CN107843910A - 一种适于复杂环境下的虚拟多站tdoa定位方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线信号定位技术领域，具体地说是一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法与装置，其特征在于，设置2～3个用于接收待定位发射装置所发送数据用的接收机；并利用接收机在定位过程中不断移动的特性，将接收机每次经过的地理位置所采集的TDOA数据，当作是一个在该地理位置上的虚拟的接收机所采集的TDOA数据，从而以2～3个接收机来虚拟多个接收机，形成多于实际接收机站位的多站定位获取数据信息，并利用数据间的相关性，判断是否是合适的定位点；工作时接收机通过天线采集待定位发射装置发送的信号后通过无线上传方式发送至处理器进行处理，实现对待定位发射装置的定位。本发明与现有技术相比，提高定位精度。

Description

一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法与装置
技术领域
本发明涉及无线信号定位技术领域，具体地说是一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法与装置。
背景技术
无线电定位技术最初是为了满足航海、航空位置服务要求，而后随着无线电技术的飞速发展，特别是公用通信网络无线技术的发展，与定位有关的需求越来越大，如GPS导航、生活服务、物流快递等。由于无线技术占用了大量的频谱资源，不同的信号发射台相互之间有可能产生干扰，影响正常通信。部分“黑广播”在没有申报的情况下，以高功率发射广告信息，干扰了正常电台。部分不法分子采用“伪基站”等技术，向广大人民群众发送虚假短信，导致一些巨额财产损失。因此，需要对干扰、“黑广播”和“伪基站”等无线信号开展定位工作，实现电波秩序的有效管理。在军事应用领域，需要对雷达、无人机、敌方军用电台等实施定位，同时在定位过程中不能暴露自身坐标。
无线电信号定位通常分为有源和无源定位两类。所谓有源指定位系统需要发射信号，通过比对发射和接收信号的相关参数，实现目标定位。所谓无源指定位系统不发射任何无线电波，仅依据待定位目标发射的无线信号实现定位的技术。可见无源定位技术具有非常重要的作用和意义。
现在影响定位精度的因素主要有如下几种：
(1)地理环境因素
NLOS(Non Line of Sight，非视距)路径和LOS(Line of Sight，视距)路 径相对应。视距路径，又称为直接路径，它指发射机和接收机之间存在一条直线的传播路径。发射机发送的信号可以通过多径或单径的方式到达接收机，但信号传播中至少存在一条路径，它具有发射机和接收机之间光线传播的最短时延。
在多种影响定位精度的因素中，NLOS传播误差是最为关键的要素之一。NLOS传播误差存在的原因是由于移动台和接收端之间存在高大的障碍物，如图1所示。接收端接收的移动台信号无直射信号，而只有反射或散射信号。在基于到达时间的定位体制中，由于无直射信号，接收端估计的信号时延为直射信号的时延加反射或散射造成的附加时延。该附加时延对定位精度的影响非常大。在本文中，NLOS传播误差(或称为NLOS误差)指由附加时延导致的附加距离，即将时延转换成距离。NLOS传播误差的大小通常分布在[0，1300]m之间，如何降低或消除NLOS误差对定位精度的影响是无线定位系统的关键技术之一。
例如，基于TDOA的定位技术首先是将移动台到接收端的时延对应成二者之间的距离差，然后以接收端的坐标为焦点的双曲线，各双曲线的交点即为目标的位置。但在NLOS环境下，各双曲线可能并不交于一点。如图2所示，接收端1、2、3和4由于与目标之间存在NLOS误差，双曲线并不经过目标的位置，同时交汇出了3个位置。
