（通信与信息系统专业论文）无线网络自主定位性能的优化研究.pdf

摘要随着3 g 、3 5 g ( w h a x ) 、4 g ( l 1 飞，l o n gt i m ee v a l u a t i o n ) 的发展，无线网络提供了更加丰富的业务。其中，无线网络定位业务r e l 懿sn 嘶伙p o s i t i o l l i n gs e n ，i c e s ) 被运营商看好。由于许多无线网络定位技术缺乏系统性、自主工作能力和自适应性，导致无线网络定位系统实施复杂、成本高、精度低，很难普及。无线网络定位产品也很难与g p s 定位产品竞争。本文针对这些问题，提出了无线网络自主定位概念及其性能的优化策略。自主定位是自主完成信号的搜集、预处理、定位运算、结果输出等任务，在定位过程中较少占用其他网络设备资源。无线网络自主定位的性能主要包括定位准确性和实时性。为了提高定位精度，本文在定位过程前期，增加了原始数据处理，分析定位环境的非线性特征，动态地提取信道噪声；在位置几何方程描述中，根据误差对线性位置估计方程进行了非线性校正；在定位过程中，系统的提高定位过程的自适应性能力，包括用卡尔曼( k a l m a l l ) 滤波方法提取定位噪声，用概率密度方法( p d f ) 判断非视距传输( n l o s ) 并给予误差补偿，用最小二乘法( l s ) 从冗余位置方程中运算出移动台位置，并采用二次处理的方法优化结果。通过这些方法，可以提高定位的准确性能。为了保证定位的实时性能，在相关( c o 玎e l a t i o n ) 延时估计中采用动态分组相关运算和最优家族遗传算法( o f g a ) ，保证延时估计准确性的基础上增加定位运算的速度。本文模块化地设计了无线网络自主定位系统的软硬件系统。分别描述了在移动台、基站、核心网中实施定位的流程。介绍了运算、控制、通信等硬件模块并给出部分硬件原理图。同时说明了软件的运算功能、操作系统、接口及高层应用模块并给出部分架构图和源代码。无线网络自主定位采用优化的定位算法，具有系统性的自适应能力，能保障无线定位的实时性能和准确性能。同时自主定位适合模块化的软硬件设计，容易降低成本，便于后期改进和片上实现，并能灵活地安装在无线网络的移动端、基站、核心网中。这些优点可以促进无线网络定位的普及和有关定位产品的发展，打破g p s 产品对定位市场的垄断。关键词：无线网络，自主定位，定位噪声，非线性位置几何校正，自适应误差补偿i i ia b s t r a c tf o l l o w i n gt l l ep r 0 黟e s so f3 g 、3 5 g ( w i m 砷、4 g ( l t e ，l o n gt i m ee v a l u a t i o n ) ，w i r e l e s sn e 咖r ks u p p l yv a r i o u ss e r v i c e w i r e l e s sn e t 、o r kp o s i t i o i l i 】n gs e r v i c e sa t 圩蜀l c tm u c ha t t t i o n 舶ms e r v i c es u p p l i 既b u t ，m o s to fw i i e l e s sn e t 、) l ，o r kp o s i t i o n i i l gt e c h i q u ei s1 a c ko fs y s t 锄a t i c ，a u t o n o m o u s ，a i l da d 印t a b i l i 够i ti sd i m c u l tt oi m p l e m 朗ta 1 1 dp o p u l a rf o rw i r e l 韶sn 酏1 ) l r o r kp o s i t i o i l i n gb e c a u s eo fc o m p l e x i t e ，c o s t ，e 玎0 r i ti si m p o s s i b l et 0c o m p e t ew i n lg p sp o s i t i o n i n g s o ，t h i sm e s i sp u tf o 刑a r d 诵r e l e s sn e t 、) l r o r ka u t o n o m o u sp o s i t i o i l i n ga n ds e v e r a lo p t i m i z i n gs 仃a t e 西e s w i r e l e s sn e t w o r ka u t o n o m o u sp o s i t i o i l i n gn o to i l l y 础f i nw h o l ew o r ko f1 0 c a t i o n ，i n d u d i n go r i 酉n a ld a t ap r e t r e a 衄i l e n t ，p o s i t i o n i n gr c s u l t s ，p o s i t i o no p t i m i z i n g ，b u ta l s og a v e1 i t t l eb u 】m e l lt oo t