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。     

多星TDOA和FDOA联合定位精度分析

推导了多星时差频差联合定位体制的定位误差下界(Cramér Rao lower bound, CRLB),并给出CRLB能达到的最小值及其充要条件,该充要条件可用于设计卫星构型。与采用GDOP(geometric dilution of precision)衡量联合定位性能方法相比,CRLB更能精确地反映多星时差频差联合定位的性能。理论分析及仿真实验证明了联合定位比单独利用时差或频差定位可以取得更高的定位精度。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于阵列天线的UWB定位方案研究

为实现简单而精确的定位,提出了一种基于阵列天线的超宽带(ultra wideband, UWB)定位方案。在定位源末端设置4根阵元天线,用于检测未知节点发射的UWB信号,各天线接收的信号经统一的中央处理单元,只需单个定位源就能完成未知节点的三维定位。通过UWB多径信号检测算法进行到达时间差(time difference of arrival, TDOA)估计,无需收发两端时钟同步,且避免了使用复杂的波束赋形技术。同时,提出了一种UWB多径信号检测算法,在分析误差模型对定位精度影响的基础上,以IEEE 802.15.4a信道模型的CM1~CM8为依据,对方案进行了误差性能仿真实验。结果表明,所提方案可实现精确定位,误差达厘米级。     

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。     

改进的非完全约束加权最小二乘TDOA/FDOA无源定位方法

针对目前时差定位/频差定位混合无源定位算法存在的定位均方根误差(root mean square error,RMSE)和定位偏差适应测量噪声能力差的问题,提出一种基于泰勒级数展开的非完全约束加权最小二乘法。首先将无源定位问题转化为二次规划问题,简化约束条件,应用拉格朗日乘子法求解目标定位的值。然后将得到的解在原约束条件下进行泰勒级数展开,利用获得的结果进一步优化解析解。计算机仿真对比了所提方法和两步加权最小二乘法(two-stage weighted least squares,TSWLS)、改进的约束加权最小二乘法(constrained weighted least squares,CWLS)、基于定位误差修正方法的定位性能,所提算法在兼顾实时性的同时,RMSE和定位偏差均低于TSWLS、CWLS、基于定位误差修正方法。     

Single link tracking scheme based on UWB localization

To investigate the low-complex and high-precise tracking method, a novel single link tracking scheme based on UWB localization is proposed. Two antenna arrays are settled at the fixed station (FS) to receive the UWB signal from mobile terminal (MT), one FS is enough for the proposed scheme to track the MT. The UWB multipath detection algorithm for time difference of arrival (TDOA) estimation is presented and TDOA is thus adopted to estimate angle of arrival (AOA), avoiding the synchronization and complicated beamforming for AOA. The impacts of localization errors, concluding multipath and non-line-of-sight (NLOS) errors are simulated for the proposed track scheme. It is demonstrated that the simulation curve can match the real target moving, and the feasibility of the proposed scheme is proved.     

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。     

Novel method for radial velocity difference estimation of moving targets with wideband signals

For the frequency difference of arrival （FDOA） esti-mation in passive location, this paper transforms the frequency difference estimation into the radial velocity difference estimation, which is difficult to achieve a high accuracy due to the mismatch between the sampling period and the pulse repetition interval. The proposed algorithm firstly estimates the point-in-time that each pulse arrives at two receivers accurately. Secondly two time of arrival （TOA） sequences are subtracted. And final y the radial ve-locity difference of a target relative to two stations with the least square method is estimated. This algorithm only needs accurate estimation of the time delay between pulses and is not influenced by parameters such as frequency and modulation mode. It avoids transmitting a large amount of data between two stations in real time. Simulation results corroborate that the performance is bet-ter than the arithmetic average of the Cramer-Rao lower bound （CRLB） for monopulse under suitable conditions.     

W-CDMA中基于TDOA的无线定位技术研究

随着移动通信的发展,利用无线蜂窝通信定位的需求日益迫切。尤其是美国联邦通信委员会(FCC)E-911条例中有关定位要求,对利用无线蜂窝通信定位技术的研究起了很大的推动作用。提出了一种基于TDOA的实际可行的定位实现方案和算法。该算法实用性强,对传统定位方法进行了改进和补充。该实现方案的另一优点是不需要各基站同步。给出了利用该实现方案和算法在W-CDMA环境下的仿真结果和性能分析。     

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。     

基于AOA的双机无源定位模型及其解算方法

在双机协同的无源定位算法中,角度信息有着非常重要的作用。为解决双机无源定位问题,提出了一种只利用角度信息的定位模型,并同时消去中间变量距离的影响。对比了最小二乘法、加权最小二乘法、总体最小二乘法、渐进无偏估计法等方法对该双机定位模型的解算。相比时差/到达角联合定位算法模型,该算法需要更少的观测信息和更少的观测误差,就能提高定位精度。仿真结果验证了上述4种解算算法的定位性能,证明了该算法在定位精度上的优秀性能。最后,还对4种算法在不同误差和约束条件下在双机协同观测定位中的定位精度进行了对比。     

无源系统中时间差和角度变换跟踪算法

在使用时间差方法对目标进行无源跟踪时,跟踪系统中的各站点有时无法同步截获目标的信号,使跟踪过程中误差增大。提出基于时间差与角度切换的跟踪算法。该算法利用时间差和角度测量的结果,使用扩展卡尔曼滤波对目标跟踪,通过对每个周期各站截获信号和对目标跟踪精度的情况,选择输出两种方法对目标位置估计结果。算法比仅利用时间差的方法有更强的适应性,同时精度并没有下降。给出了算法的具体步骤,通过仿真实验验证该算法的有效性。     

基于几何精度稀释的矢量潜标最优布站

矢量潜标阵列是重要的反潜警戒声纳系统, 其目标精确定位能力能够为反潜警戒提供重要的信息支撑。对此, 以几何精度稀释(geometrical dilution of precision, GDOP)为定位系统性能评价指标, 推导了多阵元情况下基于到达方向定位(direction of arrival, DOA)及基于到达时差(time difference of arrival, TDOA)定位的GDOP表达式, 并仿真比较了不同阵元数量对定位性能的影响, 不同布站几何的阵列半径敏感度、测量误差敏感度、站址误差敏感度和有效作用范围等。结合潜标阵列实际应用环境, 通过仿真结果对比可以发现, 四元Y型阵是基于GDOP衡量标准的矢量潜标阵列的最优布站。     

基于TOA和TDOA的三维无源目标定位方法

提出了一种基于到达时间(time of arrival, TOA)和到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的空中运动平台对目标高精度三维定位的无源定位方法。该方法使用3个辅站信号到空中运动平台的TOA以及辅站位置确定空中运动平台自身的位置,然后依据目标散射回波到达各个辅站与空中运动平台的TDOA确定目标的位置。分析了三维TDOA目标定位模糊产生的原因,提出了一种无模糊的高精度TDOA目标位置求解算法。仿真结果表明,该算法比经典的TDOA定位算法精度高,而且不存在定位模糊,从而验证了该空中运动平台对目标进行无源定位方法的有效性以及正确性。