周學(xué)瓊

【摘 要】 本文主要介紹TDOA技術(shù)在無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)中的應(yīng)用，對(duì)TDOA的基本工作原理和實(shí)際設(shè)備要求進(jìn)行基本的介紹，同時(shí)分析該技術(shù)特征給技術(shù)普及和應(yīng)用帶來的優(yōu)勢(shì)，然后通過對(duì)TDOA技術(shù)實(shí)際運(yùn)用情況，來論述TDOA技術(shù)有待改進(jìn)的問題及參考意見。

【關(guān)鍵詞】 網(wǎng)絡(luò)化 TDOA技術(shù) 無線電監(jiān)測(cè)

在現(xiàn)代高速發(fā)展的信息社會(huì)，無線電通訊技術(shù)也在飛速的發(fā)展中，技術(shù)發(fā)展的同時(shí)頻譜資源也在不斷的開發(fā)利用?，F(xiàn)在的無線電通訊系統(tǒng)的對(duì)于頻率的載波要求更高、帶寬要求更寬還有輻射的功率要求也要越來越低，以致我國(guó)無線網(wǎng)通信系統(tǒng)的磁波環(huán)境日趨復(fù)雜化。在這種日趨復(fù)雜的框架下，無線電管理部門必須借助于先進(jìn)的無線電監(jiān)測(cè)技術(shù)手段建立起科學(xué)、規(guī)范、高效的無線電監(jiān)測(cè)機(jī)制，因此TDOA技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化的無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用顯得尤為重要。

1 TDOA的基本原理

根據(jù)各種傳感器之間收集資料的特征，用網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行把信息數(shù)據(jù)匯合，并且要把數(shù)據(jù)分類，以監(jiān)測(cè)符合要求的數(shù)據(jù)結(jié)果，這就是無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式。在無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，必須把數(shù)據(jù)以覆蓋面廣的區(qū)域，把大量的數(shù)據(jù)運(yùn)用更長(zhǎng)的時(shí)間來完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。

現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)化的無線電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與過去的相比之下，有監(jiān)測(cè)更加精準(zhǔn)，實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。這種優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的定位技術(shù)上：時(shí)間差法也就是我們本文提到的TDOA，RSS接收信號(hào)靈敏度法，還有就是混合以上兩種的方式，下面我們就著重介紹一下到達(dá)時(shí)間差法。

雙曲線定位又叫到達(dá)時(shí)間差定位，這種屬于無源定位的方式。它的定位方式是對(duì)無線電信號(hào)的監(jiān)測(cè)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的天線為單位，來計(jì)量時(shí)間差的，然后就開始對(duì)無線電信號(hào)進(jìn)行發(fā)射地的定位。

2 TDOA實(shí)施的基本設(shè)備

2.1 監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)傳感器滿足蜂窩狀的布局，就在傳感器的布局中保留了原有數(shù)字超外差接收機(jī)，其他的模塊都被去除掉。傳給網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)中心的檢測(cè)數(shù)據(jù)或者是定位數(shù)據(jù)，是通過網(wǎng)絡(luò)的方式來傳輸?shù)?，?dāng)然設(shè)計(jì)中不存在其他的模塊顯示。所以，傳感器中去掉模塊中的模擬信號(hào)和顯示兩個(gè)模塊，不但降低成本，而且定位的精確度也隨之提高。

2.2 監(jiān)測(cè)天線設(shè)計(jì)

在考慮到把干涉儀和測(cè)向陣給去掉時(shí)，也要考慮到城市內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境對(duì)信號(hào)帶來的影響，所以在這種狀況下，在網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中選用了一種輕便型的電線。

此外，結(jié)合信號(hào)的傳輸結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一處理集成不相干的多種或者同一種信號(hào)，這樣就會(huì)降低信號(hào)定位的多個(gè)途徑的相對(duì)衰弱。根據(jù)上述的要求，分集天線技術(shù)也就被技術(shù)員所采納，此技術(shù)是指?jìng)鞲衅魇怯袃蓚€(gè)以上的接口天線接口來和全向的檢測(cè)天線相連的。這

如果在此基礎(chǔ)上，能夠與城市交通相結(jié)合，那么就可以構(gòu)建一個(gè)高效有序、專治城市堵塞的檢測(cè)服務(wù)，或者開發(fā)如導(dǎo)航的技術(shù)服務(wù)。

3 TDOA在網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特征體現(xiàn)與實(shí)際運(yùn)用

無線定位業(yè)務(wù)主要運(yùn)用方向在抗險(xiǎn)救災(zāi)、緊急援救、跟蹤、導(dǎo)航等移動(dòng)鄰域方面。而大城市中的較為流行的GSM定位系統(tǒng)，就是基于TDOA技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)。使用TDOA技術(shù)，可以讓系統(tǒng)無需對(duì)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行改造，就可以改進(jìn)定位精準(zhǔn)度的技術(shù)手段。我們常常是以固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為基礎(chǔ)，利用TDOA技術(shù)進(jìn)行確定用戶位置。這樣的定位方式簡(jiǎn)單易行，把GPS模塊和數(shù)字收集設(shè)備以及小的監(jiān)控天線增加，就足以實(shí)現(xiàn)。而傳統(tǒng)的電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則是用了很多的干涉儀監(jiān)測(cè)方向來進(jìn)行定位，TDOA技術(shù)的使用就顯示出了它的優(yōu)點(diǎn)。

