無線定位關(guān)鍵技術(shù)研究

1、 碩 士 學(xué) 位 論 文 垂 電作 者 簽名 ：中國科 學(xué) 技 術(shù)大學(xué) 學(xué) 位 論文 授 權(quán) 使用 聲 明作 者 簽名 ：簽字日 期：至忘 系 統(tǒng)的 可 靠 性和精 確性也提 出 了更高 的 要 求。 美國的 全 球 定 位 系 統(tǒng)是 目 前 主 要的 定 位 手 段，但 是 其 在室 內(nèi)或者 城 市建筑 密 集區(qū) 等 復(fù)雜環(huán) 境 中，由 于各 種 干擾和障 礙物 影 響 使得 定 位 精 度 很 差 甚 至是 無 法 完 成 定 位 。 而 目 前 在這 種 環(huán) 境 下的定 位 需 求越來 越大，同 時對定 位 精 度 的 要 求也越來 越高 。 針 對定 位 中的 關(guān) 鍵 問題 ，本 文

2、從 非視 距誤 差 和定 位 算 法 兩 方面 入 手 ，主 要 做 了以下工 作 ：一 、 分析 了由 障 礙物 引 起的 非視 距定 位 誤 差 的 特 性，研 究了非視 距誤 差 的 琻 猟 猟 目 芯 磕諶 蕁 諶 蒞才 擰 本 章 小結(jié) 第 攣 尷叨 恢 械 姆 鞘 泳 轡 蟛 睢 非視 距誤 差 剔 除 算 法 改進(jìn) 的 殘 差 鑒別 法 ， 淮 釁 韉 氖 課 時的 三 維 算 法 一 一 淮 釁 韉 氖 看 笥 時的 三 維 算 法 參 考 文 獻(xiàn) 在，已 經(jīng) 有一 百多年的 歷史 了，在此之 間 ，無 線 電 技 術(shù)得到了空 前 的 發(fā)展與應(yīng)用 ，同 時對人們 生 活 的 影

3、 響 也變 得越來 越重 要 了。 縱 觀 無 線 通 信 技 術(shù)的 發(fā)展史 ，我們 可 以發(fā)現(xiàn) 其 早期的 應(yīng)用 往往都是 軍事和商業(yè)領(lǐng) 域 ，而 一 旦 這 項 技 術(shù)進(jìn) 入 到人們 的 生 活 中去 ，它 的 發(fā)展勢 頭 將大大增加 。 特 別 是 隨 著 移動 互 聯(lián) 網(wǎng) 技 術(shù)的 發(fā)展，無 線 定 位 技 術(shù)也成 了人們 生 活 中普 遍 應(yīng)用 的 一 部 分。 比如 汽 車 行駛中的 導(dǎo)航 系 統(tǒng)、 微 信 中利 用 用 戶實 時位 置 信 息 的 交友功 能、 微 博 中基于用 戶位 置 的 簽到功 能以及 大型 物 流中心 人員及 貨 品 的 管 理等 等 ，實 際 上 這 些

4、服務(wù) 都是 建立 在用 戶或者 是 目 標(biāo)的 位 置 信 息 的 基礎(chǔ) 上 ，也就是 說 它 們 的 共 同 點 都需 要 對目 標(biāo)進(jìn)行實 時定 位 。 定 位 信 號的 強度 來 完 成 定 位 過程 的 。 該 系 統(tǒng)首 先建立 定 位 區(qū) 域 內(nèi)的 采樣 點 和定位 傳 感 器 之 間 的 傳 輸 模型 ，來 建立 標(biāo)準(zhǔn) 位 置 信 息 庫，然后在實 際 定 位 的 過程 中通 過模型 匹配 來 進(jìn) 行定 位 計 算 ，這 種 定 位 系 統(tǒng)是 最 早的 室 內(nèi)定 位 系 統(tǒng)，由 于環(huán)境 因 素對其 定 位 計 算 有著 很 大影 響 ，因 此其 定 位 精 度 不 是 很 高 ，定 位

