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针对现有基于TDOA的定位算法难以适应辐射源信号非同步到达的实时定位问题，提出了一种基于TOA预测的非同步照射辐射源定位算法。该算法采用脉冲样本图外推法通过各站接收的短时脉冲列计算TDOA序列（TDOAs），并通过牛顿迭代法实现对辐射源位置的初步估计。对新到达的脉冲采用脉冲样本图外推法进行TOA预测，判别脉冲属性，进而获得新的TDOA测量值，然后采用扩展卡尔曼滤波算法实现对辐射源位置的实时更新。仿真分析表明：该算法解决了非同步照射引起的难以计算 TDOA的问题，并增强了处理的实时性。