TDOA基本原理及应用.ppt

1 1TDOATDOA基本原理及应用基本原理及应用2 2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3 3一、一、TDOA概念概念 Time Difference Of Arrival-TDOA 到达到达时间差差发射机发射机监测站监测站A监测站监测站BtAtB4 4距离差距离差距离差距离差=时间差时间差时间差时间差电磁波速度电磁波速度电磁波速度电磁波速度TA-TB=CONSTANTTA-TB=CONSTANT5 56 6二、二、TDOA定位基本原理定位基本原理l基本原理基本原理:通通过测量量无无线电信信号号到到达达不不同同监测地地点点的的天天线单元元时间差差，来来对发射射无无线电信信号号的的发射源射源进行定位。行定位。注意：注意：TDOA定位不是定位不是TDOA测向向7 7TDOA定位流程定位流程l从从监测站站将将同同一一时间测量量同同一一信信号号得得到到的的数数据据发送送至主至主监测站站l主主监测站站分分别计算算出出无无线电信信号号到到达达两两个个监测站站天天线的的时间差（利用相关算法）差（利用相关算法）l根根据据两两站站之之间时间差差转换为距距离离差差，可可以以得得到到一一条条双曲双曲线；l 通通过三三个个或或多多个个无无线电监测站站测得得的的时间差差可可以以得得到两条或多条双曲到两条或多条双曲线相交来相交来实现对发射源的定位射源的定位 8 8三、三、TDOA关键技术关键技术n n监测站高精度同步监测站高精度同步监测站高精度同步监测站高精度同步 实现方式：实现方式：GPSGPS、有线或无线方式、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：方法：相关函数法相关函数法、广义相关法、相位谱法、广义相关法、相位谱法、高阶累计量法等。高阶累计量法等。9 9相关函数法相关函数法l基本原理：基本原理：通通过过计计算算两两个个监监测测站站同同时时接接收收到到的的信信号号的的相相关关函函数数，来得到信号到达两个天线时间差。来得到信号到达两个天线时间差。假定：同一时刻，天线假定：同一时刻，天线1 1接收到的信号为接收到的信号为x x1 1 天天线线2 2接接收收到到的的信信号号为为x x2 2，考考虑虑到到接接收机的噪声收机的噪声n n1 1、n n2 2，则：，则：为信号到达两个天线时间差，为信号到达两个天线时间差，A A为两个信号的幅度比。为两个信号的幅度比。1010计算这两个信号的相关函数计算这两个信号的相关函数,得到：得到：l假定信号与噪声之假定信号与噪声之间互不相关互不相关0 因此得到：因此得到：当当t=时，相关函数时，相关函数Rx12为最大值为最大值因此通过求因此通过求Rx12的最大值就可以求得时间差的最大值就可以求得时间差。1111四、四、TDOA定位优点定位优点l l系统简单系统简单系统简单系统简单 节省投资节省投资节省投资节省投资 uu天线为监测天线天线为监测天线 没有复杂的测向天线阵没有复杂的测向天线阵uu升级扩展方便升级扩展方便 监测系统仅需增加同步设备和数字信号处理设备监测系统仅需增加同步设备和数字信号处理设备uu环境兼容性好环境兼容性好 对周围环境的要求宽松，具有一定得抗多径能力对周围环境的要求宽松，具有一定得抗多径能力l l定位精度高定位精度高定位精度高定位精度高 uu 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度提高；不存在相位模糊问题uu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。号。1212实验结果实验结果对于于带宽大大于于10KHz的的无无线电信信号号，时间测量量误差差为100ns。（距离（距离误差差为30m）1313五、五、DOA与与TDOA的比较的比较n n所需监测站数量n n监测站配置的复杂度n n定位精度和灵敏度n n结论1414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由此可知由此可知:TDOA至至少少需需要要3个个监监测测站站才才能能提提供供定定位位服服务务；而而DOA只只需需要要两个两个监测监测站就能完成此站就能完成此项项任任务务。1515监测站配置的复杂度监测站配置的复杂度TDOA基站的复基站的复杂杂度低于度低于DOA基站基站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LLJJ1616定位精度和灵敏度定位精度和灵敏度DOA的精度不依的精度不依赖赖于信号，而于信号，而TDOA因因为为使用相干使用相干监测监测而更加灵敏而更加灵敏DOATDOA距离LLJJ测向JJLL灵敏度LLJJ信号带宽JJLL干扰LLLL多径LLLL1717六、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成定位任务。完成定位任务。1818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：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就可以实现对无线电发射源的TDOATDOA定位。定位。1919微波、雷达干扰源定位微波、雷达干扰源定位n n对宽带无线电信号精度更高对宽带无线电信号精度更高n n脉冲信号更有效脉冲信号更有效2020