TDOA技術在網(wǎng)絡化的無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

周學瓊

【摘 要】 本文主要介紹TDOA技術在無線電監(jiān)測網(wǎng)中的應用，對TDOA的基本工作原理和實際設備要求進行基本的介紹，同時分析該技術特征給技術普及和應用帶來的優(yōu)勢，然后通過對TDOA技術實際運用情況，來論述TDOA技術有待改進的問題及參考意見。

【關鍵詞】 網(wǎng)絡化 TDOA技術 無線電監(jiān)測

在現(xiàn)代高速發(fā)展的信息社會，無線電通訊技術也在飛速的發(fā)展中，技術發(fā)展的同時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，以致我國無線網(wǎng)通信系統(tǒng)的磁波環(huán)境日趨復雜化。在這種日趨復雜的框架下，無線電管理部門必須借助于先進的無線電監(jiān)測技術手段建立起科學、規(guī)范、高效的無線電監(jiān)測機制，因此TDOA技術在網(wǎng)絡化的無線電監(jiān)測系統(tǒng)中的應用顯得尤為重要。

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)絡的方式進行把信息數(shù)據(jù)匯合，并且要把數(shù)據(jù)分類，以監(jiān)測符合要求的數(shù)據(jù)結果，這就是無線電監(jiān)測系統(tǒng)的運行方式。在無線電監(jiān)測系統(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)運用更長的時間來完成監(jiān)測任務。

現(xiàn)在，網(wǎng)絡化的無線電監(jiān)測系統(tǒng)與過去的相比之下，有監(jiān)測更加精準，實時性比較強的優(yōu)勢。這種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡化系統(tǒng)的定位技術上：時間差法也就是我們本文提到的TDOA，RSS接收信號靈敏度法，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時間差法。

雙曲線定位又叫到達時間差定位，這種屬于無源定位的方式。它的定位方式是對無線電信號的監(jiān)測傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)測系統(tǒng)的天線為單位，來計量時間差的，然后就開始對無線電信號進行發(fā)射地的定位。

2 TDOA實施的基本設備

2.1 監(jiān)測傳感器設計

監(jiān)測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，其他的模塊都被去除掉。傳給網(wǎng)絡監(jiān)測中心的檢測數(shù)據(jù)或者是定位數(shù)據(jù)，是通過網(wǎng)絡的方式來傳輸?shù)?，當然設計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和顯示兩個模塊，不但降低成本，而且定位的精確度也隨之提高。

2.2 監(jiān)測天線設計

在考慮到把干涉儀和測向陣給去掉時，也要考慮到城市內復雜的環(huán)境對信號帶來的影響，所以在這種狀況下，在網(wǎng)絡化的監(jiān)測系統(tǒng)中選用了一種輕便型的電線。

此外，結合信號的傳輸結構，統(tǒng)一處理集成不相干的多種或者同一種信號，這樣就會降低信號定位的多個途徑的相對衰弱。根據(jù)上述的要求，分集天線技術也就被技術員所采納，此技術是指傳感器是有兩個以上的接口天線接口來和全向的檢測天線相連的。這

如果在此基礎上，能夠與城市交通相結合，那么就可以構建一個高效有序、專治城市堵塞的檢測服務，或者開發(fā)如導航的技術服務。

3 TDOA在網(wǎng)絡化監(jiān)測系統(tǒng)特征體現(xiàn)與實際運用

無線定位業(yè)務主要運用方向在抗險救災、緊急援救、跟蹤、導航等移動鄰域方面。而大城市中的較為流行的GSM定位系統(tǒng)，就是基于TDOA技術的網(wǎng)絡定位系統(tǒng)。使用TDOA技術，可以讓系統(tǒng)無需對移動平臺進行改造，就可以改進定位精準度的技術手段。我們常常是以固定監(jiān)測站點為基礎，利用TDOA技術進行確定用戶位置。這樣的定位方式簡單易行，把GPS模塊和數(shù)字收集設備以及小的監(jiān)控天線增加，就足以實現(xiàn)。而傳統(tǒng)的電監(jiān)測系統(tǒng)則是用了很多的干涉儀監(jiān)測方向來進行定位，TDOA技術的使用就顯示出了它的優(yōu)點。

3.1 便于原有監(jiān)測站點的設備升級

這一定位系統(tǒng)非常簡單，正好和監(jiān)測站點的側向站的復雜形成鮮明的對比，只要需要在已有的監(jiān)測站的基礎上增添新設備。原有的接收天線可以變成監(jiān)測天線直接使用，不用繁雜的測向陣和信號干涉儀。且監(jiān)測天線對環(huán)境的要求比起干涉儀來要寬松許多。這種優(yōu)勢直接帶來全國移動基站技術上的快速更新，同時節(jié)省設備成本費用，這種技術上的創(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即到到達時間差法，所以和干涉儀側的方位相比，它的定位更加精確，并且長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)點就是定位即使有誤差，也不會隨著輻射的源頭而改變，但是測向基礎定位法卻是要保持著輻射源到監(jiān)測站的距離成比例的，這樣就把計量的難度給擴大了。

3.3 易于組網(wǎng)

計算機組網(wǎng)如果是在監(jiān)測站點順利的進行，就必須擁有網(wǎng)絡化監(jiān)測的網(wǎng)絡，而廣泛布局監(jiān)測網(wǎng)就是其網(wǎng)絡的基礎。TDOA定位的定位可以把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼军c之后，就會不受限制的進行站點之間的時間差核算。TDOA定位的精確度是和監(jiān)測網(wǎng)中傳感器的數(shù)量成正比的態(tài)勢，傳感器的數(shù)量越多，其精確度也會越來越高。

3.4 可以對寬帶低譜無線電信號定位

信號的帶寬和信號噪音比率兩者與TDOA測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定位的無線電信號是越準確的。

4 TDOA在網(wǎng)絡化監(jiān)測系統(tǒng)使用中應注意的問題

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

4.1 基站的個數(shù)和布局的問題

三角形具有穩(wěn)定性，而在TDOA定位原理中，目標和基站之間成為一個等邊三角形的時候，精確度是最高的。城市環(huán)境影響著傳感器的監(jiān)測結果，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。當然具體的布局方式要結合實際中長期應用無線電信號的密度來布置。例如座城市里基本樓房的布局，來進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)測傳感器之間必須要嚴格同步，這是TDOA定位系統(tǒng)的標準。滿足TDOA系統(tǒng)的這一要求，就必須要把各個微型監(jiān)測傳感器之間的同步誤差三百米以內。

4.3 非視距傳輸問題

我們在上面已經(jīng)介紹道，是運用了蜂窩狀的定位系統(tǒng)，當然這種定位系統(tǒng)的移動電臺和微型監(jiān)測傳感器之間，如果是遇到高山或者是樓房等阻礙物的時候，信號是通過環(huán)繞輻射的方式，而不是直接到達某一特定的位置，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對窄帶信號測量精度的問題

TDOA系統(tǒng)對寬帶的信號和窄帶的信號相比較，后者的信號定位要差的多。如果要提高TDOA定位中窄帶信號的精準度，就要求技術員對軟硬件兩方面深入的研究和探討。

5 結語

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)絡化無線電監(jiān)測技術提供了巨大的支持。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，這樣就可以對無線電網(wǎng)格化監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和普及形成巨大的推動力。

參考文獻

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