对TDOA无线定位技术的研究与展望

《基于TDOA的无人机无线定位算法研究》篇一一、引言随着科技的进步和应用的不断扩展，无人机的使用在多个领域日益增长。

由于其在环境探测、航拍摄影、搜索和救援等任务中的优势，无人机的定位技术变得尤为重要。

无线定位技术作为无人机导航的核心技术之一，其精确性和效率直接影响到无人机的性能。

在众多无线定位算法中，基于到达时间差（TDOA）的定位算法因其高精度和良好的抗干扰性而备受关注。

本文将重点研究基于TDOA的无人机无线定位算法。

二、TDOA无线定位算法概述TDOA（Time Difference of Arrival）即到达时间差，是指同一信号由不同路径到达接收端的时间差。

基于TDOA的无线定位算法通过测量信号在不同路径上的到达时间差，结合信号传播速度，计算出信号源的位置。

该算法广泛应用于无线通信、雷达、声纳等领域。

三、基于TDOA的无人机无线定位算法研究1. 算法原理基于TDOA的无人机无线定位算法主要利用多个接收器接收来自同一信号源的信号，通过测量不同接收器接收到信号的时间差，结合信号传播速度，计算出信号源的位置。

该算法需要至少三个接收器，且接收器之间需要有良好的通信和同步机制。

2. 算法实现（1）信号接收与时间差测量：无人机搭载的接收器接收到来自信号源的信号后，通过内部计时器测量信号到达的时间。

同时，各个接收器之间通过通信网络共享时间信息。

（2）数据传输与处理：接收器将测量得到的时间差数据传输至无人机上的处理单元。

处理单元利用TDOA算法计算出信号源的位置。

（3）位置计算：处理单元根据测量的时间差和已知的信号传播速度，利用几何方法（如双曲线交点法）计算出信号源的位置。

3. 算法优化为提高基于TDOA的无人机无线定位算法的精度和效率，可以采取以下优化措施：（1）提高接收器的时钟精度和同步性能，减小时间测量误差；（2）采用多路径识别和滤波技术，降低环境干扰对定位精度的影响；（3）优化数据处理算法，提高计算速度和准确性；（4）结合其他定位技术，如惯性导航、视觉定位等，提高无人机在复杂环境下的定位性能。

二○一四年四月本人声明：（研究生姓名）所呈交的学位论文是在我指导下进行的研究工作及取得的研究成果，并保证与送审论文版本一致，经我审阅，现同意对其学位论文进行学术不端行为检测。

指导教师签名（不得盖章）：年月日硕士研究生学位论文单位代码分类号学密级 题（中、英文）作者姓指导教师姓名、职务学科门学摘要摘要无线通信技术高速发展的今天，无线定位技术得到了人们更多的关注，能够快速准确的提供移动终端的位置信息、对移动终端进行实时跟踪成为了我们的迫切要求。

因此，在不同的无线通信环境下，如何能够快速、有效的获得移动终端的位置信息成为了无线通信技术领域的研究热点问题。

在定位算法的实际应用时，由于受非视距传播环境的影响，系统测量得到的定位数据往往存在很大的误差量，会影响无线定位算法的准确性，如何有效的消除非视距传播引起的误差量成为了定位算法中的研究重点问题。

本文对此，提出了一种解决办法，利用小波降噪理论抑制非视距传播引起的误差量。

首先详细介绍了小波分析理论，着重介绍小波降噪的方法及步骤，并通过分析非视距传播引起的误差量的模型从理论上验证了小波降噪消除测量误差的理论依据。

接下来给出小波降噪对测量定位数据修正的具体步骤，并给出了两种定位算法。

一种是基于TDOA测量值的定位算法，一种是基于TDOA/AOA的混合定位算法，两种算法均是依据修正后的测量值实现的定位算法。

最后，在非视距环境中，对两种定位算法进行仿真评估。

仿真结果表明，算法能够有效的实现移动台的位置估计，并且定位性能明显优于其它经典算法，说明本文提出的方法可以有效抑制非视距误差对定位算法性能的影响，提高了算法的定位精度。

随着移动台定位技术的广泛应用，人们已不局限于要求对移动台的静态定位，对移动台的动态跟踪成为了迫切的要求。

本文在提出上述定位算法的基础上，给出了两种跟踪办法，一种是利用相关距离检测门限提出的跟踪算法，一种是基于卡尔曼滤波的跟踪算法。

在详细讲述两种算法的实现步骤之后对算法的性能进行仿真验证，从仿真结果上看，两种算法均能实现对移动台的跟踪，性能良好。

Technology Study技术研究DCW5数字通信世界2020.070 引言无线定位技术一直是通信领域的一个研究重点，常见的定位技术有TOA 、TDOA 、AOA 以及基于智能天线阵列的定位技术等。

