基于TDOA的多點(diǎn)定位系統(tǒng)中布局方式的研究

易振寧

【摘 要】民航事業(yè)的蓬勃發(fā)展推動(dòng)了多點(diǎn)定位系統(tǒng)在場(chǎng)面監(jiān)視應(yīng)用中的快速發(fā)展。論文從多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度出發(fā)，通過(guò)引入GDOP模型，對(duì)各種布局進(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，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。

【Abstract】 The vigorous development of civil aviation industry promotes the rapid development of a multi-point location system in the application of surface surveillance. Starting from the positioning accuracy of multi-point location system， this paper simulates various layouts by introducing GDOP mode， and studies the impact of various layouts on the locating accuracy of multi-point location system， which has a good guiding significance for the construction of multi-point location system.

【關(guān)鍵詞】多點(diǎn)定位;到達(dá)時(shí)間差;場(chǎng)面監(jiān)視;布局;GDOP

【Keywords】multi-point location; time difference of arrival; surface surveillance; layout; GDOP

【中圖分類號(hào)】TN953+.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）08-0193-02

1 引言

隨著我國(guó)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(yíng)活動(dòng)的安全性也受到了挑戰(zhàn)。目前，國(guó)際民航組織已經(jīng)將多點(diǎn)定位系統(tǒng)確定為未來(lái)監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向，而我國(guó)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，σ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σ和σ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(lái)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(lái)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(lái)說(shuō)星形布局的定位精度更為優(yōu)異。

4 結(jié)語(yǔ)

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(guò)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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馮正霖.2019年全國(guó)民航工作會(huì)議報(bào)告[R].北京：清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，2019-01-07.

【2】楊林，周一宇.TDOA被動(dòng)定位方法及精度分析[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（2）：49-53.