DOA定位算法之加权最小二乘(WLS)算法(附代码完整版)
[公式]
实际测量中,存在噪声等因素,形成带有误差的测量向量:
[公式]
其中[公式]和[公式]分别代表目标到达每个观测站的理论方位角和仰角,误差项由[公式]和协方差矩阵[公式]表示,以及[公式]和协方差矩阵[公式]反映的仰角测量噪声。
将上述公式整合,DOA观测向量为:
[公式],其协方差矩阵为[公式]。
CRLB理论提供了无偏估计的最优化下限。对于未知向量[公式]和测量向量[公式],对数似然函数表达为:
[公式]
Fisher信息矩阵由[公式]给出。
将模型交叉相乘,我们得到DOA定位方程:
[公式]和矩阵形式表示为[公式],其中[公式]和[公式]为相关定义。
综合所有观测站信息,最终的DOA方程为:
[公式]
在WLS算法中,针对带有误差的测量,将(16)式中的测量向量进行处理,形成误差方程:
[公式],[公式]表示有误差测量的估计结果。
通过泰勒展开,计算权重矩阵,公式为:
[公式]
WLS算法流程:首先,使用LS准则得到初始估计[公式];然后,根据初始估计和(23)式计算权重矩阵,得到最终估计[公式],其协方差矩阵为[公式]。
理论分析显示,WLS的估计结果协方差矩阵与CRLB的理论值相等,验证如下:
[公式]。通过角度值的导数关系,将(27)式代入CRLB计算,得出[公式],而权重矩阵的影响则表现为[公式],两者相等,证明了WLS的性能。
在Matlab仿真中,当角度误差较小,定位精度接近CRLB,误差增大后,性能有所下降,无法完全达到理论极限。
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