TDMA系統(tǒng)目標(biāo)多站定位理論與算法研究.pdf

1、時(shí)分多址（TDMA）系統(tǒng)以其組網(wǎng)靈活、支持多業(yè)務(wù)等特點(diǎn)，在無(wú)線通信中占有重要位置。無(wú)源定位技術(shù)以其隱蔽能力強(qiáng)、作用距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中獲得廣泛應(yīng)用。針對(duì)單站TOA（到達(dá)時(shí)間）系統(tǒng)、單站TOA和DOA（到達(dá)方向）系統(tǒng)、雙站TOA系統(tǒng)以及三站TOA系統(tǒng)，利用TDMA系統(tǒng)特征，本文研究獲取TDMA目標(biāo)位置參數(shù)的算法以及提高參數(shù)估計(jì)精度的途徑。
　　本論文以TDMA系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（終端）無(wú)源態(tài)勢(shì)信息獲取算法為主，在多站無(wú)源定位中

2、兼顧TDMA固定目標(biāo)定位，主要的創(chuàng)新之處如下：
　　1．實(shí)現(xiàn)了TDMA系統(tǒng)特征和目標(biāo)位置參數(shù)估計(jì)算法的有機(jī)統(tǒng)一。首先，TDMA系統(tǒng)是一個(gè)同步系統(tǒng)，任意兩個(gè)時(shí)隙信號(hào)的發(fā)射時(shí)間間隔為時(shí)隙持續(xù)時(shí)間的整數(shù)倍，可以認(rèn)為TDMA時(shí)隙信號(hào)是準(zhǔn)周期信號(hào)。TDMA的同步特性是進(jìn)行單站和多站純TOA目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)。其次，TDMA系統(tǒng)是一個(gè)多目標(biāo)系統(tǒng)，多目標(biāo)之間是同步的，運(yùn)用于多目標(biāo)同步特性能夠提高多目標(biāo)的定位精度。
　　2．在單站純TOA目

3、標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析中，提出了適合任何快拍數(shù)的以距離和速度為變量的封閉形式距離和速度估計(jì)算法，分析了目標(biāo)相向運(yùn)動(dòng)和相背運(yùn)動(dòng)對(duì)距離和速度估計(jì)精度的影響，提出了前向和后向估計(jì)算法。為充分利用整個(gè)快拍數(shù)據(jù)的信息，給出了全局最小二乘測(cè)距測(cè)速算法，做到了距離和速度總體最優(yōu)估計(jì)。
　　3．在單站TOA和DOA目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析中，運(yùn)用參數(shù)化目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析的方法分析目標(biāo)位置的可觀測(cè)性條件，并推導(dǎo)了定位精度的理論算法。該定位算法不需要對(duì)非線性觀測(cè)方程進(jìn)行任何線性化

4、處理，用三個(gè)以上目標(biāo)位置的測(cè)量值實(shí)現(xiàn)對(duì)TDMA目標(biāo)的單站定位。
　　4．在雙站純TOA目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析中，對(duì)目標(biāo)各種位置參數(shù)的可觀測(cè)性進(jìn)行了分析，給出了三維目標(biāo)各種距離和速度的估計(jì)算法，對(duì)估計(jì)精度進(jìn)行了仿真對(duì)比分析；提出了二維目標(biāo)的位置坐標(biāo)和速度分量的估計(jì)算法，在一般意義下能夠得到目標(biāo)位置坐標(biāo)和速度分量的二值估計(jì)，給出以兩個(gè)接收站的軸線為對(duì)稱的上下兩條目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航跡，借助目標(biāo)活動(dòng)的區(qū)域或方向測(cè)量值可以去掉目標(biāo)的虛假航跡，實(shí)現(xiàn)二維目標(biāo)的定

5、位。
　　5．在三站純TOA目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析中，分析了三維目標(biāo)各種距離和速度的估計(jì)算法；提出了二維目標(biāo)的位置坐標(biāo)和速度分量的估計(jì)算法，只要三個(gè)接收站不在一條直線上，能夠?qū)崿F(xiàn)二維目標(biāo)的位置坐標(biāo)和速度分量的唯一估計(jì)；同時(shí)給出了三維目標(biāo)的位置坐標(biāo)和速度分量的估計(jì)算法，在一般意義下能夠得到目標(biāo)位置坐標(biāo)和速度分量的二值估計(jì)，由于空中飛行目標(biāo)的高度不可能為負(fù)值，去掉目標(biāo)的虛假位置，可以實(shí)現(xiàn)三維目標(biāo)的定位。
　　6．對(duì)于傳統(tǒng)的三站時(shí)差定位系統(tǒng)

6、，根據(jù) TDMA系統(tǒng)的基站位置坐標(biāo)已知的情況，由時(shí)隙信號(hào)的TOA可以推算出目標(biāo)的距離，提出了兩種TDOA和TOA聯(lián)合定位的算法，可以提高時(shí)差定位算法的精度。在TDMA系統(tǒng)多目標(biāo)情況下，即使不知道基站位置坐標(biāo)，給出了兩種多目標(biāo)聯(lián)合時(shí)差定位算法，避免了傳統(tǒng)時(shí)差定位算法中的模糊和無(wú)解情況，由于利用所有目標(biāo)的時(shí)差信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，在多目標(biāo)情況下提高了目標(biāo)定位的精度。對(duì)于運(yùn)動(dòng)TDMA目標(biāo)，提出了三種在三站時(shí)差定位系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位的算法。采用目

7、標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析的方法，對(duì)TDMA目標(biāo)位置的可觀測(cè)性進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)差定位算法。運(yùn)用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析測(cè)距算法，提出了測(cè)距與傳統(tǒng)時(shí)差定位和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析時(shí)差定位相結(jié)合的兩種定位算法，充分利用了目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性，提高了TDMA目標(biāo)的定位精度。
　　與現(xiàn)有的純方位目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析和多站時(shí)差定位相比，本文深入研究了單站、雙站和三站的純TOA目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析，提出了距離速度估計(jì)閉式解及其性能改進(jìn)算法；利用TDMA系統(tǒng)的時(shí)間同步特征，實(shí)現(xiàn)了多種TDM