基于路径追踪溯源的NLOS环境单站精确定位方法研究

Radio positioning has important application in both commercial and defense field. However, due to the constraint of NLOS propagation on the improvement of location, location of high precision in the NLOS environment has been the biggest problem in this field. In the much needed application fields, especially in mobile location, indoor location, low exterior radiation location, NLOS path is the bottlenecking factor restricting the location accuracy. In view of the importance of NLOS, this topic, in the framework of such basic environmental information as GIS, is expected to investigate new method of precise radio location in a complicated environment on the basis of two technologies--arrival path backward tracing and path information fusion. The focus of this research is on three aspects: the location principle of arrival path backward tracing, location algorithm based on path information fusion of multi-path signal and target location tracing filtering algorithm based on sequential measurement. The innovation of this research lies in the fact that it abandons the old idea of inhibiting NLOS path, brings in the concept of path tracing and path fusion and devises the method of improving location accuracy by using NLOS path. The above results are aimed to putting forward the new idea of accurate location in the complicated environment, thus providing convenient location service for the public and especially reliable technology for military applications.

无线定位在商业和国防领域均具有重要应用，但由于非直达路径(NLOS，non line of sight)传播对定位性能提高的制约，NLOS环境下的高精度定位问题一直是定位领域的最大难题。尤其在移动通信定位、室内定位、低空外辐射源定位等具有迫切需求的应用方向，NLOS路径都是制约定位精度提高的瓶颈。鉴于非直达路径的重要影响，本课题拟在GIS等基础环境信息的支撑之下，以到达路径反向追踪和路径信息融合两项技术为基础，开展复杂环境下的新型无线电精确定位方法研究。重点研究到达路径反向追踪的定位原理、多径信号的路径信息融合定位算法以及基于序贯测量的目标位置跟踪滤波算法三方面内容。主要创新工作包括：摒弃传统抑制非直达路径的旧思路，引入路径追踪和路径融合的概念，研究利用非直达路径提高定位精度的新方法。以上成果旨在提出复杂环境下的精确定位新思路，进而为大众提供便捷的定位服务，为军事应用提供可靠的技术手段。

无线定位在商业和国防领域均具有重要应用，但由于非直达路径(NLOS，non line of sight)传播对定位性能提高的制约，NLOS环境下的高精度定位问题一直是定位领域的最大难题。尤其在移动通信定位、室内定位、低空外辐射源定位等具有迫切需求的应用方向，NLOS路径都是制约定位精度提高的瓶颈。鉴于非直达路径的重要影响，本项目在GIS等基础环境信息的支撑之下，以到达路径反向追踪和路径信息融合两项技术为基础，开展复杂环境下的新型无线电精确定位方法研究。项目重点研究了到达路径反向追踪的定位原理、多径信号的路径信息融合定位算法以及基于序贯测量的目标位置跟踪滤波算法三个问题。. （1）针对问题1，提出了一种基于聚类分析的反向射线追踪算法。该算法根据每条路径到达时间和到达角度的估计值，利用分支追踪搜索算法分别估计可行路径，并基于聚类分析的方法对路径进行识别和追踪。. （2）针对问题2，构建了一种基于射线追踪的信息融合定位体系。该体系根据多路径追踪结果构建镜像站和绕射站，利用数据层和决策层两级融合算法获得移动台位置的精确估计。. （3）针对问题3，提出了一种基于交互式多模型的抗差自适应滤波算法。该算法针对LOS与NLOS状态下TOA测量误差所服从的不同分布，通过引入交互式多模型算法实现模型间的自适应切换，有效地抑制了运动模型带来的偏差。. 基于项目相关研究成果，针对城市微蜂窝环境和室内环境两种典型应用场景，研制了多款无线定位测试样机，并在国家重大活动安保和河南省焦裕禄纪念馆中进行了试用，取得良好应用效益。. 项目主要的创新工作包括：摒弃传统抑制非直达路径的旧思路，引入路径追踪和路径融合的概念，研究利用非直达路径提高定位精度的新方法。以上成果旨在提出复杂环境下的精确定位新思路，进而为大众提供便捷的定位服务，为军事应用提供可靠的技术手段。