时差定位模型与定位精度分析

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三站时差定位GDOP影响因素分析

三站时差定位GDOP影响因素分析

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指挥信息系统与技术
2021 年 6 月
2 个 辅 观 测 站(辅 站)组 成 。 三 站 时 差 定 位 模 型 如 图 1 所 示 ,地 固 坐 标 系 中 ,主 站 位 置 为 S0 ( x0,y0,z0 ), 辅 站 1 位 置 为 S1 ( x1,y1,z1 ),辅 站 2 位 置 为 S2 ( x2,y2,z2 ),目标位置为 T ( x,y,z )。
图 三站时差定位模型 1
设目标发射的雷达探测波到达观测站的时间为 tTOA,tTOA0 为 雷 达 探 测 波 到 达 主 站 的 时 间 ,tTOA1 为 雷 达 探 测 波 到 达 辅 站 1 的 时 间 ,tTOA2 为 雷 达 探 测 波 到 达 辅 站 2 的 时 间 ,因 此 目 标 发 射 的 雷 达 探 测 波 到 达 主站与辅站 1 的时间差为 Δt1 = tTOA1 - tTOA0,到达主 站 与 辅 站 2 的 时 间 差 为 Δt2 = tTOA2 - t 。 TOA0 令 目 标 与观测站的距离如下:
éδ ê
2 ΔR
1
+
2δ2
0
0ù ú
êê 0 ê
δ2 ΔR2
+
2δ2
0úú ú
ë0
(3)
其 中 ,L、B 和 H 分 别 为 目 标 的 经 度 、纬 度 和 高 程 ;N
为 目 标 当 地 卯 酉 圈 半 径 ,随 纬 度 B 缓 慢 变 化 ;e 为 第
一偏心率 。 [10]
一 般 情 况 下 ,由 式(2)和 式(3)联 立 方 程 组 是 无
法 求 解 的 ,只 有 在 进 行 高 程 假 设 后 方 程 组 才 可 求
2 0z