其中，TDOA 定位技术以定位精度高、系统复杂度低等优点在很多监测系统中被采用。

TDOA 定位的核心算法之一就是计算时间差，常用的计算时间差的方法多以硬件为主，利用高精度的GPS 时钟模块对同步采样的数据进行互相关计算[1]。

该方案硬件成本高，定位结果容易受到GPS 信号的强弱以及晶振的稳定性等影响。

所以，本文研究了基于参考信号计算时间差的算法，采用该方式的定位可有效降低硬件设计的成本与难度。

1 TDOA 定位模型1.1 双曲线模型TDOA 定位方法中参与定位的设备至少需要3台，本文设计的实验中使用了3台设备进行定位。

TDOA 定位的双曲线模型[2]如图1所示，记待定位的发射源为D ，对应坐标为（X D ，Y D ）。

记参与定位的三台设备为C 1，C 2，C 3，对应的坐标分别为（X C1，X C1），（X C2，X C2），（X C3，X C3）。

记D 到C 1、C 2与C 3的距离分别d D1、d D2、d D3。

由两点距离公式可得式（1）、（2）、（3）。

d D1= （X D -X C1）2+（Y D -Y C1）2（1）d D2=（X D -X C2）2+（Y D -Y C2）2 （2）d D3=（X D -X C3）2+（Y D -Y C3）2 （3）记D 与C 1、C 2的距离差为D 12，D 与C 1、C 3的距离差为D 13，D 与C 2、C 3的距离差为D 23。

根据双曲线定义，可以得到一条以C 1、C 2为焦点，以D 12为焦距的双曲线，如图1中虚线所示。

同理可以得到以C 1与C 3、C 2与C 3为焦点的双曲线，分别如图1中点划线与实线所示。

通过确定多条双曲线的交点，便可确定D点的坐标。

《基于TDOA的无人机无线定位算法研究》篇一一、引言随着无人机技术的快速发展，其在军事、民用等领域的应用越来越广泛。

其中，无人机的定位技术成为了研究的热点。

无线定位技术是无人机定位的重要手段之一，而基于TDOA（Time Difference of Arrival）的无线定位算法在无人机定位中具有重要应用价值。

本文将重点研究基于TDOA的无人机无线定位算法，为无人机的精准定位提供理论支持和技术支持。

二、TDOA无线定位算法概述TDOA是指信号到达不同接收点的时间差。

基于TDOA的无线定位算法通过测量信号到达多个接收点的时间差，利用几何关系计算出信号发射点的位置。

该算法具有较高的定位精度和抗干扰能力，适用于复杂环境下的无人机定位。

三、基于TDOA的无人机无线定位算法研究3.1 算法原理基于TDOA的无人机无线定位算法主要包括信号传播模型、时间差测量、位置计算等步骤。

首先，建立信号传播模型，包括信号传播速度、传播时间等因素；其次，通过多个接收点测量信号到达的时间差；最后，利用几何关系计算出信号发射点的位置。

3.2 算法实现在算法实现过程中，需要解决的关键问题包括时间同步、信号传播模型校正、多径效应等。

时间同步是TDOA算法的基础，需要保证多个接收点能够准确测量信号到达的时间差。

信号传播模型校正可以提高定位精度，需要根据实际情况进行校正。

多径效应是无线通信中常见的干扰因素，需要通过算法进行抑制或消除。

3.3 算法优化为了进一步提高基于TDOA的无人机无线定位算法的性能，可以采取多种优化措施。

例如，采用高精度的时钟同步技术，提高时间测量的准确性；通过多模融合技术，融合多种传感器数据，提高定位的鲁棒性；采用机器学习等技术，对算法进行智能优化，提高定位精度和速度。

四、实验与分析为了验证基于TDOA的无人机无线定位算法的性能，我们进行了实验和分析。

实验结果表明，该算法具有较高的定位精度和抗干扰能力，适用于复杂环境下的无人机定位。

关于基于 TDOA技术的多点定位系统的研究与应用摘要：本文介绍了近年来，在中国民航事业飞速发展、民航流量大幅度增加、部分中小机场缺少场监雷达，仍旧依赖目视方式实施管制的背景下，针对机场场面、终端区、机场附近所新生的一种监视手段-多点定位系统MLAT。

