两种TDOA定位算法在水声被动定位下的精度分析

水声被动定位技术及其发展趋势水声被动定位技术是利用水声信号在水中传播的特性来实现目标的定位和跟踪的一种技术。

该技术主要基于接收到的来自目标发出的声波信号、水声信道的特性以及接收器间的相对位置来确定目标的位置。

被动定位系统不需要目标进行任何操作，它可以在目标感知不到的情况下对目标进行定位。

水声被动定位技术可以应用于海洋资源勘探、军事侦察、海上安全监测等众多领域。

随着科技的发展，水声被动定位技术也在不断地发展和完善。

第一代水声被动定位技术主要依赖声目标发射的信号，通过测量信号的到达时间和方位角度，得到目标位置信息。

这种技术缺点是只能定位单个目标，定位精度受到信号质量和环境噪声的影响较大。

第二代水声被动定位技术是基于多传感器的概念，多个接收器同时接收到来自空间中多个目标的信号，通过分析信号的相位差、信号强度差等信息来定位多个目标。

这种技术可以有效地提高定位精度和目标跟踪能力，但是需要更加复杂的算法和数据处理能力。

第三代水声被动定位技术又称“自适应”水声被动定位技术，主要应用于复杂电磁环境中。

自适应算法可以根据环境信噪比和目标信号特征来调整各传感器的参数和权重，以提高定位精度和抑制环境噪声。

自适应技术还引入了目标信号的自动识别和跟踪功能，大大提高了系统的自动化程度。

未来，水声被动定位技术将面临新的挑战和机遇。

随着深海勘探的发展，需要更加精确的水声定位技术来支持深海遥控设备的操作；水下自主机器人的大规模应用也需要更加高效的目标自动识别和跟踪算法。

同时，随着水声通信技术的不断发展，水声被动定位技术也可以结合水声通信技术来实现更加智能化的水下传感器网络。

因此，水声被动定位技术在水下大数据应用、远程控制和水下通信等方面也将会得到更加广泛的应用和研究。

两种TDOA定位算法在水声被动定位下的精度分析
焦小涛;李建昌;门丽娟
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2013(037)001
【摘要】介绍了TDOA的两种算法:Chan算法和Taylor算法,并针对Taylor算法的缺点,引入一种改进的Taylor算法,并将其在水声被动定位系统中进行了仿真和性能比较,从最终仿真结果中得出较适合实际水下信道的定位算法.
【总页数】3页(P73-75)
【作者】焦小涛;李建昌;门丽娟
【作者单位】西安工业大学电子信息工程学院,陕西西安710021;中国兵器工业试验测试研究院,陕西华阴714200;中国兵器工业试验测试研究院,陕西华阴714200【正文语种】中文
【中图分类】TN953
【相关文献】
1.TDOA被动定位方法及精度分析 [J], 杨林;周一宇
2.一种基于TDOA时差法声被动定位算法研究 [J], 郭相科;刘进忙
3.水声被动定位中的互相关峰模糊现象及解模糊算法研究 [J], 安良;陈励军;方世良
4.三维AOA/TDOA被动定位及其迭代融合算法 [J], 刘继斌;刘培国;李高升;李文化;周蔚红
5.非视距环境下RSS和TDOA联合的信源被动定位 [J], 闫千里;万鹏武;卢光跃;黄琼丹;王瑾;李怡霄
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定位算法学习总结一、无线传感器定位技术分类目前定位技术广泛地应用到各个领域，而且出现了很多定位算法，常用的定位方法有：到达角（Angel of Arrival，AOA）定位、到达时间（Time of Arrival，TOA）定位、到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）定位以及AOA ／TOA、AOA／TDOA等混合定位的方法。

选择哪种定位方法要根据定位精度、硬件条件等因素来确定，但是最终目的是要用优化的方法得到满意的定位精度。

在没有时间同步信号时，往往采用TDOA定位方法，TDOA定位法可消除对移动台时间基准的依赖性，因而可以降低成本并仍然保证较高的定位精度，但是需要有较好的延时估计方法，才能保证较高的时延估计精度。

