【摘 要】
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在传感器测量和信号处理领域,到达时间差(time-difference-of-arrival,TDOA)是一种探测远场和近场信号的重要物理量值。随着高灵敏度数据采集技术的发展,传感器网络或阵列可精确测量微弱的信号,给远场信号的定向问题带来了新的发展机遇。借助TDOA量值精确估计波达方向的技术方法,具有良好的现实应用需求,可用于无线电、空气声学、声纳、超声波和地震波等多个领域。本文考虑三维空间平面波
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在传感器测量和信号处理领域,到达时间差(time-difference-of-arrival,TDOA)是一种探测远场和近场信号的重要物理量值。随着高灵敏度数据采集技术的发展,传感器网络或阵列可精确测量微弱的信号,给远场信号的定向问题带来了新的发展机遇。借助TDOA量值精确估计波达方向的技术方法,具有良好的现实应用需求,可用于无线电、空气声学、声纳、超声波和地震波等多个领域。本文考虑三维空间平面波的TDOA方向发现问题,在总结现有技术方法的基础上,主要完成了如下的研究内容:(1)提出一种基于最少测量数据的闭式定向方法,即根据2个TDOA非线性测量方程曲线的交叉点,线性计算出信号的波达方向。但是,确定两条非线性方程曲线的交叉点,通常采用迭代式数值方法,闭式计算一般是很困难的。本文具体设计了一种旋转坐标系的方法,依据TDOA量值在坐标系旋转前后的不变性,通过确定坐标变换矩阵,巧妙地解决了TDOA测量方程曲线交叉点的线性求解问题,具有直观和简捷的优点。(2)提出一种基于逐对测量的几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)加权定向方案,根据各交点的几何精度因子确定权重,对各对TDOA测量方程的定向结果进行线性加权平均,以此作为目标的方向估计。文中针对不同加权方式进行了分析,并推导了基于GDOP的线性综合加权定向误差的理论估计均值和方差,表明这种加权定向方案是无偏的。通过Matlab模拟仿真,对所提出方案的定向均方根误差和累积分布概率指标以及其他性能进行了实验验证,并与现有的定向方法进行效果比较。结果表明文中所提出基于逐对测量的GDOP加权定向方案,具有较好的性能,能够接近克拉美罗下界。图[29]表[4]参[72]
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