多径条件下基于TDOA的水下目标定位问题研究

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1、工程硕士学位论文多径条件下基于TDOA的水下目标定位问题研究作者姓名包仁智工程领域电子与通信工程校内指导教师季飞教授校外指导教师陈禹平高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月ResearchonTDOA-BasedUnderwaterSourceLocalizationUnderMultipathConditionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：BaoRenzhiSupervisor：Prof.JiFeiSouthChinaUniversityof

2、TechnologyGuangzhou,China分类号：TN929.3学校代号：10561学号：201521009798华南理工大学硕士学位论文多径条件下基于TDOA的水下目标定位问题研究作者姓名：包仁智指导教师姓名、职称：季飞教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：电子与通信工程论文形式：□产品研发□工程设计√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：水声通信论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：艾育华高级工程师委员：季飞教授陈芳炯教授

3、余华教授官权升教授摘要海洋是人类社会的宝库，近年以来，各国对海洋资源的探索开发力度越来越大。水下定位技术是人们开发和探索海洋的关键技术，得到了越来越多人的关注。而水下信道是目前人们认为的最复杂的通信信道之一。水下信道具有时变性、严重的多径效应、多普勒效应以及复杂的噪声，使得水下定位技术相比陆地更为复杂困难。在水下定位技术的研究中，由于水声信道的多径效应导致接收端接收到的信号除了直达路径的信号以外，往往伴随着许多多径信号。在以往的研究中，这些多径信号被看成一种对直达路径信号的干扰。但最近的一些研究表明，在一定的条件下，可以利用多径信号来对

4、目标节点进行定位。TDOA定位技术只需要各个接收节点之间的时间同步，不需要接收节点与发送节点之间的时间同步，因此TDOA定位技术更加适用于被动定位。基于TDOA定位技术的基本原理，本文对多径条件下，利用分布式放置的接收节点对水下源节点定位问题进行相关研究，其主要工作如下：(1)多径环境下，水下源节点位置估计的克拉美罗下界以及最大似然估计根据TDOA定位技术的原理，对多径环境下利用分布式接收节点对水下源节点位置估计的克拉美罗下界以及最大似然估计的推导，并且对上述推导结果进行了相关的仿真验证分析。通过仿真结果可以看出，在多径路径的反射界面信

5、息已知且接收节点处多径信号可以区分的条件下，可以利用多径信号来提高源目标节点位置估计的精度。通过控制变量法进行仿真分析，接收节点的个数与源节点定位精度成正比，源节点发送的脉冲信号的带宽也与源节点定位精度成正比。此外，接收节点相对于源节点的位置分布也会对源节点定位的精度造成一定的影响。(2)多径条件下基于TDOA的水下源节点定位方法针对实际情况下，在各接收节点处信号已知，各多径信号与对应的信号传播路径未知的情况下，给出了一种基于路径匹配的初值估计，再采用泰勒级数法的TDOA定位方法，并对该方法的有效性进行仿真分析。仿真结果表明，该方法可以

6、用来对源节点进行目标定位，同时也验证了利用水下信号传播的多径时延信息，可以提高对源节点位置估计的精度。关键词：多径；水下定位；克拉美罗下界；最大似然估计；路径匹配；TDOAIAbstractTheoceansarethetreasureofmankind.Inrecentyears,theexplorationanddevelopmentofmarineresourceshavebeenincreasing.Underwaterpositioningtechnologyhasattractedmoreandmoreattentionas

7、akeytechnologyfordevelopingandexploringtheocean.whileunderwaterchannelisoneofthemostcomplexwirelesscommunicationchannelscurrentlyconsidered.Underwaterchannelhasaseriesofproperties,suchastimedenaturation,seriouslymultipatheffect,Dopplereffectandcomplexnoise,whichleadstolo

8、catingtechnologyunderwatermorecomplicatedthanonland.Duetothemultipatheffectofunderwateracousticchannel,