（1）基于测距的定位技术基于测距的定位方法依靠测量相邻节点之间的距离或者方向信息。

现在有很多成熟的算法被用于基于测距的定位。

例如TOA算法通过信号传播时间获取距离，TDOA算法利用接收从多个节点发出信号的时间差估测位置，而AOA算法则通过为每个节点设置天线阵列来测量节点间的相对方向角度值。

（2）无需测距的定位技术无需测距的定位方法不要求距离信息，只依靠有关待定位传感器与种子节点之间连通性的测量数据。

这种定位方法对硬件要求低，但是测量的准确度容易被节点的密度和网络条件所影响，因此不能被对精度要求高的基于WSN的应用采用。

二、三边定位和多变定位（1）信号强度（RSS，Received Signal Strength）通过信号在传播中的衰减来估计节点之间的距离，无线信道的数学模型。

尽管这种方法易于实施，但却面临很多挑战。

首先信道由于受到信道噪声、多径衰减（Multi-path Fading）和非视距阻挡（Non-of- Sight Blockage）的影响[1]，具有时变特性，严重偏离上诉模型；其次衰减率会随外界环境的不同而发生相应改变。

根据接收到的信号估计出的距离d 将有很大误差。

基于TDOA的声源定位装置的设计与实现
薛欣
【期刊名称】《电子产品世界》
【年(卷),期】2024(31)4
【摘要】随着工业自动化仪器仪表的迅猛发展,声音位置的实时定位是很多智能应用设备不可或缺的功能之一,其中麦克风阵列技术被广泛应用于军事、视频电视会议、智能交通以及智能机器人等领域,以提升声音捕捉和定位的效果。

针对传统麦克风阵列声源定位装置存在体积大、成本高、受环境干扰等问题,提出了一种基于STM32的便携式声源定位装置。

该装置以STM32F411RET6为核心处理器,利用STM32CubeMX和MDK-ARM进行软件程序设计。

该设计在信号处理、体积和成本等方面具有明显的优势,为弥补传统装置的缺陷提供了一种新颖的解决方案,具备广泛的应用前景和深远的研究意义。

【总页数】5页(P17-21)
【作者】薛欣
【作者单位】太原学院智能与自动化系
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.11
【相关文献】
1.基于TDOA的声源定位算法研究及实现
2.基于智能手机TDOA估计的被动声源定位方法与系统实现
3.基于麦克风阵列的声源定位装置的设计与实现
4.基于
TDOA的声源定位系统设计5.基于TDOA声源定位算法的激光武器狙击手攻击系统设计
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TDOA 被动定位方法及精度分析Ξ杨林周一宇孙仲康(国防科技大学电子工程学院长沙 410073摘要本文提出了一种利用多站 TDOA 信息对辐射源定位的非线性方程组求解方法 , 该方法简洁准确 , 无需作迭代运算 , 计算量小。

文中给出了该定位方法的精度分析 , 最后给出了在具体布站条件下的受控区域内的 GDO P 分布。

关键词无源定位 , TDOA , 时差定位 , 精度分析 , GDO P 分类号 TN 953. 7T DOA Pa ssive L oca tion Yanglin (In stitu ic , D T , Changsha , 410073Abstract , , , and com p u tati onally effcien t so lu ti on of non linear equati on of em po siti on based on the ti m e differences of arrival (TDOA m ea 2su red by lti on is p ropo sed in th is p ap er . T he accu racy analysis of the locati on m ethod is also p resen ted . F inally p erfo rm ance evaluati on resu lts of em itter locati on by u sing TDOA info rm ati on are illu strated by som e grap h s of Geom etrical D ilu ti on of P recisi on (GDO P under vari ou s conditi on s in the sp ecific su rveillance regi on .Key words Passive L ocati on , TDOA , TDOA L ocati on , A ccu racy A nalysis , GDO P无源定位系统本身不发射电磁波 , 完全是被动工作的 , 因此具有隐蔽性好的优点 , 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 [1]。

