利用非同步信号强度测量进行野生动物位置估计的状态空间技术

本文提出了一种新颖的状态空间技术，用于利用固定 VHF 阵列估计佩戴 VHF 标签的野生动物个体的位置和空中运动。该方法结合了运动模型（横向水平面内的 Ornstein-Uhlenbeck 随机过程和垂直方向上的 Cox-Ingersoll-Ross 过程）以确保三维空间中符合生物学规律的轨迹，并采用观测模型来考虑距离、高度和方位角对接收信号强度的影响。接收信号的观测模型考虑了由接收机噪声引起的低端饱和、由接收机非线性引起的高端饱和，以及无线多径现象，该现象根据距离、高度和 Yagi 阵列的辐射特性对接收信号进行调制。本文合成了 Yagi 阵列的方向图函数，以促进接收信号的线性化及随后 Kalman 滤波的应用。我们首先利用模拟轨迹验证了该模型，随后估计了一只被区域自动无线电遥测网络追踪的、佩戴 VHF 标签的迁徙滨鸟的时空轨迹。在给定系统参数和初始条件下，该算法准确预测了平均运动轨迹（平均误差 $<$ 1 km）。所模拟的滨鸟轨迹是利用固定遥测阵列对无线电标记鸟类进行的三维 (3D) 首次估计，其在定性上是合理的，但在垂直平面及对初始条件表现出一定的敏感性。