5、 誤 差 絕大部 分控 制 在六米以內(nèi)乜 ：蚒 幌 低忱 嗨 疲 珻 定 位 系 統(tǒng)是 同 樣 也是 由 位 置 固 定 的 點 和可 移動 的 點 組成 ，不 同 之 處 在于該 系 統(tǒng)是的 個 數(shù)，進(jìn) 而 在利 用 加 權(quán) 質(zhì) 心 定 位 算 法 進(jìn) 行定 位 目 標(biāo)未 知的 計 算 ，其 定 位 精 度 隨 著 這 些基于位 置 服務(wù) 的 需 求越來 越廣 ，對于定 位 過程 中相關(guān) 問題 的 研 究，尤 其 是 如 何使定 位 的 效率 更高 以及 如 何使在非視 距等 復(fù)雜環(huán) 境 下的 定 位 結(jié) 果 更精確，是 非常具 有理論價 值 和實 際 意 義 的 。非視 距是 指 信 號在

6、傳 播 的 過程 中由 于障 礙物 的 遮 擋而 造 成 信 號不 能 在定 位傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 間 直達(dá)的 現(xiàn) 象 。 相對于非視 距，視 距則 就是 指 定 位 信 號能夠 在定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 間 直達(dá)，因 此信 號在視 距環(huán) 境 下傳 播 ，幾 乎 不 存在非視 距誤 差 。 非視 距現(xiàn) 象 造 成 的 非視 距誤 差 是 造 成 系 統(tǒng)定 位 精 度 降 低，甚 至是 無 法 完 成 定 位 的 主 要 因 素。 在定 位 計 算 的 過程 中，當(dāng) 測量數(shù)據(jù) 中的 非視 距誤精 確求解 了。 針 對如 何抑 制 非視 距誤 差 的 干擾 ，提 高 定

7、 位 的 精 確度 ，國內(nèi)外學(xué) 等 人提 出 了利 用 假 設(shè) 檢 驗判決方法采用 二 元假 設(shè) 檢 驗的 方法 鑒別 非視 距誤 差 是 否 存 在。 等 人提 出 了一 種 通量數(shù)據(jù) 中是 否 存在非視 距誤 差 【 】的 算 法 。 影 響 ，提 高 定 位 的 精 度 。 其 算 法 的 核心 思 想 就是 通 過對測量得 到的 定 位 方程 賦予權(quán) 值 ，將抑 制 非視 距誤 差 的 處 理轉(zhuǎn) 變 成 對加 權(quán) 值 的 選 取上 ，然后再 利 用 測量值 限 定 加 權(quán) 值 ，最 后再 完 成 定 位 目 標(biāo)位 置 坐 標(biāo)的 計 算 。 這 種 算 法 不 需 要 知道 非視 距測量

8、數(shù)據(jù) 的 統(tǒng)計 特 性以及 其 他 任何的 先驗信 息 ，因 此有著 一 定 的 優(yōu)勢。 幾何約 束法 的 核心 思 想 是 將定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 間 的 幾 何關(guān) 系 作 為 限 定 條 件 提 出 了 惴 ，該 算 法 對定 位 目 標(biāo)和定 位 傳 感 器 之 間 的 不 同 幾 何位 置 進(jìn) 行了分析 ，能夠 滿 足 定 位 精 度 的 要求。 文 獻(xiàn) 提 出 了三 種 對于利 用 卡 爾曼 濾 波 器 消 除 到達(dá)時間 測量值 中的 非視 距誤 差 的 算 法 ，這三 種 方法 從 不 同 的 角 度 對測量值 中的 非視 距誤 差 進(jìn) 行了分析 ，并 改進(jìn) 了卡

9、爾曼 濾 波 器 的 迭 代 過程 ，很 大程 度 上 消 除 了到達(dá)時間 測量值 中的 非視 距誤 差 。 文 獻(xiàn) 【 舊 】先對視 距情 況 下傳 播 定 位 算 法 的 研 究，然后針 對非視 距誤 差 推 導(dǎo) 了兩 種 循 環(huán) 的 算 法 ：一 種 是 通 過反 復(fù)迭 代 的 思 想 來 消 除 非視 距誤 差 的 影 響 ；另外一 種 是 利 用 增大假 想 的 定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 間 的 距離 ，使得 到的 到達(dá) 定 位 目 標(biāo)位 置 的 基本 計 算 方法以得 到如 下方程 組：?？只x恐 玿屯 ， 要 二喜：薹二要 ：簍二簍 ， 幣 幌 爵靠，一 磚一 豢 原

