基于TDOA和FDOA多星联合定位技术研究

摘要

随着科技的发展，卫星定位技术在军事和民用领域具有越来越重要的地位和作用。由于无源定位系统本身不发射电磁波，完全是被动工作的，所以具有隐蔽性好、抗干扰能力强等优点。近年来，无源定位更是在航空、航海、航天和电子战等领域表现异常突出，发挥了无可替代的作用。因此，也越来越受到各国广泛的关注与重视。 本文主要研究被动辐射源的多星定位，研究工作覆盖卫星定位精度分析、多星构型和TDOA/FDOA联合定位算法。主要工作如下： (一)为了设计好的卫星构型，本文介绍了克拉美罗界(CRLB)与几何稀度(GDOP)的推导过程，然后分析了一种典型的五星构型-五面体。通过仿真与分析，获得如下结论：主星与副星连线之间夹角在45°到60°时，能够获得较好定位性能。 (二)为了提高单独TDOA或FDOA定位的精度，提出了基于最大比合并的TDOA/FDOA联合算法。仿真结果表明，有地球约束情况下的最大比合并算法已经可以达到克拉美罗界，比单独定位算法和Ho最小二乘联合算法具有更好定位性能。 (三)深入研究了霍夫变换在卫星定位中应用，重点讨论了如何利用霍夫变换来实现数据的加权融合。最后的仿真结果表明，加权融合后的霍夫变换同单独TDOA或FDOA霍夫变换相比，具有更好的定位功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1研究的背景和意义

1.2国内外研究的历史和现状

1.3卫星定位系统关键技术

1.4本文研究的内容和结构安排

2.卫星定位原理概述

2.1坐标系与坐标转换

2.2定位基本原理

2.2.1角度定位

2.2.2时差定位

2.2.3频差定位

2.3卫星定位误差的来源

2.3.1卫星本身误差

2.3.2信号处理误差

2.4本章小结

3.卫星定位精度与多星构型分析

3.1引言

3.2克拉美罗界

3.2.1标量参数CRLB

3.2.2矢量参数CRLB

3.2.3有地球约束CRLB

3.3均方差与几何稀度

3.3.1均方差

3.3.2 GDOP的克拉美罗界推导

3.4一种典型的五星构型浅析

3.4.1多星平面构型

3.4.2五星立体构型浅析

3.4.3五星构型位置的确定

3.5仿真与分析

3.5.1 GDOP仿真结果分析

3.5.2多星构型仿真结果分析

3.6本章小结

4.基于最大比合并联合定位算法

4.1引言

4.2有约束的加权最小二乘法

4.3最大比合并算法

4.3.1TDOA单独定位解析解

4.3.2最大似然算法

4.3.3最大比合并算法推导与证明

4.4仿真与分析

4.5本章小结

5.基于霍夫变换的卫星定位算法

5.1引言

5.2霍夫变换基本原理

5.2.1基于TDOA的霍夫变换

5.2.2基于FDOA的霍夫变换

5.3 TDOA和FDOA的数据融合

5.4仿真与分析

5.5本章小结

6.结束语

6.1本文工作总结

6.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文情况