TDOA定位技术及其误差分析
《基于TDOA的无人机无线定位算法研究》
《基于TDOA的无人机无线定位算法研究》篇一一、引言随着科技的进步和应用的不断扩展，无人机的使用在多个领域日益增长。
由于其在环境探测、航拍摄影、搜索和救援等任务中的优势，无人机的定位技术变得尤为重要。
无线定位技术作为无人机导航的核心技术之一，其精确性和效率直接影响到无人机的性能。
在众多无线定位算法中，基于到达时间差（TDOA）的定位算法因其高精度和良好的抗干扰性而备受关注。
本文将重点研究基于TDOA的无人机无线定位算法。
二、TDOA无线定位算法概述TDOA（Time Difference of Arrival）即到达时间差，是指同一信号由不同路径到达接收端的时间差。
基于TDOA的无线定位算法通过测量信号在不同路径上的到达时间差，结合信号传播速度，计算出信号源的位置。
该算法广泛应用于无线通信、雷达、声纳等领域。
三、基于TDOA的无人机无线定位算法研究1. 算法原理基于TDOA的无人机无线定位算法主要利用多个接收器接收来自同一信号源的信号，通过测量不同接收器接收到信号的时间差，结合信号传播速度，计算出信号源的位置。
该算法需要至少三个接收器，且接收器之间需要有良好的通信和同步机制。
2. 算法实现（1）信号接收与时间差测量：无人机搭载的接收器接收到来自信号源的信号后，通过内部计时器测量信号到达的时间。
同时，各个接收器之间通过通信网络共享时间信息。
（2）数据传输与处理：接收器将测量得到的时间差数据传输至无人机上的处理单元。
处理单元利用TDOA算法计算出信号源的位置。
（3）位置计算：处理单元根据测量的时间差和已知的信号传播速度，利用几何方法（如双曲线交点法）计算出信号源的位置。
3. 算法优化为提高基于TDOA的无人机无线定位算法的精度和效率，可以采取以下优化措施：（1）提高接收器的时钟精度和同步性能，减小时间测量误差；（2）采用多路径识别和滤波技术，降低环境干扰对定位精度的影响；（3）优化数据处理算法，提高计算速度和准确性；（4）结合其他定位技术，如惯性导航、视觉定位等，提高无人机在复杂环境下的定位性能。
基于TDOA的改进定位算法及精度分析
Ｄ ＯＩ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — １ ４ ２ ３ ． ２ ０ １ ７ ． ２ ９ ． ０ ０ １
基于 Ｔ Ｄ ＯＡ的改进定位算 法及精度分析
在不 同误差 范围 内的定位精度 和不 同 目标数量的处理
时， 由于每个 目标 本应该进行初值 估计和迭代修 正 ， 但 原始 方法计算量 大会引起部分 目标 只做初值估计 不迭
代修 正 ， 甚至不处 理 的情况 ， 这 导致 了整体 目标定 位精 度低 和定 位实 时性低 的 问题 。为了解决 这两个 问题 ，
精度 。
关键词 ：
协同 Ｔ Ｄ Ｏ Ａ定位 ； 批量 目标 ； 定位 实时 陛； 定位精 度
基金 ９ １ ３ ３ ８ １ ０ ７ ）
０ 引言
近年来 ， 由于无 源定位具有探 测范 围大 、 定 位精度
两 次 ｗＬ Ｓ计算 和迭 代计算 消耗 时 间太 多 。本文
军事 目标定 位 中运 用 很多 。Ｔ Ｄ Ｏ Ａ （ Ｔ ｉ ｍ ｅ Ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｏ ｆ
Ａ ｒ ｒ ｉ ｖ ａ １ ） 定位 是利用多个测量 站接收辐射源信号 的时间
差来对辐射源进行定位－ － 。
值更新加权 矩阵 ， 利用 ＷＬ Ｓ算法迭代 出修正的 目标位
ＧＩ Ｉ
： ＋
＋ １ ＋
ｊ一．
２■
● ● ●
一
．
、 Ｉ ， 为 误 差 矢 ＝ Ｂ Ｑ Ｂ
阵， ， ： ， 表示 ｉ 测 量 站 位 （ ５ ）
基于蜂窝网无线定位技术TDOA的误差分析
1.3.1 基站个数的影响
和
分别表示信号的幅度和pn码的延时。载波信号解
调后得到基带信号，除去数据信息d(t)，得到pn信号：
要实现TDOA定位，需要至少三个基站。当移动台能 接收到更多基站的信号时，利用更多的信号估计位置，就 可以更精确地定位。
(11)
1.3.2 基站布局的影响
通
其中
∧
Φ
0
为直达信号的载波相位估计，pn信号分别与
34
基于蜂窝网无线定位技术TDOA的误差分析
1.2.2 码元跟踪误差 基于TDOA的定位法要求移动台从接收到的射频信号
中提取准确的TDOA估计值[4]。目前较常用的方法是采用 延时锁相环（DLL）进行精探测。
移动台接收机利用载波信号中的pn码一致性来测 距。先通过相关技术捕获pn码，获得直达信号的时延估计
苟举
通
男，四川广元人，研究生，重庆邮电大学无线定位与空间测量研究所，研究
信
方向为通信与信息系统。
热
点
0 前言*
TDOA是蜂窝网定位算法的一种，TDOA是通过检测 信号到达两个基站的传播时间差实现定位的，和TOA定 位需要测量到达的绝对时间来确定移动终端的位置相比， 降低了对基站时间同步的要求。测量得到移动台到两基站 的距离差，则移动终端位于以两基站为焦点的双曲线上。 当已知基站BS1和基站BS2与移动台之间的距离差R21＝R2－ R1，移动台必定位于以两基站为焦点，与两焦点的距离差 R21为实线的双曲线对上。当同时知道基站BS1和基站BS3与 移动台之间的距离差R31＝R3－R1时，可以得到另一组以两 基站BS1和BS3为焦点，与该两焦点的距离差恒为R31的以虚 线表示的双曲线对上。于是，两组双曲线的焦点代表移动 台的估计位置[1]，如图1所示。
tdoa方法
TDOA（Time Difference of Arrival，到达时间差）定位方法是一种无线信号定位技术，它通过测量信号到达不同接收器的时间差异来确定信号源的位置。
在实际应用中，例如在移动通信、雷达系统、无线电导航以及紧急呼叫系统的定位服务中，TDOA被广泛应用。
基本原理：1.接收时差测量：TDOA系统通常由三个或更多个接收站组成（对于二维定位至少需要三个接收站，三维定位则通常需要四个）。
当一个未知位置的发射源发出信号时，每个接收站会记录下接收到该信号的准确时间戳。
通过比较这些时间戳，可以计算出信号到达各个接收站的时间差（Δt_i）。