10、 。 一 磚一 弧恢 靠。 一 菇 算 出 定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 問的 距離 ； 圖 基于到達(dá)時間 角 的 定 位 技 術(shù)原 理 式 可 得 ： 和定 位 傳 感 器 中接 收信 號的 一 方清楚信 號何時開 始傳 輸 ，同 時也要 求定 位 傳 感 器和定 位 目 標(biāo)之 間 時刻 保持 著 嚴(yán) 格 的 時間 同 步 。 對于時鐘 同 步 這 一 點 的 實 現(xiàn) 是 非常困難 的 ，這 也正是 利 用 信 號到達(dá)時間 的 定 位 方法 的 主 要 缺 點 。 由 于定 位 目 標(biāo)的 位置 是 不 確定 的 ，它 和傳 感 器 之 間 的 信 號傳 播 時間 本 來 就是 待測

11、參 數(shù)，定 位 傳 感 器控 制 的 定 位 目 標(biāo)同 步 必 定 會存 在很 大的 誤 差 。 因 此，想 要 保持 定 位 傳 感 器 和定 位目 標(biāo)之 間 高 精 度 的 時鐘 同 步 ，就必 須要 求在它 們 各 自 的 終 端 裝 置 精 度 很 高 的 時鐘 。 這 不 僅增加 了定 位 系 統(tǒng)的 成 本 ，而 且 還增大了定 位 目 標(biāo)的 體積 ，對它 的 移動圖 到達(dá)時間 技 術(shù)中定 位 模糊 現(xiàn) 象信 號到達(dá)時間 差 定 位 關(guān) 鍵 是 實 現(xiàn) 定 位 目 標(biāo)與不 同 定 位 傳 感 器 之 間 信 號傳 播的 時間 差 的 測量，與到達(dá)時間 定 位 技 術(shù)比較 ，它 并 不

12、 需 要 定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之 間 保持 時間 同 步 ，而 只 需 要 參 與定 位 的 傳 感 器 之 間 保持 時鐘 同 步 即可 。 因 此，從 技 術(shù)實 現(xiàn) 難 度 和定 位 成 本 的 角 度 來 看 ，到達(dá)時間 差 的 定 位 技 術(shù)比到達(dá)時間 的 定位 技 術(shù)更有優(yōu)勢 。 到達(dá)時間 差 定 位 的 基本 原 理實 際 上 就是 利 用 雙曲線 矯 娑 或者 雙曲面 占 潿 上 點 到兩 個 焦 點 的 距離 差 為 固 定 值 這 一 特 性。 這 里 所 指 的點 和焦 點 對應(yīng)著 實 際 系 統(tǒng)中定 位 目 標(biāo)和定 位 傳 感 器 。 到達(dá)時間 差 定 位

13、 技 術(shù)的 具 體步 驟 如下：本 章 介紹 了利 用 信 號的 到達(dá)強度 、 信 號到達(dá)角 、 信 號到達(dá)時間 以及 信 號到達(dá) 信 號可 以“直線 ”傳 播 ：另外一 種 情 況 就是 非視 距 琋 傳 播 ，在這 種 情 況 下，由 于定 位 環(huán) 境 中障 礙物 的 存 在，定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)之間 的 通 信 信 號很 可 能會經(jīng) 過反 射 以及 衍射 等 干擾 后再 被 接收。 這樣 信 號傳 播 在非視 距條 件下比 視 距條 件下要 花 費 更多的 時間 和距離 ，會給 定 位 帶 來 了更大的 誤差 ，這 種 在非視 距環(huán) 境 下傳 播 所帶 來 的 誤 差 ，

14、我們 稱 之 為 非視 距誤 差 。 相比 較 于室 外的 定 位 環(huán) 境 ，在室 內(nèi)環(huán) 境 中障 礙物 分布 更為 廣 泛，定 位 環(huán) 境 也更為 惡劣，因此產(chǎn) 生 的 非視 距誤 差 也更為 普 遍 和嚴(yán) 重 。視 距情 況 下的 測量值 進(jìn) 行定 位 目 標(biāo)的 計 算 ，必 定 會造 成 最 終 定 位 目 標(biāo)位 置 坐 標(biāo)的不 準(zhǔn) 確。 這 種 由 非視 距傳 播 帶 來 的 非視 距誤 差 是 影 響 定 位 精 度 的 個 很 關(guān) 鍵 因素，因 此如 何減 小這種 非視 距誤 差 帶 來 的 不 利 影 響 是 至關(guān) 重 要 的 。 在本 章 中，首先分析 了非視 距誤 差 的 特