l l e re q u i p m e i l ti nt l l en e 哪o r k 7 n l ep e r f o n n a i l c ei nw i r e l e s sn e t w o r k 蝴o m o u sp o s i t i o i l i n gm a i n l yi n c l u d ep o s t i o n i n gp r e c i s i o na n dt i m i n g t 0p r o g r e s sp o s t i o n i n gp r e c i s i o n ，t h em e s i sa 1 1 a 1 ) ，z et h en o n l i n e a rf e a t l l r eo fp o s i t i o n i n ge r i r o n m e i l t ，t h e ns u g g e s tp r e t r e a t i n go r i 西n a li l a t at 0a _ b s t r a c tp a r 锄e t e ro fn o i s ei i lm ec o m m u m c a t i o nc h 咖e l ，a 由u s t i n gl i n e a rp o s i t i o n i n ge s t i m a t i o ne q u a t i o nw i man o n l i e a rp a r 锄e t e r d l l r i n gi m p l e i i l e n t i n g ，t l l et h e s i sd e v e l o p e da d 印t b i l i t yo fp o s i t i o n i n gp r o c e s si nm a i l yf i l e d ，i i l d u d i n gu s i n gk a l m 锄f i l t e rt oa d j u s tp a r 锄e t e ro fc o m m u n i c a t i o n ，u s i n gp r o b a b i l i t ) ，d e n s i t y劬c t i o n ( p d f ) t oj u d g em ee x i s to fn o n l i 曲to fs i 曲t ( n l o s ) a n d 酉v eac 伽p e n s a t e ；u s i n gl e a s ts q u a r e s ( l s ) 6 9 u r eo u tt h em o b i l ep o s i t i o nf l r o mr e d u n d a n te q u a t i o no fd i s t a n c e ；r 印e a t i n gae s t i m a t i o np r o c e s s m e s e 叩p r o a c hi m p r o v e dm ep r e c i s i o no fp o s i t i o ne s t i m a t i o n 7 r 0r e a c ht h et i m i n ga i m ，d i v i d em ec o r r e l a t i o nv a r i a b l et os o m eg r o u pf o ras h o r t e rt i m ec o s tw l l i l ek e 印s o m ep r c c i s i o no fe s t i m a t i o na n df 瓠ts o u g h tt h ep e e ko fv a l u eo fc o r r e l a t i o ne q u a t i o nw i mo p t i m u mf a m i l yg e n e t i ca l g o r i m m ( o f g a ) 。w i r c l e s sn e t w o r ka u t o n o m o u sp o s i t i o n i n gs y s t m e sh 加a r ea i l ds o f t w a r es t m c t u r ei sc o n s i s to fs o m em o d u l e s ，m a l ( i n gf o rc o n v e n i e l l c eo fa d j u s t m e i l ta f t e n i m e ；t h em e s i si r 岫d u c e dm ei m p l 锄e n tn o wo nm o b i l es t a t i o n ，b 2 u s es t a t i o n 肌dc o r en e t t h em e s i se x p l a i n e dm em o d u l e sa b o u ta l g o r i t h i n ，c o n t r 0 1 ，c o m m u n i c a t i o n ，r a d i o ，w h i l es e t t i n go u ts o m