2.双曲线定位：每一对接收站之间的时间差对应着信号源到这两个接收站的距离差，这将在空间上形成一条双曲线。
不同的接收站对将产生不同的双曲线。
信号源的位置将是所有这些双曲线交点的地方。
3.数学建模与解算：通过构建适当的数学模型，如非线性方程组，可以求解这些双曲线的交点以得到信号源的精确坐标。
实际中，可能需要利用数值优化算法来处理噪声和误差的影响。
关键技术与挑战：•高精度时间同步：为了获得高精度的TDOA，接收站之间必须进行高度精确的时间同步，一般通过GPS或其他精密时间源实现。
•时差测量误差控制：时差测量的精度直接影响定位精度，每减少1纳秒的时间差误差大致对应0.3米的距离误差。
因此，接收机的硬件性能、信号处理算法以及环境因素（如多径效应、干扰等）都会影响最终定位精度。
•数据处理与算法：采用相关函数法、广义相关法、相位谱分析等手段提取信号到达时间信息，并结合GDOP（Geometric Dilution OfPrecision，几何精度因子）等指标评估定位质量。
•鲁棒性和实时性：确保算法在各种复杂环境下仍能稳定工作，且能在满足定位精度的同时提供实时定位结果。
应用优势：•不需要信号源配合发送特定信息，因此TDOA常用于被动定位，即无需知道信号源的身份或内容。
•在覆盖区域内无需信号源具备GPS接收能力，适用于无法安装GPS设备的情况。
基于TDOA室内定位算法的研究2500字
基于TDOA室内定位算法的研究2500字在通信领域中，定位是一个值得研究的方向，其中室内定位是一个新的热门研究方向。
在室内定位中，我们要考虑到各种误差对定位精度的影响，同时还要考虑到为了尽可能地减小误差对定位性能的影响使用的定位算法的复杂度。
定位最想要的结果就是用合适的复杂度尽可能小的定位算法得到定位精度尽可能高的定位结果。
在本文中，我们讨论TDOA的定位方法，同时研究基于TDOA的WLS算法、Chan算法和Taylor算法。
毕业室内定位；定位算法；TDOA；Chan算法；Taylor算法在室内定位领域中，室内定位算法是极为重要的，它关系到定位性能的优劣。
在研究室内定位时，对于误差，我们主要考虑系统误差和非视距（NLOS）误差，系统误差是由定位系统本身造成的，而非视距误差是由障碍物的遮挡造成的。
在进行各种定位算法时，需要克服这两种误差。
各种算法都有优缺点，不同的环境算法的选择不同，各种算法适用于不同的环境。
在室内定位的研究中，基于TDOA定位算法的种类更多一些，本文深入介绍有关TDOA 定位的一些定位算法。
1、TDOA定位在室内定位的过程中，我们利用几个基站BS得到MS的坐标估计值，最常见的方法就是直接测出BS到MS之间的时间，而后得出BS到MS之间的距离量，这就是我们通常所说的TOA定位，但此法需要各个BS和MS之间在时间上必须保持同步，不能有偏差，这就给定位带来一定的麻烦。
为了解决这一问题，提出利用距离差进行定位，这就是TDOA定位，TDOA定位只要保证各个基站保持时间同步就可以进行。
2、基于TDOA定位算法利用TDOA定位的算法有很多，下面我们介绍几种基于TDOA的定位算法。
2.1 WLS算法WLS定位算法是由LS法演进得来的，在室内定位的算法中，LS法是用得最为广泛的定位算法，LS算法不涉及到权重的问题。
但在实际应用中，WLS算法比LS算法用得更为广泛，由于WLS算法的定位精度要高于LS算法，故在很多算法中用到WLS算法。
TDOA基站定位算法详细介绍
TDOA基站定位算法详细介绍TDOA（Time Difference of Arrival）基站定位算法是一种利用信号到达时间差来确定目标位置的定位算法。
通过多个接收基站同时接收目标信号，并测量信号到达每个基站的时间差，通过差值计算可以估计目标位置。
下面将详细介绍TDOA基站定位算法的工作原理和算法流程。
TDOA基站定位算法的工作原理是基于时间差测量的。
首先，我们需要确定一个参考点作为参考基站，其他基站的位置相对于参考基站的位置进行测量。
当目标信号到达各个基站时，基站会将到达时间戳发送给一个中央处理单元（Central Processing Unit，CPU）。
CPU根据接收到的时间戳来计算信号的到达时间差，然后通过这个时间差来推测目标的位置。
TDOA基站定位算法的核心思想是通过多个基站之间的信号到达时间差来确定目标位置。
根据波速的常数，我们可以将时间差转化为距离差。
通过计算目标信号到达每个基站的时间差，我们可以得出一组距离差。
根据这些距离差，我们可以构建一个多边形，其中目标位置位于这个多边形的交叉点。
1.确定参考基站和其他测量基站：在定位系统中选择一个基站作为参考基站，其他的基站相对于参考基站进行测量。
2.接收到目标信号：多个基站同时接收到目标信号。
3.计算时间差：各个基站将接收到目标信号的时间戳发送给CPU，CPU通过计算相对于参考基站的时间差来估计目标位置。
4.转换为距离差：根据波速的常数，将时间差转换为距离差。
5.构建多边形：根据距离差，将目标位置可能在的区域构建为一个多边形。
6.确定目标位置：通过求解多边形的交叉点，确定目标的最可能位置。
TDOA基站定位算法的优点是定位精度较高。
由于使用多个基站同时接收信号并计算时间差，相对于单个基站定位算法，TDOA算法能够提供更好的定位精度。
此外，TDOA算法不需要测量信号的功率信息，因此对于弱信号和噪声信号的处理也较为灵活。
然而，TDOA基站定位算法也存在一些限制。
基于虚拟时延的LOS／NLOS通用TDOA算法及测高误差修正
基于虚拟时延的LOS／NLOS通用TDOA算法及测高误差修正基于到达时间差（TDOA）的无线终端定位算法多数适用于视距（LOS）环境，其用于非视距（NLOS）环境下时定位精度不高。
而从TDOA的测量数据上区分LOS、NLOS环境非常困难，为此，提出一种适用既适用于LOS环境也适用于NLOS环境的TDOA算法：将多径效应等因素所致的时间误差合并成为虚拟延时，建立以终端坐标、虚拟延时因子为未知数的方程组。
通过迭代，解决方程组的欠定问题，估算出终端的坐标。
同时，虑及低仰角传输时电波折射对测高的影响，采用电波折射误差修正的简易模型，对测高进行修正。
测试数据比对表明：该算法定位精度较高。
