时差定位与两种测时差方法

基于信号到达角度的定位算法

基于信号到达角度的定位算法是一种利用无线信号的到达角度信息来确定目标位置的方法。

这种算法通常应用于无线通信系统中，如Wi-Fi、蓝牙和移动通信等。

以下是一些常见的基于信号到达角度的定位算法：1. 到达时间差（Time of Arrival, TOA）：通过测量信号从发射端到接收端的传输时间，可以计算出信号的传播距离。

然后，根据发射端和接收端的已知位置，可以使用三角定位法确定目标的位置。

这种方法的精度受到时钟同步误差的影响。

2. 到达角度（Angle of Arrival, AOA）：通过测量信号到达接收端的入射角，可以计算出信号的传播距离。

然后，根据发射端和接收端的已知位置，可以使用三角定位法确定目标的位置。

这种方法的精度受到角度测量误差的影响。

3. 到达时间差和到达角度联合定位（Joint Time Difference and Angle of Arrival, JTDOA）：通过同时测量信号的到达时间和到达角度，可以提高定位精度。

这种方法通常需要多个基站协同工作，以实现对目标的精确定位。

4. 最小二乘法（Least Squares, LS）：这是一种常用的数学优化方法，用于求解线性方程组。

在基于信号到达角度的定位问题中，可以通过最小化测量值与预测值之间的平方误差之和来求解目标的位置。

5. 最大似然估计（Maximum Likelihood Estimation, MLE）：这是一种统计学方法，用于估计概率模型中的参数。

在基于信号到达角度的定位问题中，可以通过最大化观测数据与理论模型之间的似然函数来估计目标的位置。

6. 粒子滤波（Particle Filter, PF）：这是一种非线性滤波方法，用于处理非线性和非高斯系统的状态估计问题。

在基于信号到达角度的定位问题中，可以使用粒子滤波器来实时估计目标的位置和状态。

基于到达时间差和到达频率差的移动目标定位方法

标题：基于到达时间差和到达频率差的移动目标定位方法探究在移动目标定位领域，到达时间差和到达频率差作为两种重要的定位方法备受关注。

本文将从深度和广度两个方面对这两种方法进行全面评估，探讨其在移动目标定位中的应用，以及对位置精度和定位效果的影响。

一、到达时间差的定位原理到达时间差（Time Difference of Arrival, TDoA）是一种基于信号到达时间的定位方法，其原理是通过计算信号从发射源到不同接收器的传播时间差来确定目标的位置。

一般来说，至少需要三个接收器同时接收到信号才能进行定位，而更多接收器的加入可以提高定位精度。

1. TDoA的数学模型假设有 n 个接收器，信号发送源为目标点 O（x，y），第 i 个接收器的坐标为（xi，yi），信号传播速度为 v，则根据物理定律可以得到：T_i = sqrt((x-xi)^2 + (y-yi)^2) / v其中 T_i 为信号从目标点 O 到第 i 个接收器的传播时间。

通过构建 n-1 个等式，可以利用最小二乘法求解出目标点的坐标。

2. TDoA的应用场景TDoA方法广泛应用于移动通信中的定位功能，如蜂窝定位、室内定位等。

其优势在于不需要目标设备支持全球定位系统（GPS），只需要接收信号的设备支持即可实现定位功能。

二、到达频率差的定位原理到达频率差（Frequency Difference of Arrival, FDoA）是一种基于信号到达频率差异的定位方法，其原理是通过计算信号在不同接收器上的接收频率差异来确定目标的位置。

相比TDoA方法，FDoA方法对接收器的时间同步要求更高，但在一定条件下能够提供更高的定位精度。

1. FDoA的数学模型假设有 n 个接收器，第 i 个接收器接收到的信号频率为 fi，则可以得到：fi = f0 + ∇f*|Ri|其中 fi 是接收器接收到的信号频率，f0 是信号源的发射频率，∇f 是信号的频率差，|Ri| 是信号传播路径长度与速度的乘积。

gps测量坐标方式及对应精度是多少

GPS测量坐标方式及对应精度是多少引言全球定位系统（GPS）是一种广泛应用于导航和位置服务的技术，由一组卫星和地面设备组成。

GPS测量坐标的方式涉及到三个核心概念：卫星定位、接收器定位和精度。

本文将介绍GPS测量坐标的方式，以及不同方式对应的精度。

GPS测量坐标方式1.卫星定位方式卫星定位是通过GPS系统中的卫星来确定接收器的位置。

GPS系统由24颗卫星组成，它们轨道分布在地球的不同位置，并以不同的速度绕地球运行。

接收器能够接收来自多颗卫星的信号，并根据接收到的信号数据计算出自己的位置。

GPS卫星定位的方式包括单点定位和差分定位两种：–单点定位（Standalone Positioning）：接收器通过接收来自至少4颗卫星的信号，并利用信号中的时间戳信息计算自己的位置。

