基于到达时间间隔差的ADS-B位置消息验证方法

广播式自动相关监视(ADS-B)是一种新型的航空器监视技术,具有定位精度高、更新速度快及覆盖范围广等优势,在民用航空监视领域获得广泛应用。由于ADS-B消息以广播方式传输,未采用加密与认证机制,ADS-B系统易受外部欺骗源的干扰。为解决该问题,提出了一种基于到达时间间隔差(IDOA)的ADS-B位置消息验证方法。建立基于IDOA的ADS-B位置消息验证系统模型,理论分析给出检验统计量的表达式及其统计特性,进一步分析给出检测门限的确定方法,通过仿真验证所提方法的正确性与有效性。结果表明:所提方法与基于到达时间差(TDOA)的验证方法具有相同的检测性能,且对时间测量误差和ADS-B位置误差不敏感,但所提方法可克服基于TDOA的验证方法存在的对地面站时间同步误差敏感的缺点。

基于WGS-84地球模型的三站时差定位算法

针对基于WGS-84地球模型的三站时差定位算法,从定位模糊、定位精度和运算效率3个方面,综合比较了传统的牛顿迭代算法与一种基于测量站覆盖范围的局域参考坐标系(以下简称局域参考坐标系)下算法的性能。将局域参考坐标系下算法的定位结果作为牛顿迭代的初值,结合两种算法,形成一种综合算法,并对3种算法进行性能比较。由仿真结果可知,综合算法的定位精度、运算效率均较高,同时减少了定位模糊问题的发生,兼具传统牛顿迭代算法和局域参考坐标系下算法的优点。

高速铁路地震预警P波与S波复合自动快速识别的理论方法与应用

基于我国高速铁路沿线路排列的原位地震监测网络所必需的单台站预警模式,提出适合高速铁路单台站快速准确地震预警的P波与S波复合自动快速识别的理论方法。首先通过极化分析方法分离P波和S波;然后利用改进的短时窗信号平均值与长时窗信号平均值之比的方法初步确定P波与S波的到时范围;最后通过改良的基于高阶统计量的赤池信息量准则算法推导P波与S波的精确到时。整理和分析具有代表性的2008年汶川Ms8.0级地震的主震及余震记录1 548条,以此对该理论方法进行综合验证。通过计算震相拾取率与偏差可知,与既有的方法相比,该理论方法可以实时、准确、快速、有效地对具有复杂的震源、传播路径以及场地效应的地震进行预警,能够满足高速铁路单台站地震预警的严格要求。

基于运动单站的LTE辐射源定位技术

长期演进(LTE)信号具有覆盖范围广泛、带宽大、自相关特性良好、抗衰落能力强及发射功率大等诸多有利于定位的优点,是一种可用于定位的主要机会信号。基于LTE信号的定位方法需要利用辐射源的位置信息进行解算,在非合作环境中获取基站的位置信息是使用LTE信号进行定位的基础。提出了一种利用移动单站获取LTE辐射源位置的定位方法,以到达时间差(TDOA)为观测量,建立了包含钟差校准的定位模型,并从单站的运动轨迹和初始点选取两个方面分析了算法的收敛性和定位精度。通过行人以及车载两种方式,在实际环境中对定位方法的性能进行了测试,实验结果表明,该方法的定位误差小于10 m。

海战场环境下的多站时差定位技术研究

首先对多站时差定位技术进行了理论分析,然后根据海战场环境下的作战情景对多站时差定位系统的布站方式及定位精度进行了仿真。最后,结合工程应用中的实际情况,利用干涉仪测向系统的到达角测量结果对Chan算法的模糊解进行了优化,定位精度能够达到预期目标。

基于PSO的三星时差定位参考站最优布站技术

针对三星时差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位系统中参考站最优布站问题,提出了一种基于粒子群优化算法的三星时差定位系统最优布站技术。首先推导了星历误差和时间同步误差条件下三星时差定位系统的克拉美罗界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB),然后以定位系统CRLB为衡量指标,将参考站最优布站问题转化为约束条件下的多维寻优问题;最后采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求解目标函数,从而得到参考站的最优布站策略。仿真结果表明,所提算法可以准确解算出参考站的最优布站形式,且当采用最优布站时,仅需要两参考站就可基本消除星历误差和时间同步误差对定位系统的影响。