讲述基于TDOA技术的多点定位系统MLAT在民航中的重要作用及其定位原理，同时与ADS-B技术进行比对分析，突出MLAT的工作机制，整合应用案例表现应用趋势。

关键词：监视技术；多点相关定位技术；MLAT；双曲线原理；TDOA引言当前，民航中运用的主要场面监视技术有SMR（场面监视雷达）、ADS-B（自动广播式相关）、MLAT（多点定位）、EVS（增强视景监视）。

ICAO已将MLAT确定为未来监视技术发展的主要方向，欧美等主要航空强国正在加速推进MLAT技术的应用，其研制和生产、运行维护和政策标准以及设备准入体系已日趋完善和成熟。

且中国民航于2007年决定使用MLAT，作为现有空管监视系统的加强与扩充。

1 MLAT定位基本原理MLAT技术的基本原理为同一覆盖范围内存在多个接收站，它们同时接收来自目标的应答信号。

而利用双曲线原理，三个接收机产生两条双曲线，交点位置即可确定一个目标位置。

而在空间区域中，需要四台接收机，飞机位置则需利用双曲面定位解算。

按照接收各个机载设备信号的方式方法，具体定位技术分为TOA （目标信号达到时间）、AOA（目标信号到达角度）、TOA/AOA混合、TDOA（目标信号到达时间差）四种。

1.1 TOA假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量TOA为ti，则有下列公式成立：式中m为接收站的个数。

要测量各站点接收信号时标，同时还要机载设备配合提供信号发射时标，实现较难。

1.2 AOA假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量AOA为θi，则有下列公式成立：式中m为接收站的个数。

一般采用阵列天线来对AOA进行测量，要实现高分辨率天线设备很困难。

实用标准文档TDOA定位算法研究院（系）：专业：学号：指导教师：年月日实用标准文档毕业设计（论文）题目基于TDOA的定位算法研究专业学号学生指导教师答辩日期实用标准文档摘要无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。

其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点, 各节点通过协议自组成一个分布式网络, 再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。

因此，其最重要的核心部位是节点传感器，应用的范围是面对广大使用用户和各种科技创新范围，其功能的关键所在是为用户提供可靠的、准确的、实时的研究数据。

那么，定位技术作为将这个“核心”和“关键”连接的纽带，它的重要性不言而喻。

本文首先通过调查无线传感器网络的发展历程，然后再研究其能够实现的各种功能，结合国内外在其各个领域像组网方式等的研究现状，通过分析，在分析的过程当中选择研究方向，最后通过选择，在定位算法上得到了突破口，然后研究的后续内容得以展开。

其次介绍了无线传感器的基础概念，分析其各个基本单元在其组成的网络当中的主要实现的功能，然后在其测距算法的类别中，介绍了三种经典算法理论，并同时与非测距算法对比，得出非测距算法的优越性，分析和研究目前已有的三种应用算法，最后整理出算法的改进方法。

通过对于TDOA定位查恩算法、TDOA定位最小二乘法算法以及TDOA定位最小二乘法加权算法来进行研究，按照提高精度的思路，最终在三种算法基础上尝试一种优化算法即进行质心处理的算法。

