无源时差定位技术及应用研究

论文摘要

无源定位是指测量站不向目标发射电磁波,仅通过接收目标辐射源所辐射、反射和散射的电磁波来确定目标的位置。相对有源定位,无源定位可以更有效地抗击电子干扰、隐身技术、反辐射武器等威胁,且无源定位可以对干扰源、手机、电台等辐射源进行定位。现在无源定位中的时差（TDOA）定位技术尤其受到广泛关注,因为其具有精度高、易组网实现、能对付宽带低谱密度信号等优点。本文对时差定位技术进行了比较全面的分析研究,包括定位算法、精度分析、模糊无解、应用系统设计等内容,最后还对外场初步实验的情况和结果进行了分析。本文具体工作如下:首先,对基本时差定位技术中的定位算法、精度分析、模糊无解进行了研究。给出了TDOA双曲线模型,对Chan、泰勒级数展开、AML等几种主要的定位算法进行了推导分析,并通过仿真得到了它们在不同条件下的定位性能,找出了存在的问题;对时差测量误差和站址误差对定位精度的影响进行了分析,仿真了多种布站形式下的GDOP分布,并专门分析了目标高度对平面三站时差定位精度的影响,得出了计算定位误差模和方向的表达式;研究了平面三站情况时存在的定位模糊和无解问题,得出了其分布区域。其次,对TDOA定位技术在卫星对地观测定位上的应用进行了详细的研究。研究集中在受地球面限制的TDOA定位技术,分别介绍了正球体和WGS-84椭球体两种地球模型下的几种定位算法,并在此基础上本文提出了一种在WGS-84模型下已知目标海拔高度信息时的新定位算法,对各种算法的定位性能进行了仿真;对于影响星载受限TDOA定位精度的各种因素本文也进行了详细分析,并对误差分布情况进行了仿真。接着,针对当前的无线电监测定位系统存在的问题,本文设计了一个采用TDOA定位技术,并基于小型接收机网络的无线电监测定位系统,对系统方案、小型接收机设计及处理流程进行了介绍。最后,做了外场三站时差定位初步实验,对实验方案及数据处理方法进行了介绍,并对结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究与发展现状
• 1.3 常用定位技术介绍
• 1.4 时差定位技术的优势
• 1.5 论文主要工作及结构安排
• 第二章 基本时差定位技术研究
• 2.1 到达时差估计
• 2.2 定位方程求解算法
• 2.2.1 TDOA 双曲线模型
• 2.2.2 Chan 定位算法
• 2.2.2.1 三个测量站
• 2.2.2.2 四个及以上测量站
• 2.2.3 泰勒级数展开法
• 2.2.4 AML 定位算法
• 2.2.5 协同定位算法
• 2.2.6 其它定位算法
• 2.2.7 算法性能仿真
• 2.3 定位精度分析
• 2.3.1 基于时差测量误差与站址误差的定位精度分析
• 2.3.2 目标高度对平面三站时差定位精度的影响
• 2.3.2.1 定位误差向量模分析
• 2.3.2.2 定位误差向量方向分析
• 2.3.3 仿真分析
• 2.4 平面三站模糊无解研究
• 2.4.1 模糊研究
• 2.4.2 无解研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 星载受限时差定位技术研究
• 3.1 星载时差定位基本原理
• 3.2 星载受限定位方程求解算法
• 3.2.1 地球正球体模型下的定位算法
• 3.2.2 WGS-84 地球模型下的定位算法
• 3.2.2.1 迭代算法
• 3.2.2.2 解析算法
• 3.2.3 已知目标海拔高度时的定位算法
• 3.2.4 仿真分析
• 3.3 定位精度分析
• 3.3.1 零海拔高度假设带来的系统误差分析
• 3.3.2 基于时差测量误差与星址误差的定位精度分析
• 3.3.3 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 时差定位在无线电监测定位上的应用
• 4.1 提出新系统的必要性
• 4.2 系统方案
• 4.3 小型接收机设计
• 4.4 处理流程
• 4.5 本章小结
• 第五章 外场三站时差定位实验
• 5.1 实验方案
• 5.2 实验系统组成
• 5.3 数据处理及分析
• 5.3.1 数据有效性判定
• 5.3.2 数据处理方法
• 5.3.3 数据处理结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果