超宽带伪卫星盲区定位增强理论与算法研究

In order to satisfy the booming demand for seamless real-time positioning, ultra wideband (UWB) pseudolite localization enhancement mechanism and techniques for dead zone are investigated in the proposed research. We will conquer several key technology challenges and break through the bottleneck of technical application through system design, theoretical analysis, numerical simulation and feasible demonstrations. In particular, the key items of this research are as follows: 1) The proposed research will firstly explore a high precision time delay estimation method based on compressive sensing theory. A bivariate model with parameter adjustment approach and a measurement mechanism for cluster sparse characteristics of multipath components will be established. 2) We will investigate a non-line-of-sight (NLOS) identification method based on joint generalized likelihood ratio test with inequality constraints dual-mode hypothesis to mitigate the effects of the NLOS bias. 3) Cooperative localization and multi-source data fusion method supporting real-time and fault-tolerant will be studied, so that the robustness of the positioning system can be obtained in non-ideal environment. The simulation platform with main practical parameters will be developed to evaluate and verify the performance of the proposed UWB pseudolite localization schemes. The proposed research will provide a promotion in the theory of wireless positioning and have an intensive impact in the practical navigation and positioning applications. More importantly, the creative achievements obtained in this project will be of great value to the accomplishment of global seamless positioning, furthermore, it will bring tremendous benefits for national economy, public safety and emergency rescue.

本项目针对高精度与无缝覆盖的定位需求，研究超宽带伪卫星定位技术，为盲区提供定位增强服务。以降低计算复杂度、提高定位精确性为切入点，探索鲁棒性与实时性相融合的超宽带伪卫星盲区定位方法与关键支撑技术。研究内容主要包括：1.研究幅度时延双变量模型及参数修正方法，探讨多径分量簇稀疏性度量机制，提出基于压缩感知的传播时延估计方法，在降低对采样速率限制的同时，提升时延估计方法的精确性和实时性；2.分析遮挡环境下测量数据的统计特性，研究基于广义似然比二元假设检验不等式约束的非视距鉴别与误差消除方法，有效对抗遮挡效应对定位结果带来的影响；3.研究支持实时和容错的多源数据融合与协作定位方法，为系统鲁棒性提供保障，并集成上述研究成果设计系统方案，构建仿真平台验证算法，提供参数列表。本项目将推动超宽带无线定位理论研究，并在实际导航定位应用领域中产生影响，研究成果将为无缝定位这一目标的实现提供理论支撑和技术支持。

本项目针对高精度与无缝覆盖的定位需求，研究超宽带伪卫星定位技术，为盲区提供定位增强服务。以降低计算复杂度、提高定位精确性为切入点，探索鲁棒性与实时性相融合的超宽带伪卫星盲区定位方法与关键支撑技术。研究成果主要包括：1、在导航定位精度提升方面，提出了一种基于航位推算和强跟踪滤波（STF）的导航算法，它通过利用衰落因子来调整增益矩阵，具有很强的跟踪能力，改善了导航系统的性能； 2、针对基于超宽带无线电的短程高精度三维定位，通过估算变频转发的往返时间（RTT），提出了一个高度准确的定位方案。为避免采用高速采样模数转换器，提出了一种基于滑动相关和分数阶延迟多相滤波器的时间估计方法；3、为优化UWB无线通信与定位系统由于强窄带干扰而恶化的性能，提出了一种高效率的干扰抑制方案。针对多个窄带干扰情况，提出了一种高阶级联自适应干扰抑制方案，大大提高定位的准确性；4、为了解决UWB无线传感器网络（WSN）的带内干扰问题，提出了一种新的带内窄带干扰（NBIs）消除方案和基于二阶泰勒级数的自适应复系数迭代方法。为了处理多个窄带干扰，还提出了一种基于自适应陷波滤波单元的线性级联高阶自适应滤波器和循环级联高阶矩阵自适应滤波（CCHOMAF）干扰抑制算法，在提高定位精度的同时，降低了运算的复杂度；5、在成果推广应用方面，发明一种适用于宽带无线定位系统中的精确信号传播时延估计方法及实现装置, 在保证测距定位精确度的同时，降低无线电测距计算复杂度和硬件成本;发明一种基于压缩采样的超宽带无线定位方法与定位装置, 这显著降低了定位过程中对采样率的要求;发明了一种基于UWB、RFID、INS多源联合定位技术的定位系统及定位方法和一种基于自适应加权混合卡尔曼滤波的多源联合定位方法，可为复杂电磁环境提供可靠定位服务。