然后用仿真软件matlab软件进行组网和仿真，并且最终通过matlab进行仿真并且得到成功的验证。

然后大量的实验数据证明，通过质心加权处理的TDOA定位算法可以在实际中得到应用。

关键词：无线传感器网络；chan算法；TDOA；质心加权；锚节点实用标准文档AbstractWireless sensor networks can be seen by the data acquisition network, data distribution network and control management center composed of three parts. The main components of the integrated sensor, the data processing unit and a communication module nodes, each node through a distributed network protocol from the composition, then the collected data via radio waves through the optimized transmission to the information processing center. Therefore, the most important part of it is the core of the sensor nodes, in the face of broad range of applications and a variety of scientific and technological innovation with user scope, its key functions is to provide users with reliable, accurate, real-time research data. Then, positioning technology as this "core" and "key" connection link, its importance is self-evident.Firstly, by investigating the development process of the wireless sensor network, and then study its various functions can be achieved, at home and abroad in their various fields such as networking research status, through the analysis, the analysis of the process of selection research direction, Finally, choose the positioning algorithms to get a breakthrough, and then a follow-up study to expand the content. Secondly introduces the basic concepts of wireless sensors to analyze the composition of each basic unit in the network among its main function, and location algorithm in its category, we introduce three classical algorithm theory, and also with non-Ranging algorithm comparison algorithm derived non-ranging superiority, analysis and research three applications currently available algorithms, and finally sorted out the algorithm method.By Chan for the TDOA algorithm, TDOA positioning method of least squares algorithm and weighted least squares method TDOA location algorithm to conduct a study to improve the accuracy in accordance with the idea, culminating in three algorithms based on an optimization algorithm that attempts to carry out centroid processing algorithm . Then use simulation software matlab software networking and simulation, and ultimately through matlab simulation and verification successfully. Then a large number of experimental data proved that through the centroid weighting process TDOA algorithm can be applied in practice.Keywords: wireless sensor networks, chan algorithm, TDOA, weighted centroid, time delay实用标准文档目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................. I I第1章绪论 (1)1.1 课题的来源 (1)1.2 课题的研究目的 (2)1.3 国内外研究现状 (3)1.4 本文的主要研究内容 (5)第2章无线传感器网络定位技术研究 (6)2.1 无线传感器网络的具体结构以及优势 (6)2.2 算法定义和相关参数 (10)2.3 无线传感器网络的基础定位算法 (11)2.3.1 TMM算法 (11)2.3.2 MLE算法 (12)2.3.3 非测距的WCL算法 (13)2.3.4 非测距的迪维-跳数算法 (14)2.4 系统的设计标准与评价参数 (16)2.5 本章小结 (17)第3章TDOA定位算法 (19)3.1 TDOA算法概述 (19)3.2 TDOA算法的时延估计 (19)3.3 无线传感器网络的基础定位算法 (23)3.3.1 无线传感器网络的实验模型设置 (23)3.3.2 无线传感器网络的数学模型设置 (23)3.3.3 TDOA技术工程应用-查恩算法 (25)3.3.4 TDOA技术数学应用算法-最小二乘法 (25)3.3.5 TDOA技术最小二乘法的加权处理 (26)3.3.6 质心加权算法 (27)3.4 本章小结 (27)第4章TDOA算法的实验仿真与数据分析 (29)实用标准文档4.1 定位时延实验仿真设计与数据分析 (29)4.1.1 时延仿真系统的设计 (29)4.1.2 时延仿真数据分析 (30)4.2 基于TDOA技术的定位算法仿真设计与数据分析 (31)4.2.1 时延仿真数据分析 (31)4.2.2 查恩算法实验仿真与数据分析 (31)4.2.3 最小二乘算法实验仿真与数据分析 (33)4.2.4 最小二乘算法加权处理后的实验仿真与数据分析 (35)4.3 基于质心加权处理算法的实验仿真与数据分析 (36)4.3.1 查恩算法实验仿真与数据分析 (36)4.3.2 最小二乘算法实验仿真与数据分析 (37)4.3.3 最小二乘加权算法实验仿真与数据分析 (38)4.4 本章小结 (40)结论 (41)参考文献 (42)附录1 (45)附录2 (49)实用标准文档第1章绪论1.1 课题的来源近年来，无线通信、微电子技术、传感器技术以及嵌入式计算等技术的不断进步，推动了低成本、低功耗无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的发展，促使无线传感器网络成为当今活跃的研究领域。

基于TDOA技术的无线定位系统设计与实现无线定位系统是现代技术的重要组成部分，对于定位、导航、监控等方面都有着广泛的应用。

以往的无线定位系统主要是基于GPS、电子罗盘、基站三角定位等技术，但这些技术对精度、环境依赖性和成本等方面都有限制，无法满足现代无线通信领域对精准定位的需求。

因此，近年来，TDOA技术作为一种新的无线定位技术得到了快速发展和广泛应用。

本文主要介绍基于TDOA技术的无线定位系统设计和实现，并讨论其在无线通信领域中的应用。

一、 TDOA技术的原理和优势TDOA技术是一种基于时间差测量的无线定位技术，它利用不同天线之间的时间差来计算目标物体的位置。

其原理是在接收到从目标物体发送的信号后，通过不同时刻接收到该信号的时间差来确定目标的位置。

对于多个接收站，可以通过多组时间差计算出目标的空间位置。

TDOA技术具有多方面的优势：1. 基于时间差测量，不依赖于信号的强度和干扰，可以在复杂的电磁环境中运行，具有高可靠性和鲁棒性。

2. 技术成本低，仅需要几个接收器和相应的处理器，不需要单独的天线或接收器。

3. 实时性能强，满足实时应用的需求。

二、基于TDOA技术的无线定位系统设计基于TDOA技术的无线定位系统一般由以下几部分构成：1. 收发器：通过各个接收站同时接收到目标发出的信号，并在不同时间点上记录接收到该信号的时间。