(2)多径因素
多径干扰是普遍存在的。多径会导致时延扩展、频率扩展和角度扩展。这对某些参数，如TDOA、AOA等的估计精度影响很大。对于时差估计而言，多径会降低时差估计精度。如图3所示，当存在多径时，特别是多径时延差小于信号带宽倒数时，一般的时差估计算法很难将其分辨出来从而导致时差估计精度 降低，进一步导致定位精度降低。
(3)其影响因素，如信噪比、带宽、几何精度因子等
当信号质量低，信噪比差时，会降低时差等参数估计精度，从而导致定位误差大。信号带宽越宽，其时差等参数估计精度越高，定位精度也就越高。同时，参与定位的接收机与待定位目标之间的几何排列形状也会影响定位精度。
现有定位技术及其存在的缺陷如下：
定位方式有很多种。选择何种的定位方式应根据定位系统的实际需求来确定。定位系统的覆盖范围、定位系统的目标、定位系统的指标和定位系统的规模等等都是影响定位方式选择的因素。有时，定位方式的确立还应当与所采用的定位技术结合起来。如基于TDOA技术的定位系统可以采用多站定位方式，而基于AOA(到达角度)技术的定位系统可以采用单站定位方式。
无线定位技术可供选择的基本方法主要有：到达场强/到达功率(SSOA/POA)定位技术、到达角(AOA)定位技术、到达时间/到达时间差(TOA/TDOA)定位技术、指纹(Fingerprint，也有人将其称为Database correlation)定位技术以及混合定位技术等。
(1)、SSOA/POA定位技术
这种方法首先检测接收信号的场强值，然后根据发射信号的场强值，在常用信道衰落模型的基础上估算出收发信机之间的距离，通过求解收发信机之间的距离方程组，即能确定目标移动台的位置。在如图4所示。它的定位精度通常决定于传播模型和环境、本地阴影的方差以及场强测量次数。SSOA/POA定位的主要优点：易于实现、成本较低、覆盖范围较好；其缺点是难以获得较高的精度、本地阴影的方差对精度的影响很大、精确的传播模型难以建立。特别是 在NLOS环境下，由于不同的地理环境其NLOS模型差异很大，就会导致该方法定位效果差，如图5。
(2)、AOA定位技术
该技术是通过接收机天线阵列测出移动台发射电波的入射角，从而构成一根从接收机到移动台的径向连线，即方位线。利用多个接收机提供的AOA测量值，按AOA定位算法确定多条方位线的交点，即为移动台的估计位置，如图6所示。它的定位精度通常决定于基站拓扑结构、AOA的精度和分辨率、接收机与目标台之间的距离以及多径传播信道。AOA定位技术的主要优点是二维定位只需要两个站、在视距(LOS)条件下精度较高；其缺点是不适用于非视距环境(NLOS)、仅适合基于基站的定位方式、在基站端要求建立成本较高的天线阵。NLOS有可能会导致AOA测量方向完全错误。
(3)、TOA/TDOA定位技术
该方法是通过测出电波从发射机传播到多个接收机的传播时间TOA或时间差TDOA来确定目标移动台的位置。对于TOA方法，收发信机之间的距离可通过测出的电波传播时延获得，和场强法类似，利用相位测量、脉冲测量或扩频测距技术等多种技术进行多个TOA测量，再根据有关算法求解测距方程组，就能计算出目标移动台的估计位置，如图4所示。对于TDOA方法，可通过直接计算TOA差值或直接估计时延差等方法得到TDOA测量值，一个TDOA测量值对应的是以两个接收机为焦点的一对双曲线，多个TDOA测量值对应的多条双曲线的交点即为目标移动台的位置，如图7所示。这两种方法也是目前主要研究和采用的定位方法。TOA/TDOA定位技术的精度主要依赖于系统同步时钟、多径信道和多径抑制定位算法、信号带宽、参与定位的基站的拓扑图、观测值(TOA/TDOA) 的数目等。它的主要优势是技术比较成熟、适用宽带通信系统、精度较高等；其缺点是高稳定度的授时设备价格昂贵、通常需要多站参与、无线传播环境(NLOS)对其精度的影响还是较大等。