这种方式的精度通常在10-20米左右。

–差分定位（Differential Positioning）：在差分定位中，接收器接收来自位于已知位置的辅助站的信号，与接收到的卫星信号进行比较。

通过比较差异，可以得到更准确的位置信息。

差分定位的精度可以达到亚米级。

2.接收器定位方式接收器定位方式是指通过接收器内部的定位算法来计算接收器的位置。

这种方式不依赖于卫星信号，而是通过接收周围的WiFi、蓝牙或手机基站的信号来进行定位。

接收器定位的方式主要包括无线信号定位和基站定位两种：–无线信号定位：接收器通过扫描周围的WiFi或蓝牙设备的信号，并根据信号强度和位置关系来计算自己的位置。

这种方式的精度较低，通常在20-50米左右。

–基站定位：接收器通过接收手机基站的信号，并根据收到信号的时间差来计算自己的位置。

这种方式的精度也相对较低，通常在50-100米左右。

GPS测量坐标精度GPS测量坐标的精度受多种因素的影响，包括卫星的分布、接收器的质量和信号的干扰等。

不同的定位方式对应着不同的精度。

•卫星定位方式的精度取决于接收器接收到的卫星数量和接收器的精度。

同步卫星无源测轨中的时差定位与精度分析

同步卫星无源测轨中的时差定位与精度分析彭华峰;曹金坤;郑超【摘要】Positioning based on time-delay measurement is one of the most important positioning method. The issue is focused on its usage on geosynchronous earth orbit satellite(GEO) measurement and determination. The principles, algorithm and diagram of positioning with four stations are presented. The equation of error's transmission is derived here. The importance is the error analysis of how the position precision is affected by the measurement precision, the layout pattern of four stations, the length of the baseline, the precision of station's position and so on. Monte-Carlo simulation is achieved on computer which is coincident with the result of the error analysis. The simulation result indicates that all the measurement precision, the layout pattern of four stations, the length of the baseline and the precision of station's position are the key factors of the position precision; the layout like an inverse Y form is the best one, and a rectangle or diamond form is the worst layout form which is not suggested to be used in positioning system. In order to get precision with order of kilometer, the baseline is suggested to be larger than 1 000 km. It is more better if even more larger; the precision of station's position must be better than 1 m.%多站时差定位是最重要的无源定位方法之一.研究了基于四站时差测量的地球同步卫星无源定位和定轨方法.介绍了四站时差定位的基本原理,给出了四站时差定位算法和详细算法流程,推导了四站时差定位精度的误差传播方程.重点分析了测量精度、布站方式、基线长度、站址误差对同步卫星定位精度的影响.通过Monte Carlo仿真,验证了四站时差定位算法与误差分析结果的一致性.仿真结果表明:测量误差、布站方式、基线长度和站址误差均是定位误差的关键影响因素；布站方式以倒Y型布站效果最佳,菱形或矩形布站方式存在奇异区；为达到km量级定位精度,则基线长度应大于1 000 km;采用四站时差测轨时,站址坐标精度水平应优于1 m.【期刊名称】《系统工程与电子技术》【年(卷),期】2012(034)011【总页数】7页(P2219-2225)【关键词】无源测轨;时差;精度分析;同步卫星【作者】彭华峰;曹金坤;郑超【作者单位】西南电子电信技术研究所,四川成都610041;西南电子电信技术研究所,四川成都610041;西南电子电信技术研究所,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】P2880 引言无源时／频差定位是无源定位的热点技术之一［1－6］，具有定位精度高、隐蔽性好、作用距离远等优点，对于提高系统的生存能力具有重要的作用。

无线传感器网络的位置定位与跟踪

无线传感器网络的位置定位与跟踪无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，这些节点能够通过无线通信相互连接并协同工作。

传感器网络的位置定位与跟踪是该领域的一个重要研究方向，它可以广泛应用于环境监测、智能交通、军事侦察等各个领域。

1. 引言无线传感器网络的位置定位与跟踪是指通过已部署的传感器节点获取目标节点的位置信息，并实时地追踪其运动轨迹。

由于传感器节点的资源受限以及网络环境的不确定性，传感器网络的定位与跟踪成为一个具有挑战性的问题。

本文将介绍一些常见的无线传感器网络定位与跟踪技术。

2. 基于距离测量的定位方法基于距离测量的定位方法是一种常见且有效的传感器网络定位技术。

该方法通过测量传感器节点之间的距离来推算目标节点的位置。

常见的距离测量方法包括基于信号强度的距离估计、时间差测量和角度测量等。

这些方法在定位精度和复杂度上存在差异，研究者们不断探索着如何提高定位精度和降低计算复杂度。

3. 基于信号强度的定位方法基于信号强度的定位方法是一种简单且易于实现的传感器网络定位技术。

该方法通过测量目标节点接收到的信号强度来推算其距离。

然而，由于信号在传输过程中会受到阻尼、衰减和多径效应的影响，使得基于信号强度的定位存在较大的误差。

为了克服这一问题，研究者们通常采用校准算法来提高定位精度。

4. 基于时间差测量的定位方法基于时间差测量的定位方法是一种通过测量目标节点接收到信号的到达时间差来推算其距离的传感器网络定位技术。

这种方法通常借助全球定位系统（Global Positioning System, GPS）以及同步算法来精确测量时间差。

然而，GPS在室内环境下信号弱化，导致精度下降；同时，同步算法的复杂度较高，使得该方法的应用受到限制。

5. 基于角度测量的定位方法基于角度测量的定位方法是一种通过测量目标节点和传感器节点之间的角度来推算其位置的传感器网络定位技术。

超宽带定位技术方法比较 -- 到达时间差(TDoA)和飞行时间测距(ToF)

一、超宽带（UWB）定位方法简介超宽带是一种短距离的无线通信技术，但是同时它也可以应用在室内定位当中，跟蓝牙和WIFI定位方法不同，位置信息并不是基于信号强度（RSSI）进行计算，而是通过无线信号的飞行时间（ToF）计算的。

信号飞行的速度是光速（固定值），所以只要知道飞行时间就可以计算出两个设备的距离。

超宽带技术分为两种定位方法：到达时间差（TDoA）和飞行时间测距（ToF）。

超宽带设备分为两种角色：标签Tag和基站Anchor；例如在人员定位场景，每个人会佩戴有一个标签，基站会分布在被定位区域的多个位置。

图 1-1 定位系统示意图1.1 飞行时间测距（ToF）标签和基站之间会通过无线收发至少3次交互之后，可以得到标签和基站之间的距离信息。

以下图中最常用的3消息双向测距方法为例，标签和基站的测距流程如下图所看到，标签可以看做设备A（Device A），基站可以看做设备B（Device B），设备A主动发起第一次测距消息，设备B响应，得到4个时间戳，设备A等待Treply2之后再发起，设备B接收，再得到2个时间戳。

因此可以得到如下四个时间差：~ Tround1~ Treply1~ Tround2~ Treply2飞行时间计算方法，可以使用如下公式计算：最后乘以光速就可以得到设备A和B之间的距离。

