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移动通信网络定位技术与相关算法研究

作　者: 赵平
导　师: 史浩山
学　校: 西北工业大学
专　业: 电路与系统
关键词: 分层同步小波分析相位统计差分天线阵列模糊识别卡尔曼滤波混合定位参数选优坐标变换
分类号: TN929.5
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

自美国联邦通信委员会发布E-911规范以来，移动通信网络定位技术研究一直处于快速发展状态，各种移动定位技术标准与算法相继被提出。由于受到各种无线电环境和系统干扰，以及测量误差影响，目前定位精度与可靠性仍然不够理想。本论文从影响移动定位系统精度与可靠性的多个关键相关环节出发，提出了几个提高定位精度与改善可靠性的定位算法，从侧面消除复杂传输环境所产生的多径、衰落和反射等干扰影响，实现间接抗干扰定位，以补充和完善移动定位技术方案。关于移动定位精度与可靠性的研究是一个非常实用，又具有挑战性的研究课题。所研究的定位技术与算法必须提供更高精度的三维空间位置信息，以及更可靠的定位服务。本论文从技术综合的角度出发，混合定位系统可融合的各种单一定位技术与算法，利用各种已知测量数据或冗余测量信息实现各种误差消除定位算法，因此得到比任何单一定位方法更好的三维空间位置定位精度和可靠性，是一种比较好的移动定位折衷方案。本论文通过对移动定位系统体系结构完整性研究，以及对提高定位精度和可靠性关键技术深入研究，完成的创新性工作如下： 1．通过研究定位系统同步机制，提出了移动定位系统分层协同同步模型与载波相位统计差分同步算法，使得原本分离的同步机制统一协调工作，可在所需要的精度层次上实现系统同步。算法运用多级差分处理，可消除信道传输干扰和测量误差，提高网络定位算法精度和可靠性。仿真结果表明，系统分层协同同步模型算法可显著消除基站系统同步误差和通道测量参数误差，根据定位精度需要选取所需系统同步精度。 2．提出了天线阵列差分三维定位算法，将天线阵列差分定位算法简化为线性平面定位方程组，抵消信号信道传输干扰，减少移动定位对基站分布的数量需求，提高系统定位精度、可靠性和冗余度。仿真结果表明，天线阵列差分定位算法可减少参与定位的基站个数，实现单个基站天线阵列定位或网络多基站天线阵列差分定位，可显著提高网络传输效率和系统定位计算速度，提高定位可靠性，且算法简便易行。 3．针对移动通信系统定位信号受干扰不稳定、数据参数模糊与变化范围较大特点，给出了定位信号分层分类模糊识别模式和混合定位算法模型。算法采用抗干扰识别处理，根据通道模糊信号特点选择小波分析与卡尔曼滤波实现分类分层识别，建立定位模糊信

