多校准站TDOA/FDOA无源定位方法

针对运动目标到达时差（Time Difference-of-Arrival,TDOA）/到达频差（Frequency Difference-of-Arrival,FDOA）定位中的接收站定位误差问题,提出了基于多校准站的TDOA/FDOA定位方法,有效降低接收站定位误差的影响,并推导了该方法的克拉美罗下限（Cramér-Rao Lower Bound,CRLB）。理论分析表明,采用多校准站法能有效降低CRLB,提高目标定位精度。同时,当校准站自身定位存在误差时,也将影响对接收站的校准和目标的定位精度。通过仿真实验定量分析了采用多校准站法对定位精度的改善程度。     

目标高度对三站时差定位精度的影响

由于三站时差定位系统不能进行三维定位，因此目标高度便成为三站时差定位系统误差产生的主要因素之一。详细分析高度对三站定位系统定位精度的影响对于正确评价一三站时差定位系统具有极其现实的意义。本文重点分析了目标高度对三站时差定位精度的影响，并进行了数值分析。     

多站无源时差定位技术

本文在对多站无源时差定位的原理及算法进行介绍的基础上,对多站无源时差定位方法的定位误差进行了理论分析,建立了无源定位精度模型,并且提出了消除虚假定位点的几种方法。     

基于虚拟时差的运动阵列空间无源定位算法

针对脉冲骨架周期固定的雷达脉冲信号辐射源无源定位问题,该文提出一种基于虚拟时差的运动阵列空间无源定位算法,采用运动单阵列接收目标辐射源信号,通过多次测量侦察站不同位置的脉冲到达时间来估计目标辐射源位置。分别针对脉冲骨架周期已知和未知两种情况,提出了一种基于高阶统计量的无源定位算法,并推导了不同情况下定位精度的克拉美罗界。仿真实验表明,不同情况下定位算法定位精度逼近克拉美罗界,且脉冲骨架周期已知时虚拟时差无源定位算法定位精度优于同孔径实阵列TDOA无源定位算法定位精度,脉冲骨架周期未知时虚拟时差无源定位算法定位精度低于同孔径实阵列TDOA无源定位算法定位精度。     

多站时差定位技术研究

给出了运动辐射源多站三维时差定位的算法模型和定位误差模型。并针对4种站址布局情况，初步计算了定位精度与布站的关系，给出了各种定位精度曲线仿真结果。     

基于已知目标高度下的三站时差定位

传统的三站时差定位算法虽然可以得到目标的经纬度,但对于空中目标,海拔高度必然成为影响系统定位误差的主要因素。为降低该干扰,文中提出了一种基于已知目标高度下的三站时差定位算法,并采用了真实数据对该算法进行了针对性仿真分析。仿真结果表明,该算法有效降低了空中目标高度带来的计算误差,提高了定位精度。     

存在目标高度时平面三站时差定位精度分析

当目标高度比较大时,其对平面时差定位精度的影响已经不能忽略。本文分析了目标高度对距离差的影响情况,得出此情况下定位双曲线将向主辅站中垂线方向偏移的结论。并将定位方程在目标二维真实位置处作泰勒级数展开,获得定位误差向量与距离差变化情况的关系,在此基础上得到求解定位误差大小的表达式以及定位误差向量的方向向量的求取方法。最后结合随机定位误差分析得出总的定位误差表达式。仿真结果表明,定位精度分析结果与实际结果一致。     

三站时差定位模糊问题解决方法

三站时差定位系统对辐射源进行定位过程中会出现定位模糊及无解的情况,通过对模糊无解特征的研究,发现了长期对时差定位模糊无解认识存在的误区.基于模糊无解的特征,提出了模糊问题的解决方法.仿真结果表明,不需增加系统复杂性,即可有效的解决定位模糊问题.     

基于时差和时差变化率的宽带信号单站无源定位方法

当目标为宽带信号时,现有单站无源定位方法需要的参数难以获取。而时差和时差变化率是一种宽窄带都适用的观测量。因此,在分析时差和时差变化率所包含目标信息的基础上,建立了一种新的单站对宽带信号源的定位模型,并利用粒子滤波算法对该模型进行滤波处理。仿真实验表明了该方法的有效性。     

面向TDOA被动定位的定位节点选择方法

该文主要研究一种面向到达时间差(TDOA)被动定位的定位节点选择方法。首先,通过经典的闭式解析算法将TDOA非线性方程转化为伪线性方程,并使用位置误差的协方差矩阵来度量定位精度。其次,在可用节点数量给定的条件下,在数学上将定位节点选择问题转化为最小化位置误差协方差矩阵的迹这一非凸优化问题。然后,将非凸优化问题凸松弛并化为半正定规划问题,从而快速有效地求解出最优的定位节点组合。仿真结果表明,所提节点优选方法的性能非常接近穷尽搜索方法,而且克服了穷尽搜索方法运算复杂度高、时效性差的不足,从而验证了所提方法的有效性。

     

一种基于半定松弛技术的TDOA-FDOA无源定位算法

在运动目标的无源定位场景下,闭式算法在低噪声情况下可以到达克拉美罗下界(CRLB),但是这些算法往往不能适应较大的测量噪声环境。针对目前闭式算法适应大噪声能力较差这一问题,该文联合到达时间差(TDOA)以及到达频率差(FDOA),提出一种基于半定松弛(SDR)技术的无源定位算法。该算法首先构建传统闭式解的伪线性方程,其次利用随机鲁棒最小二乘(SRLS)的思想以及目标参数与额外变量之间的非线性关系,将无源定位问题转化为了具有2次等式约束的最小二乘问题;随后,将半定松弛技术应用到这一问题上,约束最小二乘问题松弛为半定规划(SDP)问题,最后,借助优化工具箱可以有效地对目标参数进行求解。该文所提出的算法不需要初始值先验条件,仿真实验表明了所提算法的有效性。

