tdoa定位技术的基本原理和算法

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1、万方数据2007年1月第12卷第1期西安邮电学院学报Jan．2007JOI瓜NAl，OFXI’ANUNIVERSITYOFPOSTANDTELECo^皿仉INICATl0NSVd．12No．1TDOA定位技术的基本原理和算法郭华(西安邮电学院电子与信．gx_希／系，陕西西安710121)摘要：重点研究基于时间测量值的蜂窝无线定位算法。在分析现有无线定位技术和定位算法的基础上，本文选择了以到达时间差(TDOA)定位算法为研究重点。首先，介绍了两种比较典型的TDOA定位算法：CHAN算法和Taylor级数展开法。并在多种信道环境下对这两种基本定位算法进行了仿真比较。为了详细评

2、价这两种算法的定位性能，本文在理想的信道环境和典型的实际信道模型(00ST259和T1P1)下，研究了多种对算法定位性具有影响作用的参数，其中包括：蜂窝小区大小、参与定位基站的个数、测量设备的误差、信道中的NL()S误差等。关键词：到达时间；到达时间差；到达角度；非视距误差中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1007—3264(2007)01—0019—06引言在无线通信中，通信信道的影响是在通信系统实施时主要考虑的因素。所以，建立完备的和合适的信道模型，对通信系统的设计具有非常重要的意义。现有的移动台定位方法，绝大多数都需要对多个基站和移动台之间传播的定位信号进

3、行测量，并利用得到的定位测量参数来计算目标移动台的位置。本章将介绍几种适合于移动台定位的信道模型，并将给出几种定位误差表示的方法及其优势和局限性，为后面的定位仿真和算法的改进奠定基础。在此基础上对11)C)A的两种典型的定位算法CHAN算法和Taylor算法进行仿真和比较。1T1P1无线定位信道模型与链路仿真1．1T1P1(CO研眩59)信道模型T1P1模型由Ericsson的一个移动台定位技术研究小组提出，是一种常用于仿真评估基于时间定位技术的信道模型，也称为COST259模型。T1P1模型中的每一种信道环境包括一定数量的散射体，每个散射体由平均功率@、超量时延Tb；、

4、平均到达角度ai和Nakagami—m参数表征。每个散射体由大量的子波组成，每个子波延时相同，但到达角度不同，因此可以仿真每个散射体的衰落情况。每个散射体子波到达的角度服从高斯分布。不同信道环境的具体参数如表1所示。表1T1P1信道模型参数环境散射体个数延时ri相对功率Pi平均延时扩展：平均超量延时Naka【agamim参数闹市1U200t-Ir。{0．5—1．5}×exp(一6r／r一)1：11市区A1U200Ur。{0．5—1．5}×exp(一6r／r。。。)1：1l与市区A类似，但应随相对功率调市区B1U20延时：r7=r(-十恚)1．5：1l104．315郊区2：

5、11U60I-1r。0．1～0．41～5乡村同郊区收稿日期：2006—04—06作者简介：郭华(1978一)，男，甘肃兰州人，西安邮电学院电子与信息工程系硕士研究生。万方数据·20·西安邮电学院学报2007年1月1．2延时扩展Greenstein模型T1P1模型中的延时扩展根据Greenstein模型(一种基于实际测量值的模型)来产生即：l'max=T1d◇(1)其中l'rrmx是均方根延时扩展，T1是在d=lkm处延时扩展的中值，e取值在0．5到1之间，Y是一个标准差为民的对数正态分布随机变量。不同信道环境下的参数如表2所示。表2不同环境的Greenstein模型参数环

6、境111e6，经修改的信道模型闹市区1．00．54dB(Z)DIT修正市区一般市区0．40．54dBCODIT修正市区郊区0．30．54dBCADDIT郊区远郊0．10．54dBCODIT郊区山区1．04dBCODIT远郊基站AOA测量值基于本地散射圆模型，如图1BS图1MS—BS本地散射模型所示。图中口为测得的电波入射角，卢为视距传播入射角，口为角度误差，d；为移动台MS到基站B&的距离。该模型中，假定散射物位于环绕MS的半径为rH的圆上，KH为一对应于ct的随机变量，其中，c为r[(z1一zo)]／R1一[(z2一zG：：卜(¨训]／R-_[(矿zL[(z1一zo)]

7、／R1一[(zM—z／R2]／R3]／RM]式中Rf为初始位置(zo，Yo)与各基站位置(毛，Y￡)之间的距离，i=1，2，⋯M。矩阵Q为TDOA协方差矩阵，垂对角线元素之和定义了定位估计器MSE的理论下界。在实际应用中Q可能是未知的，但如果在所有接收机中噪声功率谱密度相似，可将Q的对电波传播速度，t为NLOS造成的移动台MS到基站BSi的超量时延，由信道引起的AOA误差可以看成是服从均值为零，标准差为：C't'i∞2石2准率评价指标(2)为了正确评价各种定位算法在实际蜂窝网络环境中的定位性能，需要首先确定评价定位准确率的指标