为了能够综合描述各种常用定位算法的性能，表1以定性的方式给出了不同环境因素对它们定位精度影响的程度。这在一定程度上反应了各定位算法的特性。
表1 不同环境因素对各类定位技术的影响程度
小：表示对定位精度的影响较弱；大：表示对定位精度的影响较强。
定位技术的定位精度：指该技术在没有环境因素影响下本身的定位精确性。
综上所述，基于TOA/TDOA技术的定位方案，本身定位精度较高，但是容易受到多径传播和NLOS环境的影响。这两个影响因素会大幅降低最终的定位准确度。因此，需要寻找方法解决多径和NLOS引起的定位误差。。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，在复杂环境下通过虚拟多站定位技术对待定位发射装置实现更精确的无源定位。
实现上述目的，设计一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，包 括内嵌处理软件的处理器，其特征在于，设置2～3个用于接收待定位发射装置所发送数据用的接收机；并利用接收机在定位过程中不断移动的特性，将接收机每次经过的地理位置所采集的TDOA数据，当作是一个在该地理位置上的虚拟的接收机所采集的TDOA数据，从而以2～3个接收机来虚拟多个接收机，形成多于实际接收机站位的多站定位获取数据信息，并利用数据间的相关性，判断是否是合适的定位点；工作时接收机通过天线采集待定位发射装置发送的信号后通过无线上传方式发送至处理器进行处理，实现对待定位发射装置的定位；所述的天线至少包括GPS天线；所述的处理器的处理软件包括进行如下处理步骤：
a、开始；b、接收待定位发射装置以无线方式上传的标记了GPS时戳的基带数据；c、数据提取与格式化；d、低信噪比高分辨率时差估计；e、虚拟多站TDOA定位；
所述的数据提取与格式化为采用如下处理步骤：c1、接收所有接收机发送的数据；c2、从数据中按时间先后提取若干个UTC时标，并提取处在该UTC时标时每个接收机所处的经纬度，其中将每个UTC时标所处位置上的接收机看成是一个虚拟接收机；c3、对应每个接收机、每个UTC时标所获取的基带数据进行组包获得数据包；
所述的低信噪比高分辨率时差估计采用如下处理步骤：d1、对数据包中每个UTC时标所对应的相应的接收机的基带数据按大小进行分段，所述的分段至少分成2段；d2、以某个接收机为参考接收机，其余任一个接收机接收为比较接收机，比较接收机的基带数据与参考接收机的基带数据做平滑相关，计算平滑延迟函数J(D)：对每段内的数据按公式进行段内相干平滑； 再对段间的数据按公式进行非相干平滑；d3、解卷积：计算平滑延迟函数的傅里叶变换，得到JF(w)；计算参考接收机的基带数据的自相关，并取傅里叶变换，得到A(w)；用JF(w)在每个频率w上除以A(w)得到解卷积数据F(w)；d4、基于数据F(w)应用多重信号分类算法MUSIC，估算多径时差；其中，r(n)为比较接收机的信号，其中N为相干平滑长度；sr(n-D)为参考接收机的信号，做参考信号；z为分段数目，Z＝K/N为非相干平滑长度；K为基准接收机的信号r(n)的长度；D为延迟；
所述的虚拟多站TDOA定位采用如下处理步骤：e1、采用低信噪比高分辨率时差估计模块计算所有接收机在不同位置与不同时刻的时差，并分别对应在该UTC时标时各个接收机的经纬度形成虚拟站；e2、判断UTC时标被记录的数量是否达到预先设定的虚拟站数量，如果未达到则返回上一步；如果达到，启动多站定位算法，对待定位发射装置进行定位。
所述的接收待定位发射装置以无线方式上传的标记GPS时戳的基带数据时，所有接收机设置为相应的工作频段，并设置为基带数据采集模式，同时对GPS信息和1PPS进行验证，判断经纬度处于可采集状态，并且所有接收机已经同步。
所述的定位算法包括Chan定位、Talyor展开定位、定标节点定位算法。