基于优化随机森林的海基站水下声学定位模型研究

海洋声学目标探测技术在海洋资源开发、海洋生物保护、区域海洋生态监测及军事领域等方面都具有无可替代的优势.然而,接收传感器常常会受到外界干扰声源的影响,从而导致定位性能下降.为解决这一问题,本文提出了一种基于优化随机森林的海基站水下声学定位模型来改善定位准确度.首先,对采集的原始信号进行数据预处理.对于信号无干扰采集数据,仅保留有效的样本,剔除包括缺失、异常、相同或相似的数据.对于信号干扰下采集数据,先对异常情况进行分类,然后去除存在干扰的基站数据.利用主成分分析对数据进行降维,并将综合特征作为高斯混合聚类的输入.为确定最优超参数,采用网格搜索和交叉验证的封装模块并设置混合系数,然后构建基于优化随机森林的水下声学定位模型,并将其与多点空间定位模型进行对比.实验结果表明,在信号无干扰和有干扰条件下,采用多点空间定位模型计算出目标三维定位误差RMSE分别为5.648 m、26.264 m,而采用本文模型预测的RMSE分别为0.232 m、4.354 m.所提出的方法显著提高了目标的定位精度,并具有较强的泛化能力.且在无干扰条件下,对于x、y及z方向的估计,所提出的方法的RMSE分别为0.122 m、0.099 m和0.171 m.而在有干扰条件下,对于x、y及z方向的估计,RMSE分别为1.715 m、1.691 m和3.627 m.特别是z方向的定位误差最大,与实际情况相吻合.以上数据结果验证了所提出方法的有效性,为水下运动目标高精度定位及定位导航系统的论证设计提供了新的思路.

一种基于双站协同的时差频差定位方法

在无源定位系统探测地球地面或海面目标时,考虑到目标在地球椭球面上,不能忽视地球曲率带来的影响。采用地球椭球模型,基于双空中观测站协同的时差频差无源定位方法,首先建立大地直角坐标系,然后利用双站接收目标的到达时差和到达频差信息,运用构建矩阵的方法解算一元四次方程,得出目标的大地直角位置坐标,并研究了双站的几何精度因子。相比四站时差定位算法,所提算法有更高的应用价值,为对远距离地面或海面目标无源探测提供了一种新的技术思路。

布局方式对TDOA室内定位精度影响分析

针对到达时间差(TDOA)室内定位方法存在多基站布局方式对定位精度的影响问题,基于TDOA的几何精度因子(GDOP)方法仿真分析不同布局方式、主基线长度及基站高度对室内定位精度的影响。在三维多基站条件下,对正方形、圆形、蜂窝形布局方式进行仿真。得出不同的布局方式下的GDOP的分布图,仿真分析得出正方形布局方式室内定位精度最高,并以正方形布局为例,仿真分析不同主基线和高度下的GDOP分布图,得出最合理的布局方式,为实际室内定位应用中多基站布局提供了理论参考。

基于超宽带技术的地铁车站盲障人士定位方案

为确保视觉障碍人士(以下简称“盲障人士”)在地铁站内行走的安全,从盲障人士站内乘车的定位需求出发,对比各类定位技术后确定采用UWB(超宽带)技术,研究基于UWB技术的地铁车站盲障人士定位方案。对多种UWB技术定位算法的优缺点进行对比,确定采用TW-TOF(双向飞行时间测距)法和TDOA(到达时间差)法作为UWB技术的定位算法,并在此基础上开展基站布设间距测试和信号刷新频率测试。测试结果表明:在保证0.5 m的定位精度条件下,最小定位单元的基站布设需保持12 m的横向间距和10 m的纵向间距;信号刷新频率设置为1 Hz较为适宜。

海上运动平台多站时差定位系统定位精度分析

首先对海上运动平台多站时差定位系统定位精度的影响因素进行了理论分析。在此基础上,针对时差误差、站址误差、基线长、基线夹角对定位精度的影响进行了仿真分析。最终结合海面上的复杂环境背景,判断定位精度是否达到指标,并根据定位精度指标反推出达到该定位精度需要的多站布站方式等。

基于双站协同的目标时差定位算法

无源定位系统在探测远距离目标时,容易受到地球曲率的影响,在对多个观测站坐标系进行统一的过程还会引入额外误差,造成系统对目标的估计位置与真实位置存在较大偏差,进而给后续的数据关联、信息融合等造成严重的影响。鉴于此,提出了一种考虑地球曲率、基于双站协同的时差无源定位算法。首先将所有的地理坐标转换至大地直角坐标系下,然后利用双站接收目标的到达时差信息,基于地球椭圆方程和泰勒级数展开的方法解算出目标的大地直角位置坐标。理论分析与仿真实验表明,所提算法能克服地球曲率的影响,实现定位系统的坐标系标准化,且有效地降低了定位误差,为对远距离目标无源探测提供了一种新的技术思路。

时钟不准情形地震精确定位研究——以2011年1月19日安庆地震序列为例

通过余震序列的精确定位可以较为准确地刻画主震破裂区的时空变化规律.为了减小仪器时钟误差对地震定位精度的影响,本文基于2011年1月19日安庆地震流动台站的S-P到时差,通过主事件和双差地震定位法得到较为准确的主震位置和余震序列时空分布,并评估了仪器时钟误差;又通过对sPL近震深度震相的分析,得到了余震序列较为可靠的深度分布.结果表明,安庆地震发生在宿松—枞阳断裂带附近,余震序列大体近水平分布在5km深度,呈长1.5km、宽1km、高0.3km的薄板状展布;从时空分布来看,随着时间的推移余震序列似乎有往北东方向扩展的趋势.研究表明,基于S-P到时差的定位方法可以有效消除时钟不准确带来的影响,为中小地震和余震序列活动性的研究提供可靠的定位结果.