eh a r d w a r es c h e m a t i c ，a ts 锄et i m e ，s h o wt h e 如c t i o nm o d u l e sa b o u ta l g o r i t l l i i l ，0 p e r a t i n gs y s e i i l ，i n t e r f 抽c e ，a i l dh i 曲- l e v e l 印p l i c a t i o na i l di l l 啪i n a t i n gs e v e r a l 丘锄eb l o c ka n dr e s o u r c ec o d e w i r e l e s sn e t 、r ka u t o n o m o u sp o s i t i o n i n gi n c r e a s em es y s t e m a t i ca d a p t a b i l i 哆7 i l l em o d u l es t m c t eo fh a r d w a r ea 1 1 ds o r w a r ei si nf a v o ro fs h o n i n gc a s t ，i n l p r 0 v i n gi vp r a c i s i o n ，t i m i n g ，r e l i a b i l 时姐dc o n v e i l i e i i 缸n c i l tf o ri n s t a l l i n go nm o b i l es t a t i o n ，b 嬲es t a t i o n ，o rc o r e1 1 e ti i lt h ew i r e l e s sn e t w o r k 趾l l i sw i l la c c e l e r a t em ew i r e l e s sn e t 、) i ，o r kp o s i t i o nb 咖gu s e db r o a d l ya n dd e v c l o p m e i l to fp o s i t i o n i n g 出p ，a n dw i l lb 血gu pas 仃o n gc o m p e t i t o ro f g p sl o c a t i o ni i lt h e 如t u r c w i r e l e s sn e 铆。血a u t o n o m o u sp o s i t i o i l i n 岛p o s i t i o l l i n gn o i s e ，n o n l i n e a rp o s i t i o i l i n gg e o m e 臼了r e c t i 助n g ，a d 印t a b i l i t ye n o rc o m p e i l s a t i n gv学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：学位论文使用授权声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者繇幽手日期：塑：f ：导师签日期：第一章绪论1 1 无线网络定位的现状2 0 0 8 年4 月，北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛等八个“奥运城市”启动了第三代移动通信( m e eg 饥耐i o n ，3 g ) 。2 0 0 7 年，上海贝尔阿尔卡特、华为、中兴等公司开始建立u e ( l o n gt i m ee v a l u a t i o n ，4 g ) 研发队伍，而且这些公司的w i m a x ( w b 订di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm i c r o w a v ea c c e s s ，3 5 g ) 技术也逐渐走向成熟。随着无线网络迅速发展，无线网络用户有了更加丰富的业务需求，其中需求热点之一是无线定位。运营商预计，无线定位将会是除语音业务外的第二大增殖业务。国内研究无线定位的院校有国防科技大学、电子科技大学、北京邮电大学等；国外有美国c i n c i r u l a t i ( 辛辛那提) 大学等；此外，业界有n o k i a 、e 玎i c s s o n 、上海贝尔阿尔卡特、中兴、华为等公司 1 】- 3 】。目前，商用的定位产品有高通公司的g p s o n e 。g p s o n e 集成了g p s 定位和c d m a 网络定位技术，无论在室内还是室外都能提供高精度的位置信息。其特点有：( 1 ) 定位精度高：大部分情况下室外定位精度可达5 5 0 米；( 2 ) 定位灵敏度高：在有c d m a 信号覆盖的地方均可定位；( 3 ) 终端成本低( 高度集成，大批量) 、耗电少、尺寸小( 与正常手机一样)1 2 无线网络自主定位研究的意义自主定位是自主完成信号的搜集、预处理、定位运算、结果输出等任务，在定位过程中较少占用其他网络设备资源。无线网络自主定位采用优化的定位算法，具有系统性的自适应能力，能保障无线定位的实时性能和准确性能。