接收机每次采集数据都会依据GPS天线的秒脉冲1PPS打上时间戳，用以标记不同接收机之间的同步信息。
所述的多站为至少3站。
一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位装置，其特征在于：
包括2～3个接收机，每个接收机的一个信号端连接一组天线，每个接收机 的另一信号端双向分别各自连接一个LTE无线传输模块的一个信号端，各LTE无线传输模块的另一信号端分别与同一无线数据接入设备的一个信号端进行无线通讯，无线数据接入设备的另一信号端连接处理器；
所述的天线至少包括GPS天线。
所述的天线包括起到授时和获取经纬度作用的GPS天线、以及为提高天线接收增益而进行分段接收用的低频段天线和高频段天线所构成；所述的GPS天线发送的信号由接收机的中频采集处理模块处理，所述的低频段天线和高频段天线发送的信号分别由接收机的射频处理模块处理。
本发明与现有技术相比，利用接收机在定位过程中不断移动的特性，将接收机每次经过的地理位置所采集的TDOA数据，当作是一个在该地理位置上的虚拟的接收机所采集的TDOA数据，从而以2～3个接收机来虚拟多个接收机，形成多于实际接收机站位的多站定位获取更多的数据信息，从而提高定位精度；并利用多站信息、历史数据信息间的相关性，判断是否是合适的定位点；其中对数据采用低信噪比高分辨率时差估计技术来降低噪声的功率并提高时延估计的分辨率。
附图说明
图1为移动台和接收端之间存在高大的障碍物时的NLOS传播路径示意图。
图2为NLOS及LOS并存环境下基于TDOA的几何定位模型图。
图3为多径状态下的时差估计图。
图4为LOS环境下，TOA/POA/SSOA定位模型示意图。
图5为NLOS环境下，TOA/POA/SSOA定位模型示意图。
图6为LOS和NLOS环境下AOA定位模型示意图。
图7为LOS和NLOS环境下TDOA定位模型示意图。
图8为本发明中装置的连接示意图。
图9为本发明实施例中总的处理流程框图。
图10为本发明中数据提取与格式化后进行虚拟多站TDOA定位的流程示意框图。
图11为本发明中低信噪比高分辨率时差估计流程框图。
图12为本发明实施例中以两个接收机虚拟多站TDOA定位原理示意图。
图13～图16分别为Fb/N0＝0dB时，在四种不同扩频比下，分别采用平滑长延迟函数、MUSIC算法和本发明算法时的性能比较图谱。
图17为采用传统TDOA定位方法在电子地图上的定位结果，其中方框为移动接收机，圆点为定位点。
图18为采用本发明中虚拟多站TDOA定位技术在电子地图上的定位结果，其中方框为移动接收机，圆点为定位点。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步地说明。
本发明主要是解决多径和NLOS环境下的TDOA高精度定位问题，其利用接收机在定位过程中不断移动的特性，将接收机每次经过的地理位置所采集的TDOA数据，当作是一个在该地理位置上的虚拟的接收机所采集的TDOA数据，从而以2～3个接收机来虚拟多个接收机并结合相关算法高精度定位发射装置。
实施例1
参见图8，本发明中一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法的装置，其特性在于：
包括2～3个接收机，每个接收机的一个信号端连接一组天线，每个接收机的另一信号端双向分别各自连接一个LTE无线传输模块的一个信号端，各LTE无线传输模块的另一信号端分别与同一无线数据接入设备的一个信号端进行无线通讯，无线数据接入设备的另一信号端连接处理器；所述的天线至少包括GPS天线。
所述的接收机通过天线采集待定位发射装置发送的信号并进行处理后，再通过LTE无线传输模块传送至指定IP地址的无线数据接入设备并回传该指定IP地址，无线数据接入设备再将数据传送至处理器进行处理，实现对待定位发射装置的定位。
