基于时差和频差的固定多站定位方法及分析

针对利用信号时差和频差信息的固定多站对运动辐射源定位问题,提出了一种基于加权最小二乘的单次定位解算新方法和基于扩展卡尔曼滤波的多次定位跟踪滤波方法。分析了存在时差和频差参数测量误差条件下的单次定位误差克拉美-罗下限几何分布图,并仿真了多次定位条件下的定位性能,将其与仅测时差定位的性能进行了比较。仿真表明,增加频差信息有助于提高对运动辐射源的定位跟踪精度。     

利用互模糊函数联合估计的双星高精度定位技术

针对高精度双星定位系统对参数测量精度的需求,围绕解决高精度时差/频差测量的技术问题,建立了利用双星对地面辐射源定位模型,通过定位精度分析,给出了高精度定位对时差/频差测量精度的要求。通过分析高精度时差/频差测量的各种方法和技术途径,提出了一种利用互模糊函数进行时差/频差联合估计的方法。仿真实验结果表明该方法可以适应各种脉冲信号类型,测量精度较高。     

基于ADS-B的多站时间同步系统的偏差联合估计方法

针对基于广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance broadcast,ADS-B)的多站时间同步系统中ADS-B位置误差、站址测量误差和时差测〖JP2〗量误差等因素对同步精度的影响,建立了偏差条件下基于ADS B〖JP〗的多站同步模型,给出了理论同步误差的计算方法,指出引起显著同步误差的系统延时误差。提出一种延时误差和待同步站钟差的联合估计方法,理论推导了克拉美-罗下限(Cramer-Rao lower bound,CRLB)。基于同步精度分布图,分析了偏差消除前后作为标校站的飞机的航向对同步精度的影响。计算机仿真分析表明,基于ADS B的多站同步系统的延时误差和待同步站钟差联合估计方法的估计性能,可以达到CRLB,显著提高了同步精度。     

双星定位系统中目标移动性检测与仿真

双星定位系统通过测量两颗相邻卫星相对于地球表面静止辐射源的时差/频差（TDOA/FDOA）来实现定位功能。但是,地面辐射源的移动性影响FDOA,导致该系统定位误差急剧增大。为了检测辐射源的移动性,提出了两种基于时差/频差测量的目标移动性检测算法,即拟合度检验和Rao检验,两者均只需要估计静止假设下目标的位置。比较了两者的检测性能,仿真与分析验证了检测算法的有效性。     

运动多站无源时差/频差联合定位方法

鉴于无源定位技术已经成为现代信息化作战的核心技术,提出了一种新的运动多站无源时差(time difference of arrival, TDOA)频差(frequency difference of arrival, FDOA)联合定位方法去解决无源定位系统中的非线性最优化问题。通过智能算法的启发,将优化后的基于线性递减权重和物竞天择的粒子群算法(particle swarm optimization algorithm based on linear decreasing weight and natural selection, WSPSO)与经典加权最小二乘算法(weighted least squares, WLS)相联合对目标进行跟踪定位。加权最小二乘定位算法在4个基站的情况下无法实现对辐射源的定位,所得定位结果会出现多解。而所提的运动多站联合定位算法在4个基站的条件下不存在初始目标位置估计和局部收敛等问题就能够实现辐射源的精确定位。通过大量仿真结果分析,本文所提的智能优化定位算法具有更高的目标定位精度和更稳健的定位性能,优于标准粒子群算法与优化PSO算法。     

时频差精度的时变性影响及补偿估计方法

到达时差(time difference of arrival, TDOA)和到达频差(frequency difference of arrival,FDOA)/频差无源定位体制中,定位精度取决于时频差参数的估计精度。针对微纳卫星定位系统中时变参数估计性能随累积时间增加会出现恶化的问题,分析了相对频率扩展(relative frequency companding, RFC)对频差方向复模糊函数(complex ambiguity function, CAF)峰的扩展效应,推导了无补偿的RFC对频差估计精度的影响,给出频差估计精度的衰减因子及最优累积时间。在理论分析的基础上,提出一种时变补偿的时频差估计方法,用以克服时变特性引起的时间及频率扩展效应。仿真结果表明,该方法可有效消除参数估计精度的损失,估计精度逼近非时变参数的理论极限。     

多站时差定位性能试验评估技术

本文给出时差定位系统相关法时差测量误差模型,并以此为基础,建立了多站(大于3)时差定位性能试验评估方法.首先,给出了多站时差定位误差模型.其次,引入了信噪比对时差测量影响因素,提出了时差定位系统的相关法综合时间测量误差参数化模型.第三,给出了基于最小二乘法的综合时间测量误差参数估计方法,估计出综合系统参数和时间测量误差常数项.第四,给出了多站时差定位误差等效推算方法,该方法能够根据单条试验航线的时差定位数据,推算综合时间测量误差参数,进而获取任意位置的定位误差.最后进行了仿真验证,表明本文提出的时差定位性能试验评估方法优于传统固定时差测量误差模型定位性能试验评估方法.     

