民航短基线多点定位系统的研究与分析

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:superlhl2010
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为改变现有多点定位(MLAT)系统的不足,需要在新时代下改进现有MLAT系统的定位原理和利用现代信号处理技术,改变现有MLAT系统的结构与布局,缩短基站间的基线长度,因此本文提出一种短基线多点定位(SBL-MLAT)系统。保留MLAT系统优点的同时,用更先进的硬件设备和信号处理算法弥补MLAT系统的部分缺点,使MLAT系统的性能能够满足新时期民航监视系统的要求。本文完成的主要工作如下:(1)建立S模式广播式自动相关监视系统(ADS-B)信号的数学模型,分析各传统到达时间(TOA)估计算法的理论精确度。从脉冲积累的角度分析多脉冲差分匹配滤波器测量TOA的改进算法。针对实际工程中硬件采样带来的估计点时间离散问题,提出采用多项式拟合算法减小TOA估计误差;(2)根据S模式前导脉冲的特殊结构和高阶谱估计在信号检测中抗多径干扰所特有的稳健性,提出一种新的抗多径高精确度TOA估计算法。在无多径干扰时,新算法性能和现有算法精确度相近,估计精确度达到3.2ns,当存在多径干扰时新算法精确度将提高48%左右;(3)引入基站簇的概念,提出一种基站簇多点定位(C-MLAT)系统模式。利用CMLAT建立甲、乙两类布站方式的C-MLAT系统,将系统水平定位精确度分别提高到1.76m和1.69m,将系统竖直方向定位误差分别降低26%和36%左右;(4)结合天线阵列,提出利用最小的联合熵进行定位计算,并推导其定位原理和CRLB界。最后将算法应用于对MLAT系统的改造,从而在缩短MLAT系统基线的同时维持系统的定位精确度和覆盖范围;(5)提出使用卫星接收器输出的1PPS信号驯服恒温晶振的小型高精度时钟源的设计方案。实验测试结果表明驯服锁定后的频率标准输出误差小于0.01ppm,失锁状态下2小时内误差小于0.03ppm;(6)设计制作SBL-MLAT系统的软硬件设备,包括高精度时钟单元、系统级高速信号采集板卡、高速AD采集模块和系统可视化软件,从而为SBL-MLAT系统最终搭建,提供设计思路。
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