15、 性，然后分別 研 究了非視 距誤 差 的 鑒別 和剔 除 理論，最后在殘 差 加 權(quán) 法 算 法 的 基礎(chǔ) 上 ，對非視 距誤 差 的 抑 制 算 法 進(jìn) 行了改 進(jìn) 。 非視 距誤 差 特 性分析 ： 布 ，三 個 模型 分別 如下：砷 簕 擊 分布 ： 差 ，因 此，令 。 。 當(dāng) 定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)處 于非視 距環(huán) 境 下時， 量誤 差 和正的 非視 距誤 差 胞魍 。 疲 力 利 用 最 小二 乘 法 求解 未知系 數(shù) 刀 ：，則 平 滑 后的測量值 可 為：當(dāng) 定 位 目 標(biāo)與定 位 傳 感 器 之 間 為 視 距環(huán) 境 時，在這 種 條 件下是 能夠 預(yù)測到影響

16、 距離 測量值 的 標(biāo)準(zhǔn) 測量誤 差 的 。 假 如 在視 距環(huán) 境 下，理論上 的 距離 測量值 和實 一 鎤 卸 值 ，即：厶 寶 一 一 虼 一 乙 吃 名 黃 ， ，以以， ， ，髟一 等 人提 出 了，一 種 用 來 鑒別 非視 距的 判決理論框架，他 們 按 照 得到的 非視 距測量分布 信 息 分為 五種 情 況 ，然后對于每 種 情 況 ，依 據(jù) 視 距和非視 距情況 下相應(yīng)的 噪 聲 誤 差 的 不 同 分布 ，采用 二 元假 設(shè) 檢 驗的 方法 來 判斷 是 否 存 在非視視 距環(huán) 境 下 母怕 拭 芏群 式 可 得 ：概 率 密 度 函數(shù)，其 中尸代 表 定 位 傳 感

17、器 和定 位 目 標(biāo)之 間 的 真實 距離 ，通 常是 確 仃 乞儺不 能確定 的 情況 下，這種 假 設(shè) 能利 用 環(huán) 境 的 先驗信 息 判斷出 定 位 目 標(biāo)和定 位 傳 感 器 之 間 是 視 距環(huán) 境 還是 非視 距環(huán) 境 。 為 了對確定 性的 、 玎 鼉 鱅 麥 股 鵌 令 囂 卜 圳 胙 籣 甜 定 義號乞珊 荊 禾 ，則 有：【 在 式中，仃 ， 。礦 芴 菩，“當(dāng) 夕 豊 仃 肥 未知時，定 義 參 數(shù)矢 量 ，則 有： 式中，以臼 莗的 矩陣 ，即：乃 嘉 暑 籰 對于已 假 設(shè) 的 非視 距情 況 ，有：叫 。 斟 幟 芻 型 ， ：仃 掰 ， ， 鼠 ：仃 仃 ； 掰

18、 ，視 距環(huán) 境 ，先驗概 率為尸 同 樣 ，也可 以采用 距離 測量樣 本 的 無 偏 估 計 量作 為 判決門限 ，則 有：瑀， 來 的 到達(dá)時間 差 殘 差 將明顯 增大。合 的 測量數(shù)據(jù) 來 估計 定 位 目 標(biāo)的 位 置 坐 標(biāo)； 測量數(shù)據(jù) 的 主 要 影 響 是 使其 產(chǎn) 生 了大于零 的 偏 差 ；平 滑 處 理，就能夠 算 出 在任意 時間 平 滑 值 與距離 測量值 的 偏 差 名 一 。 提 出 的 ，他 首 先計 算 矢 量， 表 示 參 與定 位 的 傳 感 器 的 下標(biāo)的 集合 ； 猉 ， 表 示 矢 量 蛒，之 問的故 最 小二 乘 解 寶 就是 使兄。 濉 最 小

