高精度时差／频差测量在双站定位中的应用

对双站时差/频差定位系统进行了理论分析并推导了定位误差几何稀释精度(GDOP)的表达式,针对雷达信号提出了基于相位内插法高精度测时差和相参脉冲积累法高精度测频差的新方法及实现途径,分析了影响测量精度的因素,实验室仿真及测试结果表明:文中2种方法对应的时差及频差的测量精度可达到纳秒及赫兹量级,可以满足双站高精度定位的要求.     

短基线时差定位技术研究

由于当前的长基线时差定位系统不能对窄波束辐射源目标定位,提出了短基线时差定位技术。首先推导了短基线时差定位算法;然后分别对长、短基线时差定位系统的定位精度分布进行了仿真,根据定位精度需求对时差测量精度提出了要求,通过仿真分析得出两路信号相关算法已经不能满足该时差精度需求,需要研究新的时差测量算法;最后提出了利用信号载频相位信息求时差的研究思路,为高精度时差测量精度的研究提供了参考,也为短基线时差定位系统的实现提供了技术基础。     

时差定位与两种测时差方法

介绍了时差定位以及两种测时差的方法———基于统一信号和基于统一时间的时差测量方法,并针对测量精度进行分析,最后给出GDOP仿真。     

提高时差定位精度的方法

通过对时差定位原理和时差定位误差分布的分析,找出影响时差定位精度的几个方面;从影响时差定位精度因素的源头入手,研究如何提高时差测量精度,以及多套时差定位系统组网后提高定位精度的方法,摸索出能够进一步提高时差定位精度的解决之道。     

多站无源时差定位精度分析

针对在多站无源时差定位系统中影响目标定位精度的因素,分析了时差测量误差和站址误差对目标定位精度的影响。影响时差测量精度的因素有接收机热噪声、多普勒效应、站间同步误差、本地时钟误差和大气等因素。通过分析各个因素对目标定位精度的影响程度,在特定布站方式下,仿真计算得到在固定时差测量误差和站址误差下可能达到的目标定位精度,并根据主要误差来源提出相应的提高定位精度的措施。     

基于GDOP的三站时差定位精度分析

为了满足三站时差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位系统对定位精度的要求,论述了三站时差定位原理。用几何稀释精度(Geometric Dilution of Precision,GDOP)分析定位精度并做了仿真。对仿真结果进行分析,讨论站址测量误差和时差定位误差对定位精度的影响,提出要满足时差定位精度要求所需要达到的站址测量误差和时差测量误差指标,以及在工程实现中提高时差定位精度的方法。     

一种无源定位系统时差测量方法

讨论了无源定位的几种基本方法,介绍了时差定位的原理。研究了当前基于测量时差无源定位系统,及系统中存在的不足。提出了一种使用短时傅里叶变换提高时差测量精度的方法。最后,对此方法构成的时差无源定位系统做了计算机仿真,仿真结果显示,此方法具有时差测量精度高等优点,提高了整个无源定位系统的定位精度。     

测时差无源定位误差分析

测时差无源定位具有很高的测量精度,但是测时差定位计算困难,误差分析复杂。提出了两维空间中测时差定位模糊区的大小和目标分布的概率密度函数,还引入了概率椭圆来表示目标的概率分布,并画出了目标处于典型位置时的概率椭圆。     

多元外辐射源单站时差定位技术

针对传统单站无法实现时差定位、多站定位布站选址困难的情况,提出了一种利用多元外辐射源实现单站时差定位的方法,并推导了定位算法和详细流程。基于几何精度因子(GDOP)方法分析了不同时差测量精度、基线长度、布站方式对定位精度的影响。利用Monte-Carlo仿真验证了定位算法的有效性,也说明了这种利用多元外辐射源定位新思路的可行性。仿真结果表明,该定位方法在长基线、Y型布站时定位精度最高,相比均采用地面外辐射源定位,利用卫星与地面外辐射源结合的方式可以使三维定位精度提高10倍以上。     

一种基于内插采样的时差测量与基站同步技术

针对TDOA定位系统中的高精度时差测量问题,介绍并分析了一种基于内插采样的时差测量技术。与传统的时差测量方法相比,该方法将时钟量化误差转变为对基准信号相位的测量,从而消除了传统时差测量中的原理性误差。本文对该方法进行了理论分析与计算机仿真,仿真结果表明在当前的器件性能下能够实现70ps以内的时差测量精度。同时基于内插采样的高精度时差测量技术能够应用于TDOA定位系统中的基站时钟同步中,有效降低了基站时钟同步误差,进一步提高了时差定位系统的定位精度。     

基于GDOP的四星时差定位精确度分析

针对四星时差定位系统,提出一种基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精确度分析方法。该方法基于四星时差定位原理推导三维定位精确度模型,理论分析时差测量误差与站址误差对该三维定位精确度模型的影响。通过仿真验证四星不同布站情况T型、Y型、方型及不规则型对定位精确度的影响,并进一步研究在不同布站情况下的基线长度、卫星轨道高度、目标高度等对定位精确度的影响。仿真结果表明,四星时差定位在Y型分布时具有最佳的定位精确度;并且定位精确度随基线长度与卫星轨道高度的增加而提高,随目标高度的增加而降低。     