毕业论文任务书通信工程本科专业（11级）题目：基于TDOA算法的水下无线传感器网络定位技术研究学生姓名：张龙班级：通信4班学号：11250422题目类型：科学研究（K）指导教师：薛建彬一、论文目的和意义无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)是指由大量成本低廉的、尺寸小的、具有感知能力、计算能力和无线通讯能力的传感器节点组成的网络；综合了现代传感技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等多个学科，是一个新兴的交叉研究领域。

随着嵌入式技术、微传感器技术、微机电系统制造技术以及无线通信技术的发展，具有采集、计算、存储和通信等综合能力的无线集成传感器得到了各领域大规模的应用。

其中，水下无线传感器网络就凭借各种传感器节点感知周围环境信息，如酸碱度、温度、水位、压力、流速等，水下节点之间依靠声波通信进行自组网，最终通过漂浮在水面的节点，依靠电磁波与陆地通信网络连接起来，把水下采集到的数据发送给观测者。

TDOA定位是基于测距的无线传感器网络定位方法中的一种，也被广泛的应用在蜂窝网络定位中。

TDOA定位通常是通过记录两种不同信号(常使用无线电信号和超声波信号)的到达时间差异，根据已知的两种信号的传播速度，直接把时间差转化为距离。

由于基于TDOA的WSN定位精度相对较高，并且不需要全局时间同步，时间差(TDOA)测距技术在无线传感器网络定位方案中得到了较多的应用。

由于这种方法不是采用到达的绝对时间来确定节点的位置，降低了对时间同步的要求，而且定位精度高，易于实现，在非理想环境下性能相对优越。

本次毕业论文要求在查阅大量参考资料的基础上，学习和分析水下无线传感器网络的基本概念、原理和方法；掌握水下无线传感器网络定位的基本方法；了解水下无线传感器网络的测距方法；在此基础上，重点研究基于测距的水下无线传感器定位算法，探讨水下无线传感器网络定位系统的设计与Matlab验证。

基于TDOA的改进定位算法及精度分析
唐发燕;王运锋
【期刊名称】《现代计算机（专业版）》
【年(卷),期】2017(000)029
【摘要】在无源定位领域中,传统的协同时差(TDOA)定位方法在处理批量目标时,由于计算复杂度高导致定位实时性低和定位精度低.提出一种改进的TDOA算法,通过动态地修正加权最小二乘法(WLS)的加权矩阵,使初值估计与迭代交替进行,达到降低计算复杂度和提高目标位置精度的目的.为了进一步分析定位精度,论述一种定位精度分析方法.实验结果表明改进定位算法既提高原始方法的定位实时性又提高定位精度,另外选择合适的布站形式可以提高定位精度.
【总页数】7页(P3-8,16)
【作者】唐发燕;王运锋
【作者单位】四川大学国家空管自动化系统技术重点实验室,成都 610065;四川大学国家空管自动化系统技术重点实验室,成都 610065
【正文语种】中文
【相关文献】
1.利用二星TDOA和FDOA测量及辅助高度信息对地面目标的定位算法及精度分析 [J], 林雪原;何友;史佩
2.两种TDOA定位算法在水声被动定位下的精度分析 [J], 焦小涛;李建昌;门丽娟
3.基于TDOA定位模型的Chan井下定位算法的改进 [J], 靳伟超;马翠红;杨友良
4.基于改进哈里斯鹰优化算法的TDOA定位 [J], 马一鸣;石志东;赵康;贡常磊;单联
海
5.基于TDOA的改进定位算法及精度分析 [J], 唐发燕;王运锋
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基于TDOA的高精度无线定位算法分析与实现孔维炯;丁志中;方福柱【摘要】文章根据移动应用需求,推导三维空间最小二乘(least square,LS)算法、Taylor级数展开法和查恩(Chan)算法3种经典到达时间差(time difference of arrival,TDOA)算法求解过程,通过仿真模拟分析3种算法的不同特点,确定移动定位场景下的最佳算法.为了进一步提高定位精度,采用Kalman滤波中递推估计思想,减小噪声干扰产生的误差,提升到达时间(time of arrival,TOA)测距精度,进而获得三维空间中性能优良的TDOA算法.测试试验表明,改进后的Chan算法有效且性能优良,定位误差最大为10～30 cm.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(042)006【总页数】7页(P756-762)【关键词】定位;到达时间差(TDOA);最小二乘;泰勒级数扩展;Chan算法;Kalman 滤波【作者】孔维炯;丁志中;方福柱【作者单位】合肥工业大学计算机与信息学院 ,安徽合肥 230601;合肥工业大学计算机与信息学院 ,安徽合肥 230601;合肥工业大学计算机与信息学院 ,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】TN929.53目前,广泛使用的定位技术和方法主要有卫星定位、手机蜂窝网定位及Wi-Fi定位。