同时自主定位适合模块化的软硬件设计，容易降低成本，便于后期改进和片上实现，并能灵活地安装在无线网络的移动端、基站、核心网中。这些优点可以促进无线网络定位的普及和有关定位产品的发展，打破g p s 产品对定位市场的垄断。还能为无线网络用户提供性能可靠的多样定位服务，为国防安全，民政抗灾，人生财产提供更安全可靠的保护。1 3 本文研究的目标和内容安排本论文针对无线网络定位技术缺乏系统性和自主操作性的问题，提出了无线网络自主定位。自主定位要采用优化的定位算法，提高定位运算速度，改善实时性能。自主定位系统的提高了白适应能力，提高定位准确度，改善精度性能。自主定位的模块化实现便于后期改进、片上实现、降低成本、灵活安装等。本论文的结构如下：第一章绪论了无线定位的现状、意义和研究目的；第二章叙述了基于小区识别码、t o a 仃d 0 ，a o a 等定位方法；定位技术中常用的相关算法、卡尔曼滤波、最小二乘法、以及用于极值搜索的遗传算法；还介绍了主要的干扰问题。第三章提出了无线网络自主定位；并对延时估计、位置运算做出改进，提高定位运算速度，改善定位实时性能第四章分别从原始数据滤波，延时估计、位置运算方面具体说明无线网络自主定位系统的自适应性，及对定位精度性能的改善。第五章介绍了无线网络自主定位系统的软硬件实现方案。第六章对全文总结和展望。附录中给出部分硬件原理图和部分程序源代码。2第二章无线网络定位的概述2 1 基于小区识别码的无线网络定位小区识别码( c d l i d ) 是识别小区的编码信息。移动通信中常用的定位识别码是c g c = 小区全球识别码。c g i _ c i + l a i ，其中c i = 小区识别码，l a i = 位置区识别码，l a i = m c c + m n c + l a c 。m c c =移动国家码，识别国家，m n c = 移动网号，识别不同的g s m 和p i 劓【n 网。移动端有m s i = 国际移动用户识别码。由m c c = 移动国家码，m n c = 移动网号，m s i n = 移动用户识别码，n m s i _ 国内移动用户识别码，t m s i 临时用户识别码构成，以及s i m 卡号码。基站端有i m e i = 国际移动设备识别码。基于小区识别码的无线网络定位就是根据移动台所在小区的识别码和相应的地理信息确定移动台的位置范围。定位精度是小区的服务范围一般从2 0 0 米到数公里不等。特点是实施简单，响应时间快，网络设备要求低。2 2 基于延时估计的无线网络定位2 2 1 基于自相关函数的延时估计传输延时f ，信号从发射端出发，经过信道，到达接收端所经历的时间。为了得到传输延时f ，发射信号采用自相关特性强的定位信号序列。即，信号的自相关函数有一个突显峰值。延时估计，接收端从信号发射开始，到自相关函数峰值点结束，这段时间一做为传输延时的估计值。发射信号采用伪随机p n 序列进行直接序列扩频( d s s s ) 2 3 】。p n 码具有良好的自相关性，如图2 1 所示。p n 码的产生由移位寄存器外加或门产生例如，7 位的m 序列p n 码是由本原多项式发生器：c 7 ( x ) = l + 彤+ x ( 2 - 1 )输出码片c ( t ) ：o01o1 1100lo1 11oo1o111o01o1 1lo 然后和信息数据进行异或得到输出码。3- x 【t )一l厂 it cllu一1i开始位l-一弋：一一弋7f，一图2 1p n 码的自相关函数f i g2 - 1 觚o c o 仃e l a t i o n 劬c t i o no f p nc o d e如图2 1 中所示，p n 码的自相关函数有一个突显峰值。t 为传输延时。2 2 2t o a t d o a a o a 线性位置运算到达时间( t o a ，t i m eo f 蜥v a l ) ，是信号从移动台到基站的传输延时。得到t o a 后根据电波传播的速度( c = 3 1 0 8 州s ) 可以得到移动台到基站的距离。根据几何圆的定义，移动台的位置在以基站为圆心，以距离r 为半径的圆环上。设有三个有效基站，分布如图2 2 所示。图2 2t o a 原理f i 啦一2 t o at h e o r ) ，设移动台位置为( x ，y ) 基站i 位置为( x i ，y i ) ，对应半径鼬为：置= 厄i 再砑( 2 2 )当有三个基站时，根据式( 2 2 ) 可得定位移动台的位置方程组( 2 - 3 ) ：4i 墨= q = ( z 一五) 2 + ( y 一咒) 2 足= c 乞= ( 石一屯) 2 + ( y 一儿) 2( 2 - 3 )i 马= c 岛= ( x 一毛) 2 + ( y 一只) 2解方程组( 2 3 ) 可得移动台( x ，y ) 的位置。到达时间差( t d o a ，t i m ed i f 】衙c i l c eo fa 玎i v a l ) 是定位信号从移动台到两个基站的传输延时差。得到t d o a 后，乘以电波的传输速度可得距离差。根据双曲线的几何定义，移动台位置在以两个基站为焦点的双曲线上。