TDOA基本原理及應(yīng)用

1、1TDOA基本原理及應(yīng)用基本原理及應(yīng)用2目錄目錄一、一、 TDOA概念概念二、二、 TDOA定位定位基本原理基本原理三、三、 TDOA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)四、四、 TDOA定位優(yōu)點(diǎn)定位優(yōu)點(diǎn)五、五、 DOA與與TDOA的比較的比較六、六、 無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用3一、一、TDOA概念概念 Time Difference Of Arrival- TDOA 到達(dá)時(shí)間差到達(dá)時(shí)間差發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)站A監(jiān)測(cè)站BtAtB4距離差距離差=時(shí)間差時(shí)間差電磁波速度電磁波速度TA-TB=CONSTANT56二、二、TDOA定位基本原理定位基本原理l基本原理基本原理: 通過(guò)測(cè)量無(wú)線電信號(hào)到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn)通過(guò)測(cè)量無(wú)線電信號(hào)

2、到達(dá)不同監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的天線單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的的天線單元時(shí)間差，來(lái)對(duì)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的發(fā)射源進(jìn)行定位。發(fā)射源進(jìn)行定位。 注意：注意：TDOA定位不是定位不是TDOA測(cè)向測(cè)向7TDOA定位流程定位流程l 從監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù)據(jù)發(fā)送從監(jiān)測(cè)站將同一時(shí)間測(cè)量同一信號(hào)得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主監(jiān)測(cè)站至主監(jiān)測(cè)站l 主監(jiān)測(cè)站分別計(jì)算出無(wú)線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)測(cè)站天主監(jiān)測(cè)站分別計(jì)算出無(wú)線電信號(hào)到達(dá)兩個(gè)監(jiān)測(cè)站天線的時(shí)間差（利用相關(guān)算法）線的時(shí)間差（利用相關(guān)算法）l 根據(jù)兩站之間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得到一條根據(jù)兩站之間時(shí)間差轉(zhuǎn)換為距離差，可以得到一條雙曲線；雙曲線；l 通過(guò)三個(gè)或多個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站測(cè)

3、得的時(shí)間差可以得通過(guò)三個(gè)或多個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站測(cè)得的時(shí)間差可以得到兩條或多條雙曲線相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射源的定位到兩條或多條雙曲線相交來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射源的定位 8三、三、TDOA關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)測(cè)站高精度同步監(jiān)測(cè)站高精度同步 實(shí)現(xiàn)方式： GPS、有線或無(wú)線方式誤誤差差量量級(jí)級(jí)時(shí)差誤差時(shí)差誤差距離誤差距離誤差1ns0.3m 1300mTDOA獲取獲取方法：相關(guān)函數(shù)法 、廣義相關(guān)法、相位譜法、 高階累計(jì)量法等。s9相關(guān)函數(shù)法相關(guān)函數(shù)法l基本原理基本原理：通過(guò)計(jì)算兩個(gè)監(jiān)測(cè)站同時(shí)接收到的信號(hào)的相關(guān)函數(shù)，來(lái)得到信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差。假定：同一時(shí)刻，天線1接收到的信號(hào)為x1 天線2接收到的信號(hào)為x2，考慮到接收機(jī)的

4、噪聲n1、n2，則： 為信號(hào)到達(dá)兩個(gè)天線時(shí)間差，A為兩個(gè)信號(hào)的幅度比。10計(jì)算這兩個(gè)信號(hào)的相關(guān)函數(shù),得到：l假定信號(hào)與噪聲之間互不相關(guān)0 因此得到：當(dāng)t=時(shí)，相關(guān)函數(shù)Rx12為最大值因此通過(guò)求Rx12的最大值就可以求得時(shí)間差。 1212x12sssnsnn n( t)AR ( t)AR( t)R( t)R( t)R 11四、四、TDOA定位優(yōu)點(diǎn)定位優(yōu)點(diǎn)l系統(tǒng)簡(jiǎn)單系統(tǒng)簡(jiǎn)單 節(jié)省投資節(jié)省投資 u天線為監(jiān)測(cè)天線 沒(méi)有復(fù)雜的測(cè)向天線陣u升級(jí)擴(kuò)展方便 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅需增加同步設(shè)備和數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備u環(huán)境兼容性好 對(duì)周圍環(huán)境的要求寬松，具有一定得抗多徑能力l定位精度高定位精度高 u 基線長(zhǎng)度不受限制，使用長(zhǎng)基

5、線避免天線間互耦影響，使定位精 度提高；不存在相位模糊問(wèn)題u信號(hào)帶寬越寬，時(shí)間測(cè)量精度越高。尤其適用于寬帶低功率譜信號(hào)。12實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于帶寬大于10KHz的無(wú)線電信號(hào)，時(shí)間測(cè)量誤差為100ns。（距離誤差為30m） 13五、五、DOA與與TDOA的比較的比較所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度定位精度和靈敏度結(jié)論14所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量所需監(jiān)測(cè)站數(shù)量DOATDOA測(cè)向1JJ不能測(cè)向LL定位2JJ3JJ由此可知 :TDOA至少需要3個(gè)監(jiān)測(cè)站才能提供定位服務(wù)；而DOA只需要兩個(gè)監(jiān)測(cè)站就能完成此項(xiàng)任務(wù)。15監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度監(jiān)測(cè)站配置的復(fù)雜度 TDOA基站的復(fù)雜度低于DOA基站DOATDOAGPS同步JJLL測(cè)向天線LLJJ接收機(jī)LLJJ精度LLJJ高速數(shù)據(jù)傳輸JJLL安裝LLJJ16定位精度和靈敏度定位精度和靈敏度DOA的精度不依賴于信號(hào)，而TDOA因?yàn)槭褂孟喔杀O(jiān)測(cè)而更加靈敏DOATDOA距離LLJJ測(cè)向JJLL靈敏度LLJJ信號(hào)帶寬JJLL干擾LLLL多徑LLLL17六、無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用六、無(wú)線電監(jiān)測(cè)應(yīng)用 一個(gè)測(cè)向站與一個(gè)監(jiān)測(cè)站組網(wǎng)即可完一個(gè)測(cè)向站與一個(gè)監(jiān)測(cè)站組網(wǎng)即可完成定位任務(wù)。成定位任務(wù)。18未來(lái)應(yīng)用未來(lái)應(yīng)用 在行政區(qū)域內(nèi)大面積布站增加監(jiān)測(cè)覆蓋面積的基礎(chǔ)上，僅需增加： 同步設(shè)備、數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備同步設(shè)備