时差定位与两种测时差方法
时差定位与两种测时差方法
2t1~6年l
2【)【】6.No.1
电f对抗
EI(ROMCW ARFARE
总第106蛐
SerieN¨.106
时差定位与两种测时差方法
刘刚赵国庆
(西安电子科技大学电子对抗研究所，西安710071)
摘要介绍了时差定位以及两种测时差的方法——基于统一信号和基于统一时间的时
差测量方法，并针对测量精度进行分析，最后给出GDOP仿真.
关键词时差定位信号同步时间同步定位精度TDOALocationandTwoMethodsofTimeDifferenceMeasurement LiuGangZhaoGuoqing
(ResearchInst.ofElectronicCountermeasures,XidianUniv.,Xi'all710071,China) Abstract:TwomethodsoftimedifferencemeasurementinTDOAlocationaregiveninthisarti cle: themethodbasedonthesignalsynchronizationandthemethodbasedonthetimesynchronizat ion. Thenthealgorithmandaccuracyoflocationareanalyzedwithformulate.GeometricDilution OfPre—cisiongivestheeffectsofthetimemeasuringprecisionintheend.
Keywords:TDOAlocation;signalsynchronization;timesynchronization;locationaccurac y
O引言
时差定位(TimeDifferenceOfArrivalLocation)
是一种重要的无源定位方法，而无源定位系统本身并不发射电磁波，完全是被动工作的，因此具有隐蔽性好的优点，对于提高系统在电子战环境下的生存能力具有重要的作用.目前在对时差定位的研究中多关注于定位算法，精度分析和布站方式，而较少关注另一个影响定位精度的重要因素: 辐射源信号到达各
观测站时间的测量，即时差测量的精度问题.这在时差定位中是相当重要的.
因为我们都知道电磁波以光的速度(近似为3×l0sm/s)在空气中传播，一微秒(1OI6秒)的时间测收稿日期:2005年7月11日
量误差反映到距离上就是30o米的误差，可谓是"失之毫厘，谬以千里".因此，探讨时差测量的相
关问题是十分必要的.
当前在时差定位中通常采用两种测时差的方式：基于统一信号的方式和基于统一时间的方式. 前者是目前比较常用的方式，而后者也处在不断发展之中.本文对这两种方式进行简要介绍，作
为相关研究的参考.
1时差定位原理[1][2】[3】
时差定位实际上是反"罗兰"系统的应用，罗
兰导航系统根据来自3个已知位置的发射机信号来确定自身的位置，而时间差测量定位系统是利
22电子对抗2006年第l期
用3个(多个)已知位置的接收机接收菜一个未
知位置的辐射源的信号，来确定该辐射源的位置. 两个观测站采集到的信号到达时问差确定了一对
双曲(面)线，多个双曲面(线)相交就可以得到目标的位置，因此时差定位又被称为双曲线定位. y'
/
//'i/tl/,
/I',,
'/
I(1.y1),(2.J11)
图I时差定位原理图
如图l所示，以平面二维三站定位为例：目标
71的位置为(,),),so(o,Y o)为主站,sl(l,Y1),
S2(2,),2)分别为副站l和副站2.ro,rl,r2分别
俄罗斯时差与中国时差为目标到主站so，副站s.和副站S2的距离.距
离差为Ar,i:1,2，则定位方程为:
fo=(—XO)+(Y一),0)
{=(—)+(Y—Yi),(i=1,2)(1)
【c?△￡=c?(t—to)=一ro
对上式整理化简得:
(0一)+(Y o—Y)Y=ki+c'△￡'ro(2)
其中k去[(c?△￡i)+(o+yo2)一(+yi2)],
(i:l,2),c:3XlOSm/s，解方程组即可得到目标
位置.
2两种测时差方式的介绍
2.1基于统一信号方式的时差测量
这种方法又称为基于信号同步的时差测量.
通常各观测站之间的距离是固定的，各站位置坐标均精确标注，且只在主站有一个高稳定时钟，副站没有时钟.各站同时开始接收辐射源信号，分别收到辐射源信号后，副站立即将辐射源信号直
接或变频转发到主站，本身则不对信号做任何处理.主站收到从副站转发的信号，并分别测量各
副站转发信号的到达时间，因为已知各站间距，且
可以预先估计出信号从各副站转发的延迟，所以
可以测出辐射源信号到达各观测站的时间差，从
而完成时差定位.
/\
电磁淳/,I
,
,,
/
磁渡/电磁,，电磁渡/电磁渡\
副
图2基于统一信号方式的时差测量
这种方法是目前普遍采用的方式，在工程上
易行.但缺点也比较明显，首先此方法要求各观
测站位置固定，必须在主副站间有可靠的直视传
输路径，一般有效间距为15km，最大间距为30km, 不够机动灵活；其次需要建立专门的信号转发设
备及传输通道，比较复杂；三是定位过程有两次信
号检测和到达时间的误差.一次是在副站检}贝4辐射源直达信号，检测判别后才进行转发，第二次是
在主站对副站转发信号的检测，才测量时间，由于
脉冲的前沿是有斜率的，所以引起两次的时间误差.信号差转误差较大.
2.2基于统一时间方式的时差测量
这种方法又称为基于时间同步的时差测量.
在这种方法中，主站和各副站均设有高稳定度的
时钟，并且每隔一段时间(1s或Ims等)对一次时
间(将当前时间归零)，因此可认为各站是高度时
间同步的，即拥有统一的时间基准.这样各站均
可分别测量处理辐射源信号的到达时间，各副站只需将信号到达时间信息传递给主站即可.对于固定站，其位置可以预先精确标注；对于运动站, 目标
,
,
电磁,，一//\
/
/
/
电磁渡,/电磁波\
副味.
(时钟1)-占(时钟2'
(时钟)
图3基于统一ri,JI'~il方式的时差测量
总第106期刘刚，等：时差定位与两种测时差方法则在传递信号到达时间的同时还需要传递自身的当前位置.主站根据时间信启，计算时间差并计算出辐射源的位置.
这种方法的优点是可以实现测量站的机动且
便于展开站间距(基线)，便于多站长基线组网，不必建立转发设备和专门的转发信号传输通道，只需利用已有的数据传输线路传递时间数据即可, 使用灵活.定位过程只有一次信号检测，所以时
间测量误差较小.而缺点则是对各站的时钟稳定度要求非常高，若没有统一的时间基准(即各站时

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