超声波传输时间的高精度测量

许多超声检测都需要通过测量超声波的传输时间来实现,传输时间的测量精度直接影响了最终的检测精度。传输时间的传统相位差测量只考虑了信号传输高斯噪声误差,在此基础上,考虑了A/D量化误差所带来的影响。应用误差理论,推导了正弦信号A/D量化误差,并得到最后的总误差均方根公式。针对超声波信号频率已知和未知两种情况,分析比较FFT相位差法和全相位FFT相位差法。为了避免电路和传感器的干扰,采用传输距离不同的同源双路正弦发送信号。理论和仿真结果均表明,在已知信号频率时,FFT相位差法综合效果好,当信号频率为40kHz,信噪比为25dB,采样点数为2048,A/D位数为11位,采样率为200kHz时,测量时间误差小于10ns。在信号频率未知时,全相位FFT相位差法综合效果好。      

基于参考信号的无源互调故障定位技术

研究了一种基于参考信号的无源互调故障定位技术.该技术比传统无源互调测量技术多了一个参考信道,提供参考信号,解调互调信号相位响应,同时引入校准技术,在测量端口构建参考平面,通过频时转换得到相对于参考平面的时域响应,有效地进行故障排查.在此基础上,仿真故障定位实验验证了理论的正确性,设计并制造相位参考板,测试结果与实际值比较表明：电缆上两个故障位置实际值与测量值之差的绝对值均≤1m,实际相对误差分别约为5.1%、2.4%,证明了这种方法的正确性和可行性.该技术将克服传统故障定位的不足,更适应于恶劣的地域环境.     

基于TDOA/FDOA相位条纹的高精度GPS信号跟踪方法

针对传统GPS接收机跟踪环路结构复杂,以及在低信噪比(SNR)、高动态条件下跟踪性能较差的问题,该文提出一种基于相位条纹斜率检测的跟踪新方法。通过采用到达时差(TDOA)的频域相位测量伪码时延,到达频差(FDOA)的时域相位测量载波多普勒频偏。该方法降低了环路实现的复杂度,同时提高了跟踪精度。仿真结果验证了该方法的有效性和稳定性,在载噪比为32 dB-Hz时,相比传统方法,基于TDOA/FDOA相位条纹法的码相位测量精度提高了60%,载波多普勒测量精度提高了31%,且在高动态环境中也能实现精确跟踪,对改善GPS接收机跟踪性能具有研究意义。     

利用测向信息消除高重复频率信号的时差定位模糊

该文针对三星时差定位系统对高重复频率信号的定位模糊问题,提出在主星增加干涉仪测向并结合测向信息解模糊的思路。由于干涉仪本身有可能出现测向模糊,进一步提出了根据模糊测向信息解时差定位模糊的方法,其在无测向模糊时同样适用。该方法定义了时差定位点的距离参数,通过对其做门限检测去除虚假时差定位点,从而有效地减少了模糊定位点数量,改善了对高重频信号的定位模糊问题。     

基于TDC-GP1的高精度激光测距研究

激光测距中,时间间隔的测量精度对测距精度起决定作用。针对时间间隔的测量精度问题提出了一种基于TDC-GP1计数芯片高精度测量方法,把时间间隔直接转化为高精度的数字,并结合软硬件的实现方法,通过DSP芯片控制TDC-GP1进行单通道的时间间隔测量,由内部粗计数器和精延时通道合作完成时间间隔测量,直接将待测时间间隔转换成数字量读出。实验结果表明,该模块测量频率快,单脉冲测量精度可达100 ps以内,线性度良好,可满足不同应用中的测速和精度要求。     

一种改进的NLOS环境下的TDOA/AOA混合定位算法

在蜂窝移动通信系统中,利用基站测量的到达时间差(TDOA)和电波到达角(AOA)的混合定位方法能够比传统的TDOA方法提供更高的定位精度。但是在非视距(NLOS)条件下,当AOA的测量误差超过一定值时,定位的误差仍然很大。该文根据NLOS传播环境下附加传播时延服从指数分布的特性,估计附加时延的均值和方差,对TDOA测量值进行重构,再以AOA方法进行辅助定位。仿真结果表明,该算法能显著提高传统的TDOA和TDOA/AOA方法在NLOS传播环境下的定位精度。     

一种仅基于时差测量的运动单站无源定位方法

在相移与频移之间函数关系的基础上,利用相差与时差定位方程对路程差测量的相等性导出了基于时差测量的多普勒频移表示式,由此即可将从多普勒方程中所导出的基于多普勒频移测量的运动单站无源测距公式转化为仅基于时差测量的运动单站无源测距公式。误差分析表明,和基于频移的测距方法相比,基于时差测量的运动单站无源测距方法呈现出较好的测量精度,只要平台的移动距离大于数千米,即可实现相对测距误差小于5%R的技术要求。     

子空间算法在OFDM信道时延估计中的应用

到达时延(TOA)和到达时延差(TDOA)定位算法是无线定位中应用最广泛的2种方法,TOA测量值的准确获取将影响定位的精确度。正交频分复用(OFDM)是实现无线多媒体通信的关键技术,利用OFDM信号的导频子载波所携带的信息,参考均匀线列阵的DOA估计过程,提出将MUSIC子空间法应用到OFDM信道的时延估计上。给出了OFDM符号内导频子载波分布的相关条件,对提出算法进行仿真实验,可以看出,导频子载波个数的增加和导频子载波间隔的扩大都可以提高估计精确度。     

一种基于希尔伯特变换的相位差测量方法

文章研究了一种基于希尔伯特变换的相位差测量方法,利用希尔伯特变换对信号有90度的相移这一特性,再通过简单的数学运算,得出只关于相位角的时间函数,能够检测出两路正弦信号的相位差,分别讨论了信号的A／D最化位数,信噪比,采样频率对测量结果的影响,同时也给出了该方法对随时间变化的相位差的测量结果,结果证明了该方法能够很好的实现相位差的动态测量。