改进粒子群优化算法在TDOA定位中的应用.pdf

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1、2013年第32卷第4期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)145改进粒子群优化算法在TDOA定位中的应用翟彦蓉，黄欢，张申，马秀萍，刘伟，游春霞(中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心。江苏徐州221008)摘要：针对TDOA定位估计中的非线性最优化问题，提出了一种基于改进粒子群优化的TDOA定位算法。该算法在自适应粒子群优化算法的基础上，引入禁忌搜索策略，有效地解决了粒子群优化算法容易陷入局部最优的问题，使算法快速收敛到全局最优解。仿真结果表明：该算法性能稳定，定位

2、精度高。关键词：到达时间差；非线性优化；禁忌搜索；粒子群优化算法；自适应中图分类号：TP312文献标识码：A文章编号：1000-9787(2013)04-0145-04ApplicationofimprovedparticleswarmoptimizationalgorithminTDOApositioningZHAIYan—rong，HUANGHuan，ZHANGShen，MAXiu—ping，LIUWei，YOUChun—xia(InternetofThings(SensorMine)ResearchCenter，Xu

3、zhou221008，China)Abstract：Anewtime—differenceofarrival(TDOA)positioningalgorithmbasedonimprovedparticleswarmoptimization(PSO)isproposedfornonlinearoptimizationofTDOApositioningestimation．ThealgorithmusestabusearchstrategybasedonadaptivePSOalgorithm，effectivelyreso

4、lvestheproblemthatPSOalgorithmeasytofallintolocaloptimumandtheproposedalgorithmconvergestoglobaloptimumfastly．Simulationresultsverifythatthealgorithmperformsstablywithhighpositioningprecision．Keywords：time—differenceofarrival(TDOA)；nonlinearoptimization；tabusearch

5、(TS)；particleswarmoptimization(PSO)algorithm；adaptive0引言搜索方法，非常适用于TDOA方程组求解这种非线性、多峰移动目标的定位在安全、生产和生活中都具有非常重值的复杂优化问题，收敛性能较好。虽然粒子群算法容易要的作用，相关技术的研究是当前多个领域的热点之一。陷入局部最优，但是可以利用禁忌搜索(tabusearch，TS)算到达时间差(time-differenceofarrival，TDOA)作为一种非常法较强的“爬山”能力和记忆能力来克服。本文分析了有前景的定位技术，

6、通过检测信号到达2个基站的时间差TDOA定位问题中的非线性函数优化问题的基础上，利用来确定移动台的位置，已经广泛用于蜂窝移动网络”。禁忌搜索算法与自适应粒子群算法进行联合优化，提出了但是，现有的TDOA通常需要通过求解非线性的双曲线方一种自适应的TDOA求解方法。仿真表明：其性能有较大程组，计算量大、时间长。为此，许多学者提出了相应的改提升。进算法，比如：Fang，SX，SI，Taylor级数展开法和Chan算1定位模型法J。不过这些算法不能利用冗余测量数据提高测量精为了叙述简便，本文仅考虑二维平面情况，但文中的算度，难以

7、求得最优解，同时对初始解要求较高，最优解在测法很容易推广到三维情况。假设有(M>3)个基站分布量噪声较大的情况下性能恶化比较严重。此外，上述定位在同一平面上，基站i的坐标为(，Y)，移动台坐标为(，算法一般都假设TDOA的测量误差服从高斯分布，并且可Y)。设基站i到移动台的距离为，移动台到基站i(i≠1)以得到似然函数的解析表达式，从而可以利用最大似然法和基站l之间的距离差为．．，根据基站和移动台之间的关求解。系可以得到粒子群优化(particleswarmoptimization，PSO)算法是一种模拟生物在自然界的遗传

8、与进化而形成的一种随机r=ct=一r1+cn“(i=2，3，⋯，-1)．(1)收稿日期：2013-02--01146传感器与微系统第32卷其中～t(i=2，3，⋯，一1)为到达时间差测量值，c为r=扎d+c1r1(p一t)+c2r2(pt一td){。，(6)无线电波传播速度。可以认为．(2，3，⋯，-1