基于TDOA的自适应扩展卡尔曼滤波跟踪算法研究

作者:周恭谦;杨露菁;刘忠; 刊名:舰船电子工程 上传者:路静

【摘要】论文对UWB中基于扩展卡尔曼滤波的TDOA跟踪定位算法研究。针对EKF算法会随着测量误差增大定位精度降低这一缺点,提出了一种自适应迭代扩展卡尔曼滤波算法(AIEKF),通过仿真对比表明该算法在测距误差增大时,该算法能保持良好的定位精度和收敛速度

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总第289期 收稿日期:2018年1月8日,修回日期:2018年2月22日 基金项目:国家自然科学基金(编号:61401493)资助。 作者简介:周恭谦,男,博士研究生,研究方向:模式识别、智能系统。杨露菁,女,博士生导师,研究方向:模式识别、智能系统。刘忠,男,博士生导师,研究方向:系统工程。 ∗ 1 引言 UWB无线定位技术是目前定位领域研究的热 点之一,无论是在军事领域还是商业领域都有广泛的应用价值。高精度、低功耗的特点使UWB无线 定位技术成为未来定位技术的首选。UWB脉冲由 于具有极高的带宽,持续时间短至ns级,因而具有 很强的时间分辨能力[1]。为了充分利用UWB时间 分辨能力强这个特点,使用基于信号到达时间估计(TOA)的测距技术是最适合于以UWB无线定位 的。UWB脉冲的TOA估计算法近几年得到了较为 充分的研究,包括采用高采样速率、高精度的匹配滤波技术(MatchFilter,MF)来实现的基于相干检 测的TOA估计算法[2~4],以及采用较低采样率、降低 了复杂度的基于非相干能量检测的TOA估计算法 [5~8]。在国外,UWB定位上的研究主要有:Win和 Scholtz提出多径UWB环境下的最大似然(ML)检 测方法[9];Cramer等基于CLEAN算法提出了一种 包 含 TOA、AOA 参 数 的 UWB 信 道 模 型[10]; Joon-YongLee等提出了在UWB无线链路上基于 TOA的范围测量方法[2]。而TOA方法是利用信号 的传播时延进行测距,由于UWB信号具有良好的 时间分辨率,信道环境的变化对信号的传播时间也没有影响,因此基于时间的定位具有相对较高的精度。但目标节点和基站之间时钟的严格同步存在困难,如果不完全同步将造成很大的定位误差。TDOA在实际中实现该技术的可能性与TOA相比 要高的多,这是因为它不要求基站与待测目标之间 基于TDOA的自适应扩展卡尔曼滤波跟踪算法研究∗ 周恭谦 杨露菁 刘 忠 (海军工程大学电子工程学院 武汉 430033) 摘 要 论文对UWB中基于扩展卡尔曼滤波的TDOA跟踪定位算法研究。针对EKF算法会随着测量误差增大定位精 度降低这一缺点,提出了一种自适应迭代扩展卡尔曼滤波算法(AIEKF),通过仿真对比表明该算法在测距误差增大时,该算 法能保持良好的定位精度和收敛速度 关键词 自适应扩展卡尔曼滤波;时差定位;目标跟踪 中图分类号 TN971.1 DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2018.07.008 AdaptiveInterationExtendedKalmanFilterTracingAlgorithm BasedonTDOA ZHOUGongqian YANGLujing LIUZhong (CollegeofElectronicEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan 430033) Abstract ThispaperstudiestheTDOAlocationtracingalgorithmbasedonextendedkalmanfilterinUWB.AkindofAEKF (adaptiveiterationextendedkalmanfilter)isproposedbasedonthedisadvantagethattheEKFalgorithm'spositioningaccuracyre⁃ duceswiththeincreaseofmeasurementerrorand

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