基于TDOA的多點定位系統中布局方式的研究

易振寧

【摘 要】民航事業的蓬勃發展推動了多點定位系統在場面監視應用中的快速發展。論文從多點定位系統的定位精度出發，通過引入GDOP模型，對各種布局進行仿真，研究各種布局對多點定位系統的定位精度的影響，對多點定位系統工程建設具有較好的指導意義。

【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.

【關鍵詞】多點定位;到達時間差;場面監視;布局;GDOP

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

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

1 引言

隨著我國民航事業的蓬勃發展，機場流量呈指數式的增長，機場場面運營活動的安全性也受到了挑戰。目前，國際民航組織已經將多點定位系統確定為未來監視技術發展的主要方向，而我國也在大力推進機場區域多點定位系統的建設[1]。

本文主要分析了基于TDOA定位技術的多點定位系統在場面監視應用中的布局方式對定位精度的影響，從而有助于在工程建設時選擇較為優良的布局方式。

2 GDOP模型

GDOP是衡量一個多點定位系統接收站布局性能的指標，與目標和接收站的相對位置有關，可以表征多點定位系統的定位精度。GDOP數值越大，多點定位系統的定位精度越差。

楊林在其《TDOA被動定位方法及精度分析》一文中已經推導出TDOA定位系統中三維目標的GDOP模型為：

對式（1）進行分析可知，σ由TOA測量誤差直接決定，包括時間與站址測量誤差標準差，即σ和σ相關系數ηi;m11，m22，m33分別表示在x，y，z方向上待定位目標到所有接收站的距離的方差值，因此，GDOP放大了待接收目標在x，y，z三個方向上定位誤差，可用來表征MLAT系統定位誤差與待定位目標及各接收站幾何布局之間的關系[2]。

3 二維場面GDOP模型仿真

MATLAB仿真設定：為便于仿真，假定各站時間測量誤差均為4×10-9s、相關系數取0.3，各站站址測量誤差均為15m，中心站天線高度與接收副站等高，均為20m，待定位目標保持10km高度飛行;待定位目標與各接收站保持視距通信;將中心站與三個接收副站分別按照八種主流布局進行二維平面排列，其中，仿真監視面積為200km×200km。

圖1為監視區域內八種布站方式下MLAT系統GDOP仿真圖（圖中中心黑色五角形為中心站，三個圓形點為接收副站，GDOP數值以等值線分布），表1為八種布站方式下GDOP值小于2的區域覆蓋率。

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

4 結語

本文引入GDOP模型對多點定位系統的定位精度進行量化分析，通過對各種主流布局進行仿真，研究各種布局對多點定位系統的定位精度的影響，得出星形布局是一種性能較為優良的布局方式的結論，對多點定位系統工程建設具有較好的指導意義。

【參考文獻】

【1】馮正霖.2019年全國民航工作會議報告[R].北京：清華大學核能技術設計研究院，2019-01-07.

【2】楊林，周一宇.TDOA被動定位方法及精度分析[J].國防科技大學學報，1998（2）：49-53.