To estimate the angle of arrivals （AOA） of wideband chirp sources, a new timo-frequency algorithm is proposed. In this method, virtual sensors are constructed based on the fact that the steering vectors of wideband ...To estimate the angle of arrivals （AOA） of wideband chirp sources, a new timo-frequency algorithm is proposed. In this method, virtual sensors are constructed based on the fact that the steering vectors of wideband chirp signals are linear and vary with time. And the randon Wignersville distribution （RWVD） of real sensors and virtual sensors are calculated to yield the new time-invariable steering vectors, furthermore, the noise and cross terms are suppressed. In addition, the multiple chirp signals are selected by their time-frequency points. The cost of computation is lower than the common AOA estimation methods of wideband sources due to nonrequirement of frequency focusing, interpolating and matrix decomposition, including subspace decomposition. Under the lower signal noise ratio （SNR） condition, the proposed method exhibits better precision than the method of frequency focusing （FF）. The proposed method can be further applied to nonuniform linear array （NLA） since it is not confined to the array geometry. Simulation results illustrate the efficacy of the proposed method.展开更多
为了解决传统室内定位技术成本较高、稳定性差以及难于部署等问题,提出一种将到达时间(time of arrival,TOA)与到达角(angle of arrival,AOA)相结合的室内定位系统.该系统由定位基站与被控定位单元组成,其特征在于使用对射式布置的超声...为了解决传统室内定位技术成本较高、稳定性差以及难于部署等问题,提出一种将到达时间(time of arrival,TOA)与到达角(angle of arrival,AOA)相结合的室内定位系统.该系统由定位基站与被控定位单元组成,其特征在于使用对射式布置的超声波传感器获取定位基站与被控定位单元之间的距离特征,利用角度传感器获取被控定位单元相对于定位基站的角度特征,以单基站就实现了精确的室内定位过程.分析了该系统基本结构与原理,建立定位与控制模型,在一定范围内对其定点定位精度与跟随定位精度进行了实验验证.实验结果表明:该系统结构简单,易于安装布置,鲁棒性强,在测试范围内的最大定点定位误差不超过5 cm,跟随定位误差不超过15 cm.展开更多
提出一种基于超宽带(ultra wideband,UWB)信号到达时间估计(time of arrival,TOA)/到达角度估计(angle of arrival,AOA)联合估计的无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)定位方案,只需要一个参考节点就可以实现对其他传感器节...提出一种基于超宽带(ultra wideband,UWB)信号到达时间估计(time of arrival,TOA)/到达角度估计(angle of arrival,AOA)联合估计的无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)定位方案,只需要一个参考节点就可以实现对其他传感器节点的2D相对定位,并且不需要时钟同步,适合于传感器网络节点的低成本设计需求.利用往返时间(round trip time,RTT)进行TOA估计,给出了基于多径检测的TOA估计算法;利用到达时间差估计(time difference of arrival,TDOA)进行AOA估计,因而无需借助复杂的天线波束赋形技术.同时,分析了定位误差模型对定位性能的影响,并通过IEEE802.15.4a信道下的仿真实验进行了验证,结果表明了所提方案的有效性.展开更多
For the joint time difference of arrival（TDOA） and angle of arrival（AOA） location scene,two methods are proposed based on the rectangular coordinates and the polar coordinates,respectively.The problem is solved pe...For the joint time difference of arrival（TDOA） and angle of arrival（AOA） location scene,two methods are proposed based on the rectangular coordinates and the polar coordinates,respectively.The problem is solved perfectly by calculating the target position with the joint TDOA and AOA location.On the condition of rectangular coordinates,first of all,it figures out the radial range between target and reference stations,then calculates the location of the target.In the case of polar coordinates,first of all,it figures out the azimuth between target and reference stations,then figures out the radial range between target and reference stations,finally obtains the location of the target.Simultaneously,simulation analyses show that the theoretical analysis is correct,and the proposed methods also provide the application of the joint TDOA and AOA location algorithm with the theoretical basis.展开更多