图1-2是得到各个基站的距离之后，标签定位的过程。

标签和各个基站无线信号的交互如下图所示：图 1-2 标签与各个基站测距TOF流程图图1-3是根据到各个基站的测距信息，以基站为中心画圆，就可以得到一个交点，交点就是标签的位置。

图 1-3 双向测距方法定位流程图1.2 到达时间差（TDoA）到达时间差（TDoA）技术，分为有线同步和无线同步，由于有线同步技术对布线和网络的要求较高，成本比较高，因此一般会采用无线同步技术，本文介绍的到达时间差（TDoA）技术都是基于无线同步。

标签将数据包发送到被基站覆盖的区域内，附近的所有基站都会收到标签的无线信号，但不会返回任何无线信号。

测向天线定位原理

测向天线定位原理测向天线是一种用来确定无线电信号源位置的设备。

它通过测量信号的强度和到达时间来确定信号源的方向。

测向天线在通信、雷达、无线电侦察等领域具有广泛应用。

测向天线的定位原理主要分为两种：到达时间差测向和信号强度测向。

到达时间差测向是利用信号到达不同天线的时间差来确定信号源的方向。

这种方法需要至少两个天线，通常使用基线较长的天线组成阵列。

当信号到达天线组时，由于信号传播速度是已知的，可以通过计算到达不同天线的时间差来确定信号源的方向。

到达时间差测向的精度较高，但对天线的布置和精确的时间同步要求较高。

信号强度测向是利用信号到达不同天线时的强度差来确定信号源的方向。

这种方法只需要一个天线即可，通过测量信号在天线上的功率来确定信号源的方向。

由于信号在传播过程中会受到衰减和多径效应的影响，信号强度测向的精度相对较低。

但是由于只需要一个天线，因此信号强度测向在实际应用中更为常见。

测向天线的定位原理是基于无线电波的传播特性。

无线电波在传播过程中会受到多种因素的影响，如地形、障碍物、衰减等。

这些因素会导致信号的传播路径发生改变，从而影响信号到达天线的时间和强度。

测向天线通过测量这些参数来确定信号源的位置。

测向天线在实际应用中有很多形式和类型。

常见的测向天线有方向性天线、阵列天线、旋转天线等。

方向性天线是一种具有指向性的天线，它可以将接收到的信号集中到一个方向，从而提高测向的精度。

阵列天线是由多个天线组成的天线阵列，通过控制不同天线的相位和幅度来实现对信号源的测向。

旋转天线是一种可以旋转的天线，它可以通过旋转来扫描信号源的方向。

测向天线在通信领域中有着重要的应用。

例如，在无线电通信系统中，测向天线可以用来确定信号源的方向，从而优化天线的指向性和覆盖范围。

在雷达系统中，测向天线可以用来追踪和定位目标，实现目标的探测和跟踪。

在无线电侦察中，测向天线可以用来确定敌方通信设备的位置，为作战决策提供情报支持。

测向天线是一种用于确定无线电信号源位置的设备。

星载时差定位中的时差测量技术

图Ｉ相位法测时差的原理
设基准信号的频率为厂。两个接收站分别为０站和Ａ站，接收到的信号分别为ｒ（和（。对ｏｔ）ｆ）于目标辐射的同一个脉冲信号，Ｄ站接收到信号的时间为ｔ，对应的信号相位为稿，Ａ站接收到信号
ｔａｅｌｃｔｏｃｕａｙｏｅｔｉｅｅｃｎｓｔｌｉｅａｅｉｌｅａｃｒｃｆｉｉｅｅｃａｕｅｅｔＴｅＴｉｈｔｈｏａｉｎａｃｒｃｆｈｍｅｄｆｒｎｅｏａｅｌｅｒｌｔｓｍａｎｙｔｔｃｕａｙｏｍｅｄｆｒｎｅｍｅｓｍｎ．ｈｍｅｔｔｉｔｏｈｔｒＤｉｅｅｃｅｓｒｍｅｔｂｓｄｏｉｎｌｈｓｎｅｆｃｏｓｒｌｔｅｔｈｉｃｕａｙａｅｉｔｏｕｅ．ｈｒｎｉｌｆＴｍｅｆｒｎｅＭａｕｅｎａｅｎｓｇａａｅａｄｔａｔｒｅａｉｏｔｅｔｐｈｖｍｅａｃｒｃｒｎｒｄｃｄＴｅｐｉｃｐｅｏｉＤｉｅｅｃｅｓｅｎａｅｎｓｇａｈｓｄｔｅｂｏｋｄａｒｍｒｒｖｄｄＴｅｆｃｏｓｒｌｔｅｔｍｅａｃａｙａｅｄｔｉｄｆｒｎｅＭａｕｍｅｔｓｄｏｉｌａｅａｌｃｉｇａａｅｐｏｉｅ．ｈａｔｒｅａｉｏｔｃｕｃｒｅａｌ．ｒｂｎｐｎｈｖｉｒｅ

利用GPS全视法测两地时差的研究0605

利用GPS全视法测定两地时差的实验研究摘要目前，全视时间传递技术得到了较好的利用和发展。

本文介绍了高精度时间传递的重要意义、基本的时间系统以及时间传递对于时间系统维护的重大作用。

通过对全视法与共视法时间比对的基本原理进行分析，评价了全视时间比对的优劣性；利用全视法对国际计量局（BIPM）提供的10个台站的GPS数据进行解算得到两两台站之间时差和比对精度，并与其他研究者的成果进行了比较，结果表明，利用全视比对技术可克服基线长度对于传统时间比对方法的影响，而且精度可以稳定到纳秒级。