四站时差三维闪电定位精度的仿真研究

四站时差三维闪电定位精度的仿真研究

DOI:10.19392/ki.1671-7341.201819046四站时差三维闪电定位精度的仿真研究李灿东㊀李春明㊀陈士举河北科技大学信息科学与工程学院㊀河北石家庄㊀050018摘㊀要:为了对闪电定位的误差进行分析,采用时差定位原理并建立三维定位模型,通过计算机仿真分析了不同观测站分布对定位精度的影响㊂结果表明:定位精度与站址布局的方式有关,采用星型布站的最佳方案,为闪电定位网站址的选择提供了参考依据㊂.关键词:定位算法;定位精度;误差分析㊀㊀雷击是一种常见的大气放电现象,具有电流大㊁电压强㊁电磁辐射强等[1]特点㊂由于雷电现象对交通运输㊁森林防火㊁电力发电㊁加油站防火等都存在一定的安全隐患[2],因此闪电发生引起了人们的高度重视㊂多站闪电定位精度与探测站的位置有关㊂不在同一平面上的四站采用时差定位方法[3]可以实现空间三维定位,本文在四站时差定位原理和定位精度分析[4]的基础上,对不同站点分布方式的定位精度进行了仿真分析,给出了不同站点分布的定位精度的仿真[5]曲线,得出定位精度较理想的星型最佳的站址布局㊂13D-TOA 定位原理设闪电位置为S(x,y,z),设A 为主站位置为(x A ,y A ,z A ),B,C,D 为副站位置为(x i ,y i ,z i )每个观测站到闪电位置的距离差为ΔR i (i =B,C,D)㊂图1给出了四站时差定位模型㊂图1时差定位图那么时差定位方程为:㊀㊀㊀(1)式中关于R A 的函数是非线性的,通过间接法可求得R 0的值㊂2探测精度分析设闪电位置S(x,y,z)定位误差为dx,dy,dz,对ΔR i =R i -R A (i =B,C,D)等号两边进行微分求解得:㊀㊀㊀(2)通过对公式两边的推导得出闪电定位的协方差为:㊀㊀㊀(3)利用3D-TOA 算法求其定位精度用GDOP(定位精度几何稀释)为:㊀㊀㊀(4)式中σx 2,σy 2,σz 2分别为定位误差在x,y,z 方向上的方差㊂3计算机仿真分析由3D-TOA 算法得定位精度与站址选择及闪电位置有关㊂站址的布局[6]不同得到不同定位误差㊂设闪电高度为10km,站间距离20Km,该系统测时误差为20ns㊂不同站址分布下各个观测站的坐标,其坐标见下表㊂不同站址布局坐标表间距主观测站副观测站1副观测站2副观测站3布局20(0,0,0)(-17.32,10,-0.3)(17.32,10,-0.2)(0,-20,0.1)星形20(0,0,1)(20,0,0.01)(-20,0,-0.01)(10,-17.32,0.01)方形20(0,0,0.01)(20,0,0.01)(10,17.32,-0.01)(-10,17.32,-0.01)菱形㊀㊀图2~图4给出了星型㊁方型㊁菱型三种不同站址分布下在水平方向和垂直方向上站址布局的GDOP 精度分布,其分布如下:㊀㊀㊀㊀㊀(a)水平方向GDOP 分布㊀㊀(b)垂直方向GDOP 分布图2星型布局的GDOP 分布㊀㊀㊀㊀㊀(a)水平方向GDOP 分布㊀㊀(b)垂直方向GDOP 分布图3方型布局的GDOP 分布㊀㊀㊀㊀㊀(a)水平方向GDOP 分布㊀㊀(b)垂直方向GDOP 分布图4菱型布局的GDOP 分布由仿真结果可看出:不同站址的布局GDOP 等值线的形状与数值随着布站位置的不同而变化㊂其中星型的站址布局方案定位精度优于方形和菱形定位方案㊂4结论本文利用三维闪电定位算法模型,针对不同站址的选择对其进行了仿真分析,通过仿真,可以在星型㊁方型㊁菱型中得到星型布站的定位精度最佳,这对于闪电定位的研究具有重要的意义㊂参考文献:[1]李斌,宋佰春,林建民,等.雷电冲击波的危害特点与鉴定方法研究[J ].农学学报,2015,5(3):102-106.[2]沈海波,陈贻亮,梁毅坚.加油加气站的雷电防护简析及其防雷装置安全检测[J ].气象研究与应用,2017,38(1):137-139.[3]顾黎明,赵砚,朱建丰,等.四星时差定位中的卫星构型及其定位性能[J ].电讯技术,2017,57(1):33-38.[4]丁玉成,闫世强.四站时差定位测高精度的仿真研究[J ].电讯技术,2005,19(3):18-20.[5]杨洁.空间四站时差定位算法及其性能分析[J].西安邮电学院学报,2012,17(2):13-21.[6]张文娟,孟青,吕伟涛.时间差闪电监测网的误差分析和布局优化[J ].应用气象学报,2009,20(4):402-410.15㊀科技风2018年7月电子信息。

兰州中川国际机场多点定位地面站选址仿真分析

兰州中川国际机场多点定位地面站选址仿真分析

分析Technology AnalysisDI G I T C W 技术88DIGITCW2019.061 引言近年来,随着国家对西部经济的大力投入,以及甘肃省经济和旅游市场的蓬勃发展,兰州中川国际机场2016年旅客吞吐量首次突破1000万人次大关,标志着兰州中川国际机场正式跨入全国大型繁忙机场行列,2018年全年旅客吞吐量达到1385万,日均起降达到300架次。

航班量的高速增长,给空管系统管制员工作无疑带来了巨大的安全压力和挑战,如果还是单纯依靠管制员自身的目视观察来监控指挥航空器,势必会加重管制员的工作负荷,为此,有必要在兰州本场引入多点定位技术,实现对本场航空器地面运行状态的监控,减轻管制员的工作压力,本文将以多点定位地面站的站址选取方法来展开探讨,完成兰州中川国际机场多点定位最佳布站的设想。

2 多点定位系统原理机场场面多点定位系统通过计算移动目标发射信号到达主站和基站的时间差(TDOA )来估算其空间位置,因此可以精确地对机场场面移动或者静止的目标进行监视。

多点定位系统为机场场面提供了一种与传统一次场面监视雷达不同的技术手段,其经济成本较场面监视雷达低、地面站站选址较为灵活,并且可以实现对场面航空器高精度的定位、跟踪和监视,因此,具有很强的实用性。

3 多点定位系统布站和GDOP 仿真分析从上述分析可知,与GDOP 值有关的变量:移动目标与各接收站的几何位置,移动目标的高度,地面站数目、地面站天线长度和地面站点的布站形式。