设有三个有效基站，分布如图2 3 所示：图2 - 3t d o a 原理f i 醇一3t d o at h e o r y设移动台位置为( x ，y ) ，基站i 位置为( x i ，y i ) ，则基站i 到基站1 的距离差r i l为： r - 2 - 2 局一墨3 侄二竺竺二竺一盘二兰竺兰二生( 2 - 4 )i r l = c 岛i = r r = ( z 一毛) 2 + ( y 一乃) 2 一( x 一) 2 + ( y y i ) 2( 2 4 ) 式是定位移动台的位置方程组。解式( 2 4 ) 可得移动台的位置。在方程组( 2 4 ) 中，假设r l 和r 2 都存在相同的误差r ，那么r l 和r 2 相减后，就可以消除误差r 。这是t d o a 的一个重要优点。到达角度( a o a ，a n 百eo f 蜥v a l ) ，是移动台到基站的信号传输有个角度。移动台位于角度的边线上，如果有两个有效的角度，如图2 4 所示，就可以确定移动台的位置。5n套基厶口基站l图2 4a o a 原理f i 醇一4a o at h e o r y如图( 2 5 ) ，设基站位置为( x l ，y 1 ) 和( x 2 ，y 2 ) ，移动台位置为( x ，y ) ，则角度方程为：lt a n ( 幺) = 导p m( 2 _ 5 )卜驴嚣求式( 2 5 ) 可得移动台位置。如果同时还能确定移动台与基站的传输距离r ，一个基站就确定移动台的位置，如图2 5 所示：图2 5a o a 与t o a 原理f i 9 2 5a o a t o at h e o r y设基站的位置为( x l ，y 1 ) ，移动台的位置为( x ，y ) ，角度为0 ，则角度和距离方程为：6lt a l l ( q ) ：盟少一咒( 2 6 )【r = ( 一x ) 2 + ( m 一少) 2解式( 2 6 ) 可得移动台的位置( x ，y ) 。角度定位需要采用专门的天线阵列测量定位信号的来源方向。由于天线角度识别技术的限制，精度一般。但角度定位要求基站数目较少，只需要两个，甚至一个，适合空旷地区的无线定位。2 3 无线网络定位采用算法相关互相关函数表示变量之间数量上的确定性关系，一个变量在量上的变化通过函数关系以确定另一个变量在量上的变化。例如函数y ( t ) 和函数x ( d 在观察周期t 内经过t 步延时后的相关函数p ( d 为：几( f ) = x ( f ) oy ( 一f ) 巩= j i r x ( f ) y ( m 渺x o ) 为x ( f ) 的共轭函数。离散形式为：如( 以) = x ( 聊) y ( m + 以)( 2 8 )自相关：p 掰( o ) = f x ( f 沙( f ) 出氏( o ) = j ：x ( f 沙( f ) 出= 肌他2 。9 当两个函数相同时，相关函数有最大值。卡尔曼滤波卡尔曼滤波( k a l m a i lf i l t 哪理论是由卡尔曼提出的一种现代控制理论方法【4 】- 【9 】。卡尔曼滤波是用动态方程从k 1 状态递推算出k 状态，然后根据观测值和推算值之间的误差，调整后期的递推过程。所以本文采用了k a l m a i l 滤波法从定位7信号中提取定位噪声口，用于后期延时f 的误差补偿。最小二乘法最小二乘法( l s ，l e a s ts q u a r e s ) 用于从冗余的t o a 厂r d o ，a o a 位置方程组中运算出移动台的位置x 【1 0 】- 1 2 】。遗传算法遗传算法( g a ，g e n e t i ca 1 9 0 r i 1 1 n ) 是美国的m i c h i g a i l 州立大学的j h h o l l a n d提出【1 3 】，利用达尔文优胜劣汰的进化原则，通过遗传进化找到最适应环境的个体( 值) 。2 4 无线网络定位干扰2 4 1 信道干扰无线网络自主定位信道模型如图2 6 所示：图2 6 通信信道模型f i g 2 67 i e l e o m n l u n i c a t i o nc h a r m e lm o d e l图2 6 中y ( x ) 和x ( t ) 的函数关系为：y ( f ) = i办( f ) x o f ) d f( 2 - l o )如果考虑到噪声，函数y ( t ) 为：y ( f ) = 么口x o + f ) p ，2 露f + 刀( f ) ( 2 1 1 )在式( 2 1 0 ) 中，a 是幅度衰减，q 是相移，t 是时延，f 是频移。相移主要是发射机和接收机上未知载波相位所导致。频移主要包括多普勒频移、发射频移、接收机频移等。n ( t ) 表示噪声信号，一般为加性高斯白噪声。根据输入信号和输出信号相关函数可以估计出信道的冲激响应h ( t ) 。设x ( t ) 、y ( t ) 为平稳随机过程，x ，y 互相关函数为氏( f ) 和x 的自相关函数几( f ) 的关系如式( 2 1 2 ) 所示：岛( f ) = j ) 五。概( f f ) 以( 2 1 2 )对式( 2 - 1 2 ) 实施频域转换，如式( 2 1 3 ) 所示：8p 。( 厂) = p 。( d 日( 厂)在对式( 2 7 ) 实施频域转换，如式( 2 1 4 ) 所示p 。( ) = x ( 厂) 】，( 厂)将式( 2 一1 4 ) 带入式( 2 一1 3 ) 可得式( 2 1 5 ) ：砌= 笔铲其中p 。