Xác định vị trí bằng kỹ thuật xác định sai lệch thời gian đến

Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- iv -
CM T

Lc gi li cn thy Tin
s  Hng Tuc ch bo và, cung cp tài liu và tng dn
 cho em hoàn thành lu
Em xin chân thành cn  n t i hc
m K thut Thành ph H Chí Minh và quý thi hc Bách
khoa Thành ph H Chí Minh, nht các kin thc quý báu
cho em trong sut thi gian hc tng.
Em xin cy cô, các anh ch i hng
i hm K thut Thành ph H , ging
mc v các th tc hành chính cho tôi trong thi gian hc va qua.
            
- 

 
, giúp
 


  cao hc K thun t khóa
2009  2011 

Hc viên
Nguyn Tin Lên
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- v -
TÓM TT
 

 
i  , 
i  và

   các 


 chính xác; N
 


             
Taylor         
Chan-H
  i 
sau:


nhiên,                
(SNR) 
i  


  .
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- vi -
MC LC
Trang ta TRANG
Quy tài
Lý lch cá nhân i

L iii
Cm t iv
Tóm tt v
Mc lc vi
Danh sách các ch vit tt x
Danh sách các hình xi
Danh sách các bng xiv

: TNG QUAN V C NGHIÊN CU 1
1.1 Tng quan v nh v trí bng k thunh sai lch thn 1
1.1.1 Tng quan k thunh v trí 1
1.1.2 Tng quan v  3
1.1.3 Mt s vn  tn ti, yêu cu i k thunh v TDOA 8
1.2 Tính cp thit c c và thc tin c tài 10
1.3 Mc tiêu, khách th ng nghiên cu 10
1.4 Gii h tài 11
1.5 u 11

: NH SAI LCH THN 12
ng sai lch thn 12
2.2 Mô hình tín hiu 13
2.2.1 Mô hình cho tín hi 13
2.2.2 Mô hình cho tín hiu s 14
2.3 K thunh sai lch thn 14
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- vii -
2.3.1  15
2.3.2 s dng k thu 16
2.32.1 B x lí Roth 21
2.32.2 B x lý kt hp phn mm SCOT (Smoothed Coherence Transform) 22

2.3.2.3 B x lý trích pha -PHAT (Phase Transform) 23
2.3.2.4 B x lý Eckart 24
2.3.2.5 B x lý Maximum Likehihood 25
2.3.3 s dng b li thiu 30
2.3.3.1 Cu trúc ca các b lc thích nghi và thung ti thiu 30
a) Cu trúc ca các b lc thích nghi 30
b) Thut toán thích nghi i thiu . 32
c) Thut toán thích nghi ti thiu có du 35
d) Thut toán thích nghi ti thiu chun hóa 35
nh sai lch thn s dng b lc thích nghi . 36

THUNH V TRÍ 38
3.1 Gii thiu. 38
3.2 ng TDOA tng quát 39
3.3 Các gii thunh v 40
3.3.1 





 . 40
3.3.2 



 . 41
i Taylor 42
. 44
3.3 45

3.3.6 a Y.T.Chan và K.C.Ho 48
3.3.6.1 a Y.T.Chan và K.C.Hokhi ch có ba trm . 49
3.3.6.2 a Y.T.Chan và K.C.Ho khi có nhitrm 49
3.4   . 56
3.4.1 Lt 56
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- viii -
 Rao Lower Bound) 57

  59
 59
 59
4.1.1.1  59
 59
4.1.2 So sánh  65
và  65
4.1.2.2  68
  72
4.1.2.4   75

4.2  79
u kin thit lu . 79
 . 81
 81
S. 84
 87
Kt lung phát trin 92
 92
51.1 . 92
5.1.2  92

5.1.3  93
5. 93
 94
1 97
2 120
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- ix -
DANH SÁCH CÁC T VIT TT
AOA
Angle Of Arrival
ASDF
Average Square Difference Function
BS (BTS)
Base Station

CC
Cross Correlation
Cell-ID
Cell Identification
CRLB
Cramer Rao Lower Bound
GCC
Generalized Cross Correlation
LMS
Least Mean Square
LS
Least Square
ML
Maximum Likelihood
MS

