無線閉式定位理論與方法 （針對到達角度和到達時延觀測量）

本書系統地闡述了針對AOA觀測量和TOA觀測量的無線閉式定位理論與方法。本書分為3部分：第1部分為基礎知識（第1章～第3章），內容包括緒論、矩陣預備知識及無線信號定位統計性能分析；第2部分為基於AOA觀測量的閉式定位方法（第4章和第5章），內容包括基於AOA觀測量的線性加權最小二乘定位方法和基於AOA觀測量的偏置削減定位方法；第3部分為基於TOA觀測量的閉式定位方法（第6章～第10章），內容包括基於TOA觀測量的加權多維標度定位方法、基於TOA觀測量的位置向量與時鐘偏差聯合估計方法、基於TOA觀測量的多個源節點協同定位方法、基於TOA觀測量的分佈式MIMO雷達定位方法、在信號傳播速度未知條件下基於TOA觀測量的閉式定位方法。本書可作為高等院校通信與信息系統、信號與信息處理、控制科學與工程、應用數學等專業的學生自學用書或研究生教材，也可作為通信、雷達、電子、導航測繪、航空航天等領域的科學工作者和工程技術人員的參考書。

第1部分 基礎知識
第1章 緒論 2
1.1 無線信號定位技術概述 2
1.2 無線閉式定位方法概述 3
1.3 本書的內容結構安排 5
第2章 矩陣預備知識 7
2.1 矩陣求逆計算公式 7
2.1.1 矩陣和求逆公式 7
2.1.2 分塊對稱矩陣求逆公式 8
2.2 Moore-Penrose廣義逆矩陣和正交投影矩陣 9
2.2.1 Moore-Penrose廣義逆矩陣 10
2.2.2 正交投影矩陣 11
2.3 矩陣Kronecker積和矩陣向量化運算 14
2.3.1 矩陣Kronecker積 14
2.3.2 矩陣向量化運算 15
2.4 標量函數的梯度向量和向量函數的Jacobian矩陣 16
2.4.1 標量函數的梯度向量 16
2.4.2 向量函數的Jacobian矩陣 17
第3章 無線信號定位統計性能分析 18
3.1 定位均方誤差的CRB 18
3.1.1 傳感器位置精確已知條件下的輻射源定位 18
3.1.2 傳感器位置存在觀測誤差條件下的輻射源定位 20
3.2 定位成功概率 25
3.3 定位誤差橢圓 30
第2部分 基於AOA觀測量的閉式定位方法
第4章 基於AOA觀測量的閉式定位方法：線性加權最小二乘定位方法 39
4.1 AOA觀測模型與問題描述 39
4.2 第I類線性加權最小二乘閉式定位方法——傳感陣列位置精確
已知 41
4.2.1 基於AOA定位的偽線性觀測方程 41
4.2.2 線性加權最小二乘估計準則及其最優閉式解 42
4.2.3 理論性能分析 45
4.2.4 數值實驗 47
4.3 第II類線性加權最小二乘閉式定位方法——傳感陣列位置存在
觀測誤差 51
4.3.1 傳感陣列位置觀測模型 51
4.3.2 線性加權最小二乘估計準則及其最優閉式解 52
4.3.3 理論性能分析 56
4.3.4 數值實驗 61
第5章 基於AOA觀測量的閉式定位方法：偏置削減定位方法 68
5.1 AOA觀測模型與問題描述 68
5.2 線性加權最小二乘定位方法的估計偏置分析 70
5.2.1 線性加權最小二乘定位方法回顧 70
5.2.2 線性加權最小二乘定位方法的估計誤差 72
5.2.3 線性加權最小二乘定位方法的估計偏置 77
5.2.4 數值實驗 78
5.3 偏置削減定位方法 83
5.3.1 基本原理 83
5.3.2 實現細節與步驟總結 85
5.3.3 理論性能分析 88
5.3.4 數值實驗 91
第3部分 基於TOA觀測量的閉式定位方法
第6章 基於TOA觀測量的閉式定位方法：加權多維標度定位方法 100
6.1 TOA觀測模型與問題描述 100
6.2 第I類加權多維標度閉式定位方法——傳感器位置精確已知 101
6.2.1 標量積矩陣的構造 101
6.2.2 定位關系式 102
6.2.3 估計準則及其最優閉式解 104
6.2.4 理論性能分析 107
6.2.5 數值實驗 109
6.3 第II類加權多維標度閉式定位方法——傳感器位置存在觀測
誤差 113
6.3.1 傳感器位置觀測模型 113
6.3.2 估計準則及其最優閉式解 113
6.3.3 理論性能分析 119
6.3.4 數值實驗 124
第7章 基於TOA觀測量的閉式定位方法：位置向量與時鐘偏差聯合
估計方法 131
7.1 TOA觀測模型與問題描述 131
7.2 第I類定位方法——基於一元二次方程根的估計方法 133
7.2.1 偽線性觀測方程 133
7.2.2 定位原理與計算方法 134
7.2.3 理論性能分析 138
7.2.4 數值實驗 144
7.3 第II類定位方法——兩步線性加權最小二乘定位方法 148
7.3.1 偽線性觀測方程 148
7.3.2 第1步線性加權最小二乘估計準則及其最優閉式解 149
7.3.3 第2步線性加權最小二乘估計準則及其最優閉式解 154
7.3.4 理論性能分析 157
7.3.5 數值實驗 161
第8章 基於TOA觀測量的閉式定位方法：多個源節點協同定位方法 167
8.1 TOA觀測模型與問題描述 167
8.1.1 第1類：錨節點與U組源節點之間的距離觀測量 168
8.1.2 第2類：U組源節點之間的距離觀測量 169
8.1.3 第3類：U組源節點與W組源節點之間的距離觀測量 171
8.1.4 第4類：W組源節點之間的距離觀測量 172
8.2 閉式定位方法及其理論性能分析 174
8.2.1 階段1的計算步驟及其理論性能分析 174
8.2.2 階段2的計算步驟及其理論性能分析 185
8.3 數值實驗 208
第9章 基於TOA觀測量的閉式定位方法：分佈式MIMO雷達定位
方法 221
9.1 TOA觀測模型與問題描述 221
9.2 偽線性觀測方程 223
9.3 第1步線性加權最小二乘估計準則及其理論性能分析 225
9.4 第2步線性加權最小二乘估計準則及其理論性能分析 228
9.5 數值實驗 234
第10章 基於TOA觀測量的閉式定位方法：在信號傳播速度未知條件
下的定位方法 240
10.1 TOA觀測模型與問題描述 241
10.2 偽線性觀測方程 242
10.3 第1步定位原理與計算方法 243
10.4 第2步定位原理與計算方法 249
10.5 理論性能分析 254
10.6 數值實驗 258
附錄A 263
附錄B 267
附錄C 270
附錄D 275
附錄E 280
附錄F 281
參考文獻 284