TDOA基本原理及應(yīng)用

會(huì)計(jì)學(xué)1TDOA基本原理及應(yīng)用2目錄一、TDOA概念二、TDOA定位基本原理三、TDOA關(guān)鍵技術(shù)四、TDOA定位優(yōu)點(diǎn)五、DOA與TDOA的比較六、無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用第1頁(yè)/共20頁(yè)3一、TDOA概念TimeDifferenceOfArrival--TDOA

到達(dá)時(shí)間差發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)站A監(jiān)測(cè)站BtAtB第2頁(yè)/共20頁(yè)4距離差=時(shí)間差×電磁波速度TA-TB=CONSTANT第3頁(yè)/共20頁(yè)5第4頁(yè)/共20頁(yè)6二、TDOA定位基本原理基本原理:

通過(guò)測(cè)量無(wú)線電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的天線單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的發(fā)射源進(jìn)行定位。注意：TDOA定位不是TDOA測(cè)向第5頁(yè)/共20頁(yè)7TDOA定位流程從監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測(cè)站主監(jiān)測(cè)站分別計(jì)算出無(wú)線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)測(cè)站天線的時(shí)間差（利用相關(guān)算法）根據(jù)兩站之間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得到一條雙曲線；通過(guò)三個(gè)或多個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站測(cè)得的時(shí)間差可以得到兩條或多條雙曲線相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射源的定位

第6頁(yè)/共20頁(yè)8三、TDOA關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測(cè)站高精度同步

實(shí)現(xiàn)方式：GPS、有線或無(wú)線方式誤差量級(jí)時(shí)差誤差距離誤差1ns0.3m1300mTDOA獲取方法：相關(guān)函數(shù)法、廣義相關(guān)法、相位譜法、高階累計(jì)量法等。第7頁(yè)/共20頁(yè)9相關(guān)函數(shù)法基本原理：通過(guò)計(jì)算兩個(gè)監(jiān)測(cè)站同時(shí)接收到的信號(hào)的相關(guān)函數(shù)，來(lái)得到信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差。假定：同一時(shí)刻，天線1接收到的信號(hào)為x1

天線2接收到的信號(hào)為x2，考慮到接收機(jī)的噪聲n1、n2，則：

τ為信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差，A為兩個(gè)信號(hào)的幅度比。第8頁(yè)/共20頁(yè)10計(jì)算這兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)函數(shù),得到：假定信號(hào)與噪聲之間互不相關(guān)＝0

因此得到：當(dāng)Δt=τ時(shí)，相關(guān)函數(shù)Rx12為最大值因此通過(guò)求Rx12的最大值就可以求得時(shí)間差τ。

第9頁(yè)/共20頁(yè)11四、TDOA定位優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單節(jié)省投資

天線為監(jiān)測(cè)天線沒有復(fù)雜的測(cè)向天線陣升級(jí)擴(kuò)展方便監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅需增加同步設(shè)備和數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備環(huán)境兼容性好對(duì)周圍環(huán)境的要求寬松，具有一定得抗多徑能力定位精度高

基線長(zhǎng)度不受限制，使用長(zhǎng)基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信號(hào)帶寬越寬，時(shí)間測(cè)量精度越高。尤其適用于寬帶低功率譜信號(hào)。第10頁(yè)/共20頁(yè)12實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于帶寬大于10KHz的無(wú)線電信號(hào)，時(shí)間測(cè)量誤差為100ns。（距離誤差為30m）

第11頁(yè)/共20頁(yè)13五、DOA與TDOA的比較所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度定位精度和靈敏度結(jié)論第12頁(yè)/共20頁(yè)14所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量DOATDOA測(cè)向1J不能測(cè)向L定位2J3J由此可知:TDOA至少需要3個(gè)監(jiān)測(cè)站才能提供定位服務(wù)；而DOA只需要兩個(gè)監(jiān)測(cè)站就能完成此項(xiàng)任務(wù)。第13頁(yè)/共20頁(yè)15監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度

TDOA基站的復(fù)雜度低于DOA基站DOATDOAGPS同步JL測(cè)向天線LJ接收機(jī)LJ精度LJ高速數(shù)據(jù)傳輸JL安裝LJ第14頁(yè)/共20頁(yè)16定位精度和靈敏度DOA的精度不依賴于信號(hào)，而TDOA因?yàn)槭褂孟喔杀O(jiān)測(cè)而更加靈敏DOATDOA距離LJ測(cè)向JL靈敏度LJ信號(hào)帶寬JL干擾LL多徑LL第15頁(yè)/共20頁(yè)17六、無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用

一個(gè)測(cè)向站與一個(gè)監(jiān)測(cè)站組網(wǎng)即可完成定位任務(wù)。第16頁(yè)/共20頁(yè)18未來(lái)應(yīng)用

在行政區(qū)域內(nèi)大面積布站增加監(jiān)測(cè)覆蓋面積的基礎(chǔ)上，僅需增加：

同步設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備

就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線