它们的共同特点是利用已存在的无线网实现定位,各系统中的卫星、手机基站、Wi-Fi无线路由器在定位中充当着锚节点(anchor)的角色,提供位置计算的已知点坐标,待测节点(又称“tag节点”)处于多个anchor所确定的二维平面或三维空间中,从而定位待测节点坐标,且定位精度在米级以上。

然而,在某些应用场景使用上述定位技术是不可行的。

例如,高速公路过山隧道中行驶的车辆定位场景,会发生无法接收或者难以接收卫星定位信号、手机蜂窝信号或Wi-Fi信号的情况;机器人操作的仓储系统中的定位,要求定位精度达到厘米级。

TDOA被动定位关键技术研究与应用TDOA被动定位关键技术研究与应用随着无线通信技术的迅猛发展和日益成熟，移动通信设备的普及率大幅提高。

在这样的背景下，对移动设备的定位需求迅速增长。

尽管卫星导航系统（GNSS）在定位领域发挥了重要作用，但在某些环境中，如封闭环境或高楼密集地区，GNSS的性能受到限制。

此时，TDOA被动定位技术成为一种有效且有前途的解决方案。

TDOA（Time Difference of Arrival）是一种被动定位技术，通过分析物体或信号源到多个接收器之间的到达时间差异来确定物体的位置。

TDOA的基本原理是基于信号源在不同接收器之间的传播延迟，通过测量到每个接收器的到达时间差异，可以实现对信号源位置的估计。

在TDOA定位中，我们通常使用三个或更多接收器以获得比较准确的定位结果。

TDOA被动定位技术的关键在于准确地测量信号在多个接收器之间的到达时间差异。

为了实现这一目标，研究人员提出了许多创新的算法和技术。

其中之一是超宽带（UWB）技术，它利用高带宽信号的短脉冲特性进行TDOA测量。

UWB信号的特点是较低的传播衰减和对多径效应具有较好的鲁棒性，使得它成为TDOA被动定位的理想选择。

除了UWB技术外，还有一些其他技术可以实现TDOA被动定位，如基于声学的定位和无线电频率识别（RFID）。

声学定位技术通过分析声音波纹的到达时间差异来确定物体的位置。

这种技术在应用中被广泛用于外部环境下对声源的定位，例如监控系统中的声音定位。

RFID技术则通过测量标签信号在不同读卡器之间的到达时间差异来实现定位。

这些不同的技术在TDOA被动定位中发挥着不同的作用，在不同的应用场景中都有着独特的优势。

TDOA被动定位技术在实际应用中具有广泛的潜力。

一方面，它可以应用于安全领域，如追踪和监视。

例如，在军事情报搜集中，TDOA被动定位技术可以用于定位敌方无线电发送者的位置，从而帮助军方进行情报收集和战术决策。

基于TDOA和Kalman滤波的声音定位系统的设计王雷;郝建新;陈蔚蔚【摘要】使用单片机STM32F103ZET6为控制核心,通过以LM324芯片、LM567鉴频芯片为主组成的固定声音识别电路设计声音定位系统.针对在固定音频信号采集过程中,由元器件本身以及周围环境等影响而产生的噪声误差,采用TDOA算法和Kalman滤波相结合的方式,对于TDOA算法的计算结果进行优化处理,得出音源位置的最优估计值.经过运行调试,使用Kalman滤波之后,使得系统的定位精度得到较大的提高,实现对目标的快速稳定跟踪.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2018(041)019【总页数】4页(P161-164)【关键词】声音识别;声音定位;TDOA;Kalman滤波;STM32F103;Arduino【作者】王雷;郝建新;陈蔚蔚【作者单位】中国民航大学基础实验中心,天津 300300;中国民航大学基础实验中心,天津 300300;中国民航大学基础实验中心,天津 300300【正文语种】中文【中图分类】TN710-34;TP2730 引言声音定位是一种应用广泛的技术[1]，利用声学传感器以及与其相连的电子设备（MCU）和相关电路，处理接收到的声波信号，确定声源的位置[2]。