标签：无线终端定位；TDOA；虚拟延时；电波折射误差修正；LOS；NLOS Abstract：Most of the wireless terminal location algorithms based on time difference of arrival （TDOA）are suitable for the line-of-sight （LOS）environment，but their accuracy is not high when they are used in the non-line-of-sight （NLOS）environment. However，it is very difficult to distinguish LOS from NLOS environment in terms of TDOA measurement data. Therefore，a TDOA algorithm suitable for both LOS and NLOS environment is proposed：The time error caused by multipath effect is combined into virtual delay. A set of equations with terminal coordinates and virtual delay factor as unknowns is established. Through iteration，the problem of underdetermined equations is solved，and the terminal coordinates are estimated. At the same time，considering the effect of radio wave refraction on altimetry when transmitted at low elevation angle，the simple model of radio wave refraction error correction is used to correct the height measurement. The comparison of test data shows that the algorithm has high positioning accuracy.Keywords：wireless terminal location；TDOA；virtual time delay；radio wave refraction error correction；LOS；NLOS引言基于到達时间差（TDOA）的经典定位算法很多，如：Y.T.Chan的ML算法[1]以及W.H.Foy的Taylor算法[2]。
tdoa定位原理
tdoa定位原理TDOA（Time Difference of Arrival）定位是一种基于测量信号到达不同时间的定位方法。
它广泛应用于无线通信领域，包括雷达、无线传感器网络和移动通信系统等。
TDOA定位的原理基于多个接收器（或基站）同时接收同一信号，并通过测量信号到达不同接收器的时间差来计算目标的位置。
在这个过程中，信号的传输速度可以近似为光速。
根据光速的快速传播，可以认为信号从发射源处向各个接收器传播的时间差与目标距离接收器的距离差是一致的。
首先，需要至少三个接收器（或基站）来进行TDOA定位。
这是因为由于接收器数量的限制，至少需要三个接收器来计算三个未知数，即目标在三维空间中的坐标。
接收器的位置必须预先知道，可以通过GPS或其他测量方法进行测量。
然后，在接收到信号后，每个接收器都会记录下信号到达的时间点。
为了保证测量的准确性，接收器之间的时间同步非常重要。
这可以通过采取同步措施（例如时间同步信号或GPS接收器）来实现。
接下来，通过测量信号到达不同接收器的时间差，可以计算出目标与接收器之间的距离差。
具体的计算方法是将时间差转换为距离差，然后结合接收器的位置信息，利用三角定位的原理来计算目标的位置。
这种计算方法可以通过使用超几何定位（Hyberbolic Localization）来实现。
超几何定位利用了双曲线的性质。
在二维空间中，双曲线是由到达两个接收器的信号所构成的。
由于到达时间差是已知的，通过绘制这些双曲线，可以找到目标所在的位置。
在三维空间中，类似的原理也适用，但需要将二维的双曲线扩展为三维的双曲面。
最后，通过使用多个接收器的测量结果，目标的准确位置可以通过求解多个方程组来计算。
这可以通过使用迭代算法（如非线性最小二乘法）来实现。
TDOA定位具有许多优点。
首先，它可以使用已有的无线通信基础设施来进行定位，无需额外的传感器或设备。
其次，由于TDOA定位只测量时间差，而不需要测量具体的信号强度，因此可以减少定位中的信号传播误差。
TDOA被动定位关键技术研究与应用
TDOA被动定位关键技术研究与应用TDOA被动定位关键技术研究与应用随着无线通信技术的迅猛发展和日益成熟，移动通信设备的普及率大幅提高。
在这样的背景下，对移动设备的定位需求迅速增长。
尽管卫星导航系统（GNSS）在定位领域发挥了重要作用，但在某些环境中，如封闭环境或高楼密集地区，GNSS的性能受到限制。
此时，TDOA被动定位技术成为一种有效且有前途的解决方案。
TDOA（Time Difference of Arrival）是一种被动定位技术，通过分析物体或信号源到多个接收器之间的到达时间差异来确定物体的位置。
TDOA的基本原理是基于信号源在不同接收器之间的传播延迟，通过测量到每个接收器的到达时间差异，可以实现对信号源位置的估计。
在TDOA定位中，我们通常使用三个或更多接收器以获得比较准确的定位结果。
TDOA被动定位技术的关键在于准确地测量信号在多个接收器之间的到达时间差异。
为了实现这一目标，研究人员提出了许多创新的算法和技术。
其中之一是超宽带（UWB）技术，它利用高带宽信号的短脉冲特性进行TDOA测量。
UWB信号的特点是较低的传播衰减和对多径效应具有较好的鲁棒性，使得它成为TDOA被动定位的理想选择。