     

基于长基线干涉仪相位差的多站无源定位方法

针对常用多站无源定位技术存在时差(TDOA)/频差(FDOA)定位对超低旁瓣辐射源适应性差、测向(DOA)定位的造价成本和系统复杂度高等缺点,该文提出了一种基于相位差(PDOA)的多站无源定位新体制,利用每个观测站上至少两个接收天线和通道构成的长基线干涉仪(LBI),通过测量辐射源信号到达长基线干涉仪天线的相位差实现定位。针对相位差的2π模糊引入的非线性和非连续性,提出了一种基于多假设迭代优化的定位方法,首先利用一组相位差确定多个可能的辐射源位置初始值,然后采用高斯-牛顿(GN)方法对每个位置初始值进行迭代优化并计算代价函数,最后选择具有最小代价函数的估计值作为最终的定位结果。该方法可获取稳健的迭代初始值,算法运算量适中。仿真结果表明该定位方法的均方根误差(RMSE)在高斯观测噪声条件下可达到克拉美罗下限(CRLB)。     

基于DOA-TDOA-FDOA的单站无源相干定位代数解

针对利用单站接收多个外辐射源信号实现目标定位的问题,该文提出一种基于两步加权最小二乘的到达角度(DOA)、时差(TDOA)和频差(FDOA)联合定位代数解算法.首先,在第1步加权最小二乘估计中,通过引入辅助参数,将非线性的角度、时差和频差方程转化为伪线性形式,并利用加权最小二乘得到目标位置和速度的粗估计;而后在第2步加...     

基于TDOA与GROA的多运动站误差配准算法

针对多运动站无源定位过程中存在系统误差的问题,该文提出一种基于到达时差(TDOA)与到达增益比(GROA)最小二乘配准算法。该算法利用泰勒展开把非线性的量测方程线性化,利用最小二乘算法得到对目标状态和系统误差的联合估计,并考虑了量测噪声和站址误差的影响。同时推导了存在量测噪声、站址误差和系统误差时的克拉美罗下界(CRLB),并分析了系统误差对CRLB的影响。多种条件下的仿真表明,该算法对系统误差和目标状态的估计精度较高,说明了算法的有效性。     

基于改进迭代扩展卡尔曼滤波的3星时频差测向融合动目标跟踪方法

针对传统3星时频差定位系统在未知高程情况下,对运动辐射源会产生由目标速度引发的定位误差的问题,该文提出一种利用主星的干涉仪测向信息的改进迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF),结合3星时差、频差信息的无源融合动目标跟踪新方法。首先,在坐标系转换的基础上建立了定位模型,并在此基础上利用改进的迭代扩展卡尔曼滤波算法对未知高程的运动目标进行跟踪。仿真结果表明,该方法无需获知目标的高程信息即可实现对运动辐射源的定位、跟踪和测速,且对目标的位置、速度估计性能有较大的提高。     

基于DOA和TDOI的主瓣扫描辐射源定位方法

针对具有已知扫描周期特性的辐射源无源定位问题,该文提出一种基于主瓣到达角(DOA)和扫描截获时间差(TDOI)的联合定位体制。通过对其定位误差的克拉美-罗下限(CRLB)推导,给出了联合定位体制的性能与DOA和信号截获时间(TOI)观测量的等效测角噪声功率比的关系。为了利用非线性联合观测量确定扫描辐射源的位置,通过将TDOI观测量转换成等效DOA观测量,给出一种加权伪线性最小二乘(WPLS)定位方法;为消除观测矩阵相关噪声导致的WPLS估计偏差,提出了一种加权辅助变量(WIV)定位方法,算法复杂度约为WPLS算法的2倍。仿真结果表明,WIV方法的定位误差在辐射源单个扫描周期内即可达到CRLB,定位性能与极大似然(ML)定位方法相当;随着观测次数的增多,WIV方法可以渐近达到无偏估计。     

基于到达角Kalman滤波的TDOA/AOA定位算法

基于Chan算法的TDOA/AOA定位算法是在Chan算法的信号到达时间差(TDOA)误差方程组里加上一个信号到达角(AOA)误差方程,利用加权最小二乘法(WLS)求解。其主要缺点是把移动台(MS)的横坐标、纵坐标与移动台到服务基站(BS)之间的距离作为3个相互独立的变量,忽略了3者之间的相关性。需要进行两次WLS计算,且最终的解为二值根。当AOA测量误差的方差不断增大时,对应的定位误差也随之增大。该文利用Kalman滤波算法对AOA的值进行估计,并将上述的3个变量简化为一个,只需一次WLS即可求得唯一解,减少了计算量,消除了根的模糊性。仿真结果表明,该方法简单,计算量小,有较高的定位精度和较好的稳健性。     

COMPARISON OF TDOA LOCATION ALGORITHMS WITH DIRECT SOLUTION METHOD

For Time Difference Of Arrival (TDOA) location based on multi-ground stations scene,two direct solution methods are proposed to solve the target position in TDOA location.Therein,the solving methods ar...     

相位噪声对时差估计的影响分析

在到达时间差(TDOA)测量中,两异地接收站所配备的本振都会存在相位噪声,该相位噪声会影响时差测量的性能。该文分析了相位噪声对经典的互相关法时差估计无偏性的影响,同时推导了仅考虑相位噪声时TDOA估计精度的克拉美罗下限(CRLB)。并进一步得到了相位噪声与加性噪声都存在时的CRLB及其相对于加性噪声环境下的CRLB退化系数。仿真结果验证了理论分析的结果。