19、的 估計 值 ，即： 置 坐 標(biāo)估 計 值 來 對最 終 的 位 置 坐 標(biāo)進(jìn) 行優(yōu)化 ，就能 夠 很 好 的 抑 制 非視 距誤 差 對最終 定 位 結(jié) 果的 不 利 影 響 。 對于主 來 說，疋 ， ， 是 一 個 很好 的 評價 指 標(biāo)，通 過 式中，夕 為 參 加 定 位 的 傳 感 器 的 數(shù)目 。 的 位 置 坐 標(biāo)估 計 ： 器 的 位 置 坐 標(biāo)為 ，彤 飭 秸咧 淶 氖導(dǎo) 示 嗬 爰 親髂 幔 飭 烤嗬 爰 俏獄，在圖 定 位 傳 感 器 和定 位 目 標(biāo)布 局示 意 圖 牟 去，由 于非視 距誤 差 是 一 個 非負(fù) 值 ，所 以測量所 得 到的 距離 值 要 大于真實

20、值 。 如器 墨和定 位 目 標(biāo)廠之 問的 真實 距離 曩 一 徹，同 理還應(yīng)滿 足 鼻 彳一 。因 此可 以確定 尺 度 因 子 口 的 下限 為 ：圖 到達(dá)時問算 法 的 視 距示 意 圖因 此 ，的 下限 也 在定 位 環(huán) 境 中，非視 距誤 差 的 存 在具 有普 遍 性，考 慮 到實 際 情 況 ，針 對測量得 到的 定 位 數(shù)據(jù) ，有些可 能存 在著 非常嚴(yán) 重 的 非視 距誤 差 ，針 對這 種 情 況 ，在殘差 加 權(quán) 算 法 的 基礎(chǔ) 上 ，我們 做 了如 下改 進(jìn) 。 通 過對殘 差 方差 的 統(tǒng)計 ，設(shè) 定 殘 差 門限 值 ，來 剔 除 含有嚴(yán) 重 非視 距誤 差 的

21、測量值 ，進(jìn) 而 在剔 除 之 后的 測量值 中進(jìn) 行殘差 加 權(quán) 計 算 。 具體步 驟 如下： 測量值 ，設(shè) 定 殘 差 門限 值 ，將大于殘 差 門限 值 的 測量值 剔 除 ； 本 章 小結(jié) 定 位 傳 感 器 組成 的 ，設(shè) 定 位 傳 感 器 的 位 置 坐 標(biāo)為 ，定 位 目 標(biāo)的 位 置 坐 標(biāo)為 令 ： 荾 ：。 ：，則 由 式可 得： 個 從 定 位 傳 感 器 組成 ，其 中從 定 位 傳 感 器 依 次 為 彳 鄭琘 、刀 、“五， ，乞 枋 ， ， 表 示 定 位 目 標(biāo)到各個 傳感 器 的 距離 ，蜀 ，表 示 定 位 目 標(biāo)到主 定 位 傳 感 器 與到從 定 位

22、 傳 感 器 之 間 的 距離 差 。 根 據(jù) 距離 關(guān) 系 可以得 到如 下方程 組：，琂、 “ 暑對 式 整 理化 簡 以后得 ： 式中： 匆 鍵霹， 彳 彳 ， ， ， 由 上 面 可 以看 出 ， 式 是 個 非線 性方程 組，此處 先把冠 看 成 是 一 個 已 知的以月一乙乞乞 瘛瘢瘛瘛瘛瘛駄哆 凇甽 愿 ， 口 門忍， 謚 勰 幔 琁 晃 一 一 換 定 位 模糊 問題 的 仿 真與分析 位 目 標(biāo)區(qū) 域 以及 定 位 傳 感 器 周圍的 區(qū) 域 均 為 模糊 區(qū) 域 ，幾 乎 無 法 完 成 正常的 定 位四 幅圖 。圖 。 ， 之 為 定 位 目 標(biāo)區(qū) 域 。 具體如下圖 所

23、示 ： 圖 。 時模糊 區(qū) 域 俯 視 圖 和側(cè) 視 圖圖 。 時模糊 區(qū)域 俯 視 圖 和側(cè) 視 圖圖 時模糊 區(qū) 域 俯 視 圖 和側(cè) 視 圖 圖 時模糊 區(qū) 域 俯 視 圖 和側(cè) 視 圖由 圖 屯 我們 可 以看 出 ，當(dāng) 將定 位 傳 感 器 基線 的 值 逐漸 增大的定 位 傳 感 器 前 方的 定 位 目 標(biāo)區(qū) 域 的 模糊 現(xiàn) 象 也隨 之 愈 發(fā)嚴(yán) 重 。 角 去除 部 分模糊 區(qū)域 ；然后對這 兩 組定 位 解 進(jìn) 行最 短無 模糊 定 位 解 。 與二 維 平 面 中的 處 理方法 類似 ，當(dāng) 三 維 空 間 中出 現(xiàn) 模糊 解 時，也可 以通 過增加 定 位 目 標(biāo)更多信

