一种基于光纤延时校正的TDOA定位方法及系统与流程

本发明涉及室外无线定位，尤其涉及一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法及系统。

背景技术：

1、tdoa定位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。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。但是绝对时间一般比较难测量，通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差，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。

2、目前tdoa无线电高精度定位要求观测站时钟同步，针对室外较大区域的高精度tdoa定位，观测站相距越远，定位几何误差越小，远距离分散的测站时钟同步问题，通常采用高成本卫星共视设备。

3、目前tdoa定位的各观测站一般都在前端采用高成本的数字化技术采样信号，然后用数据通信手段将采样信号汇总到定位站进行时间差估计，定位的实时性能与通信链路的传输速度紧密相关，高速通信也导致系统成本增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法及系统，以解决室外大范围tdoa定位观测站时钟同步难的技术问题。

2、本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，包括如下步骤：

3、s1：定位站根据信号频段计算本振频率，并通过光纤向所有超外差观测站发送同一本振信号；

4、s2：超外差观测站的中频信号通过光纤传入定位站，定位站通过不同的射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的多路信号；

5、s3：定位站根据光纤的延时参数和本振频率，校正信号中的本振相位，估计出多路信号的达到时间差；

6、s4：选择不同组合超外差观测站构建多条双曲线方程，通过最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。

7、进一步的，步骤s1中，所述定位站根据信号频段计算本振频率的计算方法为：fo=fc+fi，其中，fo为本振频率，fc为采集信号频段的中心频率，fi为前端超外差观测站中频中心频率。

8、进一步的，步骤s1中，所述通过光纤向所有超外差观测站发送同一本振信号，具体为：定位站将gpsdo的时钟经锁相环产生高稳定度的本振频率fo，通过多路功分器经光纤分别传送至所有的超外差观测站。

9、进一步的，步骤s2具体为：所有超外差观测站将天线信号下变频为中频信号后，通过光纤将信号传送回定位站，定位站通过射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的两路信号。

10、进一步的，每个超外差观测站的中频信号都通过功分器分别连接至两个多选一的射频开关阵列，定位站每次选择两个不同支路信号分别接入两路adc进行同步采样。

11、进一步的，步骤s3中，所述校正信号中的本振相位的计算方法为：phase（i） = 2 *pi * fo * delay（i），其中，phase（i）为第i支路的前置相位值，fo为本振频率，pi为圆周率，delay（i）为第i支路光纤的延时。

12、进一步的，步骤s3中，所述估计出多路信号的达到时间差的计算方法为：tde（i，j）= td(i，j) -（delay（i）- delay（j）），其中，delay（i）为第i支路光纤的延时，delay（j）为第j支路光纤的延时，td(i，j)为第i、j两个支路信号到达定位值的时间差，tde（i，j）为信号到达第i、j两个超外差观测站天线的时间差。

13、进一步的，步骤s4具体为：有n+1个超外差观测站时，选择其中一个为主观测站，其它的n个为次观测站，主次组合成n组观测，分n个时刻段采集估计得到n个时间差tde，乘上光速转换成信号达到天线的距离差，联合所有天线坐标位置构建n条双曲线方程，采用最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。

14、一种基于光纤延时校正的tdoa定位系统，包括定位站、光纤收发和超外差观测站，所述定位站根据信号频段计算本振频率，并通过光纤收发向所有超外差观测站发送同一本振信号；超外差观测站的中频信号通过光纤收发传入定位站，定位站通过不同的射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的多路信号；定位站根据光纤的延时参数和本振频率，校正信号中的本振相位，估计出多路信号的达到时间差；定位站选择不同组合超外差观测站构建多条双曲线方程，通过最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。

15、本发明的有益效果在于：本发明通过光纤通信方式解决了tdoa测观站的时钟同步问题；定位站集中采样，降低了独立测站的成本，同时提高了定位的实时性。

技术特征：

1.一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s1中，所述定位站根据信号频段计算本振频率的计算方法为：fo=fc+fi，其中，fo为本振频率，fc为采集信号频段的中心频率，fi为前端超外差观测站中频中心频率。

3.如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s1中，所述通过光纤向所有超外差观测站发送同一本振信号，具体为：定位站将gpsdo的时钟经锁相环产生高稳定度的本振频率fo，通过多路功分器经光纤分别传送至所有的超外差观测站。

4.如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s2具体为：所有超外差观测站将天线信号下变频为中频信号后，通过光纤将信号传送回定位站，定位站通过射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的两路信号。

5.如权利要求4所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，每个超外差观测站的中频信号都通过功分器分别连接至两个多选一的射频开关阵列，定位站每次选择两个不同支路信号分别接入两路adc进行同步采样。

6. 如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s3中，所述校正信号中的本振相位的计算方法为：phase（i） = 2 * pi * fo * delay（i），其中，phase（i）为第i支路的前置相位值，fo为本振频率，pi为圆周率，delay（i）为第i支路光纤的延时。

7. 如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s3中，所述估计出多路信号的达到时间差的计算方法为：tde（i，j）= td(i，j) -（delay（i）-delay（j）），其中，delay（i）为第i支路光纤的延时，delay（j）为第j支路光纤的延时，td(i，j)为第i、j两个支路信号到达定位值的时间差，tde（i，j）为信号到达第i、j两个超外差观测站天线的时间差。

8.如权利要求1所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，步骤s4具体为：有n+1个超外差观测站时，选择其中一个为主观测站，其它的n个为次观测站，主次组合成n组观测，分n个时刻段采集估计得到n个时间差tde，乘上光速转换成信号达到天线的距离差，联合所有天线坐标位置构建n条双曲线方程，采用最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。

9.一种基于光纤延时校正的tdoa定位系统，用以实现权利要求1~8任意一项所述的一种基于光纤延时校正的tdoa定位方法，其特征在于，包括定位站、光纤收发和超外差观测站，所述定位站根据信号频段计算本振频率，并通过光纤收发向所有超外差观测站发送同一本振信号；超外差观测站的中频信号通过光纤收发传入定位站，定位站通过不同的射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的多路信号；定位站根据光纤的延时参数和本振频率，校正信号中的本振相位，估计出多路信号的达到时间差；定位站选择不同组合超外差观测站构建多条双曲线方程，通过最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。

技术总结
本发明公开了一种基于光纤延时校正的TDOA定位方法及系统，该方法包括如下步骤：S1：定位站根据信号频段计算本振频率，并通过光纤向所有超外差观测站发送同一本振信号；S2：超外差观测站的中频信号通过光纤传入定位站，定位站通过不同的射频开关阵列同时采集同一超外差观测站的多路信号；S3：定位站根据光纤的延时参数和本振频率，校正信号中的本振相位，估计出多路信号的达到时间差；S4：选择不同组合超外差观测站构建多条双曲线方程，通过最小均方误差算法求得静态辐射源的位置。本发明通过光纤通信方式解决了TDOA测观站的时钟同步问题。

技术研发人员：谭尊林,郑郁正,闵科
受保护的技术使用者：成都九洲迪飞科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12