基于TDOA的多點(diǎn)定位系統(tǒng)中布局方式的研究

易振寧

（桂林電子科技大學(xué) 電子工程學(xué)院，廣西 桂林541000）

1 引言

隨著我國民航事業(yè)的蓬勃發(fā)展，機(jī)場(chǎng)流量呈指數(shù)式的增長(zhǎng)，機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)營活動(dòng)的安全性也受到了挑戰(zhàn)。目前，國際民航組織已經(jīng)將多點(diǎn)定位系統(tǒng)確定為未來監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向，而我國也在大力推進(jìn)機(jī)場(chǎng)區(qū)域多點(diǎn)定位系統(tǒng)的建設(shè)[1]。

本文主要分析了基于TDOA 定位技術(shù)的多點(diǎn)定位系統(tǒng)在場(chǎng)面監(jiān)視應(yīng)用中的布局方式對(duì)定位精度的影響，從而有助于在工程建設(shè)時(shí)選擇較為優(yōu)良的布局方式。

2 GDOP模型

GDOP是衡量一個(gè)多點(diǎn)定位系統(tǒng)接收站布局性能的指標(biāo)，與目標(biāo)和接收站的相對(duì)位置有關(guān)，可以表征多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度。GDOP 數(shù)值越大，多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度越差。

楊林在其《TDOA被動(dòng)定位方法及精度分析》一文中已經(jīng)推導(dǎo)出TDOA 定位系統(tǒng)中三維目標(biāo)的GDOP 模型為：

對(duì)式（1）進(jìn)行分析可知，σij由TOA 測(cè)量誤差直接決定，包括時(shí)間與站址測(cè)量誤差標(biāo)準(zhǔn)差，即和相關(guān)系數(shù)ηi；m11，m22，m33分別表示在x，y，z 方向上待定位目標(biāo)到所有接收站的距離的方差值，因此，GDOP 放大了待接收目標(biāo)在x，y，z 三個(gè)方向上定位誤差，可用來表征MLAT 系統(tǒng)定位誤差與待定位目標(biāo)及各接收站幾何布局之間的關(guān)系[2]。

3 二維場(chǎng)面GDOP模型仿真

MATLAB 仿真設(shè)定：為便于仿真，假定各站時(shí)間測(cè)量誤差均為4×10-9s、相關(guān)系數(shù)取0.3，各站站址測(cè)量誤差均為15m，中心站天線高度與接收副站等高，均為20m，待定位目標(biāo)保持10km 高度飛行；待定位目標(biāo)與各接收站保持視距通信；將中心站與三個(gè)接收副站分別按照八種主流布局進(jìn)行二維平面排列，其中，仿真監(jiān)視面積為200km×200km。

圖1為監(jiān)視區(qū)域內(nèi)八種布站方式下MLAT 系統(tǒng)GDOP 仿真圖（圖中中心黑色五角形為中心站，三個(gè)圓形點(diǎn)為接收副站，GDOP 數(shù)值以等值線分布），表1為八種布站方式下GDOP值小于2 的區(qū)域覆蓋率。

對(duì)圖表進(jìn)行分析，可以得出：從整體上分析，基線區(qū)域附近的目標(biāo)比遠(yuǎn)離基線方向的目標(biāo)的GDOP 值要少，即定位精度更高。使用GDOP 小于2 的區(qū)域覆蓋率來表征布局性能時(shí)，區(qū)域覆蓋率越大表示布局性能越好。直線形布局導(dǎo)致覆蓋率只達(dá)到10%；而平行四邊形、矩形、梯形布局覆蓋率可達(dá)到30%以上；而倒三角形、菱形、正方形布局覆蓋率基本可達(dá)60%左右；其中星形布局的覆蓋率最大，可達(dá)到將近90%。因此，整體來說星形布局的定位精度更為優(yōu)異。

表1 各種布局下GDOP 小于2 的覆蓋率

圖1 八種布站方式下MLAT 系統(tǒng)的GDOP 仿真圖

4 結(jié)語

本文引入GDOP 模型對(duì)多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行量化分析，通過對(duì)各種主流布局進(jìn)行仿真，研究各種布局對(duì)多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度的影響，得出星形布局是一種性能較為優(yōu)良的布局方式的結(jié)論，對(duì)多點(diǎn)定位系統(tǒng)工程建設(shè)具有較好的指導(dǎo)意義。