( ) 是输入信号的功率谱密度，如式( 2 - 1 6 ) 所示：m 俨毛 警 2p f ( 厂) 的波形如图2 7 所示：、1-_ t ：( 2 - 1 3 )( 2 1 4 )( 2 1 5 )( 2 一1 6 )一32一lol23图2 7 功率谱密度f i 9 2 7e n e i g yd e n s i t ys p e c n 哪o fp nc o d e根据式( 2 1 5 ) 可得传递函数j l l ( f ) = 用可_ 1 日( ) ) ，其中包含信道固有噪声。2 4 2 多径干扰多径干扰指当一个信号从发射端经过多个路径抵达接收端时，多个路径之间相互造成的干扰。大气层对电波的散射、电离层对电波的反射和折射，以及山峦、建筑等地表物体对电波的反射都会造成多径传播。多径信号相互延迟叠加后，会造成瑞利衰落、相移和符号间干扰，影响对目标的识别。通信中采用时域均衡、正交频分复用( o f d m ) 和r a k e 接收机对抗多径干扰。92 4 3n l o s 误差非视距( n l o s ，n o n l i g h to fs i g h t ) 干扰，是当移动台和基站之间直接传输路径被阻挡时，电波只能以反射、折射进行传播所造成的误差。n l o s 误差是无线网络自主定位精度提高的关键。n o l ( i a 的现场测量结果表明【1 4 】，在g s m 网络环境中的平均n l o s 误差达到5 0 0 - 7 0 0 m 。k - 0 r e at e l e c o m在c d m a 2 0 0 0 网络中的测量结果表明，平均n l o s 误差达到5 8 9 m 【1 5 】- 1 7 】。2 5 本章小结本章是概述了无线网络定位。简述了基于小区识别码的无线网络自主定位方法；基于自相关函数的延时估计；t o t d o a o a 线性位置运算；无线定位常用的相关算法：卡尔曼滤波、最小二乘法、以及用于极值搜索的最优家族遗传算法；还介绍了信道固有噪声、多径传输造成的干扰、n l o s 造成的误差。1 0第三章无线网络自主定位3 1 无线网络自主定位自主定位是自主完成信号的搜集、预处理、定位运算、结果输出等任务。自主定位不仅便于后期改进和片上系统( s o c ) 实现，灵活安装在移动端、基站、或核心网中，而且可以系统性的改善无线网络定位的性能。无线网络自主定位的环境和移动台运动轨迹都是随机的，使得移动台的线性位置几何描述困难，而且造成幅度衰减、频移、相移、噪声等干扰。本文针对自主定位的特点，确定了无线网路自主定位过程：( 1 ) 前期处理。保证数据原始性，并从中提取一些重要的参数，如频移、噪声等。( 2 ) 定位计算。采用优化的定位算法，在保持定位的准确性能的基础上，根据频移、噪声等参数进行分组，并行运算，提高定位运算的速度。提高系统的自适应能力：用卡尔曼( k a l m a l l ) 滤波器从原始定位信号中提取定位噪声口r 。对定位环境做了分类，采用不同的相关函数估计传输延时r 。使用概率密度方法( p d f )判断非视距传输( n l o s ) 的存在性，并根据定位噪声口，给予延时f 误差补偿f 。( 3 ) 结果优化。初步得到定位结果后，采用二次处理，优化定位结果。自主定位过程如图3 1 所示图3 1 自主定位过程框图f i 9 3 1b l o c kd i a g r a mo fa u t o n o m o u sl o c a t i o np r o c e s s如图3 一l ，无线网络自主定位有以下自主性特点：( 1 ) 自适应功能。根据测试数据的分析，白适应的补偿定位误差。动态调整分组大小，提高运算速度。满足准确性和实时性的定位要求，如车辆定位、目标搜救等。( 2 ) 自处理能力。是主动搜集信息，独自定位运算，并优化结果，不占用网1 1络和设备资源。3 2 延时估计的改进3 2 1 动态分组函数y ( t ) 和x ( t ) 的相关式，见式( 2 7 ) ：p w ( f ) ：f x ( f ) 夕。o + f 如( f ) 2 上x ( f ) 夕。( f + f 式( 2 7 ) 是在观察期t 内的直接相关运算函数。可以看出，随着观察周期t和延时期t 的增加，运算量增加很大。所以改进的目的是保持定位精度性能基础上，降低其运算量。动态分组相关运算是把观察周期m 分为小组，小组的长度可以动态的调整。信号处理中，离散信号在较小范围内可以当作是连续信号处理，这样式( 2 7 ) 可以离散化，并分组运算，如式( 3 1 ) 。如( ，1 ) = x ( m 沙+ ( m + 刀)肌= on tn ，= x ( 聊l 他) 少( 确+ ，1 )( 3 1 )m l = lm 2 = of = l ，m式( 3 1 ) 中y + 为共轭函数，n 1 分组数码，n i 为动态分组长度，且有：n 。n = n ；( 3 2 )i = 町动态分组常数n i 可根据信噪比动态调整。分组运算的突出优点是运算的复杂度大大降低，但仍然较好的保持了相关函数的相关信息。3 2 2 利用最优家族遗传算法搜索延时f直接搜索相关函数峰值对应的延时t 时，如果搜索步长很小，搜索范围较宽，运算量将很大。