进一步的，所述的天线包括起到授时和获取经纬度作用的GPS天线、以及为提高天线接收增益而进行分段接收用的低频段天线和高频段天线所构成。其中低频段天线和高频段天线的信号分别发送至接收机的射频处理模块进行处理，GPS天线的信号发送至接收机的中频采集处理模块进行处理。
实施例2
参见图9～图12，本例中以设置两个接收机进行复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法为例。其主要工作流程是待定位发射装置发射信号后，两个接收机分别从各自的天线获得信号，各自将信号处理后，通过各自的LTE无线传输模块传送至指定IP地址的无线接入设备，无线接入设备将输入送入上层处理器，分别完成数据的格式化、低信噪比高分辨率时差估计以及虚拟多站TDOA定位模块。由于TDOA定位技术需要接收机全网同步，因此也会涉及到高精度定时、授时和无线数据传输问题，但这些并不是本发明重点。
工作时，接收机接收的信号在接收机的射频上完成模拟下变频后，再在各 自的接收机的嵌入式程序中完成数字下变频，然后通过LTE无线传输模块发送至指定IP地址的无线数据接入设备回传该指定IP地址，无线数据接入设备再将数据传送至处理器进行处理；且接收机每次采集数据都会依据GPS天线的秒脉冲1PPS打上时间戳，用以标记不同接收机之间的同步信息。所述的处理器的处理软件包括进行如下处理步骤：
a、开始；b、接收待定位发射装置以无线方式上传的标记了GPS时戳的基带数据；c、数据提取与格式化；d、低信噪比高分辨率时差估计；e、虚拟多站TDOA定位；其中，基带数据指零中频的正交信号；
其中，待定位发射装置以无线方式上传标记GPS时戳的基带数据时，两个接收机需事先设置为相应的工作频段，并设置为基带数据采集模式，同时对GPS信息和1PPS进行验证，判断经纬度处于可采集状态，避免处于地道、高架桥下时无法采集经纬度信息的状况，并且确认两个接收机已经同步。
参见图10，数据提取与格式化：该处理模块主要是将各接收机传输来的数据实现分类、格式化及向上层提供适当的数据。本发明主要涉及实现TDOA数据的处理，所以仅列出相关的处理流程步骤：c1、接收所有接收机发送的数据；c2、从数据中按时间先后提取若干个UTC时标，并提取处在该UTC时标时每个接收机所处的经纬度，其中将每个UTC时标所处位置上的接收机看成是一个虚拟接收机；c3、对应每个接收机、每个UTC时标所获取的基带数据进行组包获得数据包；
参见图11，所述的低信噪比高分辨率时差估计的技术思路是：首先在分段时隙上以一个接收机为参考接收机获得其基带数据，另一个接收机为比较接收机获得其基带数据，相干地平滑相关函数；然后再对所有时隙进行非相干地平 滑，建立一个函数，本发明中称之为平滑延迟函数，其作用是降低噪声的功率；再在此函数的基础上利用MUSIC算法估计时延，MUSIC算法的作用是提高时延估计的分辨率。具体采用如下处理步骤：
所述的低信噪比高分辨率时差估计采用如下处理步骤：d1、对数据包中每个UTC时标所对应的相应的接收机的基带数据按大小进行分段，所述的分段至少分成2段；d2、以某个接收机为参考接收机，其余任一个接收机接收为比较接收机，比较接收机的基带数据与参考接收机的基带数据做平滑相关，计算平滑延迟函数J(D)：对每段内的数据按公式进行段内相干平滑；再对段间的数据按公式进行非相干平滑；d3、解卷积：计算平滑延迟函数的傅里叶变换，得到JF(w)；计算参考接收机的基带数据的自相关，并取傅里叶变换，得到A(w)；用JF(w)在每个频率w上除以A(w)得到解卷积数据F(w)；d4、基于数据F(w)应用多重信号分类算法MUSIC，估算多径时差；其中，r(n)为比较接收机的基带数据，其中，N为相干平滑长度；sr(n-D)为参考接收机的信号，做参考信号；z为分段数目；Z＝K/N为非相干平滑长度；K为基准接收机的信号r(n)的长度；D为延迟；