24、 息 的 方法 來 消 除 模糊 解 。 比如 可 以在主 定 位 傳 感 器 上 裝 置 陣 列天 線 來 測得 定 位 目 標(biāo)的 方向 角 ，利 用 方向 焦 來 消 除 部 分的 模糊 區(qū) 域 。 在此處 我們簡 單探 究一 下利 用 主 定 位 傳 感 器 所測得 的 方向 角 來 排除 模糊 區(qū)域 的 方法 。假 設(shè) 在出 現(xiàn) 模糊 解 時，由 主 定 位 傳 感 器 測出 來 的 定 位 目 標(biāo)的 方向 角 記 為 口 ，針 對二 維 平 面 定 位 無 解 問題 ，我們 采取如 下的 處 理方法 ：為 定 位 方程 組所 對應(yīng)實 際 測量值 的 次 優(yōu)解 。則 根 據(jù) 獎 憧 梢

25、 鄖 蟪 鯠 ，力 值 ，則 刃 點 的 位 置 坐 標(biāo)值 記 為 最 終 的 定 位 對于三 維 空 間 定 位 無 解 問題 ，我們 的 處 理方法 具 體如 下：曲面 的 距離 為 五月 、 五月三 五彤 。 令 ：則 由 郊 純汕 蟪 齙悖 奈恢 米 五彤刁 。 本 章 小結(jié)本 章 針 對基于到達(dá)時間 差 的 定 位 系 統(tǒng)，分別 對二 維 平 面 和三 維 空 間 情 況 下定位 模糊 和無 解 問題 進(jìn) 行了分析 、 研 究和仿 真。 首 先分析 了定 位 模糊 和無 解 現(xiàn) 象 產(chǎn)生 的 原 因 ，并 推 導(dǎo) 了其 數(shù)學(xué) 過程 。 在對定 位 系 統(tǒng)中定 位 傳 感 器 相對位

26、置 的 關(guān) 系 分析 后，引 入 了定 位 基線 長 度 和定 位 基線 夾 角 兩 個 參 數(shù)，有效而 便 捷 地對定 位 系 統(tǒng)進(jìn) 行了建模。 在之 后進(jìn) 行的 仿 真實 驗中，我們 觀 察到了二 維 環(huán) 境 下，改 變 定 位 基線 長 度 和定 位 基線 夾 角 這 兩 個 參 數(shù)對定 位 模糊 區(qū) 域 分布 的 影 響 ，總 結(jié) 出 了對定 位區(qū) 域 影 響 的 趨 勢 。 而 在三 維 空 問中，我們 通 過觀 察仿 真出 來 的 立 體模糊 區(qū) 域 分布圖 ，對三 維 空 間 的 定 位 模糊 有個 形 象 的 認(rèn) 識 ，同 時也探 究了不 同 定 位 基線 長 度 和定 位 基

27、線 夾 角 對空 間 定 位 模糊 區(qū) 域 分布 的 影 響 ，而 且 發(fā)現(xiàn) 了在定 位 系 統(tǒng)中，改 變從 定 位 傳 感 器 的 高 度 值 并 不 影 響 每 一 水 平 面 模糊 區(qū)域 的 分布 。 在實 際 應(yīng)用 中，為 了獲 取關(guān) 于定 位 目 標(biāo)更精 準(zhǔn) 和形 象 的 位 置 信 息 ，就需 要 將定 位 區(qū) 域 設(shè) 定 在三 維 空 間 中。 這 樣 除 了需 要 增加 定 位 傳 感 器 的 個 數(shù)，相關(guān) 的 定 位算 法 也有些差 異。 本 章 在二 維 平 面 定 位 的 基礎(chǔ) 上 ，將定 位 算 法 擴 展至三 維 空 間 中。首 先建立 起定 位 系 統(tǒng)的 數(shù)學(xué) 模型