关键词：GPS观测；全视法；时间比对ABSTRACTAt the present time, the GPS All-in-view plays an important role in time transfer. In this paper, we introduce the significance of the time transfer with high degree of accuracy and the basic time systems with its maintenance work by time transfer, analyze the basic theory of both A V and CV, evaluate the advantages and disadvantages of A V by comparing with CV. Additionally, using the corrected GPS data that download from BIPM we calculate the time differences between 10 stations and evaluate their accuracy. Finally, we get conclusions that the length of baselines have little influence to the A V and the A V results can achieve the accuracy of ns.Key words: GPS observations; All-in-view；time transfer；目录第1章绪论 (1)1.1 时间传递研究的重要意义 (2)1.2 时间传递研究的发展背景 (2)第2章全视法测两地时差的基本原理 (3)2.1基本概念 (3)2.1.1时间系统 (3)2.1.2 世界时（UT） (3)2.1.3原子时（TAI） (5)2.1.4协调世界时 (5)2.1.5 GPS时间系统 (6)2.1.6 GPS时间系统内的时间同步 (7)2.2 共视时间比对的基本原理 (7)2.3 全视时间比对的基本原理 (8)2.4 时间传递过程中的误差来源与分析 (9)2.4.1 卫星部分产生误差 (10)2.4.2与信号传播有关误差 (11)2.4.3与接收机有关的误差 (12)2.4.4其他误差 (13)2.4.5 AV时间传递中各误差的影响 (13)2.5 共视法与全视法的优劣性分析 (14)第3章全视法测定两地时差实验结果及分析 (18)3.1 全视法比对数据以及模型 (18)3.2 全视法时间比对结果 (19)第4章结语 (34)参考文献 (35)致谢 ........................................................................................................... 错误！未定义书签。

时差定位系统定位性能分析

3时差定位克拉美罗界
3.1定位克拉美罗界
根据统计信号估计理论，无偏估计量的方差存在理论下界，常用克拉美罗下限
(Cramer-Rao Low Bound. CRLB )表示在没有新的信息量引入时，目标的定位精度无・46・
CRLB(Q) = J7 =——_—V (5) „ 5-lnp(z 0) 匕 \ --------s一一〉
能出现定位虚假点，此时需要通过增加观测站
数目或者借助如测向、高度等辅助信息来予以排除〔⑷。
为更直观说明时差定位原理，下面以二维
平面内基于时差体制的目标定位进行简单说明。
假设辐射源位置坐标为u=比,坯]厂，三个接收
站的位置坐标分别为s,=[兀,》丁，i = 1.2,3。辐
射源u与接收站s,之间的距离为：
关键词：时差；走位；克拉美罗界；布站
1引言
无源定位技术由于具有作用距离远、隐蔽接收、不易被对方发觉的优点，使得它在辐射源态势快速感知、电子干扰引导、雷达探测引导、火力打击引导等方面扮演着不可或缺的角色〔山］。在非合作目标无源定位场合，由于缺乏关于目标信号发射时间的相关信息，则无法通过到达时间(Time of Arrival, TOA)来实现辐射源与接收站之间的距离量测⑴，只能够通过测量目标信号到达各个空域分置的接收站的角度信息⑸、站与站之间目标信号到达时间差
=HU-SJI
(0
不失一般性，以接收站即为参考，则时差
测量方程为：
=(||u-s』-||u-s』)/c,i = 2,3
(2)
式中時表示第i个观测站S,与第1个观测站外之间的目标信号到达时间差测量值，C为信号传播速度。从式(2)可以看出，此时具备两个时差值，对应二维平面内的两条双曲线。对此，

基于非合作外辐射源的两站时差定位方法

Ａａｓｖｏａｉｇａｇｒｔｍａｅｎｎｎｃｏｅａｉｅ・ｌｍｉａｏｓｐｓｉｅｌｃｔｌｏｉｎｈｂｓｄｏｏ — ｏｐｒｔｖｉｕｎｔｒｌｕｉｇＴＤＯＡａｕｅｎｓｏｏｂｅｓｔｓｓｎｍｅｓｒｍｅｔｆｄｕｌｉｅ
ａｅｐｍａｉａｃｌｔｄ．Ｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓｏｉｅｅｏａｉｇｐｅｉｉｎｃｒｅｅａｓｉｅｒｒｒｌｃｕａｅｈｉｌｔｏｅｕｔｆｄｆｒｎｔｌｔｎｒｃｓｏｕｖｓａｏｇｖｎ，ｉｉｙｌｃｒｌｎ－ｄｃｔｎｈｔｔｉｇｒｔｍｅｆｒｌｉｏｈｅｌｃｔｏｒｃｓｏｄｓｅｄ．ｉａｉｇｔａｈｓａｏｉｌｈｐｒｏｍｓｗｅｌｎｂｔｔｏａｉｎｐｅｉｉｎａｐｅｈｎ
ⅣＧＪａ／
（ｈｅａｉｎｌｎｆｒａｉｎＰｏｅｓｇｏＴｅＫｙＬｂｏｇａｄＩｏｍｔｒｃｉｆＳａｎｏｓｎｆＴｅＳｕｗｓＪａｔｇＵｗｒｉ，Ｃｅｇｕ６０３，ｈｎ）ｈｏｔｅｉｏｎｎｅｔｈｔｏｓｙｈｎｄ１０１Ｃｉａ
Ｋｅｗｏｄ：ｏ－ｏｐｒｔｅｉｕｎｔｒｐｓｉｃｔｇｔｉｅｎｅｏｒａ（ＤＡ）ｏｂｅｙｒｓｎｎｃｅｉｍｉａ；ａｓｅｌａｎ；ｍｅｄｆｒｃｆｒｖＴＯ；ｄｕｌａｖｌｏｖｏｉｉｅａｉｌ
ｓｔｓｌｃｔｎｉｅｏａｉｇ