虚拟多站TDOA定位技术，其主要是利用接收机的移动性实现的，即接收机在定位过程中不断移动，每次经过的地理位置都会获取相应的TDOA数据。虽然，在本例中瞬时真正出现的接收机数目为两个，但是可以利用每个瞬时在不同空间、不同时间产生的TDOA定位数据，来虚拟多站接收机，从而实现了多站定位。
参见图12，参考接收机与比较接收机在不同时刻位于不同位置，比较接收 机在每个位置都可以和参考接收机形成相应的时差信息和经纬度信息。从初始位置开始为一个站点，再每间隔15秒设置一个虚拟站点位置，以一共经过60秒为计。其中参考接收机在5个时间点上分别形成了4个地理位置，也即前3个时间点上分别对应不同的地理位置，第45秒和第60秒时参考接收机设定为处于同一地理位置，也即经纬度相同。而比较接收机设计为在5个时间点上分别处于不同的地理位置上。也即得到了9个虚拟的接收机站点。当然根据需要也可以虚拟更多的站点，如15个。将这些不同UTC时标和经纬度位置的时差送入多站TDOA定位模块，即可实现虚拟多站定位。虚拟多站TDOA定位主要采用如下处理步骤：
e1、采用低信噪比高分辨率时差估计模块计算所有接收机在不同位置与不同时刻的时差，并分别对应在该UTC时标时各个接收机的经纬度形成虚拟站；e2、判断UTC时标被记录的数量是否达到预先设定的虚拟站数量，如果未达到则返回上一步；如果达到，启动多站定位算法，对待定位发射装置进行定位。
参见图13～图16，以码分多址CDMA信号为例，给出了不同扩频比下，传统算法和本发明算法的比较结果，可见采用本发明中的低信噪比高分辨率时差估计技术，其利用段内相干和段间非相干的平滑相关算法，提升了相关函数的信噪比，同时利用MUSIC算法分辨率高的特点，实现了多径信号的时差估计。也即在低信噪比条件下的时差估计精度更高。
参见图17，可见采用传统定位技术，仅利用了三个实际定位站，历史信息都丢弃了。传统TDOA定位由于受到复杂环境影响，在有高楼遮挡等情况下，定位误差很大，定位点，即图中圆点很散，误差甚至超过5公里以上。
参见图18，而本发明中虚拟多站TDOA定位技术充分利用了历史数据，使 得定位过程中信息量增加，有效提高了定位精度。为了验证方法的有效性，在上海虹桥地区，对广播94.7M信号进行了测试，其充分应用了历史信息，定位误差小，定位点集中，误差小于300米。
本发明中的处理方法有效降低了参与TDOA定位的接收机的数量，使装置更简便，成本更低廉。传统TDOA定位技术需要至少3站的TDOA传感器，而本发明仅需要2站就可以虚拟出3站、15站等多接收机。有效降低了用户成本，且由于多站定位，信息量更多，定位精度也更准确。
综上所述，本发明主要突破了复杂环境下的两个关键定位技术：一是高分辨率的时差估计算法；二是利用移动性实现了虚拟多站定位，利用信息量降低复杂环境的影响，提高定位精度。

Claims (7)

1.一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，包括内嵌处理软件的处理器，其特征在于，设置2～3个用于接收待定位发射装置所发送数据用的接收机；并利用接收机在定位过程中不断移动的特性，将接收机每次经过的地理位置所采集的TDOA数据，当作是一个在该地理位置上的虚拟的接收机所采集的TDOA数据，从而以2～3个接收机来虚拟多个接收机，形成多于实际接收机站位的多站定位获取数据信息，并利用数据间的相关性，判断是否是合适的定位点；工作时接收机通过天线采集待定位发射装置发送的信号后通过无线上传方式发送至处理器进行处理，实现对待定位发射装置的定位；所述的天线至少包括GPS天线；所述的处理器的处理软件包括进行如下处理步骤：
a、开始；b、接收待定位发射装置以无线方式上传的标记了GPS时戳的基带数据；c、数据提取与格式化；d、低信噪比高分辨率时差估计；e、虚拟多站TDOA定位；
