｉ?今?Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法?＾??＼?ｒ?＾?＼）?ｄ／？Ｎ?Ｉ?ｐ?－?：＾ｒ〇Ａ算法??０?５０?１００?１５０?２００?＾??．ｒ／ｍ?＾?７?－??图１?Ｇ－ＴＯＡ／ＡＯＡ算法的ＧＤＯＰ等高线分布?袁￥??２００?１＾＂?￣一?／［４２１?７?？??３?＊?２?３?４?５??丨?６〇?ＡＯＡ麵误差的标准差。。／（。）??ｉ４（）?图４盲节点定位均方根误差随ａ〇ａ测量误差标准差的变化１??１２。１０．３?ｒ?－０－Ａ－ＴＯＡ／ＡＯＡ??ＩＩ?Ｉ?，?Ｉ?，?］?，?＼?１?１?ＴＯＡ测量误差的标准差Ａ／ｍ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TDOA和AOA的双基地雷达定位方法[J]. 曹晋龙,王星,程嗣怡,周东青,周一鹏,袁颖平. 火力与指挥控制. 2015(11)
[2]基于最优线性数据融合的探潜定位优化算法研究[J]. 金良安,迟卫,郭东田. 系统仿真学报. 2014(01)
[3]基于减法聚类的TOA/AOA定位方法研究[J]. 徐彤阳. 电子测量技术. 2013(10)
[4]系统误差对GDOP的影响分析[J]. 唐小明,朱洪伟,何友,高志永. 计算机与数字工程. 2013(06)
[5]无线传感器网络中基于超宽带的TOA/AOA联合定位研究[J]. 肖竹,谭光华,李仁发,张小明. 计算机研究与发展. 2013(03)
[6]基于Matrix Pencil的OFDM信号的TOA/AOA定位[J]. 陈奎,黄为勇,田传耕. 计算机应用研究. 2013(02)
[7]四站时差无源定位精度分析[J]. 张政超,童力. 中国电子科学研究院学报. 2010(06)
[8]多雷达定位的动态加权融合算法及其精度分析[J]. 赵志超,刘义,肖顺平. 电光与控制. 2010(05)
本文编号：3365997
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