【正文】 3。13 The simulation software of PROTEUS17 PROTEUS platform using simulation system18 4 Algorithm simulation and result analysis20 Algorithm simulation process20 Simulation result analysis20 5 TOA algorithm prospect22 References24 Acknowledgments 25 Appendix26 對(duì)抗 室外環(huán)境下 NLOS 誤差的 TOA 無(wú)線定位 迭代 算法 【摘要】 通過(guò)測(cè)量基站 3條以上路徑移動(dòng)站的信號(hào) 的 到達(dá)時(shí)間（ TOA） ,可以對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位。然而信道的 時(shí)間和空間的變化所導(dǎo)致非視距 (NLOS)傳輸導(dǎo)致 無(wú)線定位技術(shù)面臨的巨大困難 ,信號(hào)的非視距傳輸卻極大地影響了 TOA定位算法的定位精度， 不同的定位算法在不同的 環(huán)境 條件下獲得的定位精度也 是 不同 的 。傳統(tǒng)的 TOA定位算法 有 包括最小均方算法 [1] 、最大似然估計(jì)算法 [1] 、 殘差加權(quán) [1] 和殘差檢測(cè)算法 [1] 。 本文也提出一種 在非視距環(huán)境下 克服 NLOS誤差 的 新的算法思路。 以迭代 法為主不斷逼近準(zhǔn)確值，達(dá)到減小誤差的目的。 【 關(guān)鍵詞 】 非視距， TOA、 迭代、 凸松弛 NLOS Error Mitigation for TOABased Localization via Iterative Wangwei 【 Abstract】 The location of MS can be got according to three or more arrival time of signals from MS to BS . But, the accuracy of TOA (time of arrival) is influenced by the nonlineofsight (NLOS) transmission. The NLOS transmission of the signal affects the accuracy of the TOA, and the different positioning accuracy of the positioning algorithm is also different in different environment conditions. The traditional TOA localization algorithm includes LS algorithm, the AML algorithm, the RWGH algorithm and the RT algorithm. This paper also proposes a new algorithm for overing the NLOS error in the NLOS environment. Simulation results show that the proposed location algorithm can restrain NLOS error effectively, and has better location accuracy than the traditional location algorithms. 【 Key words】 NLOS, Time of Arrival， Iterative， Convex Relaxation 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 對(duì)移動(dòng)臺(tái)的定位是無(wú)線通信業(yè)務(wù)提供商的一項(xiàng)基本業(yè)務(wù)，自從 1996 年美國(guó) FCC 提出第一個(gè)緊急呼救檢測(cè)的條款以來(lái)，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。如今，手機(jī)等移動(dòng)終端大量普及，它們的各種應(yīng)用都有定位的請(qǐng)求。如地圖，團(tuán)購(gòu)等客戶端。同時(shí)，無(wú)線定位技術(shù)在公共安全服務(wù) (如緊急醫(yī)療、緊急定位、緊急報(bào)警服務(wù) )、犯罪偵查、蜂窩系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)資源管理、基于位置的信 息服務(wù)、車(chē)輛及船舶管理、導(dǎo)航和智 能交通系統(tǒng)等方面的應(yīng)用非常廣泛 【 16】 。因而定位的準(zhǔn)確度是決定此類(lèi)軟件服務(wù)好壞的重要條件。因此，我們迫切的需要找到適合的方法來(lái)滿足高度精確定位需求。 首先，提高定位的精確度，可以提高民眾生活的便利性，可以精確的指導(dǎo)出行，減少了出行成本 。