基于TDOA的多点定位系统中布局方式的研究

易振宁

【摘 要】民航事业的蓬勃发展推动了多点定位系统在场面监视应用中的快速发展。论文从多点定位系统的定位精度出发，通过引入GDOP模型，对各种布局进行仿真，研究各种布局对多点定位系统的定位精度的影响，对多点定位系统工程建设具有较好的指导意义。

【Abstract】 The vigorous development of civil aviation industry promotes the rapid development of a multi-point location system in the application of surface surveillance. Starting from the positioning accuracy of multi-point location system， this paper simulates various layouts by introducing GDOP mode， and studies the impact of various layouts on the locating accuracy of multi-point location system， which has a good guiding significance for the construction of multi-point location system.

【关键词】多点定位;到达时间差;场面监视;布局;GDOP

【Keywords】multi-point location; time difference of arrival; surface surveillance; layout; GDOP

【中图分类号】TN953+.7                                            【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）08-0193-02

1 引言

随着我国民航事业的蓬勃发展，机场流量呈指数式的增长，机场场面运营活动的安全性也受到了挑战。目前，国际民航组织已经将多点定位系统确定为未来监视技术发展的主要方向，而我国也在大力推进机场区域多点定位系统的建设[1]。

本文主要分析了基于TDOA定位技术的多点定位系统在场面监视应用中的布局方式对定位精度的影响，从而有助于在工程建设时选择较为优良的布局方式。

2 GDOP模型

GDOP是衡量一個多点定位系统接收站布局性能的指标，与目标和接收站的相对位置有关，可以表征多点定位系统的定位精度。GDOP数值越大，多点定位系统的定位精度越差。

杨林在其《TDOA被动定位方法及精度分析》一文中已经推导出TDOA定位系统中三维目标的GDOP模型为：

对式（1）进行分析可知，σ由TOA测量误差直接决定，包括时间与站址测量误差标准差，即σ和σ相关系数ηi;m11，m22，m33分别表示在x，y，z方向上待定位目标到所有接收站的距离的方差值，因此，GDOP放大了待接收目标在x，y，z三个方向上定位误差，可用来表征MLAT系统定位误差与待定位目标及各接收站几何布局之间的关系[2]。

3 二维场面GDOP模型仿真

MATLAB仿真设定：为便于仿真，假定各站时间测量误差均为4×10-9s、相关系数取0.3，各站站址测量误差均为15m，中心站天线高度与接收副站等高，均为20m，待定位目标保持10km高度飞行;待定位目标与各接收站保持视距通信;将中心站与三个接收副站分别按照八种主流布局进行二维平面排列，其中，仿真监视面积为200km×200km。

图1为监视区域内八种布站方式下MLAT系统GDOP仿真图（图中中心黑色五角形为中心站，三个圆形点为接收副站，GDOP数值以等值线分布），表1为八种布站方式下GDOP值小于2的区域覆盖率。

对图表进行分析，可以得出：从整体上分析，基线区域附近的目标比远离基线方向的目标的GDOP值要少，即定位精度更高。使用GDOP小于2的区域覆盖率来表征布局性能时，区域覆盖率越大表示布局性能越好。直线形布局导致覆盖率只达到10%;而平行四边形、矩形、梯形布局覆盖率可达到30%以上;而倒三角形、菱形、正方形布局覆盖率基本可达60%左右;其中星形布局的覆盖率最大，可达到将近90%。因此，整体来说星形布局的定位精度更为优异。

4 结语

本文引入GDOP模型对多点定位系统的定位精度进行量化分析，通过对各种主流布局进行仿真，研究各种布局对多点定位系统的定位精度的影响，得出星形布局是一种性能较为优良的布局方式的结论，对多点定位系统工程建设具有较好的指导意义。

【参考文献】

【1】冯正霖.2019年全国民航工作会议报告[R].北京：清华大学核能技术设计研究院，2019-01-07.

【2】杨林，周一宇.TDOA被动定位方法及精度分析[J].国防科技大学学报，1998（2）：49-53.