2. 时钟同步：为了保证信号时间的准确性，各个接收站之间需要进行时钟同步。

一般采用GPS对时或者同步信号源的方式进行时钟同步。

3. 时间差计算：在完成信号接收后，各个接收站需要通过时间差计算出目标的位置。

一般采用相关算法和广义椭球定位法等方法进行计算。

4. 数据处理和输出：经过处理计算后，各个接收站需要将数据上传到上位机进行处理和输出。

上位机可以根据需要对得到的位置数据进行可视化展示和导出存储。

三、基于TDOA技术的无线定位系统应用基于TDOA技术的无线定位系统在实际应用中具有广阔的发展前景。

TDOA（Time Difference of Arrival，到达时间差）定位方法是一种无线信号定位技术，它通过测量信号到达不同接收器的时间差异来确定信号源的位置。

在实际应用中，例如在移动通信、雷达系统、无线电导航以及紧急呼叫系统的定位服务中，TDOA被广泛应用。

基本原理：1.接收时差测量：TDOA系统通常由三个或更多个接收站组成（对于二维定位至少需要三个接收站，三维定位则通常需要四个）。

当一个未知位置的发射源发出信号时，每个接收站会记录下接收到该信号的准确时间戳。

通过比较这些时间戳，可以计算出信号到达各个接收站的时间差（Δt_i）。

2.双曲线定位：每一对接收站之间的时间差对应着信号源到这两个接收站的距离差，这将在空间上形成一条双曲线。

不同的接收站对将产生不同的双曲线。

信号源的位置将是所有这些双曲线交点的地方。

3.数学建模与解算：通过构建适当的数学模型，如非线性方程组，可以求解这些双曲线的交点以得到信号源的精确坐标。

实际中，可能需要利用数值优化算法来处理噪声和误差的影响。

关键技术与挑战：•高精度时间同步：为了获得高精度的TDOA，接收站之间必须进行高度精确的时间同步，一般通过GPS或其他精密时间源实现。

•时差测量误差控制：时差测量的精度直接影响定位精度，每减少1纳秒的时间差误差大致对应0.3米的距离误差。

因此，接收机的硬件性能、信号处理算法以及环境因素（如多径效应、干扰等）都会影响最终定位精度。

•数据处理与算法：采用相关函数法、广义相关法、相位谱分析等手段提取信号到达时间信息，并结合GDOP（Geometric Dilution OfPrecision，几何精度因子）等指标评估定位质量。

•鲁棒性和实时性：确保算法在各种复杂环境下仍能稳定工作，且能在满足定位精度的同时提供实时定位结果。

应用优势：•不需要信号源配合发送特定信息，因此TDOA常用于被动定位，即无需知道信号源的身份或内容。

•在覆盖区域内无需信号源具备GPS接收能力，适用于无法安装GPS设备的情况。

基于TDOA室内定位算法的研究2500字在通信领域中，定位是一个值得研究的方向，其中室内定位是一个新的热门研究方向。

在室内定位中，我们要考虑到各种误差对定位精度的影响，同时还要考虑到为了尽可能地减小误差对定位性能的影响使用的定位算法的复杂度。

定位最想要的结果就是用合适的复杂度尽可能小的定位算法得到定位精度尽可能高的定位结果。

在本文中，我们讨论TDOA的定位方法，同时研究基于TDOA的WLS算法、Chan算法和Taylor算法。

毕业室内定位；定位算法；TDOA；Chan算法；Taylor算法在室内定位领域中，室内定位算法是极为重要的，它关系到定位性能的优劣。

在研究室内定位时，对于误差，我们主要考虑系统误差和非视距（NLOS）误差，系统误差是由定位系统本身造成的，而非视距误差是由障碍物的遮挡造成的。

在进行各种定位算法时，需要克服这两种误差。

各种算法都有优缺点，不同的环境算法的选择不同，各种算法适用于不同的环境。

在室内定位的研究中，基于TDOA定位算法的种类更多一些，本文深入介绍有关TDOA 定位的一些定位算法。

1、TDOA定位在室内定位的过程中，我们利用几个基站BS得到MS的坐标估计值，最常见的方法就是直接测出BS到MS之间的时间，而后得出BS到MS之间的距离量，这就是我们通常所说的TOA定位，但此法需要各个BS和MS之间在时间上必须保持同步，不能有偏差，这就给定位带来一定的麻烦。

为了解决这一问题，提出利用距离差进行定位，这就是TDOA定位，TDOA定位只要保证各个基站保持时间同步就可以进行。

2、基于TDOA定位算法利用TDOA定位的算法有很多，下面我们介绍几种基于TDOA的定位算法。

2.1 WLS算法WLS定位算法是由LS法演进得来的，在室内定位的算法中，LS法是用得最为广泛的定位算法，LS算法不涉及到权重的问题。

但在实际应用中，WLS算法比LS算法用得更为广泛，由于WLS算法的定位精度要高于LS算法，故在很多算法中用到WLS算法。