双星TDOA∕FDOA定位系统的目标定位精度分析

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1、第22卷第4期航天器工程V01．22No．4111i笙!旦至呈垒堡垦堡垦垒里!垦堕鱼!堕垦兰塞!邕鱼i!双星TDOA／FDOA定位系统的目标定位精度分析常新亚谢斌张晓敏兰丁(航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要根据双星时差／频差(TDOA／FDOA)的定位原理，推导了目标定位精度模型，分析了目标定位精度与轨道高度、星问基线长度、TDOA测量精度、FDOA测量精度、卫星速度测量精度、卫星位置测量精度等误差源之间的关系。分析结果表明：测量因素中的FDOA测量精度和卫星速度测量精度，是影响双星定位的关键因素；而TDOA测量精度和卫星位置测量精度，对目标定位精度的影

2、响较小。关键词双星定位；时差／频差；目标定位精度；误差源中图分类号：TN967．1文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2013．04．007TargetLocationAccuracyAnalysisofDual—satellitesLocationSystemUsingTDOAandFDOACHANGXinyaXIEBinZHANGXiaominLANDing(DFHSatelliteCo．Ltd，Beijing100094，China)Abstract：BasedontheprincipleofTDOA／FDOAlocation

3、，anaccuracymodeloftargetlocationisdeduced．Therelationshipsbetweenaccuracyoftargetlocationanderrorsourcesarediscussed，suchasorbitaltitude，distancebetweentwosatellites，TDOA(timedifferenceofarrivalaccura—cy)，FDOA(frequencydifferenceofarrivalaccuracy)，measurementaccuracyofvelocityandsat—ell

4、iteposition．ItiSshownthatFDOAandmeasurementaccuracyofvelocityarethecrucialfac—tors，andTDOAandmeasurementaccuracyofsatellitepositionaresecondary．Keywords：dual—satelliteslocation；TDOA／FDOA；targetlocationaccuracy；errorsource1引言双星时差／频差(TDOA／FDOA)定位，利用两台处于不同位置的接收机(卫星)分别接收同一个辐射源发射的信号，通过测量信号分别

5、到达两台接收机的时差(TDOA)和频差(FDOA)，采用相应的定位算法，实现对辐射源的高精度定位。双星TDOA／FDOA联合定位的方式，相对于三星、四星定位系统而言，减少了卫星数量，降低了系统实现难度和发射成本，其实时性和定位精度又高于单星定位方式，因此可简化卫星设计，提高可靠性。目前，国内已对双星TDOA／FDOA的目标定位精度进行了研究，获得了定位精度解析解。文献[1]通过计算TDOA和FDOA的测量精度，以及卫星运动引起的TDOA和FDOA的变化，提出了双星TDOA／FDOA定位的信号最佳采样时间为10～100ms，系统可实现的定位精度为1～3km。文献[2]提

6、出了一种获得目标三维解析解的方法，分析表明，为了减小定位误差大的区域，双星运动方向最好与卫星基线方向一致或接近。文献[3—4]分别描述了三星TDOA定位精度的模型，对TDOA／FDOA收稿日期：2012—11-27；修回日期：2013—04～18作者简介：常新亚(1980一)，男，硕士，研究方向为航天器姿态轨遥控制系统总体设计。Email：xinyachang@126．corn。航天器工程的模型建立具有参考价值。文献[5—9]分别利用最小二乘融合估计、互模糊函数等方法建立了TDOA／FDOA测量体制的数学模型。不过，上述文献都没有对TDOA／FDOA定位的误差链及误差

7、源的影响权重进行较系统的分析。本文通过分析双星TDOA／FDOA的定位原理，给出了系统目标定位精度的解析解，解析解中包括星座构型、测量因素误差、辐射源因素等多种误差源。2TDOA／FDOA定位的基本原理双星TDOA／FDOA定位系统由一主一副两颗低轨卫星组成，每颗卫星上都配置接收和处理模块。双星同时接收到一个有相对运动的辐射源所发射的信号，该信号到达两台接收机(卫星)的时间差确定了一个双曲面，而到达两台接收机的多普勒频移差则确定了一个类似于轮胎的曲面，这两组曲面与发射机所在曲面(通常为地球表面)的交点，即为辐射源的位置。由于双曲面和类轮胎面都是以接收