TDOA基本原理及應用

1、1TDOA基本原理及應用基本原理及應用2目錄目錄一、一、 TDOA概念概念二、二、 TDOA定位定位基本原理基本原理三、三、 TDOA關鍵技術關鍵技術四、四、 TDOA定位優(yōu)點定位優(yōu)點五、五、 DOA與與TDOA的比較的比較六、六、 無線電監(jiān)測應用無線電監(jiān)測應用3一、一、TDOA概念概念 Time Difference Of Arrival- TDOA 到達時間差到達時間差發(fā)射機監(jiān)測站A監(jiān)測站BtAtB4距離差距離差=時間差時間差電磁波速度電磁波速度TA-TB=CONSTANT56二、二、TDOA定位基本原理定位基本原理l基本原理基本原理: 通過測量無線電信號到達不同監(jiān)測地點通過測量無線電信號

2、到達不同監(jiān)測地點的天線單元時間差，來對發(fā)射無線電信號的的天線單元時間差，來對發(fā)射無線電信號的發(fā)射源進行定位。發(fā)射源進行定位。 注意：注意：TDOA定位不是定位不是TDOA測向測向7TDOA定位流程定位流程l 從監(jiān)測站將同一時間測量同一信號得到的數(shù)據(jù)發(fā)送從監(jiān)測站將同一時間測量同一信號得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測站至主監(jiān)測站l 主監(jiān)測站分別計算出無線電信號到達兩個監(jiān)測站天主監(jiān)測站分別計算出無線電信號到達兩個監(jiān)測站天線的時間差（利用相關算法）線的時間差（利用相關算法）l 根據(jù)兩站之間時間差轉換為距離差，可以得到一條根據(jù)兩站之間時間差轉換為距離差，可以得到一條雙曲線；雙曲線；l 通過三個或多個無線電監(jiān)測站測

3、得的時間差可以得通過三個或多個無線電監(jiān)測站測得的時間差可以得到兩條或多條雙曲線相交來實現(xiàn)對發(fā)射源的定位到兩條或多條雙曲線相交來實現(xiàn)對發(fā)射源的定位 8三、三、TDOA關鍵技術關鍵技術監(jiān)測站高精度同步監(jiān)測站高精度同步 實現(xiàn)方式： GPS、有線或無線方式誤誤差差量量級級時差誤差時差誤差距離誤差距離誤差1ns0.3m 1300mTDOA獲取獲取方法：相關函數(shù)法 、廣義相關法、相位譜法、 高階累計量法等。s9相關函數(shù)法相關函數(shù)法l基本原理基本原理：通過計算兩個監(jiān)測站同時接收到的信號的相關函數(shù)，來得到信號到達兩個天線時間差。假定：同一時刻，天線1接收到的信號為x1 天線2接收到的信號為x2，考慮到接收機的

4、噪聲n1、n2，則： 為信號到達兩個天線時間差，A為兩個信號的幅度比。10計算這兩個信號的相關函數(shù),得到：l假定信號與噪聲之間互不相關0 因此得到：當t=時，相關函數(shù)Rx12為最大值因此通過求Rx12的最大值就可以求得時間差。 1212x12sssnsnn n( t)AR ( t)AR( t)R( t)R( t)R 11四、四、TDOA定位優(yōu)點定位優(yōu)點l系統(tǒng)簡單系統(tǒng)簡單 節(jié)省投資節(jié)省投資 u天線為監(jiān)測天線 沒有復雜的測向天線陣u升級擴展方便 監(jiān)測系統(tǒng)僅需增加同步設備和數(shù)字信號處理設備u環(huán)境兼容性好 對周圍環(huán)境的要求寬松，具有一定得抗多徑能力l定位精度高定位精度高 u 基線長度不受限制，使用長基

5、線避免天線間互耦影響，使定位精 度提高；不存在相位模糊問題u信號帶寬越寬，時間測量精度越高。尤其適用于寬帶低功率譜信號。12實驗結果實驗結果對于帶寬大于10KHz的無線電信號，時間測量誤差為100ns。（距離誤差為30m） 13五、五、DOA與與TDOA的比較的比較所需監(jiān)測站數(shù)量監(jiān)測站配置的復雜度定位精度和靈敏度結論14所需監(jiān)測站數(shù)量所需監(jiān)測站數(shù)量DOATDOA測向1JJ不能測向LL定位2JJ3JJ由此可知 :TDOA至少需要3個監(jiān)測站才能提供定位服務；而DOA只需要兩個監(jiān)測站就能完成此項任務。15監(jiān)測站配置的復雜度監(jiān)測站配置的復雜度 TDOA基站的復雜度低于DOA基站DOATDOAGPS同步JJLL測向天線LLJJ接收機LLJJ精度LLJJ高速數(shù)據(jù)傳輸JJLL安裝LLJJ16定位精度和靈敏度定位精度和靈敏度DOA的精度不依賴于信號，而TDOA因為使用相干監(jiān)測而更加靈敏DOATDOA距離LLJJ測向JJLL靈敏度LLJJ信號帶寬JJLL干擾LLLL多徑LLLL17六、無線電監(jiān)測應用六、無線電監(jiān)測應用 一個測向站與一個監(jiān)測站組網即可完一個測向站與一個監(jiān)測站組網即可完成定位任務。成定位任務。18未來應用未來應用 在行政區(qū)域內大面積布站增加監(jiān)測覆蓋面積的基礎上，僅需增加： 同步設備、數(shù)字信號處理設備同步設備