电子信息对抗技术·第２２卷 ２ＯＯ７年７月第４期 杨政
提高时差定位精度的方法 ９
中图分类号：ＴＮ９７１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：ＣＮ５１—１６９４｛２ｆｆ）７）０４—０ＯＯ９—０３
提高时差定位精度的方法 杨政 （信息综合控制国家重点实验室，成都６１００３６） 摘要：通过对时差定位原理和时差定位误差分布的分析，找出影响时差定位精度的几个方面； 从影响时差定位精度因素的源头入手，研究如何提高时差测量精度，以及多套时差定位系统组 网后提高定位精度的方法，摸索出能够进一步提高时差定位精度的解决之道。 关键词：时差定位精度；时差定位原理；误差分析；时差测量精度；系统组网
Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ ＴＯＡ Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ Ｌｏ‘ ｔｊ】【 Ａｃｃｕｒａｃｙ ＹＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｂｏｒｏｔａｒｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｓｏｍｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ＴＯＡ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｒｅ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎ— ａｌｙｚｉｎｇ ＴＯＡ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｍ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ＴＯＡ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ ｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅ ＴＯＡ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｌｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＯＡ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ；ＴＯＡ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｃａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ；ｅｒｒｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ；ＴＯＡ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ；ｇｒｏｕｐｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ
１ 引言 无源探测定位系统实现了对辐射源的探测、 测向、定位等多种功能。对辐射源自身发射的脉 冲信号进行定位的途径多种多样，其中一种定位 方式是利用脉冲信号到达多个点的时间之差（即 时差）进行探测定位，即时差定位。采用时差定位 体制，实现的方式和技术不尽相同，但是技术原理 是基本相同的。 采用时差定位体制的无源探测定位系统在系 统探测和定位精度上，较测向定位系统有了比较 大的提高。但是如果需要将时差定位系统对目标 的探测定位提高到一个可以直接引导火力打击的 精度，需要从多方面进行改进。本文就时差定位 的原理、误差分析人手，探索提高时差定位系统定 位精度的方法。
２时差定位原理和误差分析 ２．１时差定位原理 时差定位系统既可采用二维定位，也可采用 三维定位，为了分析问题的方便，我们以二维时差 定位原理（三维定位原理一样）为模型进行研究， 参见图１。 时差定位体制的测量方程为…：
『￣／（ — １） ＋（Ｙ—Ｙ１） 一￣／ ＋Ｙ ＝ｃ× ， 《 一 【√（ —Ｘ２） ＋（Ｙ—Ｙ２） 一￣／ ＋Ｙ ＝ｃ×
（１） 其中， 为左时差， ：为右时差，Ｃ为光速。 求解此方程组，可得到目标的平面位置解。
收稿日期：２００７—０１～２６：修回日期：２００７—０３一ｏ９ 作者简介：杨政（１９７４一），男，毕业于西安工业学院计算机应用专业，学士。
维普资讯 http://www.cqvip.com １０ 杨政 提高时差定位精度的方法 电子信息对抗技术·第２２卷
２ＯＯ７年７月第４期
Ａ ／二
／ ＼Ｉ ／ ｊ
图１时差定位原理（双曲线定位） ２．２定位误差分析 采用二维平面简化时差定位误差分析（三维 误差原理一样），参见图２，设目标点为圆点 ０（Ｅ（ ，Ｙ）），三个探测点的位置分别为 ｌ（ ｌ， Ｙ１），Ｒ２（ ２，Ｙ２），Ｒ３（ ３，Ｙ３），目标点到三个探测点 的时差为 ２１、 ３ｌｏ
Ｉ Ｙ
Ｒ＝（ｘｚ，ｙ：） ／
Ｅ（ｘ，ｙ） ｎ Ｒ， ｙ， ｏ’ 一’
