TDOA基站定位算法詳細(xì)介紹

1、1,TDOA基本原理及應(yīng)用,李景春 國家無線電監(jiān)測中心 L +8610-68009010,Presented for Pre-address,2020/10/20,2,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、 無線電監(jiān)測應(yīng)用,Presented for Pre-address,2020/10/20,3,一、TDOA概念,Time Difference Of Arrival- TDOA 到達(dá)時(shí)間差,發(fā)射機(jī),監(jiān)測站A,監(jiān)測站B,tA,tB,Presented for Pre-address,2020/1

2、0/20,4,距離差=時(shí)間差電磁波速度,TA-TB=CONSTANT,Presented for Pre-address,2020/10/20,5,Presented for Pre-address,2020/10/20,6,二、TDOA定位基本原理,基本原理: 通過測量無線電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測地點(diǎn)的天線單元時(shí)間差，來對(duì)發(fā)射無線電信號(hào)的發(fā)射源進(jìn)行定位。 注意：TDOA定位不是TDOA測向,Presented for Pre-address,2020/10/20,7,TDOA定位流程,從監(jiān)測站將同一時(shí)間測量同一信號(hào)得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測站 主監(jiān)測站分別計(jì)算出無線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)測站天線的時(shí)間差（利

3、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； 通過三個(gè)或多個(gè)無線電監(jiān)測站測得的時(shí)間差可以得到兩條或多條雙曲線相交來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射源的定位,Presented for Pre-address,2020/10/20,8,三、TDOA關(guān)鍵技術(shù),監(jiān)測站高精度同步 實(shí)現(xiàn)方式： GPS、有線或無線方式,TDOA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。,Presented for Pre-address,2020/10/20,9,相關(guān)函數(shù)法,基本原理： 通過計(jì)算兩個(gè)監(jiān)測站同時(shí)接收到的信號(hào)的相關(guān)函數(shù)，來得到信號(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)

4、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： 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。,Presented for Pre-address,2020/10/20,10,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),因此得到：,當(dāng)t=時(shí)，相關(guān)函數(shù)Rx12為最大值 因此通過求Rx12的最大值就可以求得時(shí)間差。,Presented for Pre-address,2020/10/20,11,四、TDOA定位優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)簡單 節(jié)省投資 天線為監(jiān)測天線 沒有復(fù)雜的測向天線陣 升級(jí)擴(kuò)展方便 監(jiān)測系統(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

5、要求寬松，具有一定得抗多徑能力 定位精度高 基線長度不受限制，使用長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)間測量精度越高。尤其適用于寬帶低功率譜信號(hào)。,Presented for Pre-address,2020/10/20,12,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)于帶寬大于10KHz的無線電信號(hào)，時(shí)間測量誤差為100ns。（距離誤差為30m）,Presented for Pre-address,2020/10/20,13,五、DOA與TDOA的比較,所需監(jiān)測站數(shù)量 監(jiān)測站配置的復(fù)雜度 定位精度和靈敏度 結(jié)論,Presented for Pre-address,2020/10

6、/20,14,所需監(jiān)測站數(shù)量,由此可知 : TDOA至少需要3個(gè)監(jiān)測站才能提供定位服務(wù)；而DOA只需要兩個(gè)監(jiān)測站就能完成此項(xiàng)任務(wù)。,Presented for Pre-address,2020/10/20,15,監(jiān)測站配置的復(fù)雜度,TDOA基站的復(fù)雜度低于DOA基站,Presented for Pre-address,2020/10/20,16,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)測而更加靈敏,Presented for Pre-address,2020/10/20,17,六、無線電監(jiān)測應(yīng)用,一個(gè)測向站與一個(gè)監(jiān)測站組網(wǎng)即可完成定位任務(wù)。,Presented for Pre-address,2020/10/20,18,未來應(yīng)用,在行政區(qū)域內(nèi)大面積布站增加監(jiān)測覆蓋面積的基礎(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)無線電發(fā)射源的TDOA定位。,Presented for Pre-address,2020/10/20,19,微波、雷達(dá)干擾源定位,對(duì)寬帶無線電信