基于TDOA的靶場(chǎng)彈炸點(diǎn)定位問題研究.pdf

1、目標(biāo)定位技術(shù)在軍事、航空航天及生活方方面面中均有廣泛的應(yīng)用，世界各國(guó)都在研究基于不同定位原理下的定位技術(shù)和設(shè)備。本文以靶場(chǎng)彈炸點(diǎn)定位問題為研究背景，結(jié)合中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所具體的靶場(chǎng)項(xiàng)目，討論了基于TDOA聲學(xué)檢測(cè)被動(dòng)定位技術(shù)。考慮在靶場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)際遇到的難題及項(xiàng)目指標(biāo)，本文從多個(gè)方面展開討論和分析，從理論分析到實(shí)踐應(yīng)用。其研究?jī)?nèi)容可以大致分為以下幾個(gè)部分:
　　1.針對(duì)實(shí)際定位應(yīng)用中，傳感器間硬件性能的差異和環(huán)境干擾等因素所導(dǎo)致的

2、時(shí)延估計(jì)問題，討論了一種基于頻域概率模型的分頻段時(shí)延估計(jì)校準(zhǔn)算法(PFD-TDE)。其在廣義互相關(guān)算法(GCC)的基礎(chǔ)上，將接收信號(hào)在頻域上進(jìn)行分段，通過一組訓(xùn)練集信號(hào)源接收信號(hào)構(gòu)建測(cè)量節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)間時(shí)延估計(jì)的頻域概率模型，并通過對(duì)不同頻段的概率加權(quán)以獲得整個(gè)頻域信號(hào)的時(shí)延估計(jì)。
　　2.針對(duì)基本的單源TDOA定位問題。在詳細(xì)分析和對(duì)比了標(biāo)準(zhǔn)Chan算法和改進(jìn)Chan算法后，討論了兩類誤差修正算法:分階段局部誤差修正和全局誤差修

3、正算法。分階段局部誤差修正算法將Chan及改進(jìn)Chan算法的各階段誤差分別進(jìn)行修正，其假設(shè)各階段的有偏估計(jì)值修正后為無偏估計(jì)值。全局誤差修正算法分析了算法中各階段估計(jì)值誤差間的關(guān)系，在估計(jì)的最終階段對(duì)最終的估計(jì)值進(jìn)行誤差修正。通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，相比原始算法，兩類誤差修正算法其定位性能均得到了提升，且全局誤差修正算法定位性能優(yōu)于分階段局部誤差修正算法。
　　3.以多信號(hào)源TDOA分離定位問題為研究對(duì)象。針對(duì)不同多信號(hào)源情形，討論

4、了3類多信號(hào)源分離定位算法。首先，針對(duì)異類信號(hào)源分離定位情形，討論了一種基于相似度判決的異類信號(hào)源分離定位算法。而針對(duì)多個(gè)同類信號(hào)源分離定位情形，討論了搜索匹配算法、多基線聯(lián)合定位算法。搜索匹配算法以運(yùn)算復(fù)雜度為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)各信號(hào)源的分離，分離后實(shí)現(xiàn)其定位;在詳細(xì)分析了當(dāng)信號(hào)源空間分布及發(fā)射間隔不同的情況下，空間中傳感器節(jié)點(diǎn)接收到信號(hào)源的時(shí)序特征后，根據(jù)空間接收時(shí)序的雙曲線劃分特性，提出了一種基于多基線聯(lián)合定位的雙信號(hào)源分離定位算法，算法

5、將長(zhǎng)、短基線陣接收數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，最終實(shí)現(xiàn)雙目標(biāo)源的精確定位。仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一定的多信號(hào)源條件下，各算法均能實(shí)現(xiàn)多信號(hào)源信號(hào)的分離和定位。
　　4.以靶場(chǎng)炮彈炸點(diǎn)TDOA定位系統(tǒng)為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了該定位系統(tǒng)的組成，包括系統(tǒng)硬件部分、上位機(jī)軟件部分及TDOA定位算法實(shí)現(xiàn)部分。系統(tǒng)重點(diǎn)研究了各節(jié)點(diǎn)間時(shí)鐘同步的解決方法，通過硬件上添加時(shí)標(biāo)及秒脈沖信號(hào)，算法中采用數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)對(duì)齊的方式，補(bǔ)償硬件傳輸、數(shù)據(jù)交互所帶來的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)不同步，從而