因此提高定位精度的方法:增加地面站数目、增加天线长度、优化地面站点的布站形式。

以倒三角形、星型的两种布站形式下的移动目标高度、天线长度、地面站点位置和定位精度的关系展开讨论,以此为实际工作中地面站点的设置,提供科学的依据,得到最佳的布站形式。

4 多点定位布站方法在兰州机场的运用通过上述对多点定位的原理及仿真分析,下面将以兰州中川国际机场为例,分析如何在兰州机场进行多点定位的布站。

多点相关监视系统时差定位精度算法仿真分析

多点相关监视系统时差定位精度算法仿真分析

多点相关监视系统时差定位精度算法仿真分析刘义;田明辉【摘要】捷克ERA公司出产的多点相关监视系统运用于场面和进近监视,其定位精度影响着目标检测的可用性,对于技术人员维护设备来说尤为重要.本文论述了多点相关监视系统的原理、时差定位精度因子模型并进行了多点进近子系统的时差定位精度仿真实验,对于了解系统的精度情况提供了一种手段.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2019(037)004【总页数】2页(P115-116)【关键词】多点;MSS;MLAT;时差定位精度;GDOP【作者】刘义;田明辉【作者单位】中国民用航空华北地区空中交通管理局,北京 100621;中国电子科技集团第38研究所,安徽合肥 230088【正文语种】中文【中图分类】V351.30 引言2007年,华北空管局从捷克ERA公司引入了全国首套多点相关监视系统MSS(Multilateration Surveillance System),该系统包含两套子系统,场面监视系统与进近监视系统。

自投入运行以来,场面监视系统有效改善了场面监视雷达SMR(Surveillance Monitoring Radar)本身的局限性导致的盲区,对整个机场地区场面实现全面覆盖,提高了场监融汇系统的信号质量。

进近监视系统的使用,有效解决了传统二次雷达MSSR(Monopulse Secondary Surveillance Radar)盲区内信号质量差的问题,实现了精密进近雷达的功能。

笔者在本文中从分析多点定位原理出发,着重研究几何精度稀释GDOP(Geometric Dilution Precision)的定义,对多点相关监视系统进近子系统的时差定位精度进行了仿真实验,对于技术人员了解系统的精度情况提供了一种手段。

1 多点相关监视系统定位原理随着国内外航空运输业的快速发展,航空运输量的不断增长,大型机场及其周边区域的飞机数量急剧增加。

高密度的交通流量使得机场及其附近飞机与飞机之间、飞机与场面车辆之间的间距减小,跑道侵入、场面冲突、航空安全等问题日益突出。

多站无源时差定位精度分析

多站无源时差定位精度分析

多站无源时差定位精度分析邢翠柳;陈建民【摘要】针对在多站无源时差定位系统中影响目标定位精度的因素,分析了时差测量误差和站址误差对目标定位精度的影响。

影响时差测量精度的因素有接收机热噪声、多普勒效应、站间同步误差、本地时钟误差和大气等因素。

通过分析各个因素对目标定位精度的影响程度,在特定布站方式下,仿真计算得到在固定时差测量误差和站址误差下可能达到的目标定位精度,并根据主要误差来源提出相应的提高定位精度的措施。

%Aiming at the factors which affect on the positioning accuracy of TDOA passive location by multi-station,this paper analyzes the influence on target positioning accuracy by error in time difference measurement and station locations.The influence factors on time measurement accuracy include Johnson noise of receiver,Doppler effect,error on time synchronization between stations,local clockerror,influence by atmosphere and so on.The positioning accuracy is got in special station location with error in time difference measurement and station location by simulation.The methods of improving the accuracy of positioning accuracy are given.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2012(042)002【总页数】4页(P32-34,48)【关键词】时差定位;定位精度;时差测量误差;站址误差【作者】邢翠柳;陈建民【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TP960 引言多站无源时差定位(TDOA)又称为双曲线定位,是一种重要的无源定位方式,是通过处理3个或更多观测站采集到的信号到达时间测量数据对辐射源进行定位的。