传感器网络中的定位技术

传感器网络中的定位技术近年来，随着网络技术的高速发展，传感器网络在各个领域中得到了广泛的应用。

而在大型传感器网络中，传感器的位置信息对于网络的正常运行和数据的准确采集至关重要。

因此，传感器网络中的定位技术也成为了一个非常重要的研究方向。

1. 传感器网络的定位方式传感器网络中的定位方式可以分为两种，一种是基于硬件的定位方式，另一种则是基于算法的定位方式。

基于硬件的定位方式需要使用一些特殊的硬件设备，比如GPS等，来确定传感器节点的具体位置。

而基于算法的定位方式，则是根据传感器节点之间的通信信号等信息来推算出节点的位置。

2. 基于信号强度的定位方法基于信号强度的定位方法是一种非常常见的算法。

在这种方法中，每个传感器节点会向周围节点发送一些信号，比如高频率电波，然后在接收到周围节点反馈的信号后，通过计算信号强度来推算出自己的位置。

不过这种方法需要在传感器节点间过多的通信，会造成网络拥挤和能量浪费问题。

3. 基于距离测量的定位方法基于距离测量的定位方法是一种传感器网络中比较可行的定位算法。

该算法通过测量传感器节点之间的距离来确定位置，一般包括三种测量方法，分别是角度测量法、时间差测量法和信号强度测量法。

其中，时间差测量法是比较常用的一种方法。

4. 三角定位法三角定位法是一种基于角度测量的定位算法。

在此方法中，通过测量节点与基准节点之间的角度来确定节点的位置。

但是，这种方法需要三个和电子仪器和复杂的数学算法，同时还会受到环境因素的影响。

5. 其他定位方法除了以上介绍的定位方法之外，还有一些其他的定位方法。

比如，基于地标的定位方法，这种方法适用于传感器节点数量较小的网络中。

在此方法中，通过摆放一些具有特殊标记的区域来确定传感器的位置。

同时，还有一种基于模式识别的定位方法，这种方法基于传感器节点间的数据处理和模式识别来确定位置。

综上所述，传感器网络中的定位技术是一项非常重要的研究点。

不同的定位方式有不同的优缺点，需要根据具体应用场景来选择合适的方法。

一星两地时差定位方法性能分析

2021,36(3)电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology㊀㊀中图分类号:TN971.1㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1674-2230(2021)03-0045-05收稿日期:2020-07-09;修回日期:2020-10-26作者简介:王玉林(1982 ),男,高级工程师,硕士,主要研究方向为通信对抗总体,无线电测向与无源定位㊂一星两地时差定位方法性能分析王玉林1,孙㊀哲2,陈建峰1(1.中国电子科技集团公司第54研究所,石家庄050081;2.海军驻邯郸地区军事代表室,河北邯郸056000)摘要:针对同轨多星定位系统以及高低轨联合定位系统需要卫星数量多的特点,设想地面站和卫星联合定位体制㊂考虑到时差定位体制对卫星运动不敏感的特征,提出一星三地和一星两地两种定位体制,从定位场景㊁定位原理㊁理论定位误差和误差分布四个方面对定位效能进行分析㊂重点论述一星两地时差定位误差的地理分布㊁时间分布以及受高度的影响,对将来的工程化应用提供支撑㊂关键词:时差定位;星地联合定位;一星三地;一星两地;误差分布DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2021.03.009A Performance Analysis of One -Star and Two Stations JointTDOA Location MethodWANG Yulin 1,SUN Zhe 2,CHEN Jianfeng 1(1.The 54th Research Institute of CETC,Shijiazhuang 050081,China;2.Naval Military Representative Office in Handan,Handan 056000,Hebei,China)Abstract :In view of the large number of satellites required for the co -orbit multi -satellite posi-tioning system and the high -low orbit joint positioning system,the joint positioning system of ground stations and satellites are envisaged.Taking into account the fact that the time difference positioning system is not sensitive to satellite motion,two time difference positioning systems which are one star /three stations and one star /two stations are proposed.The performance is an-alyzed from four aspects:location scene,location principle,theoretical location error and error distribution.The validity of the positioning model is proved by simulation,and the geographical distribution of the error is analyzed theoretically,which provides support for the future engineer-ing application.Key words :time difference location;joint satellite -ground positioning;one star /three stations;one star /two stations;distribution of the