基于波分复用的无源时差定位技术的应用研究

摘要

无源定位技术具有诸多优点，包括隐蔽性好、作用距离远。分布式观测节点可以有效提升定位系统的性能，而光载无线技术则能够极大提升覆盖范围和定位精度。论文提出并展示了基于WDM技术的分布式节点无源时差定位系统，通过在探测区域内广泛布置观测节点，将各节点接收的信号调制在分离的光载波上，并使用WDM技术经光纤传输后在中心站进行融合处理。这使得各观测节点无需复杂的时钟同步和参数估计，提高了定位精度且简化了系统设计。此外，系统具有一定的通用性，理论上适用于脉冲信号源和非脉冲信号源的定位。因此，论文先从TDOA定位算法及其误差分析的基础上研究了系统的结构设计和实验验证，并在此基础上进一步从状态空间入手，建立合适的运动模型，采用自适应卡尔曼滤波算法来实现对移动目标的跟踪。
　　论文的主要研究工作有以下两个方面:
　　(1)结合TDOA定位技术的的双曲面模型，研究了Chan算法、TDOA的时延估计以及系统误差的主要来源。对于四站式的三维目标定位，首先研究了雷达应用的周期脉冲调制信号的时差信息提取，然后分析了定位精度GDOP的空间分布以及改善方法，最后通过实验对433MHz信号源进行了三维定位的概念验证，实现了相对误差低于51％的定位精度。
　　(2)针对论文提出的分布式节点无源时差定位系统，研究了基于“当前”统计模型和曲线转弯模型下的移动目标跟踪。采用跟踪性能优秀的交互多模型Kalman滤波算法来实现对目标的状态估计，并通过仿真与无滤波的Chan定位算法的跟踪性能进行比较，结果显示IMM滤波算法能够显著改善系统的跟踪性能，拥有更加优秀的应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

第2章 无源时差定位技术的基础理论

2．1 光载无线技术

2．1．1 概述

2．1．2 光载无线技术的应用

2．2 TDOA定位模型与算法

2．2．1 TDOA双曲面模型

2．2．2 Chan定位算法

2．2．3 时延估计算法

2．2．4 影响定位的主要因素

2．3 本章小结

第3章 基于波分复用的无源时差定位系统

3．1 原理

3．1．1 系统结构

3．1．2 定位精度

3．2．1 TDOA估计仿真

3．2．2 Chan定位算法仿真

3．3．3 定位精度仿真

3．3 实验验证与结果分析

3．4 本章小结

第4章 移动目标的跟踪

4．1 运动模型

4．1．1 “当前”统计模型

4．1．2 曲线转弯模型

4．1．3 数值仿真

4．2 基于TDOA的IMM滤波跟踪

4．2．1 扩展Kalman过程

4．2．2 交互多模型Kalman滤波

4．2．3 性能仿真与误差分析

4．3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献