TDOA技术在网络化的无线电监测系统中的应用

周学琼

【摘 要】 本文主要介绍TDOA技术在无线电监测网中的应用，对TDOA的基本工作原理和实际设备要求进行基本的介绍，同时分析该技术特征给技术普及和应用带来的优势，然后通过对TDOA技术实际运用情况，来论述TDOA技术有待改进的问题及参考意见。

【关键词】 网络化 TDOA技术 无线电监测

在现代高速发展的信息社会，无线电通讯技术也在飞速的发展中，技术发展的同时频谱资源也在不断的开发利用。现在的无线电通讯系统的对于频率的载波要求更高、带宽要求更宽还有辐射的功率要求也要越来越低，以致我国无线网通信系统的磁波环境日趋复杂化。在这种日趋复杂的框架下，无线电管理部门必须借助于先进的无线电监测技术手段建立起科学、规范、高效的无线电监测机制，因此TDOA技术在网络化的无线电监测系统中的应用显得尤为重要。

1 TDOA的基本原理

根据各种传感器之间收集资料的特征，用网络的方式进行把信息数据汇合，并且要把数据分类，以监测符合要求的数据结果，这就是无线电监测系统的运行方式。在无线电监测系统中，必须把数据以覆盖面广的区域，把大量的数据运用更长的时间来完成监测任务。

现在，网络化的无线电监测系统与过去的相比之下，有监测更加精准，实时性比较强的优势。这种优势主要体现在网络化系统的定位技术上：时间差法也就是我们本文提到的TDOA，RSS接收信号灵敏度法，还有就是混合以上两种的方式，下面我们就着重介绍一下到达时间差法。

双曲线定位又叫到达时间差定位，这种属于无源定位的方式。它的定位方式是对无线电信号的监测传输到不同的监测系统的天线为单位，来计量时间差的，然后就开始对无线电信号进行发射地的定位。

2 TDOA实施的基本设备

2.1 监测传感器设计

监测传感器满足蜂窝状的布局，就在传感器的布局中保留了原有数字超外差接收机，其他的模块都被去除掉。传给网络监测中心的检测数据或者是定位数据，是通过网络的方式来传输的，当然设计中不存在其他的模块显示。所以，传感器中去掉模块中的模拟信号和显示两个模块，不但降低成本，而且定位的精确度也随之提高。

2.2 监测天线设计

在考虑到把干涉仪和测向阵给去掉时，也要考虑到城市内复杂的环境对信号带来的影响，所以在这种状况下，在网络化的监测系统中选用了一种轻便型的电线。

此外，结合信号的传输结构，统一处理集成不相干的多种或者同一种信号，这样就会降低信号定位的多个途径的相对衰弱。根据上述的要求，分集天线技术也就被技术员所采纳，此技术是指传感器是有两个以上的接口天线接口来和全向的检测天线相连的。这

如果在此基础上，能够与城市交通相结合，那么就可以构建一个高效有序、专治城市堵塞的检测服务，或者开发如导航的技术服务。

3 TDOA在网络化监测系统特征体现与实际运用

无线定位业务主要运用方向在抗险救灾、紧急援救、跟踪、导航等移动邻域方面。而大城市中的较为流行的GSM定位系统，就是基于TDOA技术的网络定位系统。使用TDOA技术，可以让系统无需对移动平台进行改造，就可以改进定位精准度的技术手段。我们常常是以固定监测站点为基础，利用TDOA技术进行确定用户位置。这样的定位方式简单易行，把GPS模块和数字收集设备以及小的监控天线增加，就足以实现。而传统的电监测系统则是用了很多的干涉仪监测方向来进行定位，TDOA技术的使用就显示出了它的优点。

3.1 便于原有监测站点的设备升级

这一定位系统非常简单，正好和监测站点的侧向站的复杂形成鲜明的对比，只要需要在已有的监测站的基础上增添新设备。原有的接收天线可以变成监测天线直接使用，不用繁杂的测向阵和信号干涉仪。且监测天线对环境的要求比起干涉仪来要宽松许多。这种优势直接带来全国移动基站技术上的快速更新，同时节省设备成本费用，这种技术上的创新给我们的生活带来了极大的便利。

3.2 具有较高的精确度

TDOA即到到达时间差法，所以和干涉仪侧的方位相比，它的定位更加精确，并且长基线也也可以把精确度提高，把天线之间的影响降到最低。此外，TDOA的有一大优点就是定位即使有误差，也不会随着辐射的源头而改变，但是测向基础定位法却是要保持着辐射源到监测站的距离成比例的，这样就把计量的难度给扩大了。

3.3 易于组网

计算机组网如果是在监测站点顺利的进行，就必须拥有网络化监测的网络，而广泛布局监测网就是其网络的基础。TDOA定位的定位可以把数据传输到中心站点之后，就会不受限制的进行站点之间的时间差核算。TDOA定位的精确度是和监测网中传感器的数量成正比的态势，传感器的数量越多，其精确度也会越来越高。

3.4 可以对宽带低谱无线电信号定位

信号的带宽和信号噪音比率两者与TDOA测量的误差是成二次方根的反比，所以这样就证明了，宽带的功率越低，那么TDOV定位的无线电信号是越准确的。

4 TDOA在网络化监测系统使用中应注意的问题

当今城市里的地理环境复杂，电磁波的干扰也日趋的增加。TDOA在这复杂的环境中，把高密度信号在低功率的情况下实时，就必须要把定位的精确度在三百米以内，所以在实行的时候要注意下面的几点：

4.1 基站的个数和布局的问题

三角形具有稳定性，而在TDOA定位原理中，目标和基站之间成为一个等边三角形的时候，精确度是最高的。城市环境影响着传感器的监测结果，所以基站就在小型传感器的布局上，要以蜂窝状为基本方式。当然具体的布局方式要结合实际中长期应用无线电信号的密度来布置。例如座城市里基本楼房的布局，来进行密度不同的蜂窝形状布局基站。

4.2 同步问题

各微型监测传感器之间必须要严格同步，这是TDOA定位系统的标准。满足TDOA系统的这一要求，就必须要把各个微型监测传感器之间的同步误差三百米以内。

4.3 非视距传输问题

我们在上面已经介绍道，是运用了蜂窝状的定位系统，当然这种定位系统的移动电台和微型监测传感器之间，如果是遇到高山或者是楼房等阻碍物的时候，信号是通过环绕辐射的方式，而不是直接到达某一特定的位置，这就是我们所说的非视距传输。

这种传输方式，给TDOA测量就有了一千米以上的误差，所以降低非视距传输出现的误差，才能够让TDOA的精确度提高。

4.4 TDOA对窄带信号测量精度的问题

TDOA系统对宽带的信号和窄带的信号相比较，后者的信号定位要差的多。如果要提高TDOA定位中窄带信号的精准度，就要求技术员对软硬件两方面深入的研究和探讨。

5 结语

低成本、高精确度的定位效果是TDOA系统的显著特征，它为网络化无线电监测技术提供了巨大的支持。我们合理的把基站的同步问题解决，并且布局合适，能够在现今的条件下解决非视距问题，这样就可以对无线电网格化监测系统的发展和普及形成巨大的推动力。

参考文献

[1]孙成强.关于频段占用度统计分析的探讨[J].中国无线电，2011（07）：26-27.

[2]段洪涛，曾繁声，李景春.一种预测频段占用度的时间序列分析方法[J].无线电工程，2011（07）：56-57.