一种基于TDOA的载具的定位追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，包括：载具发送任意频段的无线电信号给所有接收机；所有接收机接收无线电信号，并获取自身的时间戳和定位数据；将时间戳插入无线电信号中生成带时戳数据，并通过接收机将带时戳数据和定位数据传输给定位计算系统；定位计算系统根据带时戳数据计算出任意组合的两台接收机接收到无线电信号的时间差；定位计算系统根据两台接收机的定位数据和这两台接收机接收到无线电信号的时间差，推导出曲线；根据多组定位数据和时间差计算多条曲线；将多条曲线重合的交点判定为载具发出无线电信号的位置。本发明专利技术解决了不具备定位系统或具备定位系统但没有自动位置报告系统的载具的自动播报自身位置信息问题。播报自身位置信息问题。播报自身位置信息问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TDOA的载具的定位追踪方法


[0001]本专利技术涉及定位追踪
，尤其涉及一种基于TDOA的载具的定位追踪方法。

技术介绍

[0002]载具是指代交通工具或运输工具，用于携带人员、物品或设备进行运输，通常的载具包含汽车、飞机、轮船等，且需具备无线电信号发射功能。现有的载具存在以下三种情况：1、第一种载具本身具备有定位系统（如：全球定位系统GPS、北斗卫星导航系统、伽利略卫星导航系统、全球导航卫星系统等）和自动位置报告系统（如：APRS（Automatic Position Reporting System）、ads
‑
b、ais、wspr协议），主要依赖于定位系统和自动位置报告系统来实现自动报告自身位置信息，通过定位系统来获取本身的位置信息，并通过自动位置报告系统的相关协议将本身的位置信息以无线电信号的形式进行广播报位。这种方式虽然可以实现实时播报位置信息，但是存在保密性差、成本高等问题。
[0003]2、第二种载具仅具备定位系统而没有自动位置报告系统，这样存在仅能获得自身的位置信息，但没有自动播报自身位置功能，导致无法实时获取该载具的位置信息。
[0004]3、第三种载具由于部分载具因各种业务需求和成本问题不具备定位系统和自动位置报告系统，导致无法实时获取该载具的位置信息。
[0005]在复杂的现代化信息环境下各种载具的位置信息非常的重要，但是要想获取到不具备定位系统的载具的位置信息是难以实现的。故而，亟需开发一种基于TDOA的载具的定位追踪方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于TDOA的载具的定位追踪方法。
[0007]为了实现上述的技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术提供了一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，需提供一台具有无线电信号发送功能的载具、至少3台具有无线电信号接收功能和定位功能的接收机以及一个定位计算系统；包括如下步骤：步骤1、所述载具发送任意频段的无线电信号给所有接收机；步骤2、所有接收机接收无线电信号，并获取自身的时间戳和定位数据；步骤3、将所述时间戳插入无线电信号中生成带时戳数据，并通过所述接收机将带时戳数据和定位数据传输给定位计算系统；步骤4、所述定位计算系统根据带时戳数据计算出任意组合的两台接收机接收到无线电信号的时间差；步骤5、所述定位计算系统根据两台接收机的定位数据和这两台接收机接收到无线电信号的时间差，推导出曲线；根据多组定位数据和时间差计算多条曲线；步骤6、将多条曲线重合的交点判定为载具发出无线电信号的位置。
[0008]进一步的，所述步骤4具体包括：
步骤41、所述定位计算系统将带时戳数据进行傅里叶变换生成频谱图，选取频谱图各波峰和波谷作为关键点，计算每相邻两个关键点之间时间差和振幅差；步骤42、所述定位计算系统根据时间差和振幅差确认任意组合的两组带时戳数据的相似信号区段；步骤43、根据所述相似信号区段中同一关键点对应的时间戳，计算任意组合的两台接收机接收到无线电信号的时间差。
[0009]进一步的，所述步骤42具体包括：步骤421、根据接收机的台数选出任意两台接收机分别发送的两组带时戳数据所生成的两张频谱图；步骤422、对比这两张频谱图中每相邻两个关键点之间时间差和振幅差，若其中一张频谱图中某一组时间差和振幅差与另一张频谱图中某一组时间差和振幅差相等或在误差范围内，则判定对应的两个关键点之间的区域为相似信号区间；步骤423、判断两张频谱图中是否存在多个连续的相似信号区间，若是，则多个连续的相似信号区间构成相似信号区段，进入步骤43；若否，则丢弃该组带时戳数据。
[0010]进一步的，所述步骤43具体包括：步骤431、选定一张频谱图的相似信号区段中任意一个关键点位置，并确定出对应的时间戳；步骤432、从另一张频谱图的相似信号区段中相同的关键点位置确定出对应的时间戳；步骤433、计算确定出的两个时间戳的时间位移，得到两台接收机接收到无线电信号的一组时间差；步骤434、每两台接收机进行任意组合后重复步骤421
‑
步骤423和步骤431
‑
步骤433，得到多组时间差。
[0011]进一步的，所述步骤5具体包括：步骤51、所述定位计算系统利用TDOA算法，根据两台接收机的定位数据和这两台接收机接收到无线电信号的时间差，推导出曲线；步骤52、所述定位计算系统根据多组定位数据和时间差重复步骤51，则计算出多条曲线，所述多条曲线的数量与根据接收机台数和组合个数得到的排列组合数量相等。
[0012]进一步的，所述步骤51具体包括：步骤511、定义有两个接收机，分别为接收机S1和接收机S2，接收机S1所在的定位数据为（x