而采用o p g a ( o p t i m u mf 锄i l yg e n “ca l g o r i t h m ) 最优家族遗传算法【1 7 】，可以快速的求出相关函数峰值对应的延时t 值。l 、染色体编码( c h r o m o s o m ee n c o d e )染色体是由基因( g e i l e ) 构成的编码。根据条件个体( i n d i v i d u a l ) 的染色体编1 2码为：b = b lb 2b 3 k lb n ，其中b n 为二进制的o 或1 。n 的大小对应相关函数峰值搜索路径长度。如果搜索路径长度为l ，步长为l ，那么有：2 船三2 朋( 3 3 )j_j_一f ；lf = l由式( 3 3 ) 可得到n 值，进而可以确定染色体编码b 。2 、种群( p o p u l a t i o n )从n 个染色体中选择出m 个作为种群，选择规律是均匀选择法。及从n 个染色体中均匀的挑选出m 个染色体。选择步长为址。3 、家族适应值函数( f i t n e s sf u n c t i o n )家族适应值函数f i 是在时间点f 处附近的1 0 个点的相关函数p ( q ) 的平均值p ( ) ：e = p ( t ) l 乒 m 。( 3 - 4 )式( 3 4 ) 中k 为门限系数，取值范围是o 9 k 1 o 。4 、选择( s e l e c t i o n )按照蒙特卡罗法种群中个体赋选择概率p i ( o i n + 1 ) ，若个体i 的相关函数为p ( ) ，则选择概率p i 为：e = 掣( 3 5 )p ( t 。)i = l5 、杂交( c r o s s o v 哪在两个父基个体染色体编码中随机的选择一个交叉点( c r o s s o v e rp o i n t ) ，按杂交概率p c 进行交叉。杂交概率p c 的规则一般为o 4 0 9 之间的固定值。6 、变异( m u t a t i o n )在两个子个体的染色体编码中随机选择一个基因，按变异概率p m ，确定是否进行变异，即1 变o 或o 变1 。变异概率p m 的规则为：p m ：o 1 + 婴( 3 - 6 )式( 3 6 ) 中g 为进化代数，随着进化，变异概率不断在增加。确定好这些规则后，就可以搜索相关函数的峰值。1 33 3 位置运算的改进t o a 厂r d o a ，a o a 位置方程组是线性运算。但由于现实环境的非线性，所以位置几何方程存在一定的误差，需要对线性化的位置几何方程做非线性校正。本文在线性位置方程中增加一个非线性校正常数【1 8 】。设一个移动台的位置几何描述如图3 3 所示：图3 2 位置几何描述f i 9 3 2l o c a t i o ng e o m e 仃yd i a 黟锄图3 2 中移动台的位置范围在( u ，v w ) 。只要我们找到了这个范围中的边界点，就可以求出位置坐标的边界底线。设( x ，y ) 是移动台的位置和( 而，乃) 是基站的位置；2 ：f 是位置观测量，口，是校正常数，且o _ 羔j ?e 掣c = 韭毒二卜! 掣? 8 g 【：= ： j 41 !c ：k 0 u 1j 8 82 lj ：盆0j 垂gf l f l ，f l 0p fj 轴0 0 f 0 )p f 2 一“0 d 0 ；，p 锋0节1 ，蜡0 d f f 8 jp 啊j e 0 “a ；b s hp 并b e tv d cv d nv o dv o v 0 f 、v o dg h oc n bc 粕00 h 0n tg 州g m e8 埘eg k dl h d o s p 2 8 7 t0 ： 5，i ” 【l 和坼j一心t h拈：二c h o o ec j c h 0 27c j r 啪2 51 l ： 融0 0量妻( c h 0 2 8盎三c ：j 0 2 雏 ：j c h 0 5 0豆篓 3 c h o 循乳( j c h o ，?蟹 c h 二2 0曼主 j c h o 二= 3 c h 0 2 6缎一( 二3 c h o 倍d o r 0附录一_ j s 饼；一娩一 0，一；一【。j”l t j。：i 口01 0_”1 0 l b ；j 3 5：j 0# ：d5 0 ：、，二7 ； 暑恐3 7。#。； 再：o 基o ，2 7。e。 ，。t：，：。i 8 5k i2 61 9托52 0： 4k h：酬 j o e ，2j 02 0 ； l 2 ：二ez 2 ：j 脚；。；i7 8l ；oo to d2 3 ；冉5 ( j w 8t 3 ； ：；：#2 ；，一1 7j 0”v l 。 7 8s 知00 g 0 i t v n 0 ，0 j ： 9 5 $ 2 8 ，一j i 0s 4 r擞搿；弼渤鼢湃00t。o。、曩ao麓一班n巧一v玎一地。