28、 ，然后推 導(dǎo) 了各 個 定 位 算 法 在三 維 空 間 下的 具 體數(shù)學(xué) 過程 ，分析 了算 法 各 自 的 特 點 ，最 后對定 位 算 法 在三 維 環(huán) 境 下進(jìn) 行了仿 真實驗。 通 過之 前 的 分析 可 以了解 到，在定 位 技 術(shù)的 實 際 應(yīng)用 中，基于到達(dá)時間 差 的定 位 技 術(shù)無 論在系 統(tǒng)的 成 本 和定 位 精 度 上 都有一 定 的 優(yōu)勢。 所 以，本 章 在對定 位算 法 的 研 究和仿 真實 驗中，都是 根 據(jù) 到達(dá)時間 差 技 術(shù)進(jìn) 行的 。 利 用 到達(dá)時間 差 技術(shù)的 過程 可 以概 括 如 下： 定 位 系 統(tǒng)數(shù)學(xué) 模型 算 法假 設(shè) 在三 維 空 問

29、中一 共 放 置 四 個 定 位 傳 感 器 ，其 中主 定 位 傳 感 器 的 位 置 坐 標(biāo)為 澹 耍 ，從 定 位 傳感 器 的 位 置 坐 標(biāo)依次 為 眨 洌 、 耍 、 澹 攏 ，傳 感 器 之 間 的 距離 差 分別 為 忍、 蘆 、冠 。 ，由 此我們 可 以得到：磚 晃淦 咝膖 一 式七 一 畒 一 七未七礦 七亡 一 軸 。 砰 一 一 ， ， 局 置 髯 一 一 弛 ， 僖 一 墨墨墨上 式中： 三 維 定 位 環(huán) 境 中， 級 數(shù)展開 法 的 具 體過程 如 下： 骯 置 一等 琹， 最 后由 下式 來 更新 參 數(shù)： 紊 少 旬 巍 后 ， 算 法 甌 提 出 了利 用

30、 兩 步 最 大點 ： 詡 撲闃 脅 恍 枰6 荒勘甑 某跏 嘉 恢 米 輳 僅僅需 要 兩 次 迭 代 就能候 ，它 能夠 利 用 冗余 的 測量值 來 提 高 定 位 的 精 度 。 在二 維 算 法 的 基礎(chǔ) 上 ， 淮 釁 韉 氖 課 時的 三 維 算 法式解 出 ：，將 醬 劍 的 值 取為 淮 釁 韉 氖 看 笥 時的 三 維 算 法為 ：、 狦 乒 ： 經(jīng) 過理論分析 與推 導(dǎo) ，誤 差 矢 量、 且 桓 鼉 哂 腥 縵 式協(xié) 方差 矩陣 的 其 中， ，： ： 籊 一 ，少 一 “ 式 中， 衵、 三 個 參 數(shù)正負(fù) 號的 選 擇 與根 據(jù) 以上 推 導(dǎo) ， 算 法 的 主 要

31、 流程 可 以概 括 如 下： 上 節(jié) 中提 出 的 改進(jìn) 后的 殘 差 加 權(quán) 算 法 ，在此處 ，我們 利 用 算 法 首 先對定 位傳 感 器 的 殘 差 進(jìn) 行計 算 ，然后計 算 所 有定 位 傳 感 器 殘 差 的 方差 ，進(jìn) 而 通 過與門限值 相比 較 來 判斷 非視 距誤 差 的 情 況 以及 對含有非視 距誤 差 的 測量值 進(jìn) 行剔 除 ，最終 在最 大限 度 抑 制 非視 距誤 差 的 情況 下保留 能完 成 定 位 目 標(biāo)位 置 計 算 的 到達(dá)時問差 測量值 。 根 據(jù) 節(jié) 中改 進(jìn) 后的 殘 差 抑 制 算 法 ，其 具 體流程 如 下圖 所 示 ： 圖 抑 制 非視 距誤 差 流程 圖 級 數(shù)聯(lián) 合 算 法 進(jìn) 行仿 真實 驗，并 對在不 同 環(huán) 境 下兩 種 算 法 的 定 位 精 其 中 迥 藌 D勘曄導(dǎo) 飾恢 米 輳 恕 為 估計 位 置 坐 標(biāo)。圖 非視 距環(huán) 境 下不 同 傳 感 器