其次，也為野外救援，抗震救災(zāi)打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持，為生命提供了生存的可能 。最后，高精度的定位也為軍事，礦產(chǎn)，農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的提供了便利。使打擊目標(biāo)更加精確；使井下人員活動(dòng)情況得到了解；使農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害更加精確防治。 當(dāng)前，移動(dòng)站的無(wú)線定位方法主要包括：基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間的 (TOA)、基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差的 (TDOA)、基于信號(hào)到達(dá)角度的 (AOA)和基于到達(dá)信號(hào)強(qiáng)度的 (RSSI)4 種方法。基于上述各參量的定位技術(shù)各有其 優(yōu) 缺點(diǎn)，比如基于信號(hào)強(qiáng)度的定位技術(shù)，周?chē)h(huán)境的變化、墻壁、植被、金屬、玻璃等因素都會(huì)嚴(yán)重影響 其 定位精度，而 AOA 技術(shù) 則 需要在基站架設(shè)天線陣 列 ，另外非視距傳播 (NLOS)、遠(yuǎn)近效應(yīng)、多用戶干擾 都是定位技術(shù)發(fā)展要克服的困難 。為了有效提高算法的跟蹤性能，多站協(xié)同、多種測(cè)量方式融合是目前定位跟蹤的主要趨勢(shì)。 定位的環(huán)境的主要分為視距 (Line． ofsight， LOS)和非視距 (None． 1ine— ofsight，NLOS)【 4】 。在視距環(huán)境中，可以較為精確的對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。干擾因素少，只有測(cè)量時(shí)產(chǎn)生的高斯白噪聲。但在實(shí)際的環(huán)境下，由于高山和建筑物等的影響，信號(hào)的傳輸總是沿著非視距 (NLOS)道路傳輸，信號(hào)的 NLOS 傳輸 極大的降低了算法的定位精度。 在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中 ,常用的 基于 信號(hào)波到達(dá)時(shí)間 (TOA)的 方法來(lái)定位移動(dòng)臺(tái)。時(shí)間的測(cè)量精度決定了定位精度 。 1 ns 延時(shí)測(cè)量誤差對(duì)應(yīng) 距離誤差 為 米 【 5】 。到達(dá)時(shí)間測(cè)量（ TOA） 誤差主要是由兩部分組成 ： 系統(tǒng)測(cè)量誤差和多徑衰落和多址干 擾 ,NLOS 傳播 誤差 。系統(tǒng)測(cè)量誤差服從高斯分布 ,隨著技術(shù)的發(fā)展將逐漸減少 ,但 其他一些誤差因素受到 傳播環(huán)境 的 干擾 始終存在。因此 ,NLOS 傳播 誤差 的主要因素之一。 為了 減少 NLOS 傳播對(duì)定位精度的影響 ,產(chǎn)生了 卡爾曼濾波方法 【 6】 、 ML 和貝葉斯方法 【 7】 、散射模型方法 【 8】 、 BF 參數(shù)方法【 9】 、高階統(tǒng)計(jì)量方法 【 10】 和 MUSIC 方法 【 11】 等。 但 運(yùn)用這些方法 需要增加一些系統(tǒng)增加了系統(tǒng)成本和復(fù)雜性 【 5】 。 隨著科技高速發(fā)展， 粗略的無(wú)線定位 的功能 已 不能滿足人們的要求， 較完善的定位算法是 以 精確的定位 ， 簡(jiǎn)易的設(shè)備，易于發(fā)展 完善為優(yōu)勢(shì) 。 現(xiàn)在 無(wú)線定位技術(shù) 正朝著 精確 化、智能化 發(fā)向飛速發(fā)展 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 無(wú)線定位技術(shù)將不斷精確和完善。 無(wú)線定位技術(shù) 的簡(jiǎn)介 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 無(wú)線定位 的概述 無(wú)線定位是指利用無(wú)線電波直線恒 速傳播特性通過(guò)測(cè)量固定或運(yùn)動(dòng)的物體的位置以進(jìn)行定位的技術(shù)。 通過(guò)直接或間接測(cè)定無(wú)線電信號(hào)在已知位置的固定點(diǎn)與 移動(dòng)臺(tái) 之間傳播過(guò)程中的時(shí)間、相位差、振幅或頻率的變化，確定距離、距離差、方位等定位參數(shù)，進(jìn)而用位置線確定待定點(diǎn)位置的測(cè)量技術(shù)利方法。 無(wú)線 定位 系統(tǒng) 有雷達(dá)、無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng) 、無(wú)線電測(cè)向 和全球定位系統(tǒng)等。 (1)雷達(dá) 雷達(dá) 是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)并定位的設(shè)備。它對(duì)目標(biāo)發(fā)射電磁波并接收其回波，由此獲得目標(biāo) 的 速度、方位角和高度信息 。利用雷達(dá)對(duì)目標(biāo)定位時(shí)，是測(cè)定目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的距離和方位 。 對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行定位時(shí)，須同時(shí)測(cè)定距離、方位和高度，雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)距離時(shí)，實(shí)際是測(cè)發(fā)射脈沖間的時(shí)間差，因?yàn)殡姶挪ㄒ怨馑賯鞑?，據(jù)此可算出目標(biāo)的距離；目標(biāo)的方位利用雷達(dá)天線的銳方位波束測(cè)量 ；根據(jù)所測(cè)目標(biāo)的仰角和距離。就可求得 目標(biāo)的高度。雷達(dá)定位主要應(yīng)用在軍亊上，用于搜索和引導(dǎo)、跟蹤測(cè)量和火力控制 。 (2)無(wú)線電導(dǎo)航 無(wú)線電導(dǎo)航是利用電磁波傳播 和其他 相關(guān)知識(shí) ,通過(guò)相關(guān)參數(shù)的確定 ,以實(shí)現(xiàn) 車(chē)輛 、 飛機(jī)和其他運(yùn)動(dòng)定位和導(dǎo)航。導(dǎo)航和定位 密切相關(guān) ,連續(xù)定位本質(zhì)上是導(dǎo)航。大多數(shù)無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)是協(xié)作 式 的 ,賴于信標(biāo)導(dǎo)航信號(hào)發(fā)射 , 使運(yùn)動(dòng)中的載體根據(jù)每個(gè)導(dǎo)航臺(tái)方位以及星辰、地貌以準(zhǔn)確判定所處的位置而進(jìn)行工作。 發(fā)射裝置 主要在地面， 也可以安裝在衛(wèi)星或飛機(jī)上。 無(wú)線電波以導(dǎo)航信息的方法很多，且均以利用無(wú)線電波的恒速、直線傳播為基礎(chǔ)。無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)的基本要素是測(cè)角和測(cè)距，因此可以組成測(cè)角 測(cè)角、測(cè)距 測(cè)距、測(cè)角 測(cè)距和測(cè)距差（雙曲線）等系統(tǒng)。 (3)全球定位系統(tǒng)（ GPS，北斗 ） GPS 系統(tǒng)可以 全天候 的 為全球范圍任 何 移動(dòng)臺(tái) 提供高精度的 位置 和時(shí)間信息 。系統(tǒng)由空間 (衛(wèi)星 )、地面監(jiān)測(cè)和用戶接收機(jī)由三個(gè)部分組成。 空間部分有 18 顆（或 21顆）高度為 2 萬(wàn)公里的導(dǎo)航衛(wèi)星，運(yùn)轉(zhuǎn)在 6 個(gè)傾角為 55176。的圓軌道平面上，每面相隔 60176。，軌道周期為 12h，保證在地球上任 何地點(diǎn)任何 時(shí)刻均能看到 4 顆以上仰角大于 5176。的衛(wèi)星，每顆導(dǎo)航星上均載有穩(wěn)定度為 1013/日的原子鐘，這是 GPS 之所以能精確定位、授時(shí)的基礎(chǔ)。每個(gè)衛(wèi)星以 L頻段的兩個(gè)頻率連續(xù)發(fā)送導(dǎo)航信號(hào)，并采用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高抗干擾能力。這兩個(gè)信號(hào)分別稱為粗測(cè)碼（ C/A 碼）和精測(cè)碼（ P 碼）。前者可供民用，定位 25m 以內(nèi)；后者專供軍用，定位精度在 1～ 10m 內(nèi)。兩種信號(hào)均含有可向用戶接收機(jī)提供所需的衛(wèi)星情況、系統(tǒng)時(shí)間、接收機(jī)正在跟蹤的衛(wèi)星的星歷（目前和將來(lái)的位置）等信息。 北斗定位系統(tǒng)原理和 GPS大致相同 ,只是略有不同 的發(fā)展過(guò)程 無(wú)線定位在軍事和民用技術(shù)中已獲得了廣泛應(yīng)用。 最初， 對(duì)地面移動(dòng)用戶的定位來(lái)說(shuō)，以 GPS最為重要。但是把 GPS功能集成到移動(dòng)臺(tái)上需全面更改設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，增加成本；且山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 用戶同時(shí)持有移動(dòng)電話和 GPS手機(jī)很不方便，所以移動(dòng)用戶及設(shè)備生產(chǎn)商和網(wǎng) 絡(luò)運(yùn)營(yíng)商希望能直接由移動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)定位。 近年來(lái)，由于對(duì)移動(dòng)臺(tái)用戶定位的需