除了UWB技术外，还有一些其他技术可以实现TDOA被动定位，如基于声学的定位和无线电频率识别（RFID）。
声学定位技术通过分析声音波纹的到达时间差异来确定物体的位置。
这种技术在应用中被广泛用于外部环境下对声源的定位，例如监控系统中的声音定位。
RFID技术则通过测量标签信号在不同读卡器之间的到达时间差异来实现定位。
这些不同的技术在TDOA被动定位中发挥着不同的作用，在不同的应用场景中都有着独特的优势。
TDOA被动定位技术在实际应用中具有广泛的潜力。
一方面，它可以应用于安全领域，如追踪和监视。
例如，在军事情报搜集中，TDOA被动定位技术可以用于定位敌方无线电发送者的位置，从而帮助军方进行情报收集和战术决策。
TDOA基站定位算法详细介绍
TDOA基站定位算法详细介绍TDOA（Time Difference of Arrival）基站定位算法是一种利用时间差来实现定位的方法。
它是一种相对较简单而有效的定位算法，广泛应用于无线通信领域。
本文将详细介绍TDOA基站定位算法的原理、流程和应用。
一、原理TDOA基站定位算法的核心原理是利用不同基站接收到信号的到达时间差来计算目标物体的位置。
当目标物体发出信号时，信号会以固定的速度在空间中传播，到达不同基站的时间会有微小的差别。
根据这些时间差，可以对目标物体的位置进行估计。
二、流程1.数据采集：各个基站接收到目标物体发出的信号，并记录下到达时间。
2.时差估计：根据接收到的信号到达时间，计算不同基站之间的时间差。
常用的计算方法有互相关法和最小二乘法。
3.距离估计：利用时间差，可以计算出目标物体到不同基站的距离。
距离估计方法通常是利用信号传播速度乘以时间差。
4.定位计算：根据已知的基站位置和目标物体到不同基站的距离，可以利用三角定位法或最小二乘法等进行定位计算，得到目标物体的坐标。
5.定位结果输出：最后，将计算得到的目标物体坐标输出给应用程序或其他模块进行后续处理或显示。
三、应用1.无线通信：在移动通信网络中，可以利用TDOA算法对手机进行定位，实现手机追踪和定位服务，用于安全防护、紧急救援等方面。
2.超宽带定位：利用TDOA算法结合超宽带技术，可以实现对人员、车辆等的高精度定位，广泛应用于室内导航、智能交通等领域。
3.军事应用：TDOA算法可以应用于无线电侦察领域，对目标信号进行定位，用于军事情报收集、无线电干扰定位等。
4.航空航天：在航空航天领域，TDOA算法可以用于飞行器的定位跟踪和导航，提高航空器的安全性和准确性。
5.无人驾驶：将TDOA算法应用于无人驾驶系统中，可以提供车辆的准确位置信息，用于车辆自主导航和避障。
四、优势和不足1.精度较高：由于利用了多个基站的信息进行定位，TDOA算法通常具有比较高的定位精度。
TDOA定位算法研究
TDOA定位算法研究TDOA（Time Difference of Arrival）定位算法是一种基于测量信号到达时间差异来确定目标位置的定位技术。
它广泛应用于雷达、无线通信和声波定位等领域。
TDOA定位算法的研究包括原理、算法设计和应用等方面，下面将从这几个方面展开。
TDOA定位算法的原理是基于信号到达目标的时间差，通过测量这个时间差来计算目标的位置。
TDOA定位系统一般由多个接收器（或传感器）组成，它们可以同时接收到目标发射的信号。
由于信号在电磁波或声波中的传播速度是已知的，因此通过测量信号到达不同接收器的时间差，可以计算出目标的位置。
TDOA定位算法的设计是为了提高定位的准确性和精度。
常用的TDOA算法有三角化法、最小二乘法和粒子群算法等。
三角化法是一种简单直观的算法，它通过计算目标到多个接收器的距离差异来确定目标的位置。
最小二乘法是一种经典的优化算法，通过最小化目标到接收器距离的平方和来求解目标位置。
粒子群算法是一种基于群体智能优化的算法，它模拟了鸟群觅食行为，在空间中寻找最优解。
TDOA定位算法的应用包括军事侦察、灾害救援和智能交通等领域。
在军事侦察中，TDOA定位算法可以用于定位敌方雷达和通信设备，提供情报支持。
在灾害救援中，TDOA定位算法可以用于定位事故现场的求救信号，提高救援效率。
在智能交通中，TDOA定位算法可以用于车辆定位和轨道导航，提高交通管理效果。
TDOA定位算法还面临一些挑战和改进的空间。
首先，信号传播受到多径衰落和噪声干扰的影响，这会导致定位误差增加。
因此，如何减小多径效应和增强抗干扰能力是关键问题之一、其次，TDOA定位系统需要多个接收器，这会增加系统成本和复杂度。
因此，如何设计更简化的系统和算法是一个挑战。
此外，TDOA定位算法还需要考虑多目标同时定位和实时性的要求。
总之，TDOA定位算法是一种基于时间差异的定位技术，它通过测量信号到达时间差异来确定目标位置。
TDOA定位算法的研究包括原理、算法设计和应用等方面，它在军事、救援和交通等领域有着广泛的应用前景。
TDOA定位技术和实际应用简介_俞一鸣
1 TDOA 介绍对干扰源的定位是无线电频谱管理的重要内容之一，主要的定位方法包括两大类：复合角度定位法和时间差定位法。
复合角度定位法基于无线电测向工作，通过多个无线电监测站点对同一个信号进行测向，利用测向射线（角度）的交会进行定位。
时间差定位法则基于信号到达监测站的时间，通过时间距离换算进行交会定位。
TDOA 是一种利用时间差进行定位的方法，通过测量信号到达监测站的时间，可以确定信号源的距离。
利用信号源到多个无线电监测站的距离（以无线电监测站为中心，距离为半径作圆），就能确定信号的位置。
通过比较信号到达多个监测站的时间差，就能作出以监测站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置（见图1、图2）。
图1 TDOA 定位示意图 图2 双曲线交会定位示意图TDOA 是基于多站点的定位系统，因此要对信号进行定位必须有至少3个以上的监测站进行同时测量。
而每个监测站的组成则相对比较简单，主要包括接收机，天线和时间同步模块。
理论上现有的监测站只要具有时间同步模块就能升级成为TDOA 监测站，而不需要复杂的技术改造。
2 TDOA 的优势相比复合角度的定位方法，TDOA 有以下的优点：（1）TDOA 不存在相位模糊的问题，因此测向基线可以不受限制。