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

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。

基于外辐射源信号的时差定位系统定位精度分析

基于外辐射源信号的时差定位系统定位精度分析
t fe tv o a i n m e h d Th o a i n p i cp e u iii g t e tme d fe e c — fa rv l(F he e f c i e l c t t o . o e l c to r n i l tl n h i — if r n e o — r i a DOA) a d a g e z n n l— o — r i a A( A) i ic s e n he l c t n p e ii ns f r a r o n a g t r n l z d Pa tc l r y t e f a rv l( ) s d s u s d a d t o a i r c so o i b r e t r e s a e a a y e . o r iu a l , h l c t n p e ii n o WO k n s o a s v u v i a c y t m s u iii g FM r a c s n o a i r c so s f rt i d fp s i e s r e l n e s s tl n o l e z b o d a t a d TV i n l e p e sg a s r s e — t e y a e e a u t d Th b a n d r s hs a e o r a m p ra c o b e i n a d r a ia i n o he l c tn i l r v l a e . v e o t i e e u : r f g e t i o t n e f r t e d s g n e l to ft o a i g z
关 键 词 : 辐 射 源 信 号 ;无 源 定 位 ;精 度 分 析 外 中图分类 号 : 7 TN 9 1 文 献 标 志码 :A D I 1 . 9 9 is . 【 15 6 2 1 . . 1 O : 0 3 6 /.s n 1) - 0 X. 0 0 ¨ 0 0

窄带通信信号时差定位系统中时延估计算法比较

窄带通信信号时差定位系统中时延估计算法比较

窄带通信信号时差定位系统中时延估计算法比较摘要:时延估计是时差定位系统中的一项关键技术,也是影响定位精度的主要因素,对窄带通信信号的时延估计精度不高,一直是其中的难点。

本文介绍了时延估计的原理,比较了时延估计的几种典型算法,并重点分析了其中针对窄带通信信号的算法,最后对各种算法进行了总结,指出了时延估计算法的发展趋势。

关键词:无源定位;时差定位;时延估计1时延估计模型及算法图1.时差定位模型图1给出了通信信号时差定位模型,其中S为辐射源,目标辐射信号位于侦察站法线方向,辐射源到各侦察站距离分别为r1,r2,r3。

假设辐射源与侦察站处于同一水平面。

由图1及时差定位法可得辐射源相对侦察站的方位和距离估计为:2常用时延估计算法比较2.1基于二阶统计量的时延估计算法广义互相关算法[1]是最经典的时延估计算法。

算法在信号做互相关之前通过增加窗函数的方法对信号进行预处理,以提高信号在噪声中的比重,进而提高估计精度。

由于相关函数和功率谱密度函数是一对Fourier变换,故时延信息也可以等价的通过功率谱密度函数在频域提取,这种方法称为广义相位谱法[2]。

频域提取的优势在于克服了时域中噪声造成的互相关函数主峰不明显的现象,并且有利于站间的数据传输和处理。

以上两种算法都依赖信号和噪声的先验信息,理论上二者估计精度相当。

2.2基于高阶统计量的时延估计算法广义相关法与广义相位谱法的优点是原理简单易懂,运算量小,缺点是需要接收信号的统计特性,抗噪声性能不好,且要求信号模型中的噪声为相互独立的高斯白噪声。

实际应用中,当进入接收机的信号中混有相关噪声或非高斯的脉冲噪声时,基于二阶统计量的时延估计算法会发生退化甚至失效。

针对此问题,学者们提出了利用三阶统计量和四阶统计量的时延估计算法。

同二阶统计量一样,高阶统计量法也可在频域实现,称为双谱法或三谱法,频域处理时也可通过对信号加窗进行预处理。

理论上,基于高阶统计量的算法在处理非高斯噪声中的信号、高斯有色噪声中的信号、非线性信号、非最小相位信号时会有很好的效果,但高阶统计量法的局限性在于其计算量较大,需要的数据积累时间较长,受到信号相干性的制约,难以满足系统的实时性要求,此外,运用高阶统计量算法前还需预先对样本信号进行分段平滑处理[3]。

