多点定位接收机的设计与实现

为解决民用航空多点定位系统中多个远端站的时间同步问题,完成对广播式自动相关监视系统(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)信号到达时间信息的提取,设计一款高精度低成本的多点定位接收机。由于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的精度主要由时间同步和报头检测的精度决定,提出基于驯服时钟的分布式授时方法和具有动态门限值的报头检测算法来提高TDOA的精度,从而提高接收机的精度,通过Taylor级数展开法验证,表明接收机的TDOA精度达到了预期要求,最后完成接收机的硬件和软件实现。

机场场面多点定位中结合M估计与EKF的高精度位置估计方法

传统机场场面飞机多点定位(Multilateration, MLAT)方法的精度易受非视距(NLOS)环境中观测误差的影响。针对该问题,提出一种结合M估计与扩展Kalman滤波(EKF)的高精度多点定位方法。将场面接收站测量的到达时间差(TDOA)数据构建成一个数值模型;利用Huber-M估计的思想,将标准EKF中的观测更新步骤更改为一个加权最小二乘线性回归问题,以此提高EKF对非高斯观测噪声的抗干扰能力;将该改进型EKF用于位置估计。仿真结果表明,该方法对TDOA观测噪声具有很好的鲁棒性,获得了较高的定位精度。

基于分布式授时的多点定位接收机设计

针对到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)精度主要由时间同步和报头检测精度决定,提出一种高精度分布式授时方法,解决民用航空多点定位系统多个远端站的高精度时间同步问题,并改进了基于FPGA的报头检测算法来提取ADS-B信号到达时间的信息,完成了低成本、高精度多点定位接收机的设计。使用PID控制器和卡尔曼滤波等方法完成驯服时钟的驯服授时模块,将驯服时钟作为分布式授时的参考时钟。在改进的报头检测算法中,提出新的动态门限值计算方法并根据4脉冲检测算法提取信号的时间信息。最后利用Chan算法验证接收机性能,实验结果表明,接收机的TDOA精度达到了理论预期。

基站簇多点定位原理及性能分析

机场场面多点定位(MLAT)利用到达时间差(TDOA)实现目标定位。针对多点定位模式存在时延标准差大、基线较长、竖直方向精确度较差、布设难度大等问题,引入基站簇概念,提出一种多点定位基站簇布站(C-MLAT)模式,揭示基站簇定位原理及性能状态,建立C-MLAT模型。基站簇内部易于时钟精确同步,简化几何精度衰减因子(GDOP)计算,GDOP分布状态证明C-MLAT在缩短基线后通过补充站或多基站簇联合定位的方式,都可满足定位需求。利用C-MLAT建立甲、乙2类布站方式,水平方向精确度误差与竖直方向精确度误差显著降低,其中,甲、乙2类C-MLAT将水平方向精确度误差分别提高到1.76 m和1.69 m,竖直方向精确度误差分别降低约26%和36%,验证了C-MLAT定位具有更佳的性能和应用优势。

机场多点定位场面监视雷达信号处理技术分析

本文以机场多点定位场面监视雷达信号处理技术为主要研究对象,先对该技术的应用原理进行了简要叙述,然后在明确其数据信息交互方式的基础上,详细阐述了机场管理人员应如何利用该技术对远端站和中心站的数据信号进行处理,最后从两方面入手提出了该技术的优化对策。目的是为机场管理人员和技术人员的日常工作提供一定的借鉴与参考,提高我国机场监测的能力和水平,推动我国机场的平稳运行和持续健康发展。

基于ADS-B数据的多点定位系统监视性能评估方法

基于中国民用航空总局空中交通管理局已经建设完成的现有ADS-B站点,选取符合基于信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位体制的多点定位系统定位条件的站点,首先从理论上分析了其定位精度情况,然后在集中监控端采集相应站点记录的CAT021报文,提取报文中的高精度时间进行各个站点时间差汇算,并结合各个站点的相对几何位置,利用TDOA定位解算算法计算出目标的位置,用实际数据分析解算位置与CAT021报文中携带的位置的误差来分析当前定位精度覆盖情况。最后指出该评估方法可为后期进行多点定位系统建设和布站提供建设性意见的可行性。