传统的测向方法需要通过相位来计算方位角，而相位测量存在2π周期的不确定性，所以往往利用天线基线小于信号波长的方法来避免2π周期的回绕。
但是高频信号的波长较短，使得测试天线的距离较近，容易产生信号耦合，使得测量产生误差。
而每个TDOA 监测站只需一个天线，从根本上解决了信号耦合的问题。
（2）TDOA 系统复杂度低。
对于TDOA 监测站，只需配置监测天线和接收机即可，而且对于天线的要求不高，即便不同的监测点用不同的天线也没有关系。
而测向天线本身就是一组天线组成的天线阵列，并且阵列中各个天线的性能尽可能保持一致，否则会对测向的准确度带来影响，从而使系统成本较高，不利于广泛开展监测。
下行tdoa定位原理
下行tdoa定位原理TDOA定位原理引言:在当今的智能化时代，定位技术已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。
而TDOA（Time Difference of Arrival）定位技术，作为一种精准的定位方式，已经得到了广泛的应用。
本文将详细介绍TDOA定位原理，以及其在实际应用中的一些特点和限制。
一、TDOA定位原理概述TDOA定位技术是一种基于时间差测量的定位方法，通过测量信号到达不同接收器的时间差，从而确定信号源的位置。
其原理基于声波、无线电波或其他信号在空间中传播的速度是已知的，因此可以通过测量信号到达不同接收器的时间差，计算出信号源的位置。
二、TDOA定位原理详解1. 接收器布局TDOA定位系统通常需要至少三个接收器来进行定位，这些接收器通常分布在不同的位置。
通过测量信号到达各个接收器的时间差，可以利用几何关系计算出信号源的位置。
2. 时间差测量TDOA定位系统中，时间差测量是关键步骤。
当信号源发出信号时，信号会以一定的速度传播到各个接收器。
由于距离不同，信号到达各个接收器的时间会有所差异。
通过测量这些时间差，可以计算出信号源的位置。
3. 定位计算基于时间差测量的数据，可以利用三角定位或其他数学模型计算出信号源的位置。
通过将时间差转换为距离差，再利用几何关系，可以得到信号源所在的坐标。
三、TDOA定位的特点和限制1. 精准度高相比其他定位技术，TDOA定位具有较高的精准度。
通过精确测量信号到达时间差，可以实现高精度的定位，满足各种应用场景的需求。
2. 适用范围广TDOA定位技术可以应用于不同的信号类型，包括声波、无线电波等。
因此，它可以广泛应用于通信、导航、救援等领域。
3. 多路径效应对定位精度的影响在实际应用中，TDOA定位技术受到多路径效应的影响。
多路径效应是指信号在传播过程中经历反射、折射等现象，导致信号到达接收器的时间差发生变化。
这会对定位精度产生一定的影响，需要通过算法和技术手段进行补偿。
到达时间差(TDOA)测向定位研究
距离等于电波从辐射 源传播到不 同波前 的距离差。 在这种条件下 ， 电波在某一时间到达不同位置的天 线单 元 的波前 是 不 同 的 （ 除非 两 个天 线 单 元恰 在 同 波前 上 的特 例 ） 利 用 某 一 时 刻 电波 到 达 不 同天 ， 线 的不 同波 前之 间 的时 间差 进 行 测 向的 方法 ， 是 就
ｍ ｅａ ｕｒ ｓ ｅｍ ｅｎｔ ．
Ｋｅ ｒ ｓ： ｍｉ ｅ ； Ｄ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｔ ｒ Ｔ ＯＡ ； ｉ ｃ ｏ ｎ ｉ ｇ ｏ ａ ｏ ￣ ｔ ｅ ｎ ｔ ｄｒ ｔ ｎ ｆ ｄｎ ；ｌｃ ｔ ｎ ｍｅ ｌ ｍｅ ｔ ｅｉ ｉ ｉ ｒ
１ 时差测 向法基本原理
一
法。所 以， 对于利用信号波前到达某一测向站不同 天线 单 元 的时差 ， 进行 测 向 的时 差 测 向法 与 比相 法 的差异 ， 只是测量单位 的不同。相位较时间放大了 很多 ， 因此工程上易于实现 ， 而且测向精度较高。但 相位总是 与频率相关 的， 并且 以 ３０ 为周期 ， ６。 超出 这个范 围就存在 模糊 问题 ， 程上 只能 测 出小 于 工 ３０ 的值 ， ６。 而时差测向则无此 问题 ， 余者是完全一样 的 。如 比相 法那 样 ， 可 用一 个 正 交 的三 角 形 天 线 它 阵进行 测 向 ， 图 １ 示 。 如 所
一
］
（） ４
图ｌ 是时差测 向设备示意图。实际的设备还需 要性能一致的 ３个天线单元 ， 部相位和幅度一致 ３
第４ ７卷 第 １ 期 ２０ ０ ７年 ２月
奶 讥 技
Ｔ ｌ ｏ ｍｕ ｉ ｔ ｎＥｌｉ ｒ ｇ ｅｅ ｍ ｎｃ ｉ Ｉ ｎ ｉ ｃ ａｏ ｇｅ ｎ ｃ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ． １４ １ Ｆｌ ２ ７ ｅ ｂ． ００
TDOA基站定位算法详细介绍
17
未来应用
在行政区域内大面积布站增加监测覆盖面
积的基础上，仅需增加：
同步设备、数字信号处理设备
就可以实现对无线电发射源的TDOA定位。
18
微波、雷达干扰源定位
对宽带无线电信号精度更高
脉冲信号更有效
19
20
到达时间差
tA
监测站A
tB 发射机 监测站B
3
距离差=时间差×电磁波速度
T A B
TA-TB=CONSTANT
4
R N 主站A 从站C T M S
从站B
5
二、TDOA定位基本原理
基本原理: 通过测量无线电信号到达不同监测地点 的天线单元时间差，来对发射无线电信号的 发射源进行定位。 注意：TDOA定位不是TDOA测向
6
TDOA定位流程
从监测站将同一时间测量同一信号得到的数据发送 至主监测站 主监测站分别计算出无线电信号到达两个监测站天 线的时间差（利用相关算法） 根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条 双曲线； 通过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以得 到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位
定位精度高
