TDOA基本原理及应用.ppt

TDOA基本原理及应用基本原理及应用1目录目录一、一、TDOA概念概念二、二、TDOA定位定位基本原理基本原理三、三、TDOA关键技术关键技术四、四、TDOA定位优点定位优点五、五、DOA与与TDOA的比较的比较六、六、无线电监测应用无线电监测应用2一、一、TDOA概念概念 Time Difference Of Arrival-TDOA 到达时间差到达时间差发射机监测站A监测站BtAtB3距离差距离差=时间差时间差电磁波速度电磁波速度TA-TB=CONSTANT45二、二、TDOA定位基本原理定位基本原理l基本原理基本原理:通过测量无线电信号到达不同监测地点通过测量无线电信号到达不同监测地点的天线单元时间差，来对发射无线电信号的的天线单元时间差，来对发射无线电信号的发射源进行定位。发射源进行定位。注意：注意：TDOA定位不是定位不是TDOA测向测向6TDOA定位流程定位流程l从监测站将同一时间测量同一信号得到的数据发送从监测站将同一时间测量同一信号得到的数据发送至主监测站至主监测站l主监测站分别计算出无线电信号到达两个监测站天主监测站分别计算出无线电信号到达两个监测站天线的时间差（利用相关算法）线的时间差（利用相关算法）l根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条双曲线；双曲线；l 通过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以得通过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以得到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位 7三、三、TDOA关键技术关键技术w监测站高精度同步监测站高精度同步 实现方式：GPS、有线或无线方式误误差差量量级级时差误差时差误差距离误差距离误差1ns0.3m 1300mTDOA获取获取方法：相关函数法、广义相关法、相位谱法、高阶累计量法等。8相关函数法相关函数法l基本原理基本原理：通过计算两个监测站同时接收到的信号的相关函数，来得到信号到达两个天线时间差。假定：同一时刻，天线1接收到的信号为x1 天线2接收到的信号为x2，考虑到接收机的噪声n1、n2，则：为信号到达两个天线时间差，A为两个信号的幅度比。9计算这两个信号的相关函数,得到：l假定信号与噪声之间互不相关0 因此得到：当t=时，相关函数Rx12为最大值因此通过求Rx12的最大值就可以求得时间差。10四、四、TDOA定位优点定位优点l系统简单系统简单 节省投资节省投资 u天线为监测天线 没有复杂的测向天线阵u升级扩展方便 监测系统仅需增加同步设备和数字信号处理设备u环境兼容性好 对周围环境的要求宽松，具有一定得抗多径能力l定位精度高定位精度高 u 基线长度不受限制，使用长基线避免天线间互耦影响，使定位精 度提高；不存在相位模糊问题u信号带宽越宽，时间测量精度越高。尤其适用于宽带低功率谱信号。11实验结果实验结果对于带宽大于10KHz的无线电信号，时间测量误差为100ns。（距离误差为30m）12五、五、DOA与与TDOA的比较的比较所需监测站数量监测站配置的复杂度定位精度和灵敏度结论13所需监测站数量所需监测站数量DOATDOA测向1JJ不能测向LL定位2JJ3JJ由此可知:TDOA至少需要3个监测站才能提供定位服务；而DOA只需要两个监测站就能完成此项任务。14监测站配置的复杂度监测站配置的复杂度TDOA基站的复杂度低于DOA基站DOATDOAGPS同步JJLL测向天线LLJJ接收机LLJJ精度LLJJ高速数据传输JJLL安装LLJJ15定位精度和灵敏度定位精度和灵敏度DOA的精度不依赖于信号，而TDOA因为使用相干监测而更加灵敏DOATDOA距离LLJJ测向JJLL灵敏度LLJJ信号带宽JJLL干扰LLLL多径LLLL16六、无线电监测应用六、无线电监测应用 一一个个测测向向站站与与一一个个监监测测站站组组网网即即可可完完成定位任务。成定位任务。17未来应用未来应用 在行政区域内大面积布站增加监测覆盖面积的基础上，仅需增加：同步设备、数字信号处理设备同步设备、数字信号处理设备 就可以实现对无线电发射源的TDOA定位。18微波、雷达干扰源定位微波、雷达干扰源定位对宽带无线电信号精度更高对宽带无线电信号精度更高脉冲信号更有效脉冲信号更有效1920