多点定位TOA精确估计及同步误差校正算法

提出了S模式信号的数学模型,讨论了脉冲上升沿测量到达时间(time of arrival,TOA)的精度、统计方法估计TOA的最优值和最优估计的实现方法。然后,提出了一种先解码后测量TOA的改进方法,从脉冲积累的角度导出了改进方法的理论精度,与单脉冲测量的精度相比较有明显提高。针对硬件实现的问题,分析了采样对TOA测量的影响和解决方法。最后,讨论了多点定位的同步问题,将TOA的精确估计值应用于多点定位系统多部接收机之间的同步误差校正。

大型薄壁件多点定位的初始布局优化算法研究

为了抑制大型薄壁件加工过程中传统"N-2-1"定位原理的支承/定位能力局部失效的现象,以满足工件夹紧力和外形定位精度为目标,并基于支承/定位资源约束,提出了跟随加工区域布置定位点的"X-2-1"多点支承/定位方法,该方法不仅能保证工件加工过程中的夹持可靠性,而且能实现对工件不同加工区域定位误差有针对性的重点防控。实验结果表明:使用该方法计算得到的工件最大定位误差小于0.2mm,远远优于传统均布支承/定位点在相同实验条件下实验件0.8mm的最大定位误差,从而抑制了工件外形定位误差对加工质量的扰动。提出的支承/定位点初始布局方案可为进一步的全局优化,并以此控制工件加工变形、提高工艺系统刚度,最终改善加工质量奠定基础。

机场场面多点定位系统定位精度研究

研究多点定位系统原理,建立定位精度模型,并对定位误差与布站几何的关系进行分析。通过倒三角形布站、星型布站仿真分析视距环境中影响定位精度的变化因素,绘制几何精度因子等值线分布图。通过中间的理论推导及模拟具体数据,给出各种布站方式覆盖范围值,得到机场场面最优布站形式。实验结果表明,该布站形式在多点定位系统中可获得较高的定位精度。

机场场面多点定位系统远端站优选方法

对于机场场面时差(TDOA)定位系统,一旦某个远端站的到达时间检测误差突增,将会对定位精度产生致命影响。提出了一种新的站点优选方法,首先采用平滑滤波估计目标真实位置,再以该估计值为基准进行测量位置与时差的偏差统计判决,从而快速地确定发生故障的站点。针对特定机场的蒙特卡洛仿真试验证明了该方法的有效性。

多点定位混叠信号的盲分离

将盲分离算法应用到多点定位系统的抗干扰处理中,介绍了对多点定位的干扰形式和混叠情况,分析了分离混叠信号的物理依据和相应的方法,阐述了盲分离算法的原理和白化方法。采用盲分离领域的快速固定点算法分离和重构信号,结合多点定位系统的特点作了相应改进,给出了详细的步骤。仿真结果表明,快速固定点算法能够有效分离多点定位系统的S模式混叠信号,获得了较高的成功率。

多点定位中A/C模式混叠信号的时域分离算法

多点定位是空中交通管制的新兴技术,抗干扰技术是多点定位系统走向实用的关键。针对多个目标发射信号的混叠问题,在分析A/C模式混叠信号时域特征和规律的基础上,定义了脉冲重叠度和脉冲描述字,并将混叠信号的分离归结为其子脉冲的分离和归位。再根据混叠子脉冲的脉宽、幅度、相位等特征,提出了混叠子脉冲的分离方法,进而实现了整个A/C模式脉冲串的解混叠。仿真验证了算法的有效性。

基于Bancroft算法的多点定位TOA-LS估计

由于目标信号的发射时间未知,无源定位技术大多利用TDOA(到达时间差)进行目标定位.本文将求解GPS单点定位的Bancroft算法应用于TOA(到达时间)多点定位方程的求解,提出了基于Bancroft算法的无源多点定位TOA-LS(最小二乘)估计算法.TOA-LS包含三个线性方程,其加权系数与目标位置和目标信号发射时间相关.采用Ban-croft算法给出初始值并求解TOA-LS方程,完成加权系数的迭代更新.仿真结果表明对不同几何位置的目标,TOA-LS估计可获得接近理论方差下界的近似最优的性能.