基线长度不受限制，使用长基线避免天线间互耦影响，使定位精 度提高；不存在相位模糊问题
信号带宽越宽，时间测量精度越高。尤其适用于宽带低功率谱信 号。
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实验结果
对于带宽大于10KHz的无线电信号，时间测量误差 为100ns。（距离误差为30m）
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五、DOA与TDOA的比较
所需监测站数量 监测站配置的复杂度 定位精度和灵敏度 结论
7
三、TDOA关键技术
监测站高精度同步
实现方式： GPS、有线或无线方式
TDOA被动定位方法及精度分析概要
TDOA 被动定位方法及精度分析Ξ杨林周一宇孙仲康(国防科技大学电子工程学院长沙 410073摘要本文提出了一种利用多站 TDOA 信息对辐射源定位的非线性方程组求解方法 , 该方法简洁准确 , 无需作迭代运算 , 计算量小。
文中给出了该定位方法的精度分析 , 最后给出了在具体布站条件下的受控区域内的 GDO P 分布。
关键词无源定位 , TDOA , 时差定位 , 精度分析 , GDO P 分类号 TN 953. 7T DOA Pa ssive L oca tion Yanglin (In stitu ic , D T , Changsha , 410073Abstract , , , and com p u tati onally effcien t so lu ti on of non linear equati on of em po siti on based on the ti m e differences of arrival (TDOA m ea 2su red by lti on is p ropo sed in th is p ap er . T he accu racy analysis of the locati on m ethod is also p resen ted . F inally p erfo rm ance evaluati on resu lts of em itter locati on by u sing TDOA info rm ati on are illu strated by som e grap h s of Geom etrical D ilu ti on of P recisi on (GDO P under vari ou s conditi on s in the sp ecific su rveillance regi on .Key words Passive L ocati on , TDOA , TDOA L ocati on , A ccu racy A nalysis , GDO P无源定位系统本身不发射电磁波 , 完全是被动工作的 , 因此具有隐蔽性好的优点 , 对于提高系统在电子战环境下的生存能力具有重要的作用 [1]。
基于TDOA的基站布局对定位精度影响分析
基于TDOA的基站布局对定位精度影响分析周恭谦;杨露菁;刘忠;彭业飞【摘要】Positioning equation based on TDOA is analyzed , the nonlinear function of position error on target azimuth of sta-tion is solved by the differential operation of the equation , the specific factor which affects the positioning accuracy is found out by analysis of function .In addition, an chaotic double disturbance particle swarm optimization algorithm is put forward to solve the function for the problem that nonlinear function is difficult to solve , the algorithm can quickly find the base station layout which satisfies the minimum position error when the target position is changed , and the features are summarized which meet the minimum positioning error of the base station layout .Finally the conclusion is verified by an example .%对基于TDOA的定位方程进行分析,通过对其进行微分运算,求解出定位误差关于基站目标方位角的非线性函数,分析函数找出了影响定位精度的具体要素.此外针对非线性函数求解困难的问题提出一种混沌双扰动粒子群算法(CDDPO)对该函数求解,当待测目标位置发生变化时该算法能够迅速找出满足定位误差最小的基站布局,总结归纳了使误差最小时的定位基站布局的特点.最后通过实例验证了结论的正确性.【期刊名称】《指挥控制与仿真》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】8页(P119-126)【关键词】基站布局;定位精度;混沌双扰动粒子群算法;时差定位;微分运算【作者】周恭谦;杨露菁;刘忠;彭业飞【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TN966;E917TDOA即到达时间差,是指无线射频信号同一时刻到达两个基站的时间差。
基于TDOA的无线定位方法及其性能分析_史小红
TDOAbased wireless positioning method and its performance
Shi Xiaohong
