基于虛擬時延的TDOA定位算法

陳劍軍

摘 要：近來無線終端定位逐漸成為人們關注的熱點。在諸多TDOA算法中，對NLOS環境下測量數據的定位精度不高，而區分LOS、NLOS環境是困難的。本文在對此不作區分的情況下，提出虛擬延時的概念，通過對虛擬延時因子的迭代，解決了定位方程組的欠定問題，從而可用最小二乘法估算出終端的位置參數。實驗表明：對終端的定位精度在平面上較高，而在高度上的精度略低，有待進一步分析解決。

關鍵詞：虛擬延時 延時因子 迭代 TDOA 無線定位

中圖分類號：E911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0209-02

基于到達時間差（（TDOA）的定位方法是無線定位技術的重要方法。基于TDOA的定位算法中較經典的有：Y.T.Chan提出的LOS環境下最大似然（ML）估計算法[1]以及W.H.Foy提出的泰勒級數展開算法[2]。Chan算法計算量小且在噪聲服從高斯分布時有很高的定位精度，級數展開算法無需TDOA測量值誤差的先驗信息且能在適當的TDOA噪聲水平上提供較準確的定位估計。遺憾的是：這些算法都沒有考慮影響無線定位精度的關鍵因素——非視距（NLOS）環境。對非視距環境下的TDOA測量值，上述算法的性能顯著下降。困難的是：難以判斷TDOA測量值是在LOS環境所得還是NLOS環境下所得。

本文假設各個基站之間時間嚴格同步，將某終端因種種因素導致的延時合并、虛擬為各基站與該終端的延時，提出一種無需區分LOS、NLOS環境的TDOA算法。實驗數據表明：該算法能獲得比較理想的定位精度。

1 基于虛擬時延的TDOA模型及算法

2 算法驗證

采用2016年全國研究生數學競賽的數據樣本（5組）進行算法驗證。這些數據包括TDOA的測量值以及終端的真實位置數據。可以較好地檢驗算法。

計算得到的終端位置與所給數據作差，統計得到結果如表1。

結果表明：對諸多終端的定位，在x，y方向上的誤差及方差均較小，而在高度Z方向上的誤差略大且呈現系統性，但方差較小。

3 結語

本文提出一種基于虛擬時延的TDOA定位算法：通過對虛擬延時因子的迭代計算，解決了定位方程組的欠定問題，從而可用最小二乘法估算出終端的位置參數。實驗結果表明：對終端的定位精度在（x，y）平面上較高，而在高度上的精度略低，有待進一步分析解決。

參考文獻

[1] Chan Y T，Ho K C.A simple and efficient estimator for hyperbolic location[J].IEEE Trans. Signal Processing，1994，42（8）：1905-1919.

[2] Foy W H.Position -location Solution by Taylor-series Estimation[J].IEEE Trans. AES，1976：234-244.endprint