广义相关时延估计在无源时差定位（TDOA）中的研究与应用

发布时间：2017-10-21 11:41

  本文关键词：广义相关时延估计在无源时差定位（TDOA）中的研究与应用

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【摘要】：无源时差定位(TDOA)技术是根据目标所产生的电磁波或者声波等到达分布于不同位置接收机的时间差,通过选取适应不同电磁环境的时延估计算法,结合一定的定位算法,从而得出目标位置的一种技术。在实际应用中,需要选择宽动态、快速响应的接收机作为监测站,辅以高精度卫星同步授时系统来获取精确的时延差信息,再经过有效的定位算法,对大量实时的时延数据进行有效处理,快速响应,剔除模糊点,从而可以准确地标示出目标源的实际地理位置。在这个过程中,还需要结合地理信息系统(GIS)技术,以达成良好的人机界面,更进一步满足客户直观、明了的需求。根据所查找目标的位置、速度、辐射强度、频率状态以及所处电磁环境等状态信息的不同,需要有不同的时延估计算法和定位布站算法来进行有针对性的处理。在论文中,着重研究了TDOA定位系统中广义相关时延估计算法的仿真与应用。通过搭建基于软件无线电(SDR)技术的监测站平台,组成一个基本的三站定位网络,以此为基础,获取不同环境下的信号数据,针对所测量的真实环境中的信号参数,得出目标的估计位置。实际的应用需求对定位估计的精度有一定的要求,而估计精度与许多因素相关联,有外界环境不同带来的干扰,也有系统自身存在某些不稳定因素所造成的干扰。这些因素包括接收机频偏、信号类型、采样率、信道类型、加权因子、时间同步系统等。接收机频偏主要是由接收机本地振荡频率误差和多普勒频移所导致的监测信号产生缓慢的频率漂移的现象,其对接收机的性能产生较大的影响,对时延估计的精度也是一个需要校正的干扰因素。不同的信号类型需要不同的滤波模式和解调模式来对应的解决,在实际环境中受到的干扰不一样,在接收环节需要分析使用不同的方法来自适应地接收、解调。采样率与信号类型和系统自身硬件条件相关,可通过测试分析来获得经验性的数据。信道类型和加权因子是相互关联影响的两个因素,也需要在实际数据中同步分析考虑。时间同步系统在时延估计中有重要的影响,现有国内厂家的部分产品还存在精度不太稳定的问题,在实际应用中需要不断测试,分析研究,找出变化规律,通过软件算法的方法予以弥补校对。本文通过分析影响时延估计精度的不同的因素来验证和改进算法,通过试验,获得了大量的实用数据信息,并在此基础上提出了一系列校正和改进措施,获得了良好的效果。除了以上对时延估计影响因素的改进之外,还对两种布站形式进行了分析和比对,通过采取仿真分析的办法,得出在抗系统性干扰方面,直线布站有一定的优势的结论,在此基础上,对直线布站进行组网测试分析,达到了全区域的准确定位覆盖。经过初步验证,此定位系统精度可控制在100米范围之内,为工程实践提供了有益的探索。
【关键词】：广义相关 无源时差定位 SDR系统 算法改进 直线布站
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN95
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状分析10-12
• 1.3 课题主要研究内容及成果12-14
• 2 时延估计的基本理论与方法14-26
• 2.1 时延估计的模型14-16
• 2.2 评判时延估计性能的指标16-17
• 2.3 时差定位精度的性能指标17-18
• 2.4 广义相关时延估计的提出18-21
• 2.5 广义相关法加权因子的分析21-26
• 3 广义相关算法仿真实现与改进26-32
• 3.1 广义相关算法流程图设计26
• 3.2 时间校对算法流程图设计26-28
• 3.3 相关峰拟合算法流程图设计28-29
• 3.4 仿真信号的说明29-30
• 3.5 广义相关算法仿真实现30-32
• 4 测试系统搭建与测试分析32-48
• 4.1 TDOA无源定位系统32-38
• 4.1.1 系统架构32-33
• 4.1.2 软件无线电接收机模块33-36
• 4.1.3 时间同步系统模块36-37
• 4.1.4 辅助软硬件工具及其参数37-38
• 4.2 时延差估计影响因素分析38-48
• 4.2.1 基于MATLAB的数据分析程序设计38
• 4.2.2 接收机频偏对相关峰的影响及改进38-39
• 4.2.3 不同信号类型的相关峰特性分析39-41
• 4.2.4 接收机不同采样率的相关峰特性分析41-42
• 4.2.5 不同信道类型的相关峰特性分析42-44
• 4.2.6 不同加权因子的相关峰特性分析44-46
• 4.2.7 时间同步系统精度分析及改进46-48
• 5 三站组网与定位测试48-58
• 5.1 双曲线定位算法48-50
• 5.2 布站形式选择50-52
• 5.3 直线布站站址误差仿真分析52-54
• 5.4 组网测试54-58
• 5.4.1 三站实时解算上位机界面54-55
• 5.4.2 实际数据测量与分析55-58
• 结论58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间的研究成果63

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