球面交切法地震定位

提出了适合于近震及远震定位的球面交切法。该方法在球面上直接进行交切运算,只要知道3个以上台站的S-P到时差(或只要根据震相求出震中距)就能快速定出震中位置,台网布局、震源深度、发震时刻对震中定位的影响较小。使用该方法对三峡水库蓄水以后发生的较大地震进行了精确定位,结果表明其应用效果较好。

四站时差定位布站研究

提出四站时差定位布站几何分类，通过仿真分析各类各种图形布站的定位精度，得到四站时差定位布站方案，采用该方案可得到比较理想的定位精度，工程上易实现，具有较强的应用价值．

基于遗传算法的TDOA定位系统的最优布站算法

为提高到达时间差(time difference of arrival,TDOA)定位系统的定位精度,提出了利用遗传算法(genetic algorithm,GA)寻找规定平面区域内TDOA定位系统的最佳布站策略,其所遵循的最佳布站原则是使得定位的目标空间的定位误差的Cramer-Rao界的平均值最小。对GA的站点位置编码和适应度函数的选择进行了研究,在此基础上提出了GA的寻优布站算法。仿真结果表明,该算法的寻优布站结果接近于系统的最优布站。

基于约束加权最小二乘的多站无源定位

针对传统加权最小二乘算法在噪声较大时会出现门限效应的问题。本文将约束加权最小二乘算法应用于多站无源定位,分别提出了基于多站时差定位的约束加权最小二乘算法以及基于时差频差联合定位的约束加权最小二乘算法。算法首先将非线性观测方程转化为两个伪线性方程,然后对伪线性方程加入限制条件,得到目标位置。仿真实验表明,与经典加权最小二乘算法及其改进算法相比,新算法在计算量增大不多的情况下扩展了适用范围,当噪声超过门限值时依然能获得较高的定位精度。新算法对噪声具有较强的鲁棒性,能有效克服门限效应带来的影响。

一种改进的无线定位算法

Taylor级数展开法和Chan算法是两种性能优良的利用电波到达时间差(TDOA)的定位算法,前者简单实用,但是其缺点是对初值比较敏感；后者在视距(LOS)传播环境下有较高的定位精度,二者结合可以大大提高定位的精度。但是在非视距(NLOS)传播环境下Chan算法精度会受到较大的影响,从而影响到Taylor级数展开法的定位精度。本文根据NLOS传播环境下附加传播时延和均方根时延扩展的统计特性,对NLOS误差的均值和方差进行估计,对TDOA测量值进行修正,采用Chan算法计算初值,再利用Taylor级数展开法进行定位,并与其它两种基于Taylor级数展开法的定位方法结果进行了比较。仿真结果表明,该算法能够提高NLOS传播环境下的定位精度,性能优于另外两种基于Taylor级数展开法的定位方法。

基于加权矩阵的TDOA多站无源定位算法

无源定位技术有着广阔的应用前景,传统的多站无源定位通常使用泰勒展开法对目标进行定位求解,在此基础上一种基于加权矩阵的多站到达时间差测量法被提出.当被测目标发射信号中存在稳定载波情况下,以各站点的载波跟踪环路为切入点,分析了采用常规时域相关法对载波跟踪时的环路噪声特性方程,利用此方程对多个观测站间的距离差观测量加权矩阵进行建模,再利用此加权矩阵对定位方程进行改进,最终得到高精度的目标位置解.通过仿真实验可以证明:在同等条件下该方法比传统泰勒展开法的定位精度有所提高,最好可提高精度约30%.该方法是一种适用于多站无源定位的有效方法,尤其适用于移动观测站点情况.

一种基于虚拟参考站的低轨双星时差频差精密修正方法

为了解决低轨双星时差(Time difference of arrival,TDOA)、频差(Frequency difference of arrival,FDOA)定位精度低这一问题,提出了一种应用虚拟参考站(Virtual reference station,VRS)技术来实现对低轨双星TDOA/FDOA进行精密修正的方法。该方法利用合作辐射源在未知辐射源附近建立一个物理上并不存在的虚拟参考站,然后再利用此虚拟参考站修正未知辐射源的时频误差。通过仿真分析,VRS处虚拟时差构建误差比虚拟频差构建误差要小,并且VRS对未知辐射源TDOA/FDOA系统误差的修正精度分别可以达到97%和95%。利用修正后的时频差对未知辐射源定位,其定位精度相对于未修正前有极大的提高。