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无缝定位是一种全覆盖的无线定位技术,目前单一手段的无线定位跟踪技术在定位的空间、精度上都受到了很大的制约。例如,广泛应用的全球定位系统(GPS)的定位精度依赖于观测到的可见卫星数目及其几何空间布局情况,而在高楼耸立的城市等特殊区域会形成定位盲区,在这些区域接收机天线因受到遮挡,只有2颗甚至更少的可见卫星能被跟踪,且几何精度因子也很差,这使得定位精度大大降低,不能满足定位的需求。伪卫星和基于地面广播的数字电视(DTV)系统则是卫星导航定位系统的有益补充,伪卫星的加入使得几何精度因子变小,提高了定位的精度。而地面数字电视发射台遍布在全国各个县市,发散功率大、覆盖范围广、频谱资源丰富,且基于DTV信号定位,无需改变数字电视台的设备。针对这种情况,本文主要研究边缘地带GPS受到遮挡的定位情况,选择伪卫星和DTV定位技术作为GPS定位技术的有益补充。即将不同的观测量值结合起来,是使无线定位跟踪技术达到高精度、无缝性以及高实用性的有效途径。
本文首先给出了无缝定位的实现方案,接着对一种能够同时接收到GPS和DTV信号的双频微带天线进行可行性仿真分析,然后利用EKF算法对GPS与DTV组合定位跟踪技术进行了仿真,最后研究了GPS与伪卫星结合的GDOP性能以及一种基于行列式值的优化选星算法。论文取得了以下成果:
第一,对一种能够同时接收到GPS和DTV信号的双频微带天线进行可行性仿真分析,仿真结果表明,该天线的辐射特性好,实用性强,为本文的无缝定位模型中GPS与DTV组合定位的前提做了验证的工作。
第二,对一组GPS接收机采集到的真实数据的程序,用Visual C++进行编译并提取出所需的数据,仿真对比分析了室外GPS单点定位的最小二乘算法与求差算法的性能。同时给出边缘地带GPS与DTV组合定位模型框图,并用EKF算法实现了动态定位跟踪,仿真表明使用EKF滤波的跟踪轨迹能够较好地沿着目标运动的真实轨迹前进,证明了在边缘地带利用GPS与DTV进行组合定位的可行性。
第三,仿真结果表明,增加伪卫星数目可提高系统定位精度。同时,针对GDOP运算工作量大的问题,研究一种基于行列式值的优化选星算法,并把它成功应用到GPS与DTV组合定位系统当中。仿真证明,与传统GDOP选星法相比,行列式优化选星算法具有计算复杂度低、耗时短、精度较高的优点。