＼Ｒ （ｘ ｙ ） 、、‘ 图２定位误差分析图 则时差对应的关系为： Ｃ（Ａｔ２１）＝ＲＥ—ＲＩ Ｃ（Ａｔ３１）＝Ｒ３一Ｒｌ （２） 对目标点、时差和探测点求微分可得ｌ２＿２： ｃａｔｌ＝ｃ０ｓ口（ ２一 ）＋ｓｉｎａ（３ｙ２—３ｙ）一（ ｌ一 ） ｃａｔ２＝ｃ０ｓ卢（ ３一，Ｓｘ）＋ｓ （ ３一 ）一（ ｌ一 ） （３）
＾ ［ｃ△ｔｌ—ｃｏｓａ￣ｌｘ２一ｓｉｎａ￣ｙ２＋３Ｘ１］ｓｉｎｆ１． 出 —— 厂＋
［ｃ△ｔ２一ｃｏｓ￣３＋ｓｉｎ￣ｙ３＋△ １］ｓｉｎａ ｓｉｎａ＋ｓｉｎｆｌ—ｓｉｎ（口＋卢） ［ ｌ—ｅｏｓａ２￣２一ｓｉｎａ￣ｙ２＋ｚＳｘ１］（１一ｃ０ｓ卢）＋
［ｃａｔ２一ｃｏｓ／￣Ｓｘ３＋ｓｉｎ／￣ｙ３＋△ １］（１一ｃ０ｓ口） ｓｉｎａ＋ｓｉｎｆｌ—ｓｉｎ（口＋卢） （４）
假设时差测量、位置测量各自独立，且设： （ｃａｔ ） ］＝ 夸 （ ） ］＝ （Ａｙ ） ；，江１，２，３ 则定位误差可描述为： ！！ ± ± ± 一 ［ｓｉｎａ＋ｓｉｎｆｌ—ｓｉｎ（口＋口）］
［！ 二 ±！ ＝ 旦 ！ ± 圣２± ＝ 盆 ［ｓｉｎａ＋ｓｍｐ—ｓｍ（ａ＋卢）］ （５） 圆概率误差为：
Ｒ呷：ｏ．７５佩＝１．０６· √［３一ｃ０ｓ口一ｃ０ｓ 一ｃ０ｓ（口＋ ）］ ２Ｐ＋（２一Ｃ０Ｓ０ｔ—ｃ０ｓ ） 夸 ｓｉｎａ＋ —ｓｉｎ（口＋ ） （６） 另外可近似计算：当目标处于中心轴线上，两 个基线长度为Ｄ，且目标距离较远时，设［ ］ａ＝口， ｓｉｎ２口≈０得：
１．０６ ［２—２Ｃ０６￣一２８ｉｎ２ｔ￣］ ；＋（２—２Ｃ０６￣） 夸 ２ｓｉｎａ（１一ｃ０ｓ口）
￣／（１一ｃ０ｓ口）（ ２Ｐ＋ ） Ｕ‘ — 五 ＿ ＿ｊ＿一。
１．０６（罟） √ ２Ｐ＋ （７） ２．３提高时差定位精度的方法分析 通过对时差定位原理和时差定位误差原理的 分析，可归纳出影响时差定位精度的因素包括以 下几个方面： １）辐射源到基线的相对位置Ｒ； ２）探测点之间的基线长度Ｄ； ３）时差测量精度△ 。 由于受外界和布站影响，辐射源到侦察站的 相对位置、探测站之间的相对位置这两个因素能 够改变。－因此可从提升时差测量精度△ 出发来 提高系统定位精度。 根据时差定位误差原理，定位误差在长轴和 短轴上的分布可转换为极座标上的距离误差和方 位误差。距离误差即为 ，方位误差在一定范 围内可近似计算为长基线时差测向误差（参见图 ３）。因此在时差测量精度一定的条件下（小于 ３０ｎｓ（ｒ．ｍ．ｓ）），时差定位误差在距离上误差大，而 方位误差较小。可充分利用该时差定位误差分布
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特性，通过多套系统拉开站间距组网，进行综合时 差定位，改变定位误差分布（参见图３），从而提升 整个系统的定位精度。
的 布
单套系统的定位误差分布 两套系羹 霈的定位 图３组网前后时差定位误差分布原理图 因此另外一条途径是多套时差定位系统组 网，通过组网改变误差分布，从而提高组网后的系 统定位精度。
３提高时差定位精度的方法 ３．１提高时差测量精度 通过对时差定位原理和误差原理的分析，进 行误差分布仿真 Ｊ。图４中两条基线长为２０ｋｉｎ， 以基线中轴线方向为基准，不同时差测量精度，导 致的定位精度不同，具体计算参见表１。 从表１可以看出，时差测量精度与定位精度 成线性正比关系。
图４时差定位误差分布图 表１ 时差测量误差对定位精度影响表
要提高时差测量精度，就需要分析影响时差 测量精度的因素。时差测量方法多种多样，不同 方式因素各不相同，本文以信号转发方式测时差 为例，分析影响时差测量精度的因素： １）时间量化引入的误差：用频率为． 的时钟 对视频脉冲作量化，参数测量的时间量化分辨率 为ＡＴ，离散量化引入的最大误差可能为±ＡＴ＝ ２／ 。设这样引入的误差分布为均匀分布，由此
引入的时差测量误差为：盯＝２△ ／√３ ２）信噪比对误差的影响：信噪比对测量误差
的影响为 ｊ：盯 ＝＿兰 √２Ｓ＾Ｒ ３）信道幅度不平衡引入的误差：幅度不平衡 ａＲ（ｒ．ｍ．ｓ）引入的时间测量误差【３ｊ为：盯３＝ｔ ·
ｒ （１—１０一‘ ）／ ３ ４）脉冲同步误差：采用信号转发就必须采用 信号同步方式，从而引入了路径和脉冲沿造成的
误差：盯５＝ ·Ｓ—ｔ ，Ａ１，Ａ２分别是主站和副站 Ａ１Ａ２ 的脉冲幅度， 是幅度差，ｓ是门限值，ｔ 是同
步脉冲上升沿。 因此提高时差测量精度，就需要从上述四种 影响测量的因素出发，改变整个测量的环境： １）改变时间量化的环境，主要改变 ，即提 高时钟频率，可直接降低时差测量误差； ２）改善接收通道的信噪比，即ＳＮＲ，ＳＮＲ越 大，时差测量结果越好； ３）保持多点转发信号通道的幅度一致性，从 而降低ＡＲ（ｒ．ｍ．ｓ），降低时差测量误差； ４）改善信号同步脉冲沿的设计，提高沿的质 量，从而提高Ａ１、Ａ２，降低△Ａ，降低时差测量误 差。 ３．２多套时差定位系统组网 单套时差定位系统不能直接改变误差在距离 和方位上的分布，可以系统组网，从原理上改变误 差分布 ３，从而提高整个系统的时差定位精度。 以两套系统组网为例，对其误差分布仿真，分 析图参见图５，在两套系统相隔２００ｋｉｎ，其他条件 不变的情况，其对目标的组网定位误差与单套系 统的定位误差对比结果参见表２。 通过仿真图５和表２分析，组网后的定位精 （下转第５３页）
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