3.1 便于原有監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的設(shè)備升級(jí)

這一定位系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，正好和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的側(cè)向站的復(fù)雜形成鮮明的對(duì)比，只要需要在已有的監(jiān)測(cè)站的基礎(chǔ)上增添新設(shè)備。原有的接收天線可以變成監(jiān)測(cè)天線直接使用，不用繁雜的測(cè)向陣和信號(hào)干涉儀。且監(jiān)測(cè)天線對(duì)環(huán)境的要求比起干涉儀來要寬松許多。這種優(yōu)勢(shì)直接帶來全國(guó)移動(dòng)基站技術(shù)上的快速更新，同時(shí)節(jié)省設(shè)備成本費(fèi)用，這種技術(shù)上的創(chuàng)新給我們的生活帶來了極大的便利。

3.2 具有較高的精確度

TDOA即到到達(dá)時(shí)間差法，所以和干涉儀側(cè)的方位相比，它的定位更加精確，并且長(zhǎng)基線也也可以把精確度提高，把天線之間的影響降到最低。此外，TDOA的有一大優(yōu)點(diǎn)就是定位即使有誤差，也不會(huì)隨著輻射的源頭而改變，但是測(cè)向基礎(chǔ)定位法卻是要保持著輻射源到監(jiān)測(cè)站的距離成比例的，這樣就把計(jì)量的難度給擴(kuò)大了。

3.3 易于組網(wǎng)

計(jì)算機(jī)組網(wǎng)如果是在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)順利的進(jìn)行，就必須擁有網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)，而廣泛布局監(jiān)測(cè)網(wǎng)就是其網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。TDOA定位的定位可以把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼军c(diǎn)之后，就會(huì)不受限制的進(jìn)行站點(diǎn)之間的時(shí)間差核算。TDOA定位的精確度是和監(jiān)測(cè)網(wǎng)中傳感器的數(shù)量成正比的態(tài)勢(shì)，傳感器的數(shù)量越多，其精確度也會(huì)越來越高。

3.4 可以對(duì)寬帶低譜無線電信號(hào)定位

信號(hào)的帶寬和信號(hào)噪音比率兩者與TDOA測(cè)量的誤差是成二次方根的反比，所以這樣就證明了，寬帶的功率越低，那么TDOV定位的無線電信號(hào)是越準(zhǔn)確的。

4 TDOA在網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用中應(yīng)注意的問題

當(dāng)今城市里的地理環(huán)境復(fù)雜，電磁波的干擾也日趨的增加。TDOA在這復(fù)雜的環(huán)境中，把高密度信號(hào)在低功率的情況下實(shí)時(shí)，就必須要把定位的精確度在三百米以內(nèi)，所以在實(shí)行的時(shí)候要注意下面的幾點(diǎn)：

4.1 基站的個(gè)數(shù)和布局的問題

三角形具有穩(wěn)定性，而在TDOA定位原理中，目標(biāo)和基站之間成為一個(gè)等邊三角形的時(shí)候，精確度是最高的。城市環(huán)境影響著傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果，所以基站就在小型傳感器的布局上，要以蜂窩狀為基本方式。當(dāng)然具體的布局方式要結(jié)合實(shí)際中長(zhǎng)期應(yīng)用無線電信號(hào)的密度來布置。例如座城市里基本樓房的布局，來進(jìn)行密度不同的蜂窩形狀布局基站。

4.2 同步問題

各微型監(jiān)測(cè)傳感器之間必須要嚴(yán)格同步，這是TDOA定位系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。滿足TDOA系統(tǒng)的這一要求，就必須要把各個(gè)微型監(jiān)測(cè)傳感器之間的同步誤差三百米以內(nèi)。

4.3 非視距傳輸問題

我們?cè)谏厦嬉呀?jīng)介紹道，是運(yùn)用了蜂窩狀的定位系統(tǒng)，當(dāng)然這種定位系統(tǒng)的移動(dòng)電臺(tái)和微型監(jiān)測(cè)傳感器之間，如果是遇到高山或者是樓房等阻礙物的時(shí)候，信號(hào)是通過環(huán)繞輻射的方式，而不是直接到達(dá)某一特定的位置，這就是我們所說的非視距傳輸。

這種傳輸方式，給TDOA測(cè)量就有了一千米以上的誤差，所以降低非視距傳輸出現(xiàn)的誤差，才能夠讓TDOA的精確度提高。

4.4 TDOA對(duì)窄帶信號(hào)測(cè)量精度的問題

TDOA系統(tǒng)對(duì)寬帶的信號(hào)和窄帶的信號(hào)相比較，后者的信號(hào)定位要差的多。如果要提高TDOA定位中窄帶信號(hào)的精準(zhǔn)度，就要求技術(shù)員對(duì)軟硬件兩方面深入的研究和探討。

5 結(jié)語(yǔ)

低成本、高精確度的定位效果是TDOA系統(tǒng)的顯著特征，它為網(wǎng)絡(luò)化無線電監(jiān)測(cè)技術(shù)提供了巨大的支持。我們合理的把基站的同步問題解決，并且布局合適，能夠在現(xiàn)今的條件下解決非視距問題，這樣就可以對(duì)無線電網(wǎng)格化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展和普及形成巨大的推動(dòng)力。

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