S1
, y
S1
），接收机S2所在的定位数据为（x
S2
, y
S2
），信号源位于平面上的未知位置(x, y)，接收收机S1和接收机S2接收到信号源的时间分别为t
S1
和t
S2
，信号源在空气中传播速度为v；步骤512、根据时间计算公式得到以下两个方程：（1）（2）
步骤513、将方程（1）和（2）整理并平方，可以得到曲线方程：（3）其中，（x
S1
, y
S1
）和（x
S2
, y
S2
）是接收机S1和接收机S2已知的坐标，接收机S1和接收机S2接收到无线电信号的时间差（t
S1
‑
t
S2
）也是已知的，得到的方程（3）是一个曲线方程，该方程（3）表示信号源可能存在的位置。
[0013]进一步的，所述步骤52中根据接收机台数和组合个数得到的排列组合数量，其计算方式具体包括：步骤521、将排列组合数量定义为C(n, k)，其中n表示待组合的接收机台数，k表示每组选取的个数；步骤522、排列组合数量的计算公式为：C(n, k)=n! / (k!
ꢀ×ꢀ
(n
ꢀ‑ꢀ
k)!)（4）其中，!表示阶乘符号。
[0014]进一步的，所述步骤6具体包括：步骤61、若多条曲线重合的交点仅有一个，则判定该交点为载具发出无线电信号的位置；步骤62、若多条曲线重合的交点具有多个，则判定重合最多曲线的交点为载具发出无线电信号的位置。
[0015]进一步的，所述接收机中设置有定位装置和信号收发装置。
[0016]进一步的，所述定位装置为全球定位系统、北斗卫星导航系统、伽利略卫星导航系统或全球导航卫星系统。
[0017]采用上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，其具有的有益效果为：本专利技术是基于全球范围内，依赖满足高精度时间（精度100ns以上）、具有定位数据的接收机，计算获取有发送无线电信号的载具位置，弥补了不具备定位系统或具备定位系统但没有自动位置报告系统的载具的自动播报自身位置信息问题。本专利技术通过测量载具发送的无线电信号发出频段，仅需在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，其特征在于，需提供一台具有无线电信号发送功能的载具、至少3台具有无线电信号接收功能和定位功能的接收机以及一个定位计算系统；包括如下步骤：步骤1、所述载具发送任意频段的无线电信号给所有接收机；步骤2、所有接收机接收无线电信号，并获取自身的时间戳和定位数据；步骤3、将所述时间戳插入无线电信号中生成带时戳数据，并通过所述接收机将带时戳数据和定位数据传输给定位计算系统；步骤4、所述定位计算系统根据带时戳数据计算出任意组合的两台接收机接收到无线电信号的时间差；步骤5、所述定位计算系统根据两台接收机的定位数据和这两台接收机接收到无线电信号的时间差，推导出曲线；根据多组定位数据和时间差计算多条曲线；步骤6、将多条曲线重合的交点判定为载具发出无线电信号的位置。2.如权利要求1所述的一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：步骤41、所述定位计算系统将带时戳数据进行傅里叶变换生成频谱图，选取频谱图各波峰和波谷作为关键点，计算每相邻两个关键点之间时间差和振幅差；步骤42、所述定位计算系统根据时间差和振幅差确认任意组合的两组带时戳数据的相似信号区段；步骤43、根据所述相似信号区段中同一关键点对应的时间戳，计算任意组合的两台接收机接收到无线电信号的时间差。3.如权利要求2所述的一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，其特征在于，所述步骤42具体包括：步骤421、根据接收机的台数选出任意两台接收机分别发送的两组带时戳数据所生成的两张频谱图；步骤422、对比这两张频谱图中每相邻两个关键点之间时间差和振幅差，若其中一张频谱图中某一组时间差和振幅差与另一张频谱图中某一组时间差和振幅差相等或在误差范围内，则判定对应的两个关键点之间的区域为相似信号区间；步骤423、判断两张频谱图中是否存在多个连续的相似信号区间，若是，则多个连续的相似信号区间构成相似信号区段，进入步骤43；若否，则丢弃该组带时戳数据。4.如权利要求3所述的一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，其特征在于，所述步骤43具体包括：步骤431、选定一张频谱图的相似信号区段中任意一个关键点位置，并确定出对应的时间戳；步骤432、从另一张频谱图的相似信号区段中相同的关键点位置确定出对应的时间戳；步骤433、计算确定出的两个时间戳的时间位移，得到两台接收机接收到无线电信号的一组时间差；步骤434、每两台接收机进行任意组合后重复步骤421
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步骤423和步骤431
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步骤433，得到多组时间差。5.如权利要求1所述的一种基于TDOA的载具的定位追踪方法，其特征在于，所述步骤5
具体包括：步骤51、所述定位计算系统利用TDOA算法，根据两台接收机的定...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋文雅，林锦鑫，蔡剑，陈清松，
申请(专利权)人：厦门惟尔拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：