Mobile Station
NMLMS
Nomalized Least Mean Square
PHAT
Phase Transform
PDF
Probability Density Function
RMS
Root Mean Square
RMSE
Root Mean Square Error
SCOT
Smoothed Coherence Transform
Sign LMS
Sign Least Mean Square
SNR
Signal to Noise Ratio
TDOA
Time Difference Of Arrival (Time Delay Of Arrival)
TOA
Time Of Arrival
TDE
Time Delay Estimation
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- x -
DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình
Tên hình
Trang

Hình 1.1

06
Hình 2.1

18
Hình 2.2

32
Hình 3.1
Mô hình 
39
Hình 4.1 (a)
ASDF
60
Hình 4.1 (b

60
Hình 4.1 (c)

61
Hình 4.1 (d)

61
Hình 4.1 (e)

61
Hình 4.1 (f)
ckart
62

Hình 4.1 (g)

63
Hình 4.1 (h)

63
Hình 4.1 (i)

64
Hình 4.1 (j)

64
Hình 4.2 (a)
SaTDOA  và CC
vi tín hiu và nhic to ngu nhiên
65
Hình 4.2 (b)
 TDOA 
vi tín hiu và nhic to ngu nhiên
66
Hình 4.2 (c)
 TDOA à Eckart
vi tín hiu và nhic to ngu nhiên
66
Hình 4.2 (d)
 TDOA 

67
Hình 4.3 (e)
 TDOA 

vi tín hiu và nhic to ngu nhiên
67
Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- xi -
Hình 4.3 (a)
Sai s ng ci tín
hiu thc và nhiu ngu nhiên
68
Hình 4.3 (b)
Sai s ng ca b x lý Roth và SCOT, vi tín hiu
thc và nhiu ngu nhiên
69
Hình 4.3 (c)
Sai s ng ca b x PHAT và Eckart, vi tín hiu
thc và nhiu ngu nhiên
69
Hình 4.3 (d)
Sai s ng ca b x lý ML và b lc LMS, vi tín
hiu thc và nhiu ngu nhiên
70
Hình 4.3 (e)
Sai s ng ca b lc Sign-LMS và NMLMS, vi
tín hiu thc và nhiu ngu nhiên
70
Hình 4.4 (a)
Sai s ng cGCC, vi tín
hiu thc và nhiu thc
72
Hình 4.4 (b)
Sai s ng ca b x lý Roth và SCOT, vi tín hiu

thc và nhiu thc
72
Hình 4.4 (c)
Sai s ng ca b x PHAT và Eckart vi tín hiu
thc và nhiu thc
73
Hình 4.4 (d)
Sai s ng ca b x ML và b lc LMS, vi tín
hiu thc và nhiu thc
73
Hình 4.4 (e)
Sai s ng ca b lc Sign LMS và NMLMS, vi
tín hiu thc và nhiu thc
74
Hình 4.5 (a)
Sai s ng cGCC, khi tín
hiu thc có nhing
76
Hình 4.5 (b)
Sai s ng ca b x lý Roth và SCOT, khi tín hiu
thc có nhing
76
Hình 4.5 (c)
Sai s ng ca b x lý PHAT và Eckart, khi tín
hiu thc có nhi ng
77
Hình 4.5 (d)
Sai s ng ca b x lý ML và b lc LMS, khi tín
hiu thc có nhin
77

Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- xii -
Hình 4.5 (e)
Sai s ng ca b lc sign LMS và NMLMS, khi tín
hiu thc có nhiu
78
Hình 4.6
ng vi trí
80



Hình 4.7 (a)
Thut toán Taylor
81
Hình 4.7 (b)
Thut toán Chan-Hoo
81
Hình 4.7 (c)
Thut toán Friedlander
82
Hình 4.7 (d)
 ().
82
Hình 4.8 (a)
So sánh các thut toán vi s trnh v N=7
84
Hình 4.8 (b)
So sánh các 
84

