TDOA技術在網絡化的無線電監測系統中的應用

周學瓊

【摘 要】 本文主要介紹TDOA技術在無線電監測網中的應用，對TDOA的基本工作原理和實際設備要求進行基本的介紹，同時分析該技術特征給技術普及和應用帶來的優勢，然后通過對TDOA技術實際運用情況，來論述TDOA技術有待改進的問題及參考意見。

【關鍵詞】 網絡化 TDOA技術 無線電監測

在現代高速發展的信息社會，無線電通訊技術也在飛速的發展中，技術發展的同時頻譜資源也在不斷的開發利用。現在的無線電通訊系統的對于頻率的載波要求更高、帶寬要求更寬還有輻射的功率要求也要越來越低，以致我國無線網通信系統的磁波環境日趨復雜化。在這種日趨復雜的框架下，無線電管理部門必須借助于先進的無線電監測技術手段建立起科學、規范、高效的無線電監測機制，因此TDOA技術在網絡化的無線電監測系統中的應用顯得尤為重要。

1 TDOA的基本原理

根據各種傳感器之間收集資料的特征，用網絡的方式進行把信息數據匯合，并且要把數據分類，以監測符合要求的數據結果，這就是無線電監測系統的運行方式。在無線電監測系統中，必須把數據以覆蓋面廣的區域，把大量的數據運用更長的時間來完成監測任務。

現在，網絡化的無線電監測系統與過去的相比之下，有監測更加精準，實時性比較強的優勢。這種優勢主要體現在網絡化系統的定位技術上：時間差法也就是我們本文提到的TDOA，RSS接收信號靈敏度法，還有就是混合以上兩種的方式，下面我們就著重介紹一下到達時間差法。

雙曲線定位又叫到達時間差定位，這種屬于無源定位的方式。它的定位方式是對無線電信號的監測傳輸到不同的監測系統的天線為單位，來計量時間差的，然后就開始對無線電信號進行發射地的定位。

2 TDOA實施的基本設備

2.1 監測傳感器設計

監測傳感器滿足蜂窩狀的布局，就在傳感器的布局中保留了原有數字超外差接收機，其他的模塊都被去除掉。傳給網絡監測中心的檢測數據或者是定位數據，是通過網絡的方式來傳輸的，當然設計中不存在其他的模塊顯示。所以，傳感器中去掉模塊中的模擬信號和顯示兩個模塊，不但降低成本，而且定位的精確度也隨之提高。

2.2 監測天線設計

在考慮到把干涉儀和測向陣給去掉時，也要考慮到城市內復雜的環境對信號帶來的影響，所以在這種狀況下，在網絡化的監測系統中選用了一種輕便型的電線。

此外，結合信號的傳輸結構，統一處理集成不相干的多種或者同一種信號，這樣就會降低信號定位的多個途徑的相對衰弱。根據上述的要求，分集天線技術也就被技術員所采納，此技術是指傳感器是有兩個以上的接口天線接口來和全向的檢測天線相連的。這

如果在此基礎上，能夠與城市交通相結合，那么就可以構建一個高效有序、專治城市堵塞的檢測服務，或者開發如導航的技術服務。

3 TDOA在網絡化監測系統特征體現與實際運用

無線定位業務主要運用方向在抗險救災、緊急援救、跟蹤、導航等移動鄰域方面。而大城市中的較為流行的GSM定位系統，就是基于TDOA技術的網絡定位系統。使用TDOA技術，可以讓系統無需對移動平臺進行改造，就可以改進定位精準度的技術手段。我們常常是以固定監測站點為基礎，利用TDOA技術進行確定用戶位置。這樣的定位方式簡單易行，把GPS模塊和數字收集設備以及小的監控天線增加，就足以實現。而傳統的電監測系統則是用了很多的干涉儀監測方向來進行定位，TDOA技術的使用就顯示出了它的優點。

3.1 便于原有監測站點的設備升級

這一定位系統非常簡單，正好和監測站點的側向站的復雜形成鮮明的對比，只要需要在已有的監測站的基礎上增添新設備。原有的接收天線可以變成監測天線直接使用，不用繁雜的測向陣和信號干涉儀。且監測天線對環境的要求比起干涉儀來要寬松許多。這種優勢直接帶來全國移動基站技術上的快速更新，同時節省設備成本費用，這種技術上的創新給我們的生活帶來了極大的便利。

3.2 具有較高的精確度

TDOA即到到達時間差法，所以和干涉儀側的方位相比，它的定位更加精確，并且長基線也也可以把精確度提高，把天線之間的影響降到最低。此外，TDOA的有一大優點就是定位即使有誤差，也不會隨著輻射的源頭而改變，但是測向基礎定位法卻是要保持著輻射源到監測站的距離成比例的，這樣就把計量的難度給擴大了。

3.3 易于組網

計算機組網如果是在監測站點順利的進行，就必須擁有網絡化監測的網絡，而廣泛布局監測網就是其網絡的基礎。TDOA定位的定位可以把數據傳輸到中心站點之后，就會不受限制的進行站點之間的時間差核算。TDOA定位的精確度是和監測網中傳感器的數量成正比的態勢，傳感器的數量越多，其精確度也會越來越高。

3.4 可以對寬帶低譜無線電信號定位

信號的帶寬和信號噪音比率兩者與TDOA測量的誤差是成二次方根的反比，所以這樣就證明了，寬帶的功率越低，那么TDOV定位的無線電信號是越準確的。

4 TDOA在網絡化監測系統使用中應注意的問題

當今城市里的地理環境復雜，電磁波的干擾也日趨的增加。TDOA在這復雜的環境中，把高密度信號在低功率的情況下實時，就必須要把定位的精確度在三百米以內，所以在實行的時候要注意下面的幾點：

4.1 基站的個數和布局的問題

三角形具有穩定性，而在TDOA定位原理中，目標和基站之間成為一個等邊三角形的時候，精確度是最高的。城市環境影響著傳感器的監測結果，所以基站就在小型傳感器的布局上，要以蜂窩狀為基本方式。當然具體的布局方式要結合實際中長期應用無線電信號的密度來布置。例如座城市里基本樓房的布局，來進行密度不同的蜂窩形狀布局基站。

4.2 同步問題

各微型監測傳感器之間必須要嚴格同步，這是TDOA定位系統的標準。滿足TDOA系統的這一要求，就必須要把各個微型監測傳感器之間的同步誤差三百米以內。

4.3 非視距傳輸問題

我們在上面已經介紹道，是運用了蜂窩狀的定位系統，當然這種定位系統的移動電臺和微型監測傳感器之間，如果是遇到高山或者是樓房等阻礙物的時候，信號是通過環繞輻射的方式，而不是直接到達某一特定的位置，這就是我們所說的非視距傳輸。

這種傳輸方式，給TDOA測量就有了一千米以上的誤差，所以降低非視距傳輸出現的誤差，才能夠讓TDOA的精確度提高。

4.4 TDOA對窄帶信號測量精度的問題

TDOA系統對寬帶的信號和窄帶的信號相比較，后者的信號定位要差的多。如果要提高TDOA定位中窄帶信號的精準度，就要求技術員對軟硬件兩方面深入的研究和探討。

5 結語

低成本、高精確度的定位效果是TDOA系統的顯著特征，它為網絡化無線電監測技術提供了巨大的支持。我們合理的把基站的同步問題解決，并且布局合適，能夠在現今的條件下解決非視距問題，這樣就可以對無線電網格化監測系統的發展和普及形成巨大的推動力。

參考文獻

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