增一一一职娜一一驰阱晰眦叭雏粥辨耋差：|莹叠i峨釜|0e0 ；膨_ 叫dd驻矿f l a s h 【m v e r 部分源代码附录二衔n c l u d e ”e 1 1 r o r s h j | l d e 丘n et r u eo x l为 d e f i n ef a l s eo x o样d e f i n en u l lo x oj | j d e f i n eb u f f e rs i z eo x 2 7 0 0为q e f i n en u ms e c t o r s1f l a s hp r o 田国m m e rc o i 啪a n d st y p e d e fa m mn oc o m m a n d og e tc o d e s 1r e s e t 2w r i t e 3f i l l 4e r a s ea l l 5e r a s es e c t 6rekq、|l1g e ts e c t n u m 8g e ts e c s t a r t e n d9 e n p r o g c m d s ；如n c t i o np r o t o t y p e se r r o rc o d es e l = u p f o r f l a s h ( ) ；e r r o rc o d eg e t c o d e s ( ) ；e r r o r 。c o d ep o n t b g 哲e b i t ( ) ；e r r o rc o d er e s e t f l a s h ( ) ；e r r o rc o d ee r a s e f l a s h ( ) ：e r r o rc o d ee r a s e b l o c k ( u n s i 印e di n ti l b l o c k ) ；e r r o rc o d eu n l o c k f l a s h ( ) ；e r r o rc o d ew 订t e d a t a ( u n s i 印e dl o n gu l s t a r t ，u n s i 鲈e d1 0 n gu 1 c o u n t ，u n s i 印e dl o n gu l s t r i d e ，i n t 枣p n d a t a ) ；e r r o r _ c o d ef i l l d a t a ( u n s i 盟e d1 0 n gu l s t a n ，u n s i 印e dl o n gu 1 c o 眦t ，u n s i 印e dl o n gu l s t n d e ，i n t 术p n d a t a ) ；e i 汛o rc o d er e a d d a t a ( u n s i 印e d1 0 n gu l s t 耐，u n s i 印e dl o n gu l c o u n t ，u n s i 印e dl o n gu 1 s t r i d e ，i n t 木p n d a t a ) ；e r r o rc o d er e a d f l a s h ( u n s i 盟e dl o n gu l o 低e t ，i n t 木p n v a l u e ) ；e i 汛o rc o d e 、7 l m t e f l a s h ( u n s i 印e dl o n gu l o 低e t ，i n tn v a l u e ) ；3 7e r r o r o d eg e t s e c t o r n u m b 呱u i l s i 印e dl o n gu l o 凰e t ，i n t 宰p n s e c t o r ) ；e l 峨o k - c o d eg e t s e c t o r s t a n e n d ( u 1 1 s i 盟e dl o n g 木p u l s t a n o 或吼s i 印e dl o n g事p u l e n d o 或i n tn s c c t o r ) ；酉o b a ld a t af o ru s ew i t l lt h e s u a l d s p + + p l u 争i ne n p r o g c m d sa f p c o m m a l l d = n o - c o m m a n d ；d l a ra f pt i t l e = ”a d s p 218 9 me z i c e ”：c h a r幸a f p - d e s 嘶p t i o n = ”a t i i l e l a t 4 9 b v 0 4 0 ( 512 kx8 ) ”；i n ta f pm a l l c o d e = 1 ：o x l f o = a t m e li n ta f pd e v c o d e = 1 ：o x l 3 = a t 4 9 b v 0 4 0l o n ga f p _ o 仃s e t = 0 ) 【o ；i n t 毒a f p _ - b u 自6 e r ；i o n ga f p 二s i z e = b u f f e i l s i z e ；l o n ga f p _ c o u n t = - 1 ；l o n ga f p s t r i d e = - 1 ；i n ta f p n u m s e c t o r s = n u m s e c t o r s ；1 0 n ga f p s e c t o r s i z e2o x o 0 0 8 0 0 0 0 ；i n ta f p s e c t o r = - 1 ；i n ta f p 县n 0 r= o ；b o o la f p 斑f ，= f a l s e ；u 1 1 8 i