（ School of Information Science and Engineering ，Southeast University ，Nanjing 210096 ，China）
第 43 卷第 2 期 2013 年 3 月
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
Vol． 43 No． 2 M ar． 2013
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2013． 02． 005
图2 发送节点与接收机之间的信号传输模型
该信号经过的多径信道为 p （ n） ， 则
M －1
z （ n） =
p （ m） s （ n － m） ∑ m =0
（ 2）
p （ m ） 为第 m 条路径上的衰减系数． 当射频 式中， 信号 s （ n） 在频率为 2． 4 GHz 时（ 如 Zigbee 节点 ） ， 其波长仅为 12． 5 cm． 从式（ 2 ） 不难看出， 多径的存 z （ n ） ． 的衰落 由于信号波 在可能会造成接收信号 长很短， 信号在空间衰落很频繁． 当信道上有噪声 v （ n） （ 这里假定为 AWGN 噪声） 时， 则接收天线上 接收到的信号为
图3
无线信道中的基带信号传输等效模型
图 3 表明， 基带信号在无线信道中传输时会受 到多径 p ' （ n） 、 频偏 Δω、 相偏 0 以及噪声 v ' （ n） 的 这些因素可能会影响到时间 影响． 后续分析表明， 差的测量精度．
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３ ＴＤＯＡ定位原理
ＴＤＯＡ是一种基于网络的定位技术，其基本原理是测
５
万方数据
Ｖｉｌｉｉｉｉｉ：ｉ；？。’∥二二？ｉ，。／≯；一ｊ｛ｍ一（∥∥＃≯＃≯？＊一￡７粥７ｔ搿ｎ∥一≯，，ｊ一；＃∥搿７一：７７≯一，∥ｉ，∥Ｚ’｛ｆ ２｛Ｅｇ麓
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络环境中的平均ＮＬＯＳ误差达到５００～７００ ｍ【４】，Ｋｏｒｅａ
测量值调节到接近ＬＯＳ的测量值ｍ。另一种方法是降低非
Ｔｅｌｅｃｏｍ在ＪＳ一９５网络中的测量结果表明平均ＮＬＯＳ误
线性最小二乘法算法中ＮＬＯＳ测量值的权重，这种方法也
差达到５８９ ｍ１５］，此外平均ＮＬＯＳ误差有随ＭＳ与ＢＳ之间
需首先判断哪些基站得到的是ＮＬＯＳ测量值【８】。还有一种
ＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）到达时问差定位技 术是根据不同基站接收到的同～移动终端信号在传输路径 上的时延差异实现终端定位。ＴＤＯＡ技术定位依赖于网络 参数的测量，因而不需要对终端做硬件上的改动，与其他移 动网络定位技术相比，有定位精度高，响应时问短，实现简 单等优点，因而ＴＤＯＡ已成为３ＧＰＰ中选用的定位技术之 一，预计在；降来的３Ｇ网络上将被广泛的采用÷
无线网络定位信息服务在我国还处于起步阶段，预计 在未来的两到三年里，无线网络的定位技术将成为位置信 息服务的主要组成部分，进一步推动位置服务的发展，由此 对人们的生活会产生深远的影响。在多数移动网络所在的 城市或恶劣城市环境中，ＭＳ和ＢＳ之间的电波通常难以实 现ＬＯＳ传播。ＮＬＯＳ问题是目前移动网络定位提高定位精 度必须解决的关键问题。近年来国际上针对ＮＬＯＳ问题开 展了广泛研究，目前已提出一些鉴别和抑制或消除ＮＬＯＳ 误差的方法，但对于消除ＴＤＯＡ测量值中的ＮＬＯＳ误差还 没有找到一种切实可行的有效方法。在今后的研究工作中， 寻找如何鉴别在ＴＤＯＡ测量值中是否存在ＮＬＯＳ误差的 更好更实用方法，以及如何在ＮＬＯＳ识别后进行更好的处
距离增大而线形增大的趋势１６］。因此，ＮＬＯＳ传播是影响
方法是对算法进行改进，利用在ＮＬＯＳ传播条件下距离测
圆 圆 囡 园
图３移动定位中的ＮＬＯＳ问题
量值总是大于实ＩｌｇｌＥ离这一特点在非线，Ｉｔ最４、－－－乘算法中 增加一约束项，从而提高定位精度【９】。如图３所示。
术则是在在时间检测阶段和位置解算两个阶段对多径造成 的误差进行抑制。如图４所示。
两个解（交点）中只有一个代表移动台的真实位置，故需要 一些先验知识（如小区半径等）来分辨出真实解，以消除位 置模糊（解模糊）。一些文献也将双曲线定位法称为基于电 波到达时间差（ＴＤＯＡ）的定位法，即ＴＤＯＡ定位法，它也是 目前在各种蜂窝网络中主要研究、采用的定位方法。
４ ＴＤＯＡ定位的误差分析
』（Ｖ∽啦’‘邶川’Ｉ讥０。订’‘邶卅’。’‘娟２１（１）
站之间给出一条双曲线，移动站一定处于该曲线之上［３１。当 同时有Ｎ个基站参与测距时（Ｎ≥３），由多个双曲线之间的 交汇区域就是对用户位置的估计。如图２所示。
整霪萎善豢誊器慧毒
图２ ＴＤＯＡ定位原理
基站ＢＳｌ和基站ＢＳ２与移动台之间的距离差可以通 过测量得出，即通过测量从两个基站同时发出的信号到达 目标移动终端的时间差ｔ。，来确定，或测量从移动台出发到 达两个基站的时间差ｔ。。显然，Ｒ。、＝Ｃｘｔ。，，其中，Ｃ为电磁 波在空气中传播速度。双曲线定位中移动台坐标（ｘＯ，ｙＯ）和 基站坐标（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，２，３）有如下关系：
置估计信息送往用户终端或者基于位置服务的其他业务平 台。因此，系统同时可定位的移动台的数目是有限的。
５ 结论
ｐｅｃｔｓ；Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（ＬＣＳ）；Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｍａｎ—
ａｇｅｍｅｎｔ，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．３９ｐｐ．ｏｒｇ／ｆｔｐ／ｓｐｅｃｓ
３ 周江．孙献璞。无线电定位技术在蜂窝通信系统中的应 用及实现．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｃ２１ｓｔ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｆｉｅｌｄ／ｄｅｓｉｇｎ／ａｒｔ／
