【WSN定位】基于GDOP时差和频差无源定位方法研究附matlab代码

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⛄ 内容介绍

基于GDOP（Geometric Dilution of Precision）时差和频差的无源定位方法是一种常用的定位技术，它利用多个接收节点之间的时差和频差信息来估计目标的位置。以下是对该方法的基本究步骤：

1. 配置接收节点：在目标区域内部配置多个接收节点，并确保它们的位置已知。
   
2. 时差测量：通过相互之间的时差测量（ToA，Time of Arrival）来估计目标到达不同接收节点的信号传播时间差。通常采用时间同步方式来确保接收节点之间具有一致的时间基准。
   
3. 频差测量：通过相互之间的频差测量（FD，Frequency Difference）来估计目标到达不同接收节点的信号频率偏移差。这可以使用信号相干性或相关性来实现。
   
4. GDOP计算：根据接收节点的位置和测量的时差和频差数据，计算GDOP值。GDOP是衡量测量系统几何精度的指。较低的GDOP值表示更好的几何定位条件。
   
5. 位置估计：利用时差、频差信息及GDOP值作为权重，使用最小二乘法或其他定位算法来估计目标的位置。通常采用加权法进行定位。
   
6. 定位误差评估：通过与真实目标位置或其他可靠定位方法进行比较，评估基于GDOP时差和频差的定位误差。
   

需要注意的是，基于GDOP时差和频差的无源定位方法在实际应用中还面临一些挑战如多径效应、信号弱化、时钟同步等问题。此外，准确的电波传播模型和合适的测量技术也对定位精度至关重要。因此，在研究过程中需要综合考虑这些因素，并选择合适的算法和技术来解决它们。

⛄ 部分代码

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%%%%%%%%%%%%%时差定位分析   可以运行

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

clear all;

clc;

close all

c=3e5;%光速

w=10;%误差ns

%%%%%%飞机距离

x=-200:2:200;

y=-200:2:200;

z=5;

%%%%%%%%%%%%%%%方型

%%%%%%载机布站1.1（机间距：15km）

% x0=[0,15,0,15]';

% y0=[0,15,15,0]';

% z0=[1 ,0.9,0.9 ,0.9]';

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%1.2 （30km,载机布站方形）

% x0=[0,30,0,30]';

% y0=[0,30,30,0]';

% z0=[1 ,0.9,0.9 ,0.9]';

%%%%%%%%%%%%%%%Y型

%%%%%%载机布站2.1（15km、主在Y中间）

% x0=[0,13,-13,0]';

% y0=[0,7.5,7.5,-15]';

% z0=[1 ,0.9,0.9 ,0.9]';

%%%%%%载机布站2.2（30km、主在Y中间）

x0=[0,26,-26,0]';

y0=[0,15,15,-30]';

z0=[1 ,0.9,0.9 ,0.9]';

dt=zeros(1,3);

dR=zeros(1,3);

for n=1:3

   dR(n)=w*1e-9*c;      

end

dr2=dR.^2;

Pn=diag([dr2(1) dr2(2) dr2(3)]);

for i=1:length(x)

   for j=1:length(y)

       for k=1:length(z)

%         k=1;

           r1=sqrt((x(i)-x0(1))^2+(y(j)-y0(1))^2+(z(k)-z0(1))^2);

           r2=sqrt((x(i)-x0(2))^2+(y(j)-y0(2))^2+(z(k)-z0(2))^2);

           r3=sqrt((x(i)-x0(3))^2+(y(j)-y0(3))^2+(z(k)-z0(3))^2);

           r4=sqrt((x(i)-x0(4))^2+(y(j)-y0(4))^2+(z(k)-z0(4))^2);

           R=[r1,r2,r3,r4];

           cx=[(x(i)-x0(1))/r1,(x(i)-x0(2))/r2,(x(i)-x0(3))/r3,(x(i)-x0(4))/r4];

           cy=[(y(j)-y0(1))/r1,(y(j)-y0(2))/r2,(y(j)-y0(3))/r3,(y(j)-y0(4))/r4];

           cz=[(z(k)-z0(1))/r1,(z(k)-z0(2))/r2,(z(k)-z0(3))/r3,(z(k)-z0(4))/r4];

           C=[cx(2)-cx(1),cy(2)-cy(1),cz(2)-cz(1);

              cx(3)-cx(1),cy(3)-cy(1),cz(3)-cz(1);

              cx(4)-cx(1),cy(4)-cy(1),cz(4)-cz(1)];

           B=inv(C.'*C)*C.';

           Pd=B*Pn*B.';

           Gxy(i,j)=abs(sqrt(Pd(1,1)+Pd(2,2)));

           Gz(i,j)=abs(Pd(3,3));

       end

   end

end

figure(1);  %GDOP

M=0.02:0.2:1.25;

fig=contour(x,y,Gxy,M);clabel(fig);

xlabel( 'x/km');

ylabel('y/km');

hold on;

grid on;

title('4站时差定位GDOP(x,y)图仿真');

figure(2);  %GDOP

M=0.1:0.2:2.5;

fig1=contour(x,y,Gz,M);clabel(fig1);

xlabel( 'x/km');

ylabel('y/km');

hold on;

grid on;

title('4站时差定位GDOP(z)图仿真');

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] 李瑞玲.基于WGS-84的双星时差/频差定位算法及误差分析[J].电子科技, 2014.DOI:CNKI:SUN:DZKK.0.2014-02-016.

[2] 薛艳荣.基于时差频差的双星无源定位方法研究[J].时间频率测量与控制研究室, 2014.

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