利用卫星对地基、海基目标进行侦察对于提高国防实力起着至关重要的作用,因而得到了越来越广泛的关注。在对地观测领域中,如何在大干扰、强噪声的复杂环境下最大限度的对目标进行定位对于该领域起着关键作用。相对于有源定位处理方式,无源定位具有隐蔽性好、探测距离远等优点,可以在不暴露己方的条件下对目标进行最大限度的识别和定位。基于此,本文主要对无源定位领域中的三星时差定位方法展开研究。首先对三星时差定位系统进行模块化设计,重点对广义相关法估计时差的模块进行深入研究,针对广义相关法的搜索特点,提出搜索对称轴的改进方案,来提高参数的估计精度。对广义相关法进行了不同时差和不同信噪比的仿真实验,实验结果表明搜索对称轴的广义相关法对时差提取十分有效。然后,在广义相关法分析的基础上,对多普勒效应对时差估计的影响进行深入研究,对其影响进行数学建模,分析广义相关法的抗多普勒效应的能力,针对多普勒效应时域压缩的特点引入分数阶傅里叶变换,将待处理信号变换到尺度相同的域,再对其时差信息进行估计。通过对不同多普勒速度条件下两种方法对时差估计的仿真实验比较,可以看出基于分数阶傅里叶变换的时延估计法可有效的对抗多普勒效应对时差估计的影响。最后,对整个三星时差定位系统进行建模仿真,分三星覆盖区域确定、接收信号仿真、时差估计仿真、定位求解四个部分对其进行理论研究和仿真设计,并在此基础上对三星时差定位系统的定位精度进行深入的分析,重点对时差测量误差、站址测量误差以及卫星空间布局对定位结果造成的影响进行研究,确定三星定位系统的最优方案。通过理论分析及仿真实验可以看出,本文所采用的基于分数阶傅里叶变换的时延估计方法可以有效地对时差参量进行估计,具有很强的抗多普勒效应的能力,为后续的三星无源时差高精度定位提供参数基础。