为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局...为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10m×10m×3m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。展开更多
针对某些特殊的微小区移动通信环境,比如空旷的广场或者大型购物商厦等,移动台(Mobile station,MS)周围散射体可能很少,甚至于为零,在已有模型基础上建立了一种新的3-D空间模型——空心半球体空间模型。散射体均匀分布在移动台附近空间...针对某些特殊的微小区移动通信环境,比如空旷的广场或者大型购物商厦等,移动台(Mobile station,MS)周围散射体可能很少,甚至于为零,在已有模型基础上建立了一种新的3-D空间模型——空心半球体空间模型。散射体均匀分布在移动台附近空间内,而基站(Base station,BS)的位置在离地面有一定的高度。在水平平面和垂直平面内分别推导出来波信号的到达角度(Angle of arrival,AOA)的概率密度函数表达式,另外也研究了信号到达时间(Time of arrival,TOA)的概率密度函数。估计结果与某些2-D和3-D模型对比,表明本模型的信道参数估计符合以往的理论,对空间统计信道模型的研究和应用提供了有效的支持与拓展。展开更多
准确地估计信号的到达角(Angle Of Arrival,AOA)为实现在室内高精度定位提供了可能,为了能够准确地估计室内多径信号的AOA,并提取出直射路径的AOA信息进行定位,本文提出一种利用信道频率响应信息(Channel Frequency Response,CFR)扩展...准确地估计信号的到达角(Angle Of Arrival,AOA)为实现在室内高精度定位提供了可能,为了能够准确地估计室内多径信号的AOA,并提取出直射路径的AOA信息进行定位,本文提出一种利用信道频率响应信息(Channel Frequency Response,CFR)扩展阵列天线的亚米级室内定位系统.首先,采集CFR信息进行AOA和信号到达时间(Time Of Arrival,TOA)的联合估计;其次,提出了一种基于AOA和TOA二维聚类信息的直射路径识别算法;另外,还提出了可视环境(Line Of Sight,LOS)以及非可视环境(Non Line Of Sight,NLOS)的识别算法,可以准确的判断出当前接收机相对发射机是处于LOS还是NLOS环境;最后,利用现有的三天线Wi-Fi设备在室内进行了测角以及定位测试,实验结果表明本文提出的定位系统在室内LOS和NLOS环境下分别可以达到中值误差为0.8m,1.3m的定位精度,可用于室内高精度定位.展开更多
针对现有的两步加权最小二乘(Two-stage Weighted Least Squares,TSWLS)和约束加权最小二乘(Constrained Weighted Least Squares,CWLS)在TDOA/AOA混合定位中可能产生测量矩阵奇异的情况,提出了一种改进的CWLS算法来消除奇异矩阵求逆运...针对现有的两步加权最小二乘(Two-stage Weighted Least Squares,TSWLS)和约束加权最小二乘(Constrained Weighted Least Squares,CWLS)在TDOA/AOA混合定位中可能产生测量矩阵奇异的情况,提出了一种改进的CWLS算法来消除奇异矩阵求逆运算.其主要思想是在约束条件下,用含有移动台位置坐标的价值函数对移动台坐标和附加变量分别取偏微分,分离出引入的附加变量,使移动台位置坐标与附加变量分别位于线性方程的两边,求解关于附加变量的一元二次方程,因此避免了对奇异矩阵求逆的运算.在零均值的高斯白噪声环境下,且移动台位于或接近监测基站阵列中心时,通过MATLAB仿真验证了改进的CWLS算法比TSWLS和CWLS算法均能取得更高的定位精度,可以达到克拉美-罗下界(CramérRao Lower Bound,CRLB).展开更多
文摘To estimate the angle of arrivals （AOA） of wideband chirp sources, a new timo-frequency algorithm is proposed. In this method, virtual sensors are constructed based on the fact that the steering vectors of wideband chirp signals are linear and vary with time. And the randon Wignersville distribution （RWVD） of real sensors and virtual sensors are calculated to yield the new time-invariable steering vectors, furthermore, the noise and cross terms are suppressed. In addition, the multiple chirp signals are selected by their time-frequency points. The cost of computation is lower than the common AOA estimation methods of wideband sources due to nonrequirement of frequency focusing, interpolating and matrix decomposition, including subspace decomposition. Under the lower signal noise ratio （SNR） condition, the proposed method exhibits better precision than the method of frequency focusing （FF）. The proposed method can be further applied to nonuniform linear array （NLA） since it is not confined to the array geometry. Simulation results illustrate the efficacy of the proposed method.
文摘为了解决传统室内定位技术成本较高、稳定性差以及难于部署等问题,提出一种将到达时间(time of arrival,TOA)与到达角(angle of arrival,AOA)相结合的室内定位系统.该系统由定位基站与被控定位单元组成,其特征在于使用对射式布置的超声波传感器获取定位基站与被控定位单元之间的距离特征,利用角度传感器获取被控定位单元相对于定位基站的角度特征,以单基站就实现了精确的室内定位过程.分析了该系统基本结构与原理,建立定位与控制模型,在一定范围内对其定点定位精度与跟随定位精度进行了实验验证.实验结果表明:该系统结构简单,易于安装布置,鲁棒性强,在测试范围内的最大定点定位误差不超过5 cm,跟随定位误差不超过15 cm.
文摘提出一种基于超宽带(ultra wideband,UWB)信号到达时间估计(time of arrival,TOA)/到达角度估计(angle of arrival,AOA)联合估计的无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)定位方案,只需要一个参考节点就可以实现对其他传感器节点的2D相对定位,并且不需要时钟同步,适合于传感器网络节点的低成本设计需求.利用往返时间(round trip time,RTT)进行TOA估计,给出了基于多径检测的TOA估计算法;利用到达时间差估计(time difference of arrival,TDOA)进行AOA估计,因而无需借助复杂的天线波束赋形技术.同时,分析了定位误差模型对定位性能的影响,并通过IEEE802.15.4a信道下的仿真实验进行了验证,结果表明了所提方案的有效性.