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实 现方案 。
着 网络时代 的来 临 , 军事应用 中的防空 网、 民用 中
的无 线 手 机 蜂 窝 定 位 、 航 场 面 监 视 / 路 监 视 系 民 航 统 等 都 面 临 着 对 时 差 定 位 技 术 更 深 层 次 的开 发 和
定 位误差是 描 述 定位 精 度性 能 的参 考 指标 , 本文基 于工程 中不 同定 位求解 模型对定 位精度 的 不 同程度 影响 , 详细 分 析 了几 种 不 同的定 位 求解 模 型在不 同 区域处 的定位 误差分 布情况 。
求解 定位 目标 首 先 是构 造 定位 方 程 , 即使 是 接收站几 何关 系 固定 的 三站 时 差定 位 系统 中, 主
应用 。工 程应 用 中 , 先 面 临的是 时 差定 位 体 制 首
和技术途 径的选 择 。时 差定位 的单元数 量为 3个 或 3 以上 的接 收 站_—1时 差 提取 可 以是各 站 个 2 4,
时 间 同步 和 协 同转 发 同步 两 种 方 式 。 定 位 求 解 过
2 时 差 定 位 模 型 分 析
关 键 词 : 点 定 位 ; 差 定位 模 型 ; 位 精 度 ; 差 分 析 多 fTDo A c to o e n c to e ii n Lo a i n M d la d Lo a i n Pr cso
YIYu - ig, XU Ha —i S n qn nl n, HEN n Ya g
( D A oa o yt T O )l tnss m,adt a uso s hc hudb o cda dtev b o t ni ci e n em i q et n i sol ent e n i l sl i h n i w h i h a e uo s a og e t oe coc u i t ai ML T r et l i na m d l hi i m ll e t n( A )po c. s v en ta r o j
( t n lnomai o  ̄ l a oaoy hn d 10 6 hn ) Nao a Ifr tn C n o brt ,C egu6 0 3 ,C ia i o L r
Absr c : a ig wi o a in p e iin o ag t ta t De l t lc t r c so ftr e ,mu h atnt n i u n s n o lo ain wh l n h o c t i s p to e s r alc t i e o o e
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易 云清 , 汉林 , 徐 沈 阳 时 差定 位 模 型 与 定位 精 度 分 析
电子 信息 对 抗 技 术 ・ 2 第 5卷 21 00年 5月 第 3期
中图 分类 号 : N 7 . T 9 11
文 献标 志码 : A
文 章 编 号 :64—2 3 (0 0 0 0 1 —0 17 20 2 1 }3— 0 6 5
时差 定 位模 型 与定位 精 度分 析
易云 清 , 汉 林 , 徐 沈 阳
( 息 综 合控 制 国家 重 点 实 验 室 , 都 603 ) 信 成 106
摘要: 讨论 目标 的定位精度 通常 只关心接 收站 的几何 配 置 , 而忽略 定 位 求解模 型 的选择 ; 过 通 对定位模 型与 定位精 度之 间依赖 关 系的 深入研 究 , 具体 分 析较 少接 收 站情 况 下不 同定 位 求解 模 型对 目标 定位误 差的影 响 , 出了时 差定位体制 下几种 不 同的 定位求 解模 型 , 给 并指 出多点定 位 工程应 用 中模 型选择应 注意 的问题 以及 解决这 一 问题 的可行性 思路 。
u d rd fee tlc to lo i m d l h o g td ig r lt n b t e o ain ag rt m d l n e ifr n o ain ag rt h mo es tr u h su yn ea i ewe n lc to lo i o h mo e
lc to lo ih mo e sawa s in r d.Ef c ft re o ain e r ra e rs n o s i n l z d o ain ag rt m d li l y g o e f to a g tlc t ro tfwe e s r s a ay e e o
多点 无源时 差 定位 技 术 已在 军事 、 民用 等各 个行 业 中得 到广 泛 应用 , 点 定位 技 术 已从 基本 多
的三 站 时 差 向 多 站 、 站 组 网 技 术 发 展 l 。 随 多 】 ,
程 分析 的最大定 位误差计 算 的工程算法 ; 文献 [ ] 2 分 析 了提高 时差 定 位精 度 的分 区域定 位 的方 法 , 并 具体论述 了区域 组 网与越 区切换 等主要 问题的
a o a in p e iin. S v rl lc t n ag rt m d l ae p o o e n i i e e c fa rv l nd lc t r cso o e e a o a i loih mo es r r p s d i t o me d f rn e o ria f
Ke r s: hi tr to y wo d mu l e ain;TDOA o aig mo e ;lc t n p e iin; er ra ay i a lc t d l o ai r cso n o ro n lss
l 刖 菁
[ ] 过 时 差 定 位 误 差 的分 析 , 述 了 一 种 适 于 工 1通 描
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