哈尔滨工程大学本科生毕业论文
4、根据差分演进算法(DE)的基本原理，研究基于TDOA定位的差分演进算法。该算法也是直接对TDOA定位模型所推导出的似然函数进行操作。将Chan算法的运算结果加入其中，研究Chan-DE算法，使其收敛速度加快。文中在高斯信道环境下对该算法进行仿真，结果表明：Chan-DE算法比Chan算法有更高的定位精度，Chan-DE算法比GA算法有更快的收敛速度。
5、利用免疫算法、退火机制和差分演进算法的演进优势，提出快速全局收敛的免疫差分演进算法，进而结合Chan算法，设计了Chan-IDE算法。该算法首先根据移动台所处小区的半径来确定移动台坐标范围，然后采用似然函数的倒数作为适应值，浮点数编码，用抗体矢量中的各分量代表待定坐标，在确定的坐标范围内进行搜索。实验表明，算法性能稳定，通过合理设置种群规模以及变异率，能找到逼近全局最优点的解，相对于其它算法精度更高。
6
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
第2章 移动台定位的基本方法
2.1 移动台定位的两种方案
目标移动台或者多个已知坐标位置的固定基站发送定位信号，通过对定位信号的测量，获得相应定位参数的估计后，利用适当的处理方法来获得移动台在空间的位置，这就是移动台定位技术的基本原理[3]。
根据进行定位估计位置的不同，可以将移动台的定位方案分为基于网络的定位和基于移动台的定位[4]。 2.1.1 基于网络的定位
通过移动台传来的信号计算出移动台位置的定位称为基于网络的定位，也称为上行链路定位系统。这种定位方案是依据由多个基站同时检测移动台发射的信号，对这些信号进行精确的到达时间(TOA)的测量，并把这些信息送到一个定位服务中心进行处理，以得到移动台的估计位置。基于网络的定位技术包括基于到达时间(TOA)定位技术、基于到达时间差(TDOA)定位技术、基于到达角(AOA)的技术等。 2.1.2 基于移动台的定位
移动台利用来自基站的信号计算出自己的位置的定位称为基于移动台的定位，也称为下行链路定位系统。这种定位方案是移动台根据自己接收到的多个已知位置基站发射信号携带的与移动台位置有关的特征信息来确定其与各基站之间的几何位置关系，再根据算法对移动台自己进行定位估计。基于移动台定位的系统对每个基站的数据库进行维护，把诸如基站位置和相邻频率的分配表等信息传送给移动台，构成一个定位系统。移动台定位技术包括全球定位系统(GPS)、基于到达时间的定位技术(TOA)以及起源蜂窝小区(COO)。
7
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
2.2 移动台定位技术
各种无线电定位系统中，都是通过检测某种信号的特征测量值实现对移动台的定位估计，采用的基本定位方法和技术都是相同或相似的。从几何角度来看，确定目标在二维平面内的位置可以由两条或多条曲线相交得到。为方便叙述，本文后面章节将待定位的目标称为移动台，将参与定位的蜂窝网络基站称为基站。
在蜂窝网络中为移动台提供的地面二维定位服务，通常可供选择的基本定位方法有以下几种。
2.2.1 基于场强测量的定位方法
基于场强测量的定位方法，首先要测量出网络覆盖范围内不同位置上场强的分布，并保存在数据库中，定位时只需要将接收机所测量到的场强与数据库中的数据进行匹配，根据匹配的结果就能确定出移动台的大致位置。这种定位方法对环境的变化很敏感，而且该方法在多径衰落信道条件下的定位精度不高。因此，该方法没有得到广泛的重视和应用。 2.2.2 基于传播时间测量的定位方法
电磁波以恒速(3?108m/s)传播，显然电磁波传播的距离与传播的时间成正比。所以我们只需要测量基站与移动台之间信号的传播时间，就可以得到它们之间的距离。如果基站位置己知，就可以得到移动台的估计位置。基于传播时间测量的定位方法包括TOA(Time Of Arrival)定位、TDOA(Time Difference Of Arrival)位和TOA+TDOA定位。
所谓TOA定位就是测量出两个(或多个)基站与移动台之间的信号传播时间，从而得到两个(或多个)基站到移动台距离的估计值，以基站为圆心，到移动台的距离为半径画圆，多个圆的交点就是移动台的估计位置[4]。当出现多个圆不交于同一点时，可以采用一定的方法消除奇异解而得到一个准确的估计位置。其定位原理如图2.1(1)所示，图中B1、B2、B3代表基站，MS代
8
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
表移动台的位置估计，R1、R2、R3分别表示基站B1、B2、B3到移动台MS的距离估计。
图2.1 各种定位方法原理图
TDOA定位法是通过测量电波从移动台(MS)传播到两个基站(BS)的传播时间差(也可以测量出两个不同基站信号到达移动台的传播时间差)来确定移动台的位置的，由该传播时间差对应的距离差可以得到一条以这两个基站为焦点的双曲线。如果能测量到两组TDOA值，那么便可以得到两条双曲线，这两支双曲线的交点即为移动台的估计位置，其定位原理如图2.1(2)所示。
TOA定位有其局限性：第一，它要求发射机和接收机之间有精确的时间同步；第二，发射信号必须用时间标识加以区分，使接收方能辨别出该信号是何时发出的。这两点都不太容易实现，尤其是很难保证精确的时间同步。相比而言，TDOA测量较好地解决了这些问题。它测量两个基站同时发出的信号到达一个移动台的时间差，因此对时间同步的要求比TOA要低，实现起来更容易，而且精度更高[2]。
9
哈尔滨工程大学本科生毕业论文
2.2.3 基于信号到达角度测量的定位方法
该定位方法的原理如图2.1(3)所示。这里所说的信号到达角度，从原理上讲，既可以是基站信号到达移动台的角度，也可以是移动台信号到达基站的角度。但实际上由于接收机通常需要通过天线阵列来测量信号的到达角度，而天线阵列技术目前还不能集成到手机上，因此通常都是由基站来完成信号到达角度的测量，从而得到一根从接收机到发射机的径向连线。当两个基站均获得了信号到达角度测量值后，便可以获得移动台的估计位置[5]。 2.2.4 混合定位方法
混合定位方法，就是使用上面所述定位方法的组合，而不是单一的使用某种定位方法，比如使用TOA+AOA只需要一个基站即可对移动台进行定位，如图2.1(4)所示。另外，也可以使用TDOA+AOA来进行定位。
除了上面介绍的几种蜂窝网无线定位方法外，还有一种基于Cell-ID的蜂窝无线定位方法。Cell-ID是一种最简单的定位方法，它根据移动台所处的小区ID号来确定用户的位置。小区ID号是网络中已有的信息，移动台在当前小区注册后，在系统的数据库中就会将该移动台与当前的小区ID号对应起来。只要系统能够提供该小区基站的地理位置和小区的覆盖半径，并通过广播消息的形式发送给小区覆盖范围内的所有移动台，这些移动台就能知道自己所处的大致位置，其定位精度取决于小区半径。系统只要查询数据库便可获取移动台的位置。在繁华的商业区，由于无线通信系统采用了微型蜂窝小区结构，一个移动台至少可以处于一个微型蜂窝小区的覆盖之中，定位精度不超过100米；如果移动台处于多个小区交叉覆盖的地方，那么在知道这些小区的中心位置和覆盖半径的情况下，就可以很精确地得到移动台的位置，定位精度可以达到50米甚至更小。所以，在城市商业区，Cell-ID定位完全能够满足精度要求。Cell-ID是目前商业化应用最为广泛的网络定位技术。
10