声音在空间上沿球面传播，时间上具有唯一性[3]，因此在临床医学[1]、现代战争进攻与防御[2]、机器视觉[3]、无线传感器网络[4⁃5]等领域均得到了重要的应用。

TDOA算法是一种较为常用的定位算法[2⁃8]，其计算过程更加简单，计算精度准确。

由于声源信号接收过程中存在随机噪声等影响，使用Kalman滤波可有效地降低噪声影响。

Kalman滤波理论已经在国防、军事、跟踪、制导等许多领域得到广泛应用[10]。

将Kalman滤波算法与TDOA算法结合，既能够将声源信号采集系统的噪声影响降低，又能快速准确地确定声源信号的位置，同时采用MCU⁃STM32F103ZET6作为主控芯片[7]，大大提高声音定位系统的稳定性和可靠性。

一种利用叠加降噪提高二次相关TDOA精度的方法徐锦涛;严天峰;张宇【摘要】二次相关TDOA算法具有一定的抗噪声性能,但在信噪比很低的条件下无法准确估计出时延.针对二次相关TDOA算法,在低信噪比下可能存在误差的情况,提出了利用叠加降噪提高接收信号的信噪比的新方法,从而提高算法精度.在接收到信号后,算法依据统计学的理论,采用信号叠加降噪的方法提高信号的信噪比,从而提升二次相关TDOA结果的精度.通过仿真结果表明,在低信噪比的情况下改进后的算法在较大程度上提升了时延估计的精度,提高了二次相关TDOA的应用范围.【期刊名称】《测控技术》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】4页(P111-113,135)【关键词】TDOA;二次相关;低信噪比;叠加降噪【作者】徐锦涛;严天峰;张宇【作者单位】兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;甘肃省无线电监测及定位行业技术中心,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;甘肃省无线电监测及定位行业技术中心,甘肃兰州730070;甘肃省高精度北斗定位技术工程实验室,甘肃兰州730070;兰州交通大学电子与信息工程学院,甘肃兰州730070;甘肃省无线电监测及定位行业技术中心,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TN98;TP391无源时差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位，是在对目标不发射电磁波的条件下，通过多个测量站采集到的信号到达时间测量数据对待测信号源进行定位的一种手段。

无源时差定位属于一种被动式目标检测，具有隐蔽性好、功耗和成本低[1]、定位精度高、抗多径能力强等特点,无需基站和移动目标时间上的严格同步,实际应用中更易实现等优点[2]。

现在广泛应用在高频雷达[3]、声纳、导航、无线通信、电子战和传感器网络等领域中[4]。

在实际对某一区域的无线电信号的监测、查找与定位中，会受到大量自然噪声的影响，且信号源与已建设的接收站的距离可能较远，会造成接收信号的信噪比较低，使结果的精度降低。