一种基于到达时间差的卡尔曼滤波定位算法

骆新伟 郭 英 刘寒烁 叶 瑾

(山东科技大学 测绘与空间信息学院,山东 青岛 266590)

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随着网络化、信息化和智能化时代的到来,室内定位技术近年来不断发展。超宽带技术因其较低的系统复杂性、良好的抗多径效应以及较强的穿透性等优势,广泛应用于室内定位系统中[1]。

超宽带(ultra-wideband,UWB)中常用的有4种定位算法[2]：①基于接收信号强度(received signal strength,RSS)的变化,但由于多径效应,定位精度较差,难以满足定位要求；②基于到达时间(time of arrive,TOA),但因其基站和标签难以做到时钟精确的同步,会导致其无法精确的获得标签的位置；③基于到达角度(angle of arrival,AOA),其所需硬件设备复杂,且需要视距传输,一般与要与其他定位方法相结合；④基于到达时间差 (time difference of arrival,TDOA)算法,与上文的TOA算法相比,它不仅降低了TOA对基站和标签要同步的高要求,而且具有较低的设备复杂度[3]。

自最小二乘(least square,LS)算法、Chan氏算法、Taylor算法被用在室内定位技术以来,国内外很多学者针对无论是视距环境还是非视距环境都提出了自己的方法。其中,Chan氏算法利用两步加权最小二乘法(weighted least squares,WLS)可以在视距( line of sight,LOS)环境中达到很好的定位效果[4]。但在非视距环境中,Chan算法定位精度下降较为明显[5]。Taylor算法较Chan算法相比,精度有所提升,但Taylor算法需要一个精度较高的初始值,否则可能出现Taylor算法不收敛的现象[6]。西南交通大学移功通信研究所提出的Chan-Taylor联合算法,相较于单独的Chan和Taylor算法虽然提高了精度,但还存在一定数量受非视距误差影响的观测值没有筛除,定位精度没有达到理想的最优状态[7]。……