无线电定位系统的要求

1罗德与施瓦茨用于TDOA网络的传感器技术

统一的数据格式，结合所有接收机时延补偿，可以在TDOA网络中自由配置传感器的组合，还可以选择监测接收机以满足站点的特殊要求。除了用于TDOA定位的I/Q数据记录以外，该系统还要求ITU监测测量时，可以采用R&S的ESMD宽带监测接收机和EB500监测接收机。这两种接收机都可以连接基于EM100小型数字接收机的传感器，且用于并入TDOA系统。EM100可以用于额外地执行简单监测和测量任务的站点。除了技术标准，安装细节也很重要。罗德与施瓦茨公司的监测接收机绝大部分都是标准的机架安装。这样在监测站点它们就都适合车载和固定使用。如果进行室外桅杆安装，需要另外的集成，此时监测接收机可集成到UMS监测和测向系统中。基于不同的设置，接收机加额外的设备构成的系统可以在全天候的条件下远程操作（例如：控制PC和适应外部温度范围的温控系统）。罗德与施瓦茨公司监测接收机可用作或者可扩展为单通道测向机（EB510除外）。在一定的频率范围内，采用恰当的测向天线，测向结果由沃森瓦特或者相关干涉仪测向方法生成。所用的测向方法不影响TDOA网络中监测接收机的使用。在TDOA网络中，罗德与施瓦茨公司不仅结合TDOA和常规的AOA测向，而且在一个设备中同时提供两种功能。这样在混合无线电定位系统中同时具有两种方法的优势，从而产生最准确的定位结果。

2在I/Q数据中的时间戳

2.1基础为了计算准确的定位结果，基于TDOA的无线电定位系统需要至少3个接收机。通过互相关计算不同站点接收到的信号，可以确定在两个站点之间信号的相对时延差。相对时延差可以在地图上生成一个双曲线。理想情况下，发射机的位置就在这条曲线上。加上第三个接收机可以再生成两条双曲线。三个双曲线可以交叉到一点，交叉点就是信号源的位置（见图2）。双曲线可以通过计算两个接收机I/Q数据的互相关来获得。但是为了获得来自I/Q数据互相关的相对时延差，I/Q数据必须包括高精准的时间信息（见图3）。这是一项巨大的挑战，因为不同接收机设置在设备内部产生不同的信号延迟。例如：选择的中心频率将影响信号路径或者预选器特性，就像改变带宽将影响采样率一样。当在I/Q数据中插入时间戳时，为了确保I/Q数据具有精准绝对的时间信息（相对于通用协调时间，UTC），必须考虑到所有与接收机设置相关的信号延迟。2.2以接收机天线输入端参考时间戳为了在TDOA系统中获得最大的独立性和灵活性，在I/Q数据中的时间信息应该反映信号到达接收机天线输入端的时间，必须知道接收机内部所有设置产生的确切信号延迟。因为在接收机数字部分之前，时间戳不能插入I/Q数据中，这部分的时间戳必须考虑在内。为了在TDOA网络中使用不同的接收机，时延补偿和以天线输入端为参考的时间戳是必要的，因为不同的接收机类型引起不同的时延误差。接收机硬件越复杂（导致更多的信号路径），实现时延补偿越有难度（见图4）。罗德与施瓦茨公司的所有接收机具有一个修正表，该表格列出了所有可能的接收机设置的延迟。这包括模拟硬件部分和数字部分时延的影响。修正表简化了系统集成商的工作，因为他们只需考虑接收机天线输入端开始的外部时延（例如：到天线的不同线缆长度）。为了产生修正表，必须计算所有接收机设置的信号时延。当不同类型的接收机集成到系统时，修正表的益处还是明显的：为了降低费用，TDOA系统特别适合一套相同的经济型接收机，因为TDOA系统比通常测向网络要求更多的传感器，但在稠密的城市环境中，建议混合配置紧凑型接收机和具有良好射频特性的高端接收机。在这样拥挤的场景中，具有良好射频特性的接收机有更好的信号接收效果。2.3接收机内部时钟的准确性如果没有外部同步，监测接收机内部的晶振准确度在0.1ppm到1ppm之间变化。因为接收机内部参考频率的漂移，即使内部时钟设置成精确的GPS时间，在TDOA系统中也会很快失去准确性。再次调整时钟是不实际的，因为定义多个时钟将导致数据流的不一致。这意味着除了同步内部时钟，内部参考频率的稳定性或准确性也得加强。除了位置和时间信息，GPS接收机也能输出PPS信号（apulsepersecond）。但是在多个GPS模块中，这个脉冲信号将会混乱，不适合TDOA系统。另外，高端GPS接收机会在两位数字纳秒范围内具有绝对准确度。PPS信号能用于稳定监测接收机内部参考频率，理想情况下可提供皮秒级的准确度。用外部控制，接收机内部时钟只需设置一次GPS时钟，然后由高精准内部参考频率调整。2.4绝对时间戳的重要性为了确保一个绝对的以UTC为参考的时间戳插入I/Q数据流中，以天线输入端参考时间戳，以及提高内部时钟的准确性都是必要的。如果在接收机内部没有时延补偿，时间戳将会不明确。接收机产生的I/Q数据流包括“头”和实际I/Q采样的文件包，“头”包括绝对的时间戳和当前接收机产生I/Q数据流的采样率。这意味着对于每一个采样对，到达接收机天线输入端的时间都是精确定义的。罗德与施瓦茨公司的监测接收机总是在I/Q数据流中包含这个时间信息，因此接收机不局限于特定的TDOA模式。来自I/Q数据流的记录可以用作TDOA定位。离线的TDOA定位也可使用，例如：在传感器站点不能建立有效的数据连接时。这要求来自三个不同站点同一时间同一频率的记录，以及在所有站点接收相同的信号。

3总结

罗德与施瓦茨传感器提供完全符合TDOA要求的功能。所有影响到定位结果的接收机特性都得到了优化。通过使用传感器组，系统极易适应特定环境。这也增加了系统开发过程中的灵活性，并提高了定位结果的质量。罗德与施瓦茨传感器既可用于TDOA定位，也可用于AoA（到达角度）定位，从而建立混合无线电定位系统。对于特定的应用，可选择适当的无线电定位方法来获得最佳结果。

单位：罗德与施瓦茨（中国）有限公司