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
论文缩略语表  10-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景与意义  12-13
  1.2 移动定位技术研究现状  13-17
    1.2.1 移动定位技术方案的分类与选择  13-15
    1.2.2 移动定位技术研究发展现状  15-17
  1.3 本论文的研究思路与结构  17-19
  1.4 参考文献  19-22
第二章系统相对分层同步误差消除定位算法  22-40
  2.1 定位系统同步  22-25
    2.1.1 同步的分类  22-24
    2.1.2 定位信息同步分类  24-25
    2.1.3 影响网络定位信息同步的因素  25
  2.2 定位信息同步模型  25-29
    2.2.1 时间轴同步模型  25-27
    2.2.2 层次同步模型  27-28
    2.2.3 参考点同步模型  28-29
  2.3 系统相对分层同步误差消除定位算法  29-36
    2.3.1 基于网络的差分定位算法与系统时间同步的关系  29-30
    2.3.2 定位信号相对分层同步参考模型  30-32
    2.3.3 系统时间轴与信号精确到达时间对应关系  32-33
    2.3.4 载波相位差分处理与数据位时间戳处理  33-35
    2.3.5 建立定位算法模型与特点分析  35-36
  2.4 本章小结  36-37
  2.5 参考文献  37-40
第三章基站天线阵列载波相位差分定位算法  40-60
  3.1 通道定位信号处理模型  40-48
    3.1.1 小波变换信号处理模型  40-46
      3.1.1.1 连续小波变换  41-42
      3.1.1.2 离散小波变换  42
      3.1.1.3 小波变换滤波  42-44
      3.1.1.4 小波变换多尺度边缘检测  44
      3.1.1.5 多分辨率分解与小波包分析  44-46
    3.1.2 天线阵列矩阵信号处理模型  46-48
  3.2 天线阵列小波分析相位差分信号处理  48-53
    3.2.1 小波分析定位信号处理  48
    3.2.2 载波相位差分精确处理  48-53
      3.2.2.1 小波变换和相关检测  50-51
      3.2.2.2 仿真处理与精度分析  51-53
  3.3 天线阵列差分定位算法  53-57
    3.3.1 基站天线阵列差分算法  53-55
    3.3.2 算法结构模型与仿真处理  55-57
    3.3.3 算法特点分析  57
  3.4 本章小结  57-58
  3.5 参考文献  58-60
第四章基于信号分层模糊识别的混合定位算法  60-80
  4.1 信号噪声和系统误差  60-65
    4.1.1 信号处理中各种噪声特性及其定义  60-62
      4.1.1.1 噪声特性  61
      4.1.1.2 常见的噪声  61-62
    4.1.2 定位系统误差  62-63
    4.1.3 系统干扰因素  63-65
      4.1.3.1 无线通道干扰  64
      4.1.3.2 网络传输干扰  64-65
  4.2 基于模糊信号识别的组合定位  65-71
    4.2.1 定位信号模糊识别模式  65-68
    4.2.2 定位模糊信号分层分析与特征提取  68-69
    4.2.3 数据融合组合定位结构  69-71
  4.3 天线阵列AOA/TOA/TDOA混合定位误差消除算法  71-76
    4.3.1 天线阵列误差消除混合定位算法  71-73
    4.3.2 混合定位仿真结果与误差分析  73-76
  4.4 本章小结  76-77
  4.5 参考文献  77-80
第五章系统资源共享与参数选优误差消除定位算法  80-102
  5.1 移动通信网络定位系统体系结构  80-82
    5.1.1 移动通信系统关键技术与发展趋势  81-82
    5.1.2 移动通信系统网络体系结构  82
  5.2 定位系统的互连结构  82-88
    5.2.1 IEEE802局域网通信协议族标准  83-84
    5.2.2 基站网络硬件系统结构  84-85
    5.2.3 网络连接并行处理结构  85
    5.2.4 数据桥  85-86
    5.2.5 远程服务代理  86
    5.2.6 移动定位信息资源共享安全模型  86-88
      5.2.6.1 安全模型性质和作用  87-88
      5.2.6.2 安全访问模型  88
  5.3 网络基站组合卡尔曼滤波定位算法  88-95
    5.3.1 卡尔曼滤波  89-90
    5.3.2 通道组合卡尔曼滤波仿真处理  90-92
    5.3.3 载波相位统计差分处理  92-93
    5.3.4 网络基站组合卡尔曼滤波  93-95
  5.4 参数选优误差消除定位算法  95-99
    5.4.1 多基站定位与天线阵列定位混合定位  95-98
    5.4.2 混合定位误差消除算法仿真结果分析  98-99
  5.5 本章小结  99-100
  5.6 参考文献  100-102
第六章用户坐标体系与天线阵列坐标体系变换定位算法  102-118
  6.1 提高系统定位精度的区域坐标体系变换算法  102-110
    6.1.1 坐标体系变换中常用到的一些参数及变量  102-103
    6.1.2 定位系统坐标系  103-106
    6.1.3 建立用户区域定位坐标系  106-108
    6.1.4 提高定位精度的区域坐标变换算法  108-110
  6.2 移动通信节点天线阵列坐标变换定位算法  110-115
    6.2.1 定位空间不同基的过渡变换  110-112
    6.2.2 阵列天线姿态定位  112-113
    6.2.3 阵列坐标变换定位算法仿真与结果分析  113-115
  6.3 本章小结  115-116
  6.4 参考文献  116-118
第七章总结与展望  118-122
  7.1 总结  118-119
  7.2 展望  119-120
  7.3 参考文献  120-122
致谢  122-124
攻读博士学位期间发表的文章和所做工作  124-127

移动通信网络定位技术与相关算法研究

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