Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers (전자공학회논문지)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
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Gauss-Newton Based Estimation for Moving Emitter Location Using TDOA/FDOA Measurements and Its Analysis

TDOA/FDOA 정보를 이용한 Gauss-Newton 기법 기반의 이동 신호원 위치 및 속도 추정 방법과 성능 분석

  • Kim, Yong-Hee (Department of Electronics Engineering, Pusan National University) ;
  • Kim, Dong-Gyu (Department of Electronics Engineering, Pusan National University) ;
  • Han, Jin-Woo (Agency for Defense Development) ;
  • Song, Kyu-Ha (Agency for Defense Development) ;
  • Kim, Hyoung-Nam (Department of Electronics Engineering, Pusan National University)
  • Received : 2013.01.14
  • Published : 2013.06.25
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Abstract

The passive emitter location method using TDOA and FDOA measurements has higher accuracy comparing to the single TDOA or FDOA based method. Moreover, it is able to estimate the velocity vector of a moving platform. Recently, several non-iterative methods were suggested using the nuisance parameter but the common reference sensor is needed for each pair of sensors. They show also relatively low performance in the case of a long range between the sensor groups and the emitter. To solve this, we derive the estimation method of the position and velocity of a moving platform based on the Gauss-Newton method. In addition, to analyze the estimation performance of the position and velocity, respectively, we decompose the CRLB matrix into each subspace. Simulation results show the estimation performance of the derived method and the CEP planes according to the given geometry of the sensors.

TDOA (time difference of arrival)와 FDOA (frequency difference of arrival)를 동시에 사용하는 신호원 위치추정 방법은 단일 정보를 이용하는 경우에 비해 높은 정확도를 가지며 이동 신호원의 속도 추정이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 최근 종속 미지변수를 정의한 후 비반복적으로 해를 구하는 방법들이 제안되고 있으나 전자전 환경과 같이 수신단과 신호원 간의 거리가 상대적으로 먼 경우에는 추정 정확도가 낮고 모든 수신단 쌍이 동일한 기준 수신단을 공유하여야 한다는 운용상의 제약이 존재한다. 따라서 본 논문에서는 비선형 LS 최적해를 반복계산을 통해 얻어내는 Gauss-Newton 기법을 적용하여 이동 신호원의 위치좌표와 속도벡터를 추정한다. 또한 이동 신호원의 위치와 속도 추정 결과를 효과적이고 정량적으로 분석하기 위해 CRLB (Cramer-Rao lower bound) 행렬을 각각의 부공간으로 분해하여 2차원 공간상에 독립된 CEP (circular error probable) 평면으로 도시한다. 모의실험을 통해 주어진 수신단 배치와 조합에서 이동 신호원의 위치 및 속도 추정 성능을 확인하고 분석 결과를 제시한다.

Keywords

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