所述的数据提取与格式化为采用如下处理步骤：c1、接收所有接收机发送的数据；c2、从数据中按时间先后提取若干个UTC时标，并提取处在该UTC时标时每个接收机所处的经纬度，其中将每个UTC时标所处位置上的接收机看成是一个虚拟接收机；c3、对应每个接收机、每个UTC时标所获取的基带数据进行组包获得数据包；
所述的低信噪比高分辨率时差估计采用如下处理步骤：d1、对数据包中每个UTC时标所对应的相应的接收机的基带数据按大小进行分段，所述的分段至少分成2段；d2、以某个接收机为参考接收机，其余任一个接收机接收为比较接收机，比较接收机的基带数据与参考接收机的基带数据做平滑相关，计算平滑延迟函数J(D)：对每段内的数据按公式进行段内相干平滑；再对段间的数据按公式进行非相干平滑；d3、解卷积：计算平滑延迟函数的傅里叶变换，得到JF(w)；计算参考接收机的基带数据的自相关，并取傅里叶变换，得到A(w)；用JF(w)在每个频率w上除以A(w)得到解卷积数据F(w)；d4、基于数据F(w)应用多重信号分类算法MUSIC，估算多径时差；其中，r(n)为比较接收机的基带信号，其中，N为相干平滑长度；sr(n-D)为参考接收机的信号，做参考信号；z为分段数目，Z＝K/N为非相干平滑长度；K为基准接收机的信号r(n)的长度；D为延迟；
所述的虚拟多站TDOA定位采用如下处理步骤：e1、采用低信噪比高分辨率时差估计模块计算所有接收机在不同位置与不同时刻的时差，并分别对应在该UTC时标时各个接收机的经纬度形成虚拟站；e2、判断UTC时标被记录的数量是否达到预先设定的虚拟站数量，如果未达到则返回上一步；如果达到，启动多站定位算法，对待定位发射装置进行定位。
2.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的接收待定位发射装置以无线方式上传的标记GPS时戳的基带数据时，所有接收机设置为相应的工作频段，并设置为基带数据采集模式，同时对GPS信息和1PPS进行验证，判断经纬度处于可采集状态，并且所有接收机已经同步。
3.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的定位算法包括Chan定位、Talyor展开定位、定标节点定位算法。
4.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，其特征在于，接收机每次采集数据都会依据GPS天线的秒脉冲1PPS打上时间戳，用以标记不同接收机之间的同步信息。
5.如权利要求1所述的一种适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位方法，其特征在于，所述的多站为至少3站。
6.一种如权利要求1～5任一项所述适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位装置，其特征在于：
包括2～3个接收机，每个接收机的一个信号端连接一组天线，每个接收机的另一信号端双向分别各自连接一个LTE无线传输模块的一个信号端，各LTE无线传输模块的另一信号端分别与同一无线数据接入设备的一个信号端进行无线通讯，无线数据接入设备的另一信号端连接处理器；
所述的天线至少包括GPS天线。
7.如权利要求6所述的适于复杂环境下的虚拟多站TDOA定位装置，其特征在于，所述的天线包括起到授时和获取经纬度作用的GPS天线、以及为提高天线接收增益而进行分段接收用的低频段天线和高频段天线所构成；所述的GPS天线发送的信号由接收机的中频采集处理模块处理，所述的低频段天线和高频段天线发送的信号分别由接收机的射频处理模块处理。
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