error1㊀引言基于卫星平台的无源定位技术具有覆盖范围广㊁定位精度高㊁工作频率范围宽和受地形影响小等诸多优势,在工程中得到广泛应用㊂文献[1]和文献[2]介绍了同步轨道双星对地面干扰源的时差/频差定位技术,文献[3]提出了高低轨联合定位设想㊂文献[4]和文献[5]针对多星定位体制展开讨论,分析了每种体制的解析或迭代算法以及定位误差的分布规律㊂多星定位体制要求多颗卫星有相同的极化方式,工作频段可同时覆盖目标频率,波束可同时覆盖待定位区域,选星条件较严苛㊂若无法满足多星定位条件,可引入地面站构成星地联合定位系统㊂星地联合定位方法,是指空间卫星和地面接54王玉林,孙㊀哲,陈建峰一星两地时差定位方法性能分析投稿邮箱:dzxxdkjs@收站联合组成空间上庞大的定位基线,融合了卫星接收大空域覆盖和地面高增益接收的特点,是多星定位选星困难时的一种代替手段㊂文献[6]提出了星地协同单边时差与测向交会定位模式,采用一星一地实现目标定位,适用于岛礁等阵地建设地形受限的场合㊂本文将重点关注多个观测站与卫星的联合侦察,定位体制采用时差定位,适用于沿海岸线部署的阵地㊂无源定位系统性能的全特征描述一般包括以下几个方面:第一是定位方程组的求解,包括解析求解㊁迭代求解㊁地理网格搜索等多种手段;第二是定位误差的理论推导,一般通过对定位方程组求偏导的方式,推算理论定位精度或克罗美劳界,综合考虑观测量测量误差㊁定位平台误差㊁接收设备时钟或晶振漂移引起的系统误差等因素;第三是定位误差的敏感要素分析,包括观测量误差㊁信号特征(载频㊁带宽㊁信噪比和数据长度等)㊁观测平台位置误差和速度误差㊁观测平台姿态误差㊁观测平台时钟或晶振漂移引起的系统误差㊁观测平台构型等等,结合当前的误差水平,分析误差最敏感的因素,并在设计阶段制定相应的对策,比如同步轨道双星定位体制,定位误差对卫星速度误差最敏感,工程中引入了星历校准技术;第四是定位误差的分布特征,包括地理分布和时间分布,并引出不可定位区域㊁最佳定位区域㊁不可定位时段和最佳定位时段,进而指导定位系统在最有利的情况下开展工作㊂涉及到卫星平台的定位系统需要考虑卫星资源调度㊁上行下行信号接收匹配㊁大量数据传输等许多工程问题,本文将针对星地联合双时差定位系统的设备配置关系,建立理论模型,并进一步分析定位性能从而为工程实现提供参考㊂以时差定位体制为例,根据地面站数量可分为一星三地和一星两地两种时差定位体制,针对每种定位体制,本文将从定位场景㊁定位原理㊁理论定位误差和误差分布四个方面对星地联合时差定位体制展开论述㊂2㊀一星三地时差定位2.1㊀定位场景一星三地时差定位场景如图1所示,一星指一颗高轨卫星,三地指地面站1㊁地面站2和地面站3㊂其中,地面站1㊁地面站2和地面站3接收目标辐射源旁瓣辐射信号,地面站4是高轨卫星下行信号的地面接收站,不参与定位解算㊂目标辐射源装载于机载运动平台,处于地面站1㊁地面站2㊁地面站3和高轨卫星的通视范围内㊂一星三地时差定位系统的优势体现在扩展了三站时差定位系统的作用距离㊂当辐射源距离地面站1㊁地面站2和地面站3较远时,3站侦收到的信号较弱,时差测量误差较大,定位误差也偏大㊂地面站4接收高轨卫星转发的目标辐射源信号,通过主瓣辐射和大口径天线侦收获得高信噪比信号,可作为目标信号检测和时差测量的基准,并提高检测概率和定位精度㊂图1㊀一星三地时差定位场景图2.2㊀定位原理如图1所示,选地心地固坐标系,信号从目标辐射源发出,存在四条路径,对空路径到达卫星并向下转发到地面站4,对地路径到达3个地面站㊂目标辐射源信号到达地面站1㊁地面站2和地面站3的传输距离分别记为l1㊁l2㊁l3,目标辐射源信号到达地面站4的传输距离记为l4+l m4㊂其中l4表示目标辐射源信号到卫星的传输距离,l m4表示卫星下行信号到地面站4的传输距离㊂地面站1㊁地面站2㊁地面站3和地面站4采集到的数据打上时标,统一传送至后端数据处理中心,经过检测㊁配对实现参数测量,从各地面站到后端处理中心的传输时延在匹配过程中被自动消除㊂地面站1㊁地面站2和地面站3相对于地面站4的时差测量值分别为:DTO14=l1-l4-l m4()/v c(1)64电子信息对抗技术·第36卷2021年5月第3期王玉林,孙㊀哲,陈建峰一星两地时差定位方法性能分析DTO24=l2-l4-l m4()/v c(2)DTO34=l3-l4-l m4()/v c(3)其中v c表示光速㊂差分时差可表示为:DTO24-DTO14=l2-l1()/v c(4)DTO34-DTO14=l3-l1()/v c(5)其中l2-l1()/v c㊁l3-l1()/v c是目标辐射源相对于地面站1㊁地面站2和地面站3的时差,其中地面站1为主站㊂通过时差差分处理消除了从目标辐射源通过卫星到达地面站4的路径时延,定位解算过程不需要卫星星历和卫星转发器的转发时延,需借助卫星的转发通道,易于工程实现㊂通过以上分析可知,一星三地时差定位体制具有如下特点:a)接收卫星转发的下行目标辐射源信号,获得高信噪比的基准信号,增加对辐射源目标的检测概率㊁提高了时差测量精度和时差定位精度;b)通过时差双差处理抵消了卫星转发处理延时,卫星位置不参与定位解算,实现复杂度低;c)定位误差的地理分布特征由地面3站的位置布局决定,与选取卫星的轨道位置无关㊂误差分布规律与常规三站时差定位相同㊂d)未涉及参考站㊂3㊀一星两地时差定位3.1㊀定位场景一星两地时差定位场景如图2所示,一星指一颗高轨卫星,两地指地面站1和地面站2㊂地面需配置四个地面站,其中地面站1接收目标辐射源旁瓣辐射信号㊁地面站2接收目标辐射源旁瓣辐射信号及参考信号,地面站3接收卫星转发的下行目标辐射源信号,参考站向卫星和地面站1发射参考信号㊂其中目标辐射源装载于机载运动平台,且处于地面站1㊁地面站2和高轨卫星的通视范围内㊂引入参考站的目的是消除卫星转发器产生的处理延时㊂一星两地时差定位主要应用在以下场合: a)地面三站因地形地貌限制无三站共视区,只有两站共视的场合;b)目标辐射源到某站距离较大接收功率低,导致三站无法同时检测发现目标,只有两站可发现目标的场合㊂地面三站时差定位系统要求三站同时检测到目标方可进行时差定位解算,若其中一个站故障或检测不到目标信号,会导致三站不成系统和侦察站点资源浪费,引入卫星资源构成一星两地定位布局,可提高侦察站点的资源利用率,提高装备作战效能㊂图2㊀一星两地时差定位场景图3.2㊀定位原理如图2所示,选地心地固坐标系,目标辐射源信号到达地面站1和地面站2的传输路径记为l1和l2,目标辐射源信号到达地面站3的传输路径记为l3+l3m㊂参考站信号到达地面站1的传输路径记为l1r,参考站信号到达地面站3的传输路径记为l r+l3m㊂目标辐射源信号到达地面站2和地面站3的时差为:DTO23(unk)=l2-l3-l3m()/v c(6)目标辐射源信号到达地面站1和地面站3的时差为:DTO13(unk)=l1-l3-l3m()/v c(7)卫星和地面站3位置参数已知,时差观测量进一步可转换为:l2-l3()/v c=DTO23(unk)+l3m/v c(8)l1-l3()/v c=DTO13(unk)+l3m/v