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1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252015V01．36No．3979．986ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2014．0317基于最大似然估計(jì)的TDOA／FDoA無(wú)源定位偏差補(bǔ)償算法周成，黃高明*，單鴻昌，高俊海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，武漢430033摘要：在到達(dá)時(shí)差／到達(dá)頻差(TDOA／FDOA)無(wú)源定
2、位系統(tǒng)中，定位問(wèn)題的非線(xiàn)性使得定位的結(jié)果存在偏差，特別是在噪聲較大或者接收站布站不合理的情況下，定位的偏差尤其顯著。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了一種基于最大似然估計(jì)的偏差補(bǔ)償算法。該方法分為3步：首先，利用最大似然估計(jì)器對(duì)目標(biāo)的位置和速度進(jìn)行求解；其次，通過(guò)利用目標(biāo)定位的估計(jì)值和含噪的測(cè)量值，對(duì)目標(biāo)的位置和速度偏差值進(jìn)行理論分析和推導(dǎo)；最后，將最大似然估計(jì)解減去理論偏差值，得到經(jīng)過(guò)偏差補(bǔ)償?shù)男碌哪繕?biāo)定位解。理論分析和實(shí)驗(yàn)仿真證明，在一定噪聲的情況下，所推導(dǎo)的目標(biāo)位置和速度的理論偏差值與實(shí)際偏差值相符，并
3、且經(jīng)過(guò)偏差補(bǔ)償后的定位算法，在保持目標(biāo)定位的均方根誤差(RMSE)與原最大似然算法一致的情況下，Ifl標(biāo)的位置和速度偏差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原最大似然算法的偏差值，目標(biāo)定位精度得到了有效的提高。關(guān)鍵詞：無(wú)源定位；偏差補(bǔ)償；最大似然估計(jì)；到達(dá)時(shí)差；到達(dá)頻差中圖分類(lèi)號(hào)：V247；TN97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2015)03—0979—08無(wú)源定位技術(shù)是接收站本身不發(fā)射信號(hào)，而是通過(guò)被動(dòng)接收目標(biāo)發(fā)射或者反射的信號(hào)完成定位的一種技術(shù)，它被廣泛應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)[1。2]、無(wú)線(xiàn)通信‘3?！?、麥克
4、風(fēng)陣列睜63和聲納‘7刮等領(lǐng)域。無(wú)源定位技術(shù)按照測(cè)量參數(shù)的不同，可以分為到達(dá)角度(AngleofArrival，AOA)、到達(dá)時(shí)間(TimeofArrival，TOA)、到達(dá)時(shí)差(TimeDifferencesofArrival，TDOA)、到達(dá)頻差(Fre—quencyDifferencesofArrival，F(xiàn)DOA)、接收信號(hào)強(qiáng)度(ReceivedSignalStrength，RSS)以及上述參數(shù)相互組合的無(wú)源定位技術(shù)體制[9]。其中，隨著信息網(wǎng)絡(luò)支撐條件的不斷完善，TDOA／FDOA聯(lián)合
5、無(wú)源定位技術(shù)得到了迅速發(fā)展，通過(guò)估計(jì)目標(biāo)到多個(gè)接收站之間的TDOA和FDOA，多站協(xié)同得到目標(biāo)的位置和速度，與其他定位體制相比，具有全面、實(shí)時(shí)性好和定位精度高的優(yōu)勢(shì)，特別適合多站協(xié)同對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)快速精確定位‘10
6、。在TDOA／FDOA無(wú)源定位系統(tǒng)中，由于定位問(wèn)題的非線(xiàn)性使得定位的結(jié)果存在偏差[11
7、。因此，為了衡量一個(gè)目標(biāo)位置和速度估計(jì)器的性能需要聯(lián)合考慮目標(biāo)位置和速度估計(jì)的方差和偏差這2個(gè)指標(biāo)。當(dāng)噪聲較小或者接收站布站合理時(shí)，目標(biāo)位置和速度的估計(jì)偏差影響不明顯，可以忽略，但是當(dāng)噪聲較大或者接收
8、站布站不合理時(shí)，估計(jì)偏差的影響將變得極其顯著n2
9、。特別地，隨著超寬帶技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)目標(biāo)的TDOA和FDOA值進(jìn)行多次的測(cè)收稿日期：2014一09．09；退修日期：2014-10．23；錄用日期：2014-11-19；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2014-12—0216：35網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／10．7527／S1000·68932014．0317html基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(60901069)；國(guó)家“863”計(jì)劃(2013AAXXXX
10、061)*通訊作者Tel．：027—65461241E-mail：hgaom—paper@163．com鐘用棒武IZhouc，HuangGM。ShahHC，eta1．BiascompensationalgorithmbasedOnmaximumlikelihoodestimationforpassiveIocaliza—tionusingTDOAandFDOAmeasurements[J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015，36(3)：979-98
11、6．屬成，黃高明，單鴻昌。等?；鵩最大似然估計(jì)的TDOA／FDOA無(wú)源定位偏差補(bǔ)償算法￡Jj．航空學(xué)報(bào)，2015，36(3)：979-986．980航空學(xué)報(bào)Mar．252015V01．36No．3量，然后通過(guò)多次測(cè)量數(shù)據(jù)融合的方法來(lái)提高目標(biāo)定位的精度口引。但是，該方法只能有效降低目標(biāo)估計(jì)的方差值，目標(biāo)估計(jì)的偏差不隨測(cè)量的次數(shù)增加而降低口卜”]。在目標(biāo)跟蹤的應(yīng)用環(huán)境下，通過(guò)把各個(gè)獨(dú)立時(shí)刻的測(cè)量結(jié)果有機(jī)結(jié)合，形成目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，而定位偏差的存在，會(huì)極大地影響目標(biāo)跟蹤的效果[14
12、。因此，如何去除目標(biāo)