Hình 4.8 (c)
So sánh các 
85
Hình 4.8 (d)
So sánh các 
85
Hình 4.8 (e)
So sánh các  toán
86
Hình 4.9 (a)
So sánh các thut toán vi E(Rtdoa)=20 m
87
Hình 4.9 (b)
So sánh các   E(Rtdoa) =50 m
87
Hình 4.9 (c)
So sánh các  E(Rtdoa) =80 m
88
Hình 4.9 (d)
So sánh các  E(Rtdoa) =120 m
88
Hình 4.9 (e)
So sánh các  E(Rtdoa) =180 m
89
Hình 4.9 (f)
So sánh các  E(Rtdoa) =250 m
89
Hình 4.9 (g)
Thut toán Fang vi các mc E(tdoa) khác nhau
90

Luận văn Thạc sĩ Mục lục
- xiii -
DANH SÁCH CÁC BNG



Trang

Các hàm 
()f


20
Bng 4.1
ng tin cy và li trung bình ca các  (khi
tín hiu thc và nhiu ngu nhiên)
71
Bng 4.2
ng tin cy và li trung bình ca các  (khi
tín hiu thc và nhiu thc)
74
Bng 4.3
ng tin cy và li trung bình ca các  (khi
tín hiu thc có nhing)
78

Bng 4.4 - So sánh các thung v trí
91

Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

1

-














 


 

1-  


2- -BS 
Cell identification  phát



 
càng kém chính xác.
Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

2
3 - nh v trí dn ca tín hiu (AOA - Angle of Arrival): là
 dng h thng ap x ng
n ca tín hiu. Nó cn có ít nht hai anten n  hai v trí khác
 xác c v trí t m cng. Khi có nhiu
 chính xác cng v trí s 
 phù hp vi các mng mi phát trin vì không phi loi
b  li giá thành ca anten rt và có yêu cu rt kht khe v lt
và bc s dng.
4-                -TOA):



 



t

5- 
(Time Difference Of Arrival- 
 hai 
                

 hai 

hai 


 
.
Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

3
 2 
 :  , 








.

1.1.2 







.
  (Time

Difference Of Arrival) 





















 


 







        -C (Long Range
Navigation) 







 ( 10-14
khz, 

00).
 1990 
 . 






























, 


 , 





























5m (theo Forsell, 1991).



 . 











nên 





  , 










 3.10
8
m/s, 



















-30
km).


 
 

Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

4
 
 

 
  xác
 

 







 

, 

 


.
 bài toán 
Mô  


0
t


0
t

 
Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

5
(x
1

, y1), (x
2
, y
2
), (x
3
, y
3

hình 1.1


Hình 1.1 - Mô hình bài toán xá 


0
t
 


s1
, t
s2
,
t
s3

T
1
= t

0
+ t
s1

T
2
= t
0
+ t
s2

và T
3
= t
0
+ t
s3


i 0 si
T =t t

(1.1)

0
và t
si




c
v
, ta có
 :

1 s1
t
c
Rv

Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

6
2 s2
t
c
Rv
hay
i si c
R t v

3 s3
t
c
Rv
(1.2)

 sau:
   

22
1 1 1
R x x y y   
;
. . . . . .
   
22
3 3 3
R x x y y   



     
2 2 2
i i i i
R x x y y z z     
 i=1 4 (1.3)

R
2,1
= R
2
-R
1
= (T
2
- T
1
).Vc = (t
s2

- t
s1

2,1
.Vc

2,1
.Vc =
   
22
22
+x x y y
-
   
22
11
x x y y  
(1.4)

R
3,1
= R
3
-R
1
= (T
3
- T
1
).Vc = (t

s3
- t
s1

3,1
.Vc

3,1
.Vc =
   
22
33
x x y y  
-
   
22
11
x x y y  
(1.5)




2 2 2 2
,1 1 1
( ) ( ) ( ) ( )
i i i
R x x y y x x y y       
 (1.6)
 (1.4) và (1.5)  

 
 
2,1


3,1
. C

 hyperbol.
Ta t

Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

7
- X
  
- 
,xy
.