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(6107210761271300)+4 种基金the Shaanxi Industry Surmount Foundation(2012K06-12)the Arm and Equipment Pre-research Foundationthe Fundamental Research Funds for the Central Universities of China(K0551302006K5051202045K50511020024)
文摘For the joint time difference of arrival（TDOA） and angle of arrival（AOA） location scene,two methods are proposed based on the rectangular coordinates and the polar coordinates,respectively.The problem is solved perfectly by calculating the target position with the joint TDOA and AOA location.On the condition of rectangular coordinates,first of all,it figures out the radial range between target and reference stations,then calculates the location of the target.In the case of polar coordinates,first of all,it figures out the azimuth between target and reference stations,then figures out the radial range between target and reference stations,finally obtains the location of the target.Simultaneously,simulation analyses show that the theoretical analysis is correct,and the proposed methods also provide the application of the joint TDOA and AOA location algorithm with the theoretical basis.
文摘为了提高室内三维空间的定位精度,提出了一种基于联合到达时间差与到达角度(time difference of arrival/angle of arrival,TDOA/AOA)信息的混合定位算法。由于构建的目标函数具有非凸性,采用传统定位算法在目标函数求解过程中会出现局部最优解的问题。因此,针对该问题,将目标函数转成二次约束二次规划问题,通过引入半定松弛(semi-definite relaxation,SDR)方法将目标函数转换为二阶锥规划(second order cone programming,SOCP)问题,寻找全局最优解。其次,针对SOCP无法对凸包外的目标进行有效定位的问题,在该算法的基础上引入了惩罚项,使松弛后的约束条件进一步逼近原始约束条件,解决了定位过程中的凸包问题。数值仿真结果表明:在10m×10m×3m的三维定位空间内,选取40×40个测试点,平均定位误差为1.39cm,可实现室内三维空间高精度定位。与传统的混合定位算法相比,均能够获得较高的定位精度。
文摘针对某些特殊的微小区移动通信环境,比如空旷的广场或者大型购物商厦等,移动台(Mobile station,MS)周围散射体可能很少,甚至于为零,在已有模型基础上建立了一种新的3-D空间模型——空心半球体空间模型。散射体均匀分布在移动台附近空间内,而基站(Base station,BS)的位置在离地面有一定的高度。在水平平面和垂直平面内分别推导出来波信号的到达角度(Angle of arrival,AOA)的概率密度函数表达式,另外也研究了信号到达时间(Time of arrival,TOA)的概率密度函数。估计结果与某些2-D和3-D模型对比,表明本模型的信道参数估计符合以往的理论,对空间统计信道模型的研究和应用提供了有效的支持与拓展。
文摘准确地估计信号的到达角(Angle Of Arrival,AOA)为实现在室内高精度定位提供了可能,为了能够准确地估计室内多径信号的AOA,并提取出直射路径的AOA信息进行定位,本文提出一种利用信道频率响应信息(Channel Frequency Response,CFR)扩展阵列天线的亚米级室内定位系统.首先,采集CFR信息进行AOA和信号到达时间(Time Of Arrival,TOA)的联合估计;其次,提出了一种基于AOA和TOA二维聚类信息的直射路径识别算法;另外,还提出了可视环境(Line Of Sight,LOS)以及非可视环境(Non Line Of Sight,NLOS)的识别算法,可以准确的判断出当前接收机相对发射机是处于LOS还是NLOS环境;最后,利用现有的三天线Wi-Fi设备在室内进行了测角以及定位测试,实验结果表明本文提出的定位系统在室内LOS和NLOS环境下分别可以达到中值误差为0.8m,1.3m的定位精度,可用于室内高精度定位.
文摘针对现有的两步加权最小二乘(Two-stage Weighted Least Squares,TSWLS)和约束加权最小二乘(Constrained Weighted Least Squares,CWLS)在TDOA/AOA混合定位中可能产生测量矩阵奇异的情况,提出了一种改进的CWLS算法来消除奇异矩阵求逆运算.其主要思想是在约束条件下,用含有移动台位置坐标的价值函数对移动台坐标和附加变量分别取偏微分,分离出引入的附加变量,使移动台位置坐标与附加变量分别位于线性方程的两边,求解关于附加变量的一元二次方程,因此避免了对奇异矩阵求逆的运算.在零均值的高斯白噪声环境下,且移动台位于或接近监测基站阵列中心时,通过MATLAB仿真验证了改进的CWLS算法比TSWLS和CWLS算法均能取得更高的定位精度,可以达到克拉美-罗下界(CramérRao Lower Bound,CRLB).