基于核典型相关分析的五元平面十字阵无源定位算法

基于五元平面十字阵的时差定位准确度和灵敏度都相对较高,在无源定位中具有广阔的应用前景。针对时差定位抗干扰性能差和噪声影响的问题,提出采用核典型相关分析盲源分离算法在辐射源信号先验信息未知的情况下分离天线阵接收的混合信号,然后将分离后的信号进行相关分析获得时差的估计,用以改进时差估计和定位性能。通过仿真实验,可以看到本文提出的基于核典型相关分析的时差定位方法能够取得更稳定、准确的结果,而且实现简单,能充分满足实际应用的要求。     

基于CAF相参积累的多载波信号时频差估计算法

多载波信号具有丰富的频域信息,相参积累能够拓宽信号的有效带宽,克服单载波信号带宽窄导致时差(time difference of arrival,TDOA)、频差(frequency difference of arrival,FDOA)参数估计精度不高的问题。以多载波信号的检测定位为背景,研究了基于多个载波信号互模糊函数(cross ambiguity function,CAF)相参积累的TDOA/FDOA参数估计算法,为多载波信号的无源定位提供高精度的定位参数估计方法。基于接收信号模型,推导了多载波信号的互模糊函数,从TDOA/FDOA两个维度分析了不同载波信号CAF的相位关系,通过相位补偿实现了多载波信号CAF的相参积累,并从理论上分析了TDOA/FDOA参数估计的性能改善情况。蒙特卡罗仿真表明,提出的多载波信号相参积累TDOA/FDOA估计算法性能明显优于单载波信号的估计性能,性能改善情况与理论分析一致。     

一种基于双站协同的时差频差定位方法

在无源定位系统探测地球地面或海面目标时，考虑到目标在地球椭球面上，不能忽视地球曲率带来的影响。采用地球椭球模型，基于双空中观测站协同的时差频差无源定位方法，首先建立大地直角坐标系，然后利用双站接收目标的到达时差和到达频差信息，运用构建矩阵的方法解算一元四次方程，得出目标的大地直角位置坐标，并研究了双站的几何精度因子。相比四站时差定位算法，所提算法有更高的应用价值，为对远距离地面或海面目标无源探测提供了一种新的技术思路。     

跳频信号的相参与非相参积累时频差估计方法

跳频信号载频随时间变化发生跳变,因此跳频信号具有丰富的频域信息,而且其在时域上为连续信号,相比单跳信号也具有更丰富的时域信息.时频差估计精度与信号在时频域上的分布情况以及信号能量和噪声有关.时差估计主要与信号频域分布有关,而频差估计主要与信号时域分布有关.跳频信号时频域信息丰富,多跳相参积累后,时频差参数估计能够充分利...     

发射站/接收站位置误差下无源雷达DOA-TDOA目标定位算法

无源雷达中发射站和接收站位置误差的存在将显著降低目标定位精度。针对这一问题,将发射站和接收站位置误差考虑到基于波达方向和到达时差的无源雷达目标定位模型中,提出了一种目标位置代数解算法。首先,将波达方向和到达时差的测量方程线性化,考虑方程中的各项误差,采用加权最小二乘估计求解,并通过对加权矩阵的迭代更新,得到目标位置最优估计。推导了存在发射站和接收站位置误差条件下目标定位的克拉美罗下界,并从理论上证明了算法的定位精度可以达到克拉美罗下界。仿真结果表明,算法的定位精度优于现有算法,在发射站和接收站位置误差条件下定位精度仍能达到克拉美罗下界。     

发射站/接收站位置误差下无源雷达DOA-TDOA目标定位算法

无源雷达中发射站和接收站位置误差的存在将显著降低目标定位精度。针对这一问题,将发射站和接收站位置误差考虑到基于波达方向和到达时差的无源雷达目标定位模型中,提出了一种目标位置代数解算法。首先,将波达方向和到达时差的测量方程线性化,考虑方程中的各项误差,采用加权最小二乘估计求解,并通过对加权矩阵的迭代更新,得到目标位置最优估计。推导了存在发射站和接收站位置误差条件下目标定位的克拉美罗下界,并从理论上证明了算法的定位精度可以达到克拉美罗下界。仿真结果表明,算法的定位精度优于现有算法,在发射站和接收站位置误差条件下定位精度仍能达到克拉美罗下界。     

Practical constrained least-square algorithm for moving source location using TDOA and FDOA measurements

By utilizing the time difference of arrival (TDOA) and frequency difference of arrival (FDOA) measurements of signals received at a number of receivers, a constrained least-square (CLS) algorithm for estimating the position and velocity of a moving source is proposed. By utilizing the Lagrange multipliers technique, the known relation between the intermediate variables and the source location coordinates could be exploited to constrain the solution. And without requiring apriori knowledge of TDOA and FDOA measurement noises, the proposed algorithm can satisfy the demand of practical applications. Additionally, on basis of convolute and polynomial rooting operations, the Lagrange multipliers can be obtained efficiently and robustly allowing real-time implementation and global convergence. Simulation results show that the proposed estimator achieves remarkably better performance than the two-step weighted least square (WLS) approach especially for higher measurement noise level.     

基于TDOA的无人机集群协同单目标定位

无源定位作为现代信息化战场中电子侦察的重要技术, 可以在自身不辐射电磁波的情况下实现对敌方目标的精确定位。以高灵活性、高安全性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群为接收站, 研究基于到达时差测量的辐射源定位方法。作为高机动平台, UAV集群的位置误差更大, 基于该情况对Chan算法、Taylor算法进行改进, 并提出了一种粒子群泰勒协同的解算方法。与其他方法的定位结果进行对比, 仿真结果表明所提的方法定位精度接近克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound, CRLB), 解决了Taylor算法的初值问题。     

一种混合定位算法线性化处理的抗NLOS的WLS算法

针对到达时间差(TDOA)/到达角(AOA)混合定位算法中出现的非线性问题,提出了一种将混合定位算法中的非线性部分进行线性化处理的算法。同时针对该算法在实际信道中受非视距(NLOS)误差影响较大的情况,采用了利用测量值中含有的关于NLOS的信息,对算法进行加权处理的改进方法,有效的降低了NLOS的影响,同时减少了由于非线性造成的误差过大的情况,最后给出了该算法的仿真结果和性能分析。