摘要：无源时差定位又称为双曲线定位，是一种重要的无源定位方法，它通过处理三个或更多个接收站采集到的信号到达时间数据，从而对辐射源进行定位。时差定位系统具有精度高、定位快等优点，在工程中得到了广泛的应用。但是时差定位系统的精度主要取决于时延估计的精度，因此，研究快速、准确的时延估计方法成为时差定位系统中一个十分重要的课题。
本文阐述了采用时差估计法进行无源定位的原理，对无源定位系统中窄带信号的时差测量算法进行了研究，介绍了时延估计研究的发展和趋势。对两种经典的时延估计方法——相关法和相位谱法进行了仿真分析，讨论了它们的演化过程和各自特点。然后对利用信号触发沿测量时差的方法进行简要分析，阐述了为提高测量精度而采用的插值算法的原理。本文算法程序均是用matlab仿真软件进行分析。
关键词：无源定位时差测量时延估计相关法相位谱法matlab
Abstract:Time difference of arrival(TDOA)location system，namely the hyperbola location，is an important passive location method．Using the time difference of signals arrived to three or more different stations，we can determine the position of the target wanted to be located．Because of its high precision and fast location advantages，it is widely used in practice．But its precision depends on time delay estimation，so researching fast and exact time delay estimation method become a hot topic in TDOA location system．
In this paper, the principle of passive location using TDOA is described, and the research on algorithms for narrow-band signals in passive location system is given, meanwhile, the development history of the researches on time delay method and its development tendency are introduced. Two typical methods of time delay estimation, named correlation approach and phase spectrum approach respectively, of which the mathematical derivation and characteristics are presented, are simulated and analyzed. After that, another method which estimates the time difference of arrival depending on the triggering edge of arriving
signals is simulated, and the theory of interpolation algorithm applying to the time delay estimation to promote the precision is described. All programs of mentioned algorithms in this paper are run on the Matlab software.
Keywords: passive location time difference of arrival(TDOA) time delay estimation correlation approach
phase spectrum approach matlab
1 绪论
引言
无源定位技术可以在犯罪侦查、位置敏感付费以及车辆管理、导航和智能交通系统（ITS）等多方面有着广泛应用[1]。
另外在军事上。雷达电子战发展到一个新的阶段，电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身武器已成为当今雷达面临的四大威胁。传统的有源雷达不仅很难完成预定的任务，而且自身的生存也成了紧迫问题。由于被动探测系统本身不发射电磁波，完全是被动工作方式，较有源定位方法具有作用距离远、隐蔽接收、不易被对方发觉的优点，这对于提高系统在电子战环境下的生存能力具有重要的作用，所以近年来，多站无源探测工作方式日益受到广泛重视[2]。
目前，无线电无源测向定位有多种方法，但可用于精密测向的方法主要有两种，一种是数字相位干涉仪的方法，另一种是时差测量的方法，因为对间的测量精度比相位要高，因此具有更高的定位精度。相位干涉仪的致命弱点是存在相位模糊问题，为了解决这个问题，必须将天线放得较近，而天线较近又会引起较大的测向误差。为了保持较高的测向精度和消除相位模糊，常采用多基线方法。由于多基线方法采用了多个天线和接收机，所以它的体积和设备的复杂性都较高，成本也就相应提高了，并且还不能解决多信号同时测向的问题。随着数字技术和通信技术的发展，利用多个接收机进行高精度测量时并用时间差来进行定位成为
可能。为了彻底解决数字相位干涉仪的弱点，近几年国际上发展了时差测向定位技术[3]。
时差测量
1.2.1 时差测量基本概念
时差测量是无源定位中的关键技术之一，时差测量的精度和误差直接影响无源定位的指标。它主要指利用信号处理的理论和方法对不同接收器所接收信号的时间差进行估计，来确定其他相关参量，如信号源的距离、方位、速度和移动方向等[4]。
1.2.2 时差定位基本原理
时差定位是一种重要的无源定位方法，它利用平面或空间中的多个(接收机)测量站，分别测出同一个辐射源信号到达各测量站的到达时间差，由此确定辐射源在平面或空间中的位置。在二维平面中，辐射源信号到达两测量站的时间差规定了一对以两站为焦点的双曲线，利用三站就可形成两条单边双曲线来产生交点，以确定辐射源的位置。在空间情况下，则至少需要四个测量站以确定辐射源的位置。根据测量站间基线的长短，无源时差定位系统又可分为长基线时差定位系统和短基线时差定位系统。在地基情况下，采用长基线时差定位，具有精度高、对设备要求低的优点。由于时间差的测量是绝对的，没有模糊性，因此，这项技术在保持高精度侧向定位的同时不会产生相位模糊，时差测向定位适应的工作频带宽，定位精度高，所需信道数量少，对天线方向图要求不苛刻，定位精度与频率无关，特别适用于天线难于做成一致和信号频率未知、快变的情况。但这些优点是以技术难度作为代价的，时差法定位对接收机系统提出了很高的要求，这些要求集中反映在各路接收机的幄度(增益)一致性、相位一致性和响应带宽一致性
[3]。
TDOA 定位原理示意图[5]如图所示，分别在不同的区域布设A 、B 和C 三个监测站，同步接收由位于T 的干扰源发出的无线电信号，通过相关算法计算出接收到的两个信号的时间差AB t 和BC t ，由时间差乘以电波的传播速度，就可以得到距离