 
-
-, 


 

  
 khi
 

 Ngoài các
             




, 
-


m xét ;

 
  
thì  
Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

8
Y 
  
  
   


 
toán 
 c ng th cu các trm
gc (Base Station-BS) thc hin    n ph  ng h
ng b chính xác gia các trm gc vng h càng có t
xung nhp cao, nh ng b chính xác thì kt qu ng sai lch

thn càng chính xác.

  
.  
vì 


bài toán  
trong môi 


 nhau 
 


 khác  ,  













 






 , 
ph . 














Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

9







 , 















 
.  (error) 

 




trong  . Do 













 



























  i
 



  SNR trong khi
  SNR
           chính xác.
 

      
 cho 

1.2 .
  xác
 c
 ng b thi gian chính xác gia các trm gc và yêu cu có ng
h xung nhp t càng cao, hot ng càng nh  có th có kt qu c
ng chính xác, thì ti các trm gc ca mi mng h
chung h nguyên t ng h thu da vào nh v
v tinh (GPS- Global Positioning System)  ng h   ng xuyên
ng b trên toàn h thng. Nên v này hoàn toàn có th c gii quyt,
d nói nh v trí da vào TDOA là gii pháp kh thi nht cho các
nh v khn cp trong mng (hoc là mt h thnh v). ng thi 
 x 
khác:

- 

- 
TDOA 
Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

10
 

-  vì
 .
-

C 
    
 
 

cho các thuê 
(Assisted Global Positioning System AGPS


Quân
 à 
  

 
  

, 

   
.


 t gi thit nghiên cnh v trí ca thuê bao trong mn
thoi ng vi các ni dung:
-

Luận văn Thạc sĩ Chương 1: Tổng quan

11
- 


- :

 
pháp.
u kin
có sai s TDOA (Noise TDOA) vi các mc sai s khác nhau và s dng các gii
thut khác nhau, s trnh v khác nhau.


Do tan 
  
 
  tính    
 


1.5 
- i báo li
-     

-  




Luận văn Thạc sĩ Chương 2: Xác định sai lệch thời gian đến


12



N 

                


 s
     ,       
u.

 .

2.1 
Ta có  khác nhau  
 : TDE-Time Delay Estimation)  

nh, 
quan  chéo) 
  khá  
   chéo  
     
; Sau p  
   
.




Luận văn Thạc sĩ Chương 2: Xác định sai lệch thời gian đến


13

Ngà

hai  
2.2.1 

()st
  có
 

1
()xt
và
2

()xt


1 1 1 1
( ) A ( ) n ( )x t s t d t  


2 2 2 2 2
( ) A ( ) n ( )x t s t d t  
(2.1)
 
1
A
và
2
A
     
1
()nt
và
2
()nt
   

1
d
và
2
d


ta

()st
,
1
()nt
và
2
()nt
là quá trình ng

1
()nt
và
2
()nt

:
1 1 1 1
2 2 2 2
( ) s(t) + n ( ) s ( ) n ( )
( ) As( ) ( ) s ( ) ( )
x t t t t
x t t D n t t n t
  
    
(2.2)

21
A A A


12
= dDd

hai  mô hình này, 
lý 

ta coi 
D

hao
A
             



Luận văn Thạc sĩ Chương 2: Xác định sai lệch thời gian đến


14
2.2.2 

()sk
 


1
()xk
và
2

()xk

sau:

1 1 1 1
( ) ( ) ( ) ( ) ( )x k s k n k s k n k   

2 2 2 2
( ) As( ) ( ) ( ) ( )x k k D n k s k n k    
(2.3)

k

1
()nk
và
2
()nk
D
hai thu.

2.3. Các kt  
 (TDOA) hai 
thu 
- TOA - Time Of Arrival) 
 TDOA.
- S 

  
- 



các .
- S
 
                bình
ng , ta  
 


Luận văn Thạc sĩ Chương 2: Xác định sai lệch thời gian đến


15

 TOA, t

 
do cá    vì theo (1.4) và
.  :  
cho 



chéo. 

khá l
 

2.3.1 P 

Difference Function  ASDF)
 


 
 

1
2
12
0
1
( ) [ ( ) ( )]
N
ASDF
n
R x n x n
N



  


arg min[ ( )]
ASDF ASDF
DR




(2.4)
P nó cho 