c(9)高轨卫星作为主站,地面站1和地面站2作为辅站,形成三站时差定位布局,时差测量值即式(8)和式(9)㊂目标辐射源信号到达地面站3的传输路径经过了卫星转发,存在卫星处理延时,因此引入参考74王玉林,孙㊀哲,陈建峰一星两地时差定位方法性能分析投稿邮箱:dzxxdkjs@站以消除系统误差㊂参考站信号分两条路径,一条是地面路径由地面站1接收,一条是地天路径通过卫星转发被地面站3接收,两条路径的长度分别为l1r和l r+l3m㊂参考站信号到达地面站1和地面站3的时差可表示为:DTO(ref)=l1r-l r-l3m()/v c(10)式(10)与式(6)㊁式(7)相减,得到差分时差: DTO13(unk)-DTO(ref)=l1-l3-l3m()/v c-l1r-l r-l3m()/v c=l1-l3+l r-l1r()/v c(11) DTO23(unk)-DTO(ref)=l2-l3-l3m()/v c-l1r-l r-l3m()/v c=l2-l3+l r-l1r()/v c(12)差分时差抵消了卫星传输路径,消除了卫星处理延时㊂于是,高轨卫星作为主站,地面站1和地面站2作为辅站,时差观测量进一步转换为: l1-l3()/v c=DTO13(unk)-DTO(ref)-l r-l1r()/v c(13) l2-l3()/v c=DTO23(unk)-DTO(ref)-l r-l1r()/v c(14)涉及到的测量量包括DTO13(unk),DTO23 (unk)和DTO(ref)㊂卫星与地面站1和地面站2构成一个庞大的三角形布局,因此可实现高精度的时差定位㊂将卫星位置㊁地面站1和地面站2的位置及时差测量误差带入三站时差定位理论定位误差公式即可获得一星两地时差理论定位误差分布公式㊂3.3㊀误差分布3.3.1㊀定位误差地理分布设定高轨卫星大地坐标为(122.88ʎE,27.38ʎN,25000km),地面站1的大地坐标为(121.8ʎE, 29.4ʎN,500m),地面站2的大地坐标为(121.5ʎ, 28.5ʎ,500m),地面站3的大地坐标为(121.7ʎ, 30.8ʎ,60m),参考站大地坐标为(121.7ʎ,28.8ʎ, 500m),时差测量误差500ns,卫星位置误差1km,地面站及参考站位置误差1m㊂在STK中模拟卫星运行轨迹,并标记地面站及卫星星下点位置,如图3所示㊂考察距离参考站500km以内区域,定位误差分布如图3所示㊂其中圆形表示地面站,菱形表示参考站,星形表示卫星星下点㊂图3㊀一星两地各站部署示意图观察图4可知,在当前卫星㊁参考站及地面站位置配置下,一星两地时差定位体制的定位误差地理分布具有如下特点:a)在地面站1和地面站2连线及延长线附近定位误差偏大甚至不可定位;b)定位误差分布相对于地面站1和地面站2连线连线近似成线性对称分布;c)目标距离地面站越远,定位误差越大㊂图4㊀一星两地时差定位误差分布(单位:km) 3.3.2㊀定位误差时间分布选取非同步卫星参与定位解算时,卫星位置随时间发生变化,一星两地通视区域和几何构型随之发生改变,地面站1㊁地面站2㊁地面站3和参考站位置与3.3.1节相同,设定辐射源大地坐标为(122.6ʎE,28.92ʎN,8000m),卫星沿图3航迹从右下角飞行到右上角,每1分钟取一次卫星位84电子信息对抗技术㊃第36卷2021年5月第3期王玉林,孙㊀哲,陈建峰一星两地时差定位方法性能分析置,共40分钟,考察对固定目标定位的误差变化规律,如图5所示㊂图5㊀定位误差随时间的变化观察图5可知,当卫星飞跃地面双站共视区域时,一星两地时差定位方法对目标定位的误差随卫星位置的变化很小,说明在文中设定的仿真条件下,定位误差具有近似非时变特征㊂从原理上分析,当卫星从图3航迹从右下角飞行到右上角的过程中,一星两地形成的定位三角形仅发生了细微的变化,卫星相对于双站的张角维持在0.24ʎ左右,卫星到双站的距离变化未超过50km,相对于卫星高度25000变化只有千分之二,因此卫星位置变化对定位误差只产生很小的影响㊂3.3.3㊀定位误差随卫星高度的变化进一步通过仿真验证卫星位置不变高度变化对定位误差的影响,设定辐射源大地坐标为(126.2ʎE,29.0ʎN,8000m),卫星大地坐标为(122.8ʎE,28.385ʎN),卫星高度从500km 变化到25000km,对辐射源的定位误差随卫星高度的变化趋势如图6所示㊂图6㊀定位误差随卫星高度的变化观察图6可知,随着卫星高度升高,定位误差逐渐减小;当卫星高度在5000km 以上时,定位误差降低的趋势明显减缓,也说明对定位差对高度不敏感;当卫星高度低于2000km 时,定位误差随高度升高迅速降低㊂因此工程实现时,建议选择5000km 高度以上的卫星参与定位,且高度的进一步提升对定位效能的改善并不明显㊂4　结束语㊀㊀文章从定位场景㊁定位原理㊁理论定位误差和误差分布四个方面对两种定位方法的性能进行了初步分析㊂其中一星三地时差定位是对三站时差定位系统效能的增强和扩展,适用于高精度监视重点目标;一星两地时差定位系统适用于三站不通视或单定位站损坏的情况,通过引入空间卫星和地面站形成超长基线,可提高侦察站作战效率,定位误差分布具有地理分布线性对称㊁近似非时变和对卫星高度不敏感的特征㊂分析结果可支撑后续卫星定位方向的立项论证和过程实现㊂参考文献:[1]㊀WANG G,LI Y,ANSARI N.A Semidefinite Relaxa-tion Method for Source Localization Using TDOA and FDOA Measurements[J].IEEE Trans on Veh Tech-nology,2013,62(2):853-862.[2]㊀张威,马宏,吴涛,等.一种基于泰勒级数展开的卫星FDOA 地面干扰源定位算法[J].无线电通信技术,2019,45(4):385-390.[3]㊀郑仕力,董乔忠.基于高低轨联合的空中目标三维定位侦察技术[J].航天电子对抗,2018,34(2):25-28.[4]㊀任凯强,孙正波.三星时差定位系统的有源校正算法[J].宇航学报,2018,39(3):327-330.[5]㊀秦耀璐,杨淑萍,束锋,等.基于TDOA /FDOA 多星联合定位误差与卫星构型分析[J].电波科学学报,2018,33(5):566-570.[6]㊀李高云,李斌,陈亮,等.低约束条件下星地协同侦察定位[J].电子信息对抗技术,2019,34(1):1-4,18.[7]㊀李立峰,江漫,陈兵.单星卫星通信终端定位技术研究[J].无线电通信技术,2017,43(4):71-74.[8]㊀吴耀云,游屈波,哈章.双星系统对雷达无源定位的可行性分析[J].电子信息对抗技术,2011,26(3):1-5.[9]㊀王奉帅,刘聪锋.迭代最小二乘卫星定位算法[J].无线电通信技术,2018,44(4):339-342.[10]㊀郭连华,郭福成,李金洲.一种多标校源的高轨伴星时差频差定位算法[J].宇航学报,2012,33(10):1408-1411.94。