基于TDOA残差分析的多点定位抗干扰方法

针对多点定位(MLAT)技术对信号从目标到接收站点时间差(TDOA)的依赖性及其TDOA精度对定位精度的影响,提出了一种基于TDOA残差分析的定位抗干扰方法。该方法通过TDOA在定位前后的残差来评判接收站点的时钟精度,从而实现站点优化选择和抗干扰,达到提高定位精度的目的。仿真实验和机场真实数据实验表明该方法可以显著提升MLAT的定位精度,不仅可行,而且有效。

分布式光纤震动传感系统的多点定位问题研究

针对3种分布式震动传感系统的多点定位问题进行了研究。论述了Sagnac干涉仪系统不易实现多点定位的原因;分析了双路MZ干涉仪系统的多点定位原理和局限性,并通过仿真验证了两点同时扰动定位失效的情况;最后说明了Φ-OTDR系统实现多点定位的原理和可行性,指出该系统最有可能从根本上解决多点定位问题;同时讨论了后2种系统多点定位的空间分辨率和定位精度。

目标高度对广域多点定位系统精度的影响

广域多点定位技术是对航路和终端区域的飞行器进行监视的新技术,由于多个接收站点通常布局在地面上,站点的基线长度和飞行器高度对系统的定位精度至关重要。根据双曲线/面定位技术,导出了最小二乘法解算目标位置时定位精度与高度误差的关系,然后对同高度层和高度层变化的水平精度稀释和垂直精度稀释进行了分析和仿真,证明了高度变化对精度影响显著的结论。最后,讨论了站点布局的作用,在高度不变的情况下,适合的布站形状和基线长度可减小高度误差对定位精度的影响。

多点定位系统高精度TOA提取方法

针对相关法检测报头时较低的采样频率对获取信号到达时间精度的不利影响,提出一种基于改进相关法的局部高速采样的高精度TOA提取方法。该方法根据曼切斯特编码特性在报头后第一个数据位时间内高频采样,使用两级移位寄存器作异或处理检测跳变沿提取到达时间信息,使测时精度达到了纳秒级,在使用GPS秒脉冲对双接收通道时间进行精确同步的基础上,输出提取的时间信息,对比测时的一致性。实验结果表明在实际应用中,TOA测量精度达到了理论预期。

浦东机场场面多点定位系统布站方案研究

浦东机场拟采用多点定位系统替代现有场面监视系统,以避免现存的监视盲区、提高监视精度,其中对地面站点进行合理的部署是解决问题的关键。首先对影响多点定位系统定位精度的因素进行了分析,明确了影响多点定位监视精度的因素是几何精度因子和到达时间差(TDOA);然后结合浦东机场的机场布局特点,提出了采用倒三角型与星型布站构型相结合的布站方案;最后采用Matlab软件对上述布站方案进行仿真分析。仿真结果表明,上述布站方案不存在盲区,且所有区域的监视精度均能满足机场场面监视精度10m的要求。

改进的机场分布式多点定位算法及应用

多点定位(Multilateration,MLAT)是未来民航监视的必备技术和发展趋势。针对其中的多站信息优化求解问题,将经典的定位算法与分布式处理相结合,提出了一种面向机场的改进定位方法。该方法对多站进行分组,在前端节点完成初步的定位解算及航迹滤波;在后端中心节点进行全局融合。通过分布式结构既降低了系统关键节点的通信负荷与运算压力,又保障了所有站点均可参与位置解算,从而提高了整体运算能力及精度。基于仿真数据和机场实测数据的实验表明了该方法的有效性和可行性。

螺旋CT引导下三维重建、多点定位自动活检枪经皮肺或纵隔活检

目的探讨螺旋CT引导下三维重建、多点定位自动活检枪经皮肺或纵隔穿刺活检的临床应用价值。方法39例肺内病变或纵隔内病变患者,在螺旋CT引导下三维重建、多点定位,应用自动活检枪取材。所有病例行组织学检查。结果本组2例出现气胸,发生率为5.1%;3例肺出血,发生率为7.7%;1例咯血,发生率为2.6%;假阴性2例,假阴性率5.1%;病变诊断准确率为92.3%(36/39)。结论螺旋CT引导下三维定位自动活检枪经皮肺活检确诊率高、并发症少。