形‘簟譬，俐埘７７甜７≯鲥“形∥∥∥７搿Ｈ‘∥龇，∥ｊ磁’｛彩：缎‘；碱捌≯，般，带ｊｊ职≠秽，ｊ≯≯。』艏，Ｚ’；嬲缴 ？，，，“＿｜
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ｒ—————１————————Ｔ
７——————ｒ———————Ｔ，
ｔ（Ｖ（ｘｏ－ｘ３）‘＋（ｔｏ—ｙ３）‘一Ｖ（ｘｏ—ｘ１）。＋（ｙＯ－ｙ１）。）。＝Ｒ，－２
方程式（１）两边同时求平方的缘故，解方程组后可以得 到两个解，分别对应于图２中两对双曲线的两个交点。由于
在蜂窝网络中对ＭＳ进行定位估计的实际应用中， ＴＤＯＡ定位性能往往受到ＧＤＯＰ，信道环境，ＴＤＯＡ测量值 精度等多种因素影响，ＴＤＯＡ定位中的误差消除已成为目 前定位技术研究的重点及难点。
如图１所示，是３ＧＰＰ规定的ＣＤＭＡ系统实现ＬＢＳ业 务的网络结构回。无线接入网侧的定位功能实体是ＬＭＵ （Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ，位置测量单元），主要进行 ＴＤＯＡ定位技术所需的到达时间差参数的测量，ＬＭＵ可以 单独设置或置于基站内。核心网侧的定位功能实体主要有 ＰＤＥ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｎｔｉｔｙ，位置确定单元），主要 功能是根据ＬＭＵ取得的测量参数采用相应算法进行位置 解算。ＭＰＣ（Ｍｏｂｉｌｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，手机定位中心），主要作 为ＬＢＳ服务器它与ＬＢＳ Ｃｌｉｅｎｔ相连。ＬＢＳ Ｃｌｉｅｎｔ指发出查 询某一目标移动台ＭＳ位置请求的用户，它可以是移动台 ＭＳ本身、网络中的管理系统或陆地移动通信网络（ＰＬＭＮ） 之外的用户。ＬＢＳ—Ｃｌｉｅｎｔ可以通过互联网等方式接入到 ＭＰＣ，提出带有精度和响应时间要求的定位请求。系统要 求其他核心网网元ＨＬＲ、ＭＳＣ／ＭＳＣ Ｓｅｒｖｅｒ需要具有支持 位置业务的能力。
个ＢＳ之间实现ＬＯＳ传播通常是很困难的：即使在无多径
种是通过ＴＤＯＡ测量值的标准差对ＬＯＳ和ＮＬＯＳ传播进
和采用了高精度定时技术的情况下，ＮＬＯＳ传播也会引起
行区别，ＮＬＯＳ传播的测距标准差比ＬＯＳ传播高的多，利
ＴＤＯＡ测量误差。Ｎｏｋｉａ的现场测试结果表明，在ＧＳＭ网
用测距误差统计的先验信息就可将一段时间内的ＮＬＯＳ
４．３ ＧＤＯＰ对定位的影响
采用距离测量的定位系统的准确率在很大程度上取决 于基站和待定位ＭＳ之间的几何位置关系，衡量几何位置 对定位准确率影响的度量称为为几何精度因子ＧＤＯＰ （Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）。ＧＤＯＰ定义为定位误 差ＲＭＳＥ与测距误差ＲＭＳＥ的比率。手机在定位过程中常 常会收到不止三个基站的信号，利用ＧＤＯＰ值来选择最适 当的基站来定位，可以提高定位性能。通常来讲，ＧＤＯＰ值 越小其可能引起的误差就越小。
２００３／ｄ０４２３—１７．ｈｔｍ ４ Ｓ．Ｓ．Ｗｏｏ．ｅｔ．ａ１．．Ｔｈｅ ＮＬＯＳ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｐｏｓｉ－
ｔｉｏｎ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ＩＳ－９５ ＣＤＭＡ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ＩＥＥＥ ＶＴＣ，
２０００，ＰＰ．２５５６—２５６０
５ Ｓｉｌｖｅｎｔｏｉｎｅｎ ａｎｄ Ｔ．Ｒａｎｔａｌａｉｎｅｎ，Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｅｍｅｒｇｅｎ—
Ｂｕｒｅａｕｓ／Ｗｉｒｅｌｅｓｓ／
需要将参与定位的基站的特征测量值传送回一个中心定位
２ ３ＧＰＰ ＴＳ ５２．０７ １：３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ；
基站来进行位置估算，最终还要占用空中接口的资源将位
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｓ—
》关键词ＴＤＯＡ ＬＢＳ误差 国
鲴
圜
杨路英
园
贵州省电信有限公司业务支撑中心
１ 引言
２ ＴＤＯＡ定位体系结构
随着移动通信的迅速发展，移动电话用户急剧增加，移 动电话用户的安全问题逐渐突出。相当多的移动电话用户 在通话时并不知道自己所在的地理位置，这就要求移动通 信网络必须通过某种技术自动确定移动台所在的地理位 置，以便公共安全部门能紧急处理移动电话用户所需的各 种紧急服务。为快速准确地解决社会治安、紧急救援等突发 事件，１９９６年美国联邦通信委员会（ＦＣＣ，Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍ— ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）颁布了Ｅ一９１ １法规…，要求２００１ 年１０月１日起移动通信网络必须能对发出紧急呼叫的移 动台提供精度在１２５ ｍ内的定位服务，而且满足此定位精 度的概率应不低于６７％。
缓∥｛４戮２：ｉｉ缪，ｏｊ；７：：爱，∥：，７缓∥∥篱７，，象“；；，？缪／一彩＇／”缀ｏ？’缓，…缓’“ｊ：鹱＇≯弱■ｌ（戮■∥缪“，荔ｍ‘≯§锄，髫。，ｆ７黪’■移７，，ｊ’ｊＨ蓦—ｉ荔‘：缀７，，荔，‘ｊｉ雾ｎｏＺｚ荔７：（｛，荔班‘％；，荔｝，
图１ ＴＤＯＡ定位技术体系
量不同基站接收到同一移动站的定位信号的时间差 （ＴＤＯＡ），并由此计算出移动站到不同基站的距离差。移动 站到任何一个基站和服务基站的距离差ｄ可以在两个基
图４移动定位中的多径传播问题
Ｐｏｗｅｒ Ｕｐ方法，改进软切换方式，利用抗远近效应延时估
计器与多用户检测器等。
参考文献