多潮位站时差法

多潮位站时差法
多潮位站时差法是一种潮汐观测方法，通过同时观测多个潮位站的潮汐变化，计算它们之间的潮汐时差，进而确定潮汐规律和潮汐预报。

多潮位站时差法的基本步骤如下：
1.选择多个潮位站，并安装潮汐观测设备，记录潮汐变化数据。

2.对于每个潮位站，根据观测数据计算其所对应的潮汐时刻，例如高潮时刻和低潮时刻。

3.计算不同潮位站之间的潮汐时差。

例如，如果在潮位站A观测到高潮时刻为t1，在潮位站B观测到高潮时刻为t2，则可以计算出两个潮位站之间的潮汐时差为t2-t1。

4.通过分析多个潮位站之间的潮汐时差，可以确定潮汐规律，例如潮汐相位、潮汐频率等。

5.根据潮汐规律，可以进行潮汐预报，预测未来某个时刻的潮汐状态。

多潮位站时差法是一种较为精确的潮汐观测方法，可以提高潮汐预报的准确性。

同时，多潮位站时差法还可以用于海洋地质勘探、海洋环境保护等领域。

时差定位法——精选推荐

1 西安电子科技大学理学院物理系，********************，陕西西安 710071；2 深圳市嵘兴实业发展有限公司，广东深圳 518031；摘要到达时间差测向（TDOA）的一个关键问题是通过计算信道相关系数来判定电波到达各接收站的时间差。

由各站的时间差进而判定发射机的位置。

然而信道相关系数与电波传播环境、接收机带宽以及发射信号特性有关。

本文就部分相关因素做了讨论。

关键词空间相关系数，电波传播，TDOA。

１.TDOA概述TDOA（Time Difference Of Arrival），中文的意思为到达时间差，采用在不同位置的多个接收机来接收同一个发射源发射的无线电信号，然后计算信号到达各接收机的时间差，再根据各时间差和接收机的位置坐标等参数可以确定发射源的位置。

原理如下图1所示：采用四个不同位置的接收机A1、A2、A3、A4同时接收发射源O发射的无线电信号，O在某一时刻发射的信号到达四个接收机分别耗时为T1、T2、T3、T4。

在理论上，根据T1、T2、T3、T4即可判断出发射源的位置，从而实现对发射源的测向定位。

图1TDOA原理图设O点的坐标为（x, y），A1点的坐标为（x1, y1），A2点的坐标为（x2, y2），A3点的坐标为（x3, y3），A4点的坐标为（x4,y4）；A1点到O点的距离为L1，A2点到O点的距离为L2，A3点到O点的距离为L3，A4点到O点的距离为L4。

如果取A1点为基准点，则O点到A1点与O到A2点的距离差L2 –L1可以根据信号的传输时间差算出：这里：其中c为电波在空中的传播速度；t2,t3,t4是可以根据信号相关系数测量出来的时间。

联解以上方程得：求解此方程组可得x, y值，即发射源的坐标位置。

实际应用中，为了判别从发射机到不同接收机信号传播的时间差，首先要确定时间基准。

一般来说分别对接收信号序列滑动时间窗口，计算各接收信号之间的相关系数来确定时间基准。

定位授时算法

定位授时算法
随着一系列领域的快速发展，如航空、电信、物流等行业，对高精度的时间同步需求日益增长。

在这种情况下，定位授时算法应运而生。

定位授时算法是一种基于卫星技术实现的高精度定位和时间同步方法。

该算法利用全球定位系统（GPS）或北斗卫星系统等卫星导航系统信号，通过解算信号的时差和定位信息，计算得出一系列点的位置和准确时间。

该算法可实现高精度的时差授时、距离测量和位置定位，为各行业的无线通信、精密制造、遥感测绘等领域提供了可靠的支持。

定位授时算法主要涉及两个方面：首先是信号传输的时差测量。

在操作过程中，接收器收到了多颗卫星的定位信号，但由于信号传输存在着时延，导致接收到的信号中包含了时间差。

定位授时算法通过将与接收器距离不同的卫星信号的时间差进行计算，进而推算出接收器与卫星之间的距离，从而实现时差的测量。

其次是定位信息的计算。

定位授时算法同时使用多颗卫星的定位信号，通过对信号的时差测量和距离计算，最终得出接收器的位置信息。

这一过程中，需要考虑卫星的位置、接收机的误差以及大气层等因素的影响，保证计算结果的精度。

需要注意的是，定位授时算法受到天气、建筑物、地形等因素的影响，如高楼、大山等可能会阻塞卫星信号，从而影响算法的运行。

此时，可通过选择不同的卫星定位系统、增加接收器密度、改变接收器位置等方式，提高算法运行的准确性。

总而言之，定位授时算法是一项复杂而难以实现的技术，但其在现代化社会中发挥着重要的作用。

作为一种高精度的定位和时间同步方法，